bacteriofag (fag) sunt virusuri intracelulare obligatorii care infectează în mod specific bacterii. Au fost descoperite independent de către doi cercetători, Frederick William Twort1 la Universitatea din Londra, în 1915, și Félix d’Herelle2 care a confirmat găsirea și a inventat termenul de bacteriofag în 1917 și au fost mult studiate de atunci.
structura bacteriofagului
fagul are o structură foarte simplă (Figura 1). Materialul lor genetic este conținut într-un cap în formă de prismă, înconjurat de o capsidă proteică., Aceasta este conectată la teaca alungită (uneori numită coadă) printr-o regiune a gâtului sau gulerului.teaca formează un tub gol prin care ADN-ul/ARN-ul viral este injectat în celula gazdă și este înconjurat de proteine de teacă protectoare. În partea de jos a tecii se află placa de bază la care sunt atașate fibrele de coadă (în mod normal șase) care facilitează atașarea la celula gazdă.figura 1. Exemplu structura unui bacteriofag.
pentru a se reproduce, fagul trebuie să intre mai întâi în celula gazdă., Acestea se leagă de receptorii specifici de pe suprafața celulelor bacteriene cu fibrele cozii (adsorbție) și creează o gaură, un proces care, împreună cu atașamentul, este coordonat de placa de bază3. Un tub rigid este propulsat din teacă, perforând o gaură în membrana celulară bacteriană prin care își injectează materialul genetic (ADN sau ARN, dublu sau singur catenar). Ei pot apoi deturna mecanismul celular al celulei gazdă pentru replicarea proprie dacă condițiile înconjurătoare sunt nefavorabile într-un proces numit ciclul litic., În mod alternativ, ele pot intra într-o stare latentă, cunoscută sub numele de ciclul lizogen, în celula gazdă dacă condițiile sunt favorabile.
ciclul litice
în ciclul litice (Figura 2), uneori menționată ca infecție virulentă, fagul infectant ucide în cele din urmă celula gazdă pentru a produce mulți dintre descendenții lor. Imediat după injectarea în celula gazdă, genomul fagului sintetizează proteinele timpurii care descompun ADN-ul gazdă, permițând fagului să preia controlul asupra mașinilor celulare., Fagul folosește apoi celula gazdă pentru a sintetiza proteinele rămase necesare pentru a construi noi particule de fag. Capetele și mantalele sunt asamblate separat, noul material genetic ambalat în cap și noile particule de fagi fiica construite. În timpul acestui proces, celulele gazdă devin treptat slăbite de enzimele fagului și în cele din urmă izbucnesc, eliberând în medie 100-200 de descendenți noi de fag în mediul înconjurător.figura 2. Descrierea etapelor ciclului litic bacteriofag.
urmăriți ciclul litice în acțiune aici.,ciclul lizogenic (Figura 3), uneori denumit infecție temperată sau non-virulentă, nu ucide celula gazdă, ci o folosește ca refugiu acolo unde există într-o stare latentă. După injectare de molimă ADN în celula gazdă, se integrează în genomul gazdă, cu ajutorul phage-codat integrases, unde este numit un prophage., Genomul prophage este apoi replicat pasiv împreună cu genomul gazdă, deoarece celula gazdă se divide atât timp cât rămâne acolo și nu formează proteinele necesare pentru a produce descendenți. Deoarece genomul Fagului este în general relativ mic, gazdele bacteriene sunt în mod normal relativ nevătămate de acest proces.figura 3. Descrierea etapelor ciclului bacteriofag lizogen.,dacă o bacterie care conține prophage este expusă la factori de stres, cum ar fi lumina UV, condiții nutritive scăzute sau substanțe chimice precum mitomicina C, prophage se poate extrage spontan din genomul gazdă și poate intra în ciclul litic într-un proces numit inducție.
Acest proces, cu toate acestea, nu este perfect și prophage poate lăsa uneori porțiuni din ADN-ul lor în spatele sau de a lua porțiuni din ADN-ul gazdă cu ei atunci când au re-circularize., Dacă infectează apoi o nouă celulă gazdă, pot transporta gene bacteriene de la o tulpină la alta într-un proces numit transducție. Aceasta este o metodă prin care genele de rezistență la antibiotice, genele care codifică toxina și superantigenul și alte trăsături de virulență se pot răspândi printr-o populație bacteriană.
lucrările Recente au arătat că tranziția între litice și lysogenic infecție este, de asemenea, depinde de abundența de fagi într-o zonă ca ei sunt capabili de a produce sens și peptide mici într-un proces asemănător cu cvorum sensing4.,imunitatea bacteriană la infecția cu fag
Nu toate bacteriile sunt neajutorate împotriva atacului de fag, posedând un „sistem imunitar” care le permite să lupte înapoi. CRISPR-Cas, care este acum sinonim cu modificări genetice, a fost propus pentru prima dată ca un bacteriană „adaptative” de Francisco Mojica5 și în mod independent de către un grup de la Universitatea Paris-Sud6 în 2005. Locusul CRISPR este o serie de secvențe scurte repetate separate de distanțiere cu secvențe unice. S-a constatat că aceste secvențe distanțiere au omologie cu ADN-ul viral și plasmidic, inclusiv fagul., Atunci când sunt atacați de un fag necunoașterit anterior, noi distanțiere sunt adăugate la o parte a CRISPR, făcând CRISPR o înregistrare cronologică a fagului pe care celula și strămoșii săi l-au întâlnit. Ca răspuns la invazia fagilor, secvențele CRISPR sunt transcrise și, în parteneriat cu proteinele Cas, țintesc și distrug secvențele de fag care sunt omoloage secvențelor distanțiere.fagul Lambda, izolat inițial din Escherichia coli, este unul dintre cei mai bine studiați fag și a constituit baza multor instrumente genetice., S-a spus chiar că utilizarea fagului ca instrumente a dus în cele din urmă la dezvoltarea biologiei moleculare ca disciplină7. În anii 1950, capacitatea fagului de a se recombina cu ADN-ul gazdă a fost exploatată pentru a manipula genomul speciilor de Salmonella și astfel sa născut procesul de transducție8. De atunci, a fost folosit ca vehicul pentru a muta materialul genetic între multe organisme, inclusiv manipularea genelor fungice9 și chiar genele umane. Datorită fagului umil, insulina umană a fost produsă mai întâi în siguranță și ieftin., Ea a deschis, de asemenea, aplicații în high throughput screening-ul de clone, nanomateriale development10, tratament antibacterian pentru produse alimentare, ca un instrument de diagnosticare și descoperirea de droguri si de livrare systems11.fagul x174 a devenit un pionier involuntar în 1977, când a fost primul organism care a determinat întreaga sa secvență de nucleotide datorită lui Fred Sanger și colegilor12.înainte de descoperirea antibioticelor de către Alexander Fleming în 1928, fagul era explorat ca metodă de tratare a infecțiilor bacteriene., În epoca post-antibiotic, activitatea convenabilă cu spectru larg a tratamentului cu antibiotice a însemnat că, în majoritatea cercetărilor organizației, terapia cu fagi a fost abandonată. Cu toate acestea, în multe dintre fostele națiuni Sovietice în care a existat o lipsă de antibiotice occidentale, cercetările în terapiile cu fagi au continuat prin necesitate. Odată cu creșterea problemelor globale ale rezistenței la antibiotice, a existat o renaștere în domeniul terapiei cu fagi în ultimii ani., În timp ce fagul sunt în măsură să infecta și distruge bacteriile și au fost folosite cu succes pentru a trata viața în pericol infection13, specia lor și chiar tulpina specificul și potențialul de pre-existente de imunitate de unele bacterii adică vizează un fagul tratamentul este în prezent un proces banal și trebuie să fie adaptat la fiecare infectie. Acest lucru face costisitoare și de lungă durată. În consecință, în prezent este o ultimă soluție și există încă multă muncă necesară în acest domeniu.,
fagul arbore genealogic
Cu creșterea disponibilității și accesibilității serviciilor de secventa de nucleotide, acolo a fost o explozie a numărului de fagi genomul prezentat la bazele de date în ultimii doi decades14 .fagii sunt clasificați de Comitetul Internațional pentru taxonomia virușilor (ICTV), începând cu actualizarea lor din 2017, există 19 familii de fag care infectează bacteriile și arhaea (Tabelul 1), dar pe măsură ce mai multe probe din zone mai îndepărtate sunt secvențiate, acest lucru este probabil să crească în viitor.,pentru utilizatorii de dispozitive mobile, derulați la stânga și la dreapta pentru a vizualiza datele din tabelul de mai jos.,
Table 1., Clasificarea taxonomică ICTV a bacteriofagilor care infectează bacteriile și arhaea.