Bakteriofagi so "jedci bakterij" v tem, kar so virusi ki okužijo in uničijo bakterije. Ti mikroskopski organizmi so včasih imenovani fagi po naravi vseprisotni. Poleg okužbe z bakterijami bakteriofagi okužijo tudi druge mikroskope prokarioti poznan kot arhee. Ta okužba je značilna za določeno vrsto bakterij ali arhej. Fag, ki okuži E. coli na primer, ne bo okužil bakterij antraksa. Ker bakteriofagi ne okužijo človeške celice, so jih uporabljali v medicinskih terapijah za zdravljenje bakterijske bolezni.
Bakteriofagi imajo tri glavne vrste strukture.
Ker so bakteriofagi virusi, jih sestavljajo a nukleinska kislina (DNK ali RNA) zaprt v beljakovinski lupini oz kapsid. Bakteriofag ima lahko tudi beljakovinski rep, pritrjen na kapsidu, pri čemer se repna vlakna segajo od repa. Repna vlakna pomagajo, da se fag pritrdi na svojega gostitelja, rep pa pomaga vbrizgati virus geni v gostitelja. Bakteriofag lahko obstaja kot:
- virusni geni v kapsidni glavi brez repa
- virusni geni v kapsidni glavi z repom
- nitasti ali paličasti kapsid s krožno enoverižno DNK.
Bakteriofagi spakirajo svoj genom
Kako virusi prilegajo svoj voluminozen genetski material v svoje kapside? Bakterije RNA, rastlinski virusi in živalskih virusov imajo samozložljiv mehanizem, ki omogoča, da se virusni genom prilega kapsidni posodi. Kaže, da ima samo virusni RNA genom ta mehanizem samozlaganja. DNK virusi vgradijo svoj genom v kapsido s pomočjo posebnih encimov, znanih kot embalažni encimi.
Bakteriofagi imajo dva življenjska cikla
Bakteriofagi se lahko razmnožujejo bodisi z lizogenim bodisi z litskim življenjskim ciklom. Lizogeni cikel je znan tudi kot zmerni cikel, ker gostitelj ne pogine. Virus vbrizga svoje gene v bakterijo, virusni geni pa se vstavijo v bakterijo kromosom. V bakteriofagni litski cikel, se virus razmnoži znotraj gostitelja. Gostitelja ubijejo, ko se na novo ponovljeni virusi odprejo ali lizirajo gostiteljsko celico in se sprostijo.
Bakteriofagi prenašajo gene med bakterijami
Bakteriofagi pomagajo pri prenosu genov med bakterijami genetska rekombinacija. Ta vrsta prenosa genov je znana kot transdukcija. Transdukcija se lahko izvede skozi litski ali lizogeni cikel. V ličnem ciklu na primer fag vbrizga svojo DNK v bakterijo, encimi pa bakterijsko DNK ločijo na koščke. Phage geni usmerjajo bakterijo, da proizvaja več virusnih genov in virusnih komponent (kapsidi, rep itd.). Kot novo virusi se začnejo sestavljati, bakterijska DNA se lahko nenamerno zapre v virusni kapsid. V tem primeru ima fag bakterijsko DNK namesto virusne DNK. Ko ta fag okuži drugo bakterijo, v celico gostiteljico vbrizga DNK iz prejšnje bakterije. Nato lahko bakterija DNA darovalca vstavi v genom na novo okužene bakterije z rekombinacijo. Kot rezultat, se geni iz ene bakterije prenesejo v drugo.
Bakteriofagi lahko naredijo bakterije škodljive za človeka
Bakteriofagi igrajo vlogo pri človeški bolezni tako, da nekatere neškodljive bakterije pretvorijo v povzročitelje bolezni. Nekatere vrste bakterij, vključno E. coli, Streptococcus pyogenes (povzroča bolezni prehranjevanja s mesom), Koprive Vibrio (povzroča kolero) in Šigella (povzroča dizenterijo) postanejo škodljivi, ko se geni, ki proizvajajo strupene snovi, nanje prenesejo preko bakteriofagov. Te bakterije so nato sposobne okužiti človeka in povzročiti zastrupitev s hrano in druge smrtonosne bolezni.
Bakteriiofagi se uporabljajo za tarčo superbubov
Znanstveniki so izolirali bakteriofage, ki uničujejo superbug Clostridium difficile (C. različno). C. razl običajno prizadene prebavni sistem, ki povzroča drisko in kolitis. Zdravljenje te vrste okužbe z bakteriofagi zagotavlja način za ohranitev dobrih črevesnih bakterij, hkrati pa uničuje le C. razl kalčki. Bakteriofagi se kažejo kot dobra alternativa antibiotiki. Zaradi prevelike uporabe antibiotikov so odporni sevi bakterij vse pogostejši. Bakteriofagi se uporabljajo tudi za uničenje drugih superbugov, vključno z odpornimi na zdravila E. coli in MRSA.
Bakteriofagi igrajo pomembno vlogo v svetovnem ogljikovem ciklu
Bakteriofagi so najpogostejši virus v oceanu. Fagi, znani kot pelagifagi, okužijo in uničijo bakterije SAR11. Te bakterije pretvorijo raztopljene ogljikove molekule v ogljikov dioksid in vplivajo na količino razpoložljivega atmosferskega ogljika. Pelagifagi igrajo pomembno vlogo v ogljikovem ciklu z uničevanjem bakterij SAR11, ki se razmnožujejo z veliko hitrostjo in se zelo dobro prilagajajo, da se izognejo okužbi. Pelagifagi nadzirajo število bakterij SAR11 in tako preprečujejo prekomerno proizvodnjo svetovne proizvodnje ogljikovega dioksida.
Viri:
- Encyclopædia Britannica Online, s. v. "bakteriofag", dostopano 7. oktobra 2015, http://www.britannica.com/science/bacteriophage.
- Norveška šola za veterino. "Virusi lahko postanejo neškodljivi E. Coli nevaren. "ScienceDaily. ScienceDaily, 22. aprila 2009. www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090417195827.htm.
- Univerza v Leicesterju. "Virusi, ki jedo bakterije, so čarobni naboji v vojni s superbaki." ScienceDaily. ScienceDaily, 16. oktobra 2013. www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131016212558.htm.
- Oregon State University. "Vojna brez konca, z Zemljinim ogljikovim ciklom v ravnovesju." ScienceDaily. ScienceDaily, 13. februarja 2013. www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130213132323.htm.