Bakteriofagi są „zjadaczami bakterii” w tym sensie, że są wirusy infekują i niszczą bakteria. Te mikroskopijne organizmy, czasem nazywane fagami, są wszechobecne w przyrodzie. Oprócz infekowania bakterii bakteriofagi infekują również inne mikroskopijne prokariota znany jako Archaea. Ta infekcja jest specyficzna dla określonego gatunku bakterii lub archeonów. Fag, który zaraża MI. coli na przykład nie zainfekuje bakterii wąglika. Ponieważ bakteriofagi nie infekują ludzkie komórki, były stosowane w leczeniu w leczeniu choroby bakteryjne.
Bakteriofagi mają trzy główne typy struktur.
Ponieważ bakteriofagi są wirusami, składają się z kwasu nukleinowego (DNA lub RNA) zamknięte w osłonce białkowej lub kapsyd. Bakteriofag może mieć również białkowy ogon przymocowany do kapsydu z włóknami ogona rozciągającymi się od ogona. Włókna ogona pomagają przyczepić faga do gospodarza, a ogon pomaga wstrzyknąć wirus geny do hosta. Bakteriofag może występować jako:
- geny wirusowe w głowie kapsydu bez ogona
- geny wirusowe w głowie kapsyda z ogonem
- kapsyd nitkowaty lub w kształcie pręta z okrągłym jednoniciowym DNA.
Bakteriofagi pakują swój genom
W jaki sposób wirusy dopasowują swój obszerny materiał genetyczny do kapsydów? Bakteriofagi RNA, wirusy roślinne i wirusy zwierzęce mają mechanizm samozkładania się, który umożliwia dopasowanie genomu wirusowego do pojemnika kapsydu. Wydaje się, że tylko wirusowy genom RNA ma ten samozkładający się mechanizm. Wirusy DNA dopasowują swój genom do kapsydu za pomocą specjalnych enzymów zwanych enzymami pakującymi.
Bakteriofagi mają dwa cykle życia
Bakteriofagi są zdolne do rozmnażania w cyklu życia lizogennym lub litycznym. Cykl lizogeniczny jest również znany jako cykl umiarkowany, ponieważ gospodarz nie zostaje zabity. Wirus wstrzykuje swoje geny do bakterii, a geny wirusowe są wstawiane do bakterii chromosom. w cykl lityczny bakteriofaga, wirus replikuje się na hoście. Host zostaje zabity, gdy nowo zreplikowane wirusy otwierają się lub lizują komórkę gospodarza i zostają zwolnione.
Bakteriofagi przenoszą geny między bakteriami
Bakteriofagi pomagają przenosić geny między bakteriami za pomocą rekombinacja genetyczna. Ten typ transferu genów jest znany jako transdukcja. Transdukcję można osiągnąć poprzez cykl lityczny lub lizogeniczny. Na przykład w cyklu litycznym fag wstrzykuje DNA do bakterii i enzymy rozdziela bakteryjny DNA na kawałki. Geny fagów kierują bakterią do wytwarzania większej liczby genów wirusowych i składników wirusowych (kapsydów, ogonów itp.). Jak nowy wirusy zaczynają się gromadzić, bakteryjne DNA może przypadkowo zostać zamknięte w wirusowym kapsydu. W tym przypadku fag ma DNA bakteryjne zamiast DNA wirusowego. Kiedy ten fag infekuje inną bakterię, wstrzykuje DNA z poprzedniej bakterii do komórki gospodarza. DNA bakteryjne dawcy może następnie zostać wstawione do genomu nowo zakażonej bakterii przez rekombinację. W rezultacie geny z jednej bakterii są przenoszone na drugą.
Bakteriofagi mogą powodować, że bakterie są szkodliwe dla ludzi
Bakteriofagi odgrywają rolę w chorobach człowieka, przekształcając niektóre nieszkodliwe bakterie w czynniki chorobowe. Niektóre gatunki bakterii, w tym MI. coli, Streptococcus pyogenes (powoduje chorobę mięsożerną), Vibrio cholerae (powoduje cholera) i Shigella (powoduje czerwonkę) stają się szkodliwe, gdy geny wytwarzające substancje toksyczne są przenoszone na nie przez bakteriofagi. Bakterie te są następnie w stanie zarażać ludzi i powodować zatrucie pokarmowe i inne śmiertelne choroby.
Bakteriofagi są wykorzystywane do celowania w superbakterie
Naukowcy wyizolowali bakteriofagi, które niszczą superbakterię Clostridium difficile (C. diff). DO. różn zwykle wpływa na układ trawienny, powodując biegunkę i zapalenie jelita grubego. Leczenie tego rodzaju infekcji bakteriofagami pozwala zachować dobre bakterie jelitowe, niszcząc tylko jelito DO. różn zarazki Bakteriofagi są postrzegane jako dobra alternatywa dla antybiotyki. Z powodu nadużywania antybiotyków oporne szczepy bakterii stają się coraz bardziej powszechne. Bakteriofagi są również wykorzystywane do niszczenia innych superbakterii, w tym lekoopornych MI. coli i MRSA.
Bakteriofagi odgrywają znaczącą rolę w światowym obiegu węgla
Bakteriofagi są najbardziej rozpowszechnionym wirusem w oceanie. Fagi zwane pelagipagami infekują i niszczą bakterie SAR11. Bakterie te przekształcają rozpuszczone cząsteczki węgla w dwutlenek węgla i wpływają na ilość dostępnego węgla atmosferycznego. Pelagipagi odgrywają ważną rolę w cyklu węgla, niszcząc bakterie SAR11, które namnażają się w szybkim tempie i bardzo dobrze przystosowują się, aby uniknąć infekcji. Pelagiphages utrzymuje kontrolę liczby bakterii SAR11, zapewniając, że nie występuje nadmiar globalnej produkcji dwutlenku węgla.
Źródła:
- Encyclopædia Britannica Online, s. v. „bakteriofag”, dostęp 7 października 2015 r., http://www.britannica.com/science/bacteriophage.
- Norweska Szkoła Nauk Weterynaryjnych. „Wirusy mogą stać się nieszkodliwe E. Coli Dangerous. ”ScienceDaily. ScienceDaily, 22 kwietnia 2009 r. www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090417195827.htm.
- University of Leicester. „Magiczne pociski zjadające bakterie w wojnie z superbakteriami”. ScienceDaily. ScienceDaily, 16 października 2013 r. www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131016212558.htm.
- Oregon State University. „Wojna bez końca z utrzymaniem równowagi węglowej na Ziemi”. ScienceDaily. ScienceDaily, 13 lutego 2013 r. www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130213132323.htm.