Profagi

Kot Profage fago DNA zmernih bakteriofagov se imenuje, kadar je prisoten v bakterijski gostiteljski celici. Bakteriofage je leta 1917 odkril Félix Hubert d'Hérelle. So virusi, ki so se prilagodili specifičnim bakterijam. V nadaljnjem poteku raziskav smo razlikovali med liznim fagom z visoko virulenco in zmernim fagom s tihim profagom in lizogenim ciklom.

Kaj so profagi?

Profage zmernega bakteriofaga so lahko prisotne kot plazmid v gostiteljski celici ali pa so vključene v bakterijsko DNK. Za to mora zmerni fag prevzeti lizogeni cikel, ko se injicira fazna DNK. Razlikujemo lizični in lizogeni cikel. Medtem ko litski cikel povzroči hitro razmnoževanje in kasnejšo lizo gostiteljske celice po vbrizganju genskega materiala, se v lizenogeni cikel represivni geni iz faga vbrizgajo v gostiteljsko celico, da se zavre litični cikel, to je hitro raztapljanje celice.

Zmerni fag lahko prehaja med lizičnim in lizogenim ciklom, odvisno od prevladujočih okoljskih razmer. Litični cikel se nanaša na konvencionalen način, kako fagi geni delujejo znotraj gostiteljske celice. Hitra replikacija znotraj gostiteljske celice poteka po injiciranju virusne DNK. Ko se kapsid in proteinski repni vlakni poleg virusne DNK razmnožijo in iz posameznih delov sestavijo številni novi virusni delci, se lizocim razgradi celična stena gostiteljske celice. Ko se celična stena raztopi, se sprostijo novi fagi in njihova DNK se lahko zdaj vbrizga v druge bakterijske celice. Ta postopek je končan v približno eni uri.

Ta pristop se zaradi velikega števila novih virusnih delcev imenuje "virulentna oblika". Ker je celična stena gostitelja uničena s pomočjo lizocima, se uporablja izraz "litski cikel". V primeru zmernega faga ni nujno, da pride do hitrega razmnoževanja in kasnejše lize gostiteljske celice. Zmerni fag lahko odvisno od obstoječih okoljskih dejavnikov prehaja med lizičnim in lizogenim ciklom. Litični cikel je mogoče zatreti z injiciranjem represivnih genov in lizogeni cikel se lahko začne v nedogled.

V lizogenem ciklu se genetski material faga vstavi v genetski material zarodka in tu lahko preživi za nedoločen čas. Vbrizganega genetskega materiala imenujemo "mirno" in ga opredeljujemo kot "profage". Profag lahko leži kot plazmid v citoplazmi gostiteljske celice ali pa se vključi v genetski material bakterije.

Vključevanje virusnega genskega materiala zahteva visoko stopnjo specializacije. Genom zmernih fagov se lahko pritrdi le na določene položaje v bakterijski DNK. Nasprotno pa lahko genetski material posameznih sevov zmernih fagov vedno identificiramo na istih lokacijah bakterijskega genoma.

Zaradi uspešne prilagoditve so profagi upravičeni do delitve bakterijskih celic. Ko gostiteljska celica deli mitozo, se virusni genetski material prenese. Nadaljnji prenos na druge bakterije lahko poteka s konjugacijo. Profagi se lahko torej širijo po različnih prenosnih poteh po celotnih bakterijskih sevih. Profag se lahko zaradi vplivov iz okolja, kot so UV svetloba ali nekatere kemikalije, preklopi nazaj v litski cikel in si prizadeva za agresivno razmnoževanje.

Profag uporablja tudi postopke prepisovanja gostiteljske celice: vbrizgani represorni geni faga prepoznajo kot DNK poškodbe nekaterih encimov bakterije in se razgradijo. Razgradnja represivnih genov je v celici gostiteljici samodestruktivna. Litičnega cikla ni več mogoče zatreti in profag se iz lizogenega stanja spremeni v agresivno razmnoževanje, ki se konča z naknadnim raztapljanjem bakterijske celične stene.

Pojav, distribucija in lastnosti

Fagi so visoko specializirani virusi, ki so se prilagodili posameznim sevom bakterij. Torej do vsake bakterije ne more dostopati bakteriofag. Razmnoževanje brez specifične gostiteljske celice za bakteriofag ni mogoče. Visoka stopnja specializacije pomeni, da lahko bakteriofage najdemo na istem terenu kot njihove gostiteljske celice.

Enako velja za še večje stopnje za profage. Ker profagi niso običajni virusi in se predstavljajo kot virusni dedni material znotraj organizma gostitelja, jih ni mogoče najti zunaj določenih celic zaradi same definicije.

Poleg tega je treba omeniti, da imajo samo bakteriofagi v morski vodi število (10 do moči 30) in tako na celotnem planetu prisotnih več fagov kot živih bitij. V nasprotju s tem je zelo malo število devetnajst uradno raziskanih bakteriofagov, kar otežuje natančno izjavo o pojavu.

Pomen in funkcija

Fage terapija je bila razvita v dvajsetih letih prejšnjega stoletja in se v vzhodni Evropi uspešno uporablja za boj proti različnim nalezljivim boleznim do danes. Prednosti fagne terapije so očitne: bakteriofagi škodujejo le posameznim bakterijskim sevom, medtem ko imajo antibiotiki na splošno škodljiv vpliv na bakterije v telesu.

Odkritje penicilina v 40. letih prejšnjega stoletja je privedlo do množične uporabe antibiotikov na Zahodu in posledično do konca fagskih raziskav. Poznejša tvorba številnih odpornosti na antibiotike je v 90. letih prejšnjega stoletja sprožila večje zanimanje za bakteriofage.

Terapija s fagi se osredotoča na bakteriofage z agresivno virulenco in izključno litskim ciklom, medtem ko so zmerni bakteriofagi in profagi do danes igrali le podrejeno vlogo.

Bolezni in bolezni

Nekateri patogeni lahko svojo virulentnost pridobijo le s simbiozo s profagi. Clostridium botulinum lahko proizvaja grozni botulin toksin le s pomočjo integrirane fagove DNK. Streptococcus pyogenes lahko sproži škrlatno vročino le v kombinaciji z DNA profaga.

Kolere Vibrio proizvajajo kolero le s posebnimi profagi. To kaže tudi na pomen fagov za humano medicino. Celotni bakterijski sevi bi lahko izgubili svoj patogeni potencial, če bi lahko odgovorne profage posebej izklopili.