Bakteriofag so virusi, ki okužijo bakterije in se v procesu razmnožujejo. Za vsako bakterijo obstaja tudi poseben bakteriofag. Bakteriofagi se uporabljajo v medicini in genskem inženiringu.
Kaj so bakteriofagi?
Bakteriofagi so skupina virusov, ki okužijo bakterije in arheje (primordialne bakterije). Pri tem se še naprej množijo, uničujejo bakterijo.
Za vsako bakterijo obstaja poseben bakteriofag, ki temelji na načelu ključavnice in ključa. Po tradicionalni definiciji bakteriofagi, tako kot vsi virusi, niso živa bitja. Za razmnoževanje so odvisni od gostitelja. Biokemični procesi se zunaj gostitelja ne odvijajo. Za to fagi uporabljajo encime svojega gostitelja.
Bakteriofagi so sestavljeni samo iz DNK ali RNK, ki jih obdaja beljakovinski plašč. Velika večina fagov pa ima DNK kot svoj genetski material.
Fage je leta 1917 prvič opisal kanadski biolog Félix Hubert d'Hérelle. Struktura različnih fag je različna. V osnovi so bakteriofagi sestavljeni iz več komponent. Glavni poudarek je bil na strukturi tako imenovanih T fagov, ki okužijo tudi bakterijo Escherichia coli.
T-fagi so sestavljeni iz večglasne glave, ki je prek vratu povezana z podolgovatim injekcijskim kanalom (injekcijsko napravo). Pod napravo za injiciranje je osnovna plošča z repnimi vlakni in trni. Glava je kapsid, ki vsebuje nukleinsko kislino. Kapsid, kanal za injiciranje in osnovna plošča so narejeni iz beljakovin. Repna vlakna in trni služijo za zasidranje faga na celično steno bakterije.
Pojav, distribucija in lastnosti
Bakteriofagi so univerzalni. V morski vodi je približno 10 moči 30 bakteriofagov. Za vsako bakterijo obstaja tudi ustrezen fag.
Razmnoževanje bakteriofagov lahko razdelimo na pet faz. Najprej se fag absorbira na določenem receptorju celične stene. Konci repnih niti se pritrdijo na površino celice. V naslednjem koraku fag vbrizga svojo DNA ali RNA v bakterijo. Prazne proteinske lupine ostanejo na površini bakterij. Tretja faza se imenuje latenčna faza, v kateri ni mogoče zaznati nobenih fagov. Med fazo latencije, ki traja več ur, se začneta prevajanje v virusno mRNA in replikacija v virusno nukleinsko kislino. V tako imenovani proizvodni fazi nastajajo virusni proteini. Nato se v fazi dozorevanja sestavijo posamezne komponente virusa. Ko je proizvodnja virusa končana, lizocim, ki ga proizvede pretvorjena bakterijska celica, bakterijo raztopi in sprosti proizvedene fage.
Pomen in funkcija
Danes se bakteriofagi že pogosto uporabljajo na številnih področjih. Odpirajo se posebna področja uporabe v medicini, biologiji ali kmetijskem inženiringu. V medicini se bakteriofagi uporabljajo za odkrivanje bakterijskih sevov zaradi njihove specifičnosti za nekatere bakterije. To področje uporabe imenujemo lizotip.
Trenutno se izvajajo intenzivne raziskave boja proti bakterijam z bakteriofagi pri okužbah. To raziskovalno področje dobiva na veljavi, zlasti pod vplivom vedno večjega števila bakterijskih sevov, odpornih na antibiotike. Vendar je slaba stabilnost fagov v telesu problematična. Telo takoj izločijo telesni fagociti.
Félix Hubert d'Hérelle je že obravnaval to možno prijavo. Po odkritju in uvedbi antibiotikov pa so bili rezultati raziskav o tej možni uporabi popolnoma pozabljeni. Vendar Eliava inštitut za fazne raziskave, ki ga je ustanovil D'Hérelle leta 1934, še vedno obstaja v Tbilisiju v Džordžiji. Skupaj z Inštitutom za imunologijo in eksperimentalno terapijo Ludwik Hirszfeld iz poljskega mesta Vroclav danes tam potekajo raziskave nadomestnih metod boja proti bakterijam, odpornim na antibiotike, z uporabo fagov.
Fage se v živilski industriji uporabljajo tudi na več različnih načinov. Na primer, pri pakiranju sira ali klobas se uporabljajo različna fago razpršila, ki jih ščitijo pred bakterijami.
Gensko inženiring je tudi veliko področje uporabe. Na primer, fagi se zdaj uporabljajo kot prenašalci nekaterih genov in se vnašajo v bakterije. S to metodo lahko nastanejo bakterijski sevi bakterije Escherichia coli, ki proizvajajo inzulin.
Ti vektorji postajajo vse pomembnejši tudi za proizvodnjo drugih aktivnih snovi. Poleg tega se nekatere od njih lahko uporabljajo za boj proti genetskim napakam.
Bolezni in bolezni
Vendar pa bakteriofagi ne kažejo le pozitivnih učinkov. Nekatere resne nalezljive bolezni izbruhnejo le s pomočjo fagov. Difterijo sproži bakterija Corynebacterium diphtheriae. Toda bolezen lahko izbruhne le, če je Corynebacterium diphtheriae sočasno okužena z bakteriofagi. Po okužbi s fagi te bakterije proizvajajo značilen toksin, ki povzroča hude, včasih smrtno nevarne simptome.
Bolezen se začne z znaki, kot so težave pri požiranju, utrujenost, slabost in bolečine v trebuhu. Na mandljih je bela prevleka, ki diši slabo, sladko. Pogosto pride do zapletov, kot sta pljučnica ali miokarditis, ki so lahko usodni.
Druga bolezen, ki jo povzročajo bakteriofagi, je škrlatna vročica. Škrlatno vročino povzročajo streptokoki, okuženi z bakteriofagi. Zaradi te okužbe bakterije proizvajajo posebno zahrbtni toksin. Obstajajo hudi simptomi z mrzlico, vročino, bruhanjem in vneto grlo. Sprva je jezik bel, po nekaj dneh pa postane malina rdeč. Pojavi se tudi izpuščaj. Če bakterija ne bi bila okužena z bakteriofagom, bi to vodilo le do neškodljivega tonzilitisa.
Kolero povzroča tudi bakterija, okužena z bakteriofagi, imenovanimi Vibrio cholerae.
