Bakteriofāgs

Bakteriofāgs ir vīrusi, kas inficē baktērijas un vairojas šajā procesā. Katrai baktērijai ir arī īpašs bakteriofāgs. Bakteriofāgus izmanto medicīnā un gēnu inženierijā.

Kas ir bakteriofāgi?

Bakteriofāgi ir vīrusu grupa, kas inficē baktērijas un archaea (pirmatnējās baktērijas). To darot, viņi turpina vairoties, iznīcinot baktēriju.

Katrai baktērijai ir īpaša bakteriofāga, kuras pamatā ir atslēga un atslēga. Saskaņā ar tradicionālo definīciju bakteriofāgi, tāpat kā visi vīrusi, nav dzīvās būtnes. Pavairošanai viņi ir atkarīgi no saimnieka. Ārpus saimnieka nenotiek bioķīmiskie procesi. Fāgi tam izmanto sava saimnieka fermentus.

Bakteriofāgi sastāv tikai no DNS vai RNS, kurus ieskauj olbaltumvielu apvalks. Tomēr lielākajā daļā fāgu ģenētiskā materiāla ir DNS.

Fāgus pirmo reizi 1917. gadā aprakstīja kanādiešu biologs Fēlikss Huberts d’Hérelle. Dažādu fāgu struktūra ir atšķirīga. Būtībā bakteriofāgi sastāv no vairākiem komponentiem. Galvenais uzsvars tika likts uz tā saukto T fāgu struktūru, kas inficē arī Escherichia coli baktēriju.

T-fāgi sastāv no daudzslāņu galvas, kas ar kakla palīdzību ir savienota ar iegarenu injekcijas kanālu (injekcijas ierīci). Pamatnes plāksne ar astes šķiedru un smailēm atrodas zem iesmidzināšanas ierīces. Galva ir kapsīds, kas satur nukleīnskābi. Kapsīds, injekcijas kanāls un pamatplate ir izgatavoti no olbaltumvielām. Astes šķiedras un tapas kalpo, lai noenkurotu fāgu pie baktērijas šūnas sienas.

Rašanās, izplatīšana un īpašības

Bakteriofāgi ir universāli. Jūras ūdenī ir apmēram 10 līdz 30 bakteriofāgu jaudu. Katrai baktērijai ir arī atbilstošais fāgs.

Bakteriofāgu reizināšanu var iedalīt piecās fāzēs. Pirmkārt, fāgs tiek absorbēts noteiktā šūnu sienas receptorā. Astes pavedienu galus piestiprina pie šūnas virsmas. Nākamajā posmā fāgs baktērijā injicē savu DNS vai RNS. Tukšie olbaltumvielu apvalki paliek uz baktēriju virsmas. Trešo fāzi sauc par latentuma fāzi, kurā nevar noteikt fāgus. Latences fāzes laikā, kas ilgst vairākas stundas, sākas translācija vīrusa mRNS un replikācija vīrusa nukleīnskābē. Tā sauktajā ražošanas fāzē tiek veidoti vīrusu proteīni. Tad nākamajā nogatavināšanas posmā tiek sastādīti atsevišķi vīrusa komponenti. Pēc vīrusa ražošanas pabeigšanas lizocīms, ko ražo pārveidotā baktēriju šūna, izšķīdina baktēriju un atbrīvo saražotos fāgus.

Nozīme un funkcija

Mūsdienās bakteriofāgi jau tiek plaši izmantoti daudzās jomās. Īpašas piemērošanas jomas ir atvērtas medicīnā, bioloģijā vai lauksaimniecības inženierijā. Medicīnā bakteriofāgi tiek izmantoti baktēriju celmu noteikšanai, ņemot vērā to specifiskumu noteiktām baktērijām. Šo piemērošanas jomu sauc par lizotipu.

Pašlaik tiek veikti intensīvi pētījumi par baktēriju apkarošanu, izmantojot bakteriofāgus infekcijās. Šī pētniecības joma kļūst arvien nozīmīgāka, īpaši arvien pieaugošā pret antibiotikām izturīgo baktēriju celmu skaita ietekmē. Tomēr slikta fāgu stabilitāte ķermenī ir problemātiska. Tos nekavējoties izvada paša organisma fagocīti.

Fēlikss Huberts d’Hérelle jau ir apsvēris šo iespējamo pielietojumu. Tomēr pēc antibiotiku atklāšanas un ieviešanas pētījumu rezultāti par šo iespējamo pielietojumu tika pilnībā aizmirsti. Tomēr Eliavas fāgu izpētes institūts, kuru 1934. gadā dibināja D’Hérelle, joprojām pastāv Tbilisi, Džordžijas štatā. Kopā ar Ludvika Hiršfelda Imunoloģijas un eksperimentālās terapijas institūtu no Vroclavas (Polija) tagad tur tiek veikti pētījumi par alternatīvām metodēm, kā apkarot pret antibiotikām izturīgas baktērijas, izmantojot fāgus.

Fāgus pārtikas rūpniecībā izmanto arī dažādos veidos. Piemēram, siera vai desu iesaiņošanai tiek izmantoti dažādi fāgu aerosoli, lai pasargātu tos no baktērijām.

Gēnu inženierija ir arī plaša pielietojuma joma. Piemēram, fāgus tagad izmanto kā noteiktu gēnu pārnēsātājus un ievada baktērijās. Izmantojot šo metodi, varētu radīt Escherichia coli baktēriju celmus, kas ražo insulīnu.

Šie pārnēsātāji kļūst arvien nozīmīgāki arī citu aktīvo vielu ražošanā. Turklāt dažus no tiem var izmantot ģenētisko defektu apkarošanai.

Slimības un kaites

Tomēr bakteriofāgi neuzrāda tikai pozitīvu efektu. Dažas nopietnas infekcijas slimības izdalās tikai ar fāgu palīdzību. Difteriju izraisa baktērija Corynebacterium diphtheriae. Tomēr slimība var izdalīties tikai tad, ja Corynebacterium diphtheriae vienlaikus tiek inficēti ar bakteriofāgiem. Pēc inficēšanās ar fāgiem šīs baktērijas rada raksturīgo toksīnu, kas izraisa smagus, dažreiz dzīvībai bīstamus simptomus.

Slimība sākas ar tādām pazīmēm kā apgrūtināta rīšana, nogurums, slikta dūša un sāpes vēderā. Mandelēm ir balts pārklājums, kas smaržo nediena, salda. Bieži vien ir komplikācijas, piemēram, pneimonija vai miokardīts, kas var būt letālas.

Vēl viena slimība, ko izraisa bakteriofāgi, ir skarlatīns. Scarlet drudzi izraisa streptokoki, kas inficēti ar bakteriofāgiem. Šīs infekcijas rezultātā baktērijas rada īpaši mānīgu toksīnu. Pastāv smagi simptomi ar drebuļiem, drudzi, vemšanu un kakla sāpēm. Sākumā mēle ir balta, bet pēc dažām dienām tā kļūst aveņu sarkana. Rodas arī izsitumi. Ja baktērija nebūtu inficēta ar bakteriofāgu, tas novestu tikai pie nekaitīga tonsilīta.

Holera izraisa arī baktērija, kas inficēta ar bakteriofāgiem, ko sauc par Vibrio cholerae.