Prophages

Kā Pāreja mērenu bakteriofāgu fāgu DNS sauc par to, kad tā atrodas baktēriju saimnieka šūnā. Bakteriofāgus 1917. gadā atklāja Fēlikss Huberts d’Hérelle. Tie ir vīrusi, kas ir pielāgojušies specifiskām baktērijām. Turpmākajā pētījuma gaitā tika nodalīti lītiskie fāgi ar augstu virulenci un mērenie fāgi ar kluso fāzi un lizogēno ciklu.

Kas ir fāgas?

Mērena bakteriofāga fāze var būt saimnieka šūnā kā plazmīda vai integrēta baktēriju DNS. Lai to panāktu, mērenajam fāgam jāpieņem lizogēnais cikls, kad tiek ievadīta fāga DNS. Izšķir lītisko ciklu un lizogēno ciklu. Kamēr lītiskais cikls izraisa ātras saimnieka šūnas replikāciju un sekojošu lizēšanu pēc ģenētiskā materiāla ievadīšanas, lizogēnā cikla laikā fāzes represoru gēni tiek ievadīti saimnieka šūnā, lai nomāktu lītisko ciklu, t.i., šūnu ātru izšķīšanu.

Mērenais fāgs var pārslēgties starp lītisko un lizogēno ciklu atkarībā no valdošajiem vides apstākļiem. Lītiskais cikls attiecas uz parasto veidu, kā fāgu gēni darbojas saimniekorganisma šūnā. Ātra replikācija saimnieka šūnā notiek pēc vīrusa DNS ievadīšanas. Pēc tam, kad kapsīds un astes šķiedras proteīni ir replicējušies papildus vīrusa DNS un no atsevišķām daļām ir saliktas daudzas jaunas vīrusa daļiņas, saimniekorganisma šūnas siena tiek sadalīta ar lizocīmu. Kad šūnas siena izšķīst, jaunie fāgi tiek atbrīvoti, un to DNS tagad var ievadīt citās baktēriju šūnās. Šis process tiek pabeigts aptuveni stundas laikā.

Tā kā ir daudz jaunu vīrusu daļiņu, šī pieeja tiek dēvēta par "virulentu formu". Tā kā saimnieka šūnu siena tiek iznīcināta ar lizocīma palīdzību, tiek izmantots termins "lītiskais cikls". Mērena fāga gadījumā saimnieka šūnas ātrai replikācijai un sekojošai līzei nav obligāti jāstājas spēkā. Atkarībā no esošajiem vides faktoriem mērenais fāgs var pārslēgties starp lītisko un lizogēno ciklu. Lītisko ciklu var nomākt, ievadot reprezentatīvos gēnus, un lizogēnais cikls var sākties uz nenoteiktu laiku.

Lizogēnajā ciklā fāgu ģenētiskais materiāls tiek ievietots dīgļa ģenētiskajā materiālā un šeit var izdzīvot uz nenoteiktu laiku. Injicēto ģenētisko materiālu sauc par "nekustīgu" un definē kā "fāgu". Profāze var atrasties kā plazmidija saimnieka šūnas citoplazmā vai būt integrēta baktērijas ģenētiskajā materiālā.

Vīrusu ģenētiskā materiāla integrācija prasa augstu specializācijas pakāpi. Mērena fāga genomu var piesaistīt tikai noteiktām baktēriju DNS pozīcijām. Un otrādi, atsevišķu mērena fāga celmu ģenētisko materiālu vienmēr var identificēt tajās pašās baktēriju genoma vietās.

Veiksmīga adaptācija padara profagus par baktēriju šūnu dalīšanas ieguvējiem. Kad saimnieka šūna dalās mitozē, vīrusa ģenētiskais materiāls tiek nodots tālāk. Turpmāka pārnešana uz citām baktērijām var notikt ar konjugācijas palīdzību. Tāpēc fāgas var izplatīties dažādos baktēriju celmos dažādos transmisijas ceļos. Vides ietekmes, piemēram, ultravioletā starojuma vai noteiktu ķīmisku vielu ietekmē, parafāža var atgriezties lītiskajā ciklā un tiekties pēc agresīvas replikācijas.

Profāzē tiek izmantoti arī saimnieka šūnas transkripcijas procesi: ievadītie fāga represoru gēni tiek atzīti par DNS bojājumiem ar noteiktiem baktērijas fermentiem un tiek sadalīti. Repressora gēnu sadalīšanās saimnieka šūnā ir pašiznīcinoša. Lītisko ciklu vairs nevar apspiest, un propāze no lizogēna stāvokļa mainās uz agresīvu replikāciju, kas beidzas ar sekojošu baktēriju šūnu sienas izšķīšanu.

Rašanās, izplatīšana un īpašības

Fāgi ir augsti specializēti vīrusi, kas pielāgojušies atsevišķiem baktēriju celmiem. Tātad ne katrs bakteriofāgs var piekļūt katrai baktērijai. Bakteriofāga pavairošana bez īpašas saimnieka šūnas nav iespējama. Augstais specializācijas līmenis nozīmē, ka bakteriofāgi var atrasties tajā pašā reljefā kā to saimnieka šūnas.

Tas pats ir attiecināms uz patoloģijām. Tā kā pūtītes nav parastie vīrusi un saimniekorganismā ir tikai iedzimts vīrusu materiāls, tikai definīcijas dēļ tos nevar atrast ārpus piešķirtajām šūnām.

Turklāt jāpiemin, ka bakteriofāgos vien jūras ūdenī ir vairāki (no 10 līdz 30) un tādējādi uz visas planētas ir vairāk fāgu nekā dzīvās būtnes. Turpretī ir ļoti maz deviņpadsmit oficiāli izpētītu bakteriofāgu, kas apgrūtina precīzu paziņojumu par šo parādību.

Nozīme un funkcija

Fāžu terapija tika izstrādāta 20. gadsimta 20. gados, un līdz pat šai dienai Austrumeiropā to veiksmīgi izmanto dažādu infekcijas slimību apkarošanai. Fāžu terapijas priekšrocības ir acīmredzamas: bakteriofāgi bojā tikai atsevišķus baktēriju celmus, savukārt antibiotikām parasti ir kaitīga ietekme uz baktērijām organismā.

Penicilīna atklāšana pagājušā gadsimta četrdesmitajos gados noveda pie tā, ka Rietumos tika plaši izmantotas antibiotikas, un tā rezultātā tika pārtraukta fāgu izpēte. Sekojošā daudzo rezistences pret antibiotikām uzkrāšanās 1990. gados izraisīja pastiprinātu interesi par bakteriofāgiem.

Fāžu terapija koncentrējas uz bakteriofāgiem ar agresīvu virulenci un vienīgi lītisku ciklu, savukārt mērenajiem bakteriofāgiem un profagiem līdz šim ir bijusi tikai pakārtota loma.

Slimības un kaites

Daži patogēni savu virulenci var veidot tikai simbiozes veidā ar profagām. Clostridium botulinum baidītā botulīna toksīnu var radīt tikai ar integrētās fāgas DNS palīdzību. Streptococcus pyogenes var izraisīt skarlatīnu tikai kombinācijā ar fāgas DNS.

Vibrio cholerae holēru ražo tikai ar īpašu palīdzību. Tas arī parāda fāgu nozīmi cilvēku medicīnā. Pilnīgi baktēriju celmi varētu zaudēt savu patogēno potenciālu, ja varētu speciāli izslēgt atbildīgos profagus.