Ik wil alles weten

Bacteriofaag

Pin
Send
Share
Send


Artistieke weergave van een T4-bacteriofaag

EEN bacteriofaag (van "bacteriën" en Grieks phagein, 'eten') is een virus dat bacteriën infecteert. De term wordt vaak gebruikt in zijn verkorte vorm, faag.

Net als virussen die eukaryoten infecteren (planten, dieren en schimmels), variëren fagen sterk in structuur en functie. Gewoonlijk bestaan ​​ze uit een buitenste eiwitromp, of capside, omsluitend genetisch materiaal. Het genetische materiaal kan RNA zijn, maar is meestal dubbelstrengs DNA. Het faaggenoom varieert in grootte van tussen 2 en 200 kilo baseparen per streng nucleïnezuur (Baron 1996).

Hoe schadelijk veel virussen ook zijn voor het menselijk lichaam, de specificiteit van fagen biedt enige belofte als potentiële middelen om ziekteverwekkende bacteriën te vernietigen (bekend als faagtherapie).

Fagen zijn alomtegenwoordig en kunnen worden gevonden in vele reservoirs bevolkt door bacteriën, zoals de bodem of dierlijke darmen. Een van de dichtste natuurlijke bronnen voor fagen en andere virussen is zeewater, waar maximaal 109 virions, of complete virusdeeltjes, per milliliter zijn aan het oppervlak gevonden. Tot 70 procent van de mariene bacteriën kan door fagen worden geïnfecteerd (Prescott 1993).

Structuur

Structureel overzicht van een complexe bacteriofaag

De klassieke structuur van een bacteriofaag wordt weergegeven in het diagram aan de rechterkant, met complexe symmetrie. De kop van de structuur, die het genetische materiaal bevat, vertoont icosahedrale symmetrie, terwijl de staart spiraalvormige symmetrie vertoont. Een zeshoekige basisplaat heeft meerdere staartvezels die erop uitsteken. In werkelijkheid is deze structuur voornamelijk aanwezig in de T-even en coliphages. Andere complexe bacteriofagen kunnen staartvezels missen of kunnen zelfs contractiele staarten bezitten.

Verschillende andere faagmorfologieën zijn waargenomen, zoals de lange, filamenteuze Inoviridae familie, staafachtige structuren, of het sferische Cystoviridae familie.

Kopiëren

Bacteriofagen kunnen zich alleen binnen een gastheercel voortplanten en kunnen een lytische cyclus of een lysogene cyclus hebben. Er zijn maar weinig virussen die beide cycli kunnen uitvoeren.

In de lytische cyclus die kenmerkend is voor virulente fagen zoals de T4-faag - tijdens de laatste fase van infectie, breken de gastheercellen open of lyseren en sterven nadat het virion repliceert. Zodra de cel is vernietigd, moeten de virussen nieuwe hosts vinden.

De lysogene cyclus daarentegen doodt de gastheercel niet. Het faaggenoom wordt ingebracht in het chromosoom van de bacterie en tijdens celdeling repliceert het geïntegreerde faaggenoom samen met het chromosoom van de gastheer. De lysogene cyclus maakt het dus mogelijk dat de gastheercel kan overleven en zich kan voortplanten, en het virus wordt gereproduceerd in alle nakomelingen van de cel.

Fagen die zowel een lytische cyclus als een lysogene cyclus kunnen ondergaan, zoals de lambda-faag, staan ​​bekend als gematigde fagen. Het lambda-faag-DNA integreert bijvoorbeeld met het chromosomale DNA van een bacterie en repliceert daarmee. Zodra het faaggenoom deel uitmaakt van het chromosoom van de bacterie, wordt het een genoemd profaag. (Als het faaggenoom niet in het gastheerchromosoom is opgenomen, maar gescheiden blijft, wordt het een plasmide genoemd.) Het virus blijft sluimerend, wordt samen met het gastheer-DNA gerepliceerd en doorgegeven aan dochtercellen totdat de gastheercel is beschadigd, misschien door straling of de aanwezigheid van bepaalde chemicaliën. Vervolgens verlaat de profaag het gastheerchromosoom in een proces dat wordt genoemd prophage inductie. Na inductie initieert de faag virale reproductie via de lytische cyclus, wat resulteert in de dood van de gastheercel.

Soms kan expressie van profaaggenen het fenotype van de gastheerbacteriën veranderen. In sommige gevallen wordt dit fenomeen genoemd lysogene omzetting, heeft medische betekenis voor mensen. Bijvoorbeeld de bacterie die difterie veroorzaakt, Corynebacterium diphtheriae, is onschadelijk voor mensen tenzij het is geïnfecteerd door de faag β. Vervolgens brengen de profaaggenen de gastheerbacteriën ertoe aan toxines te produceren.

Gehechtheid en penetratie

Om een ​​gastheercel binnen te gaan, hechten bacteriofagen zich aan specifieke receptoren op het oppervlak van bacteriën, waaronder lipopolysachariden, teichoïnezuren, eiwitten of zelfs flagella. Deze "slot-en-sleutel" specificiteit betekent dat een bacteriofaag alleen bepaalde bacteriën kan dragen die receptoren dragen waaraan ze kunnen binden. Omdat faagvirussen niet actief bewegen, moeten ze vertrouwen op willekeurige ontmoetingen met de juiste receptoren in oplossing, zoals bloed of zeewater.

Van complexe bacteriofagen, zoals de T-even fagen-T2, T4 en T6, wordt gedacht dat ze een spuitachtige beweging gebruiken om hun genetisch materiaal in de cel te injecteren. Na contact te hebben gemaakt met de juiste receptor, brengen de staartvezels de basisplaat dichter bij het oppervlak van de cel. Eenmaal volledig bevestigd, veroorzaken conformationele veranderingen de staart samentrekken, mogelijk met behulp van ATP aanwezig in de staart (Prescott 1993). Het genetische materiaal kan door het celmembraan worden geduwd of het kan op het oppervlak worden afgezet. Andere bacteriofagen kunnen verschillende methoden gebruiken om hun genetisch materiaal in te voegen.

De lege capside van de faag wordt buiten de gastheercel gelaten als een "geest", leeg van genetisch materiaal.

Synthese van eiwitten en nucleïnezuur

Binnen een korte tijd, soms slechts enkele minuten, begint bacteriële polymerase virale mRNA te vertalen in eiwit. Voor op RNA gebaseerde fagen wordt RNA-replicase vroeg in het proces gesynthetiseerd. Vroege eiwitten en enkele eiwitten die in het virion aanwezig waren, kunnen het bacteriële RNA-polymerase zodanig modificeren dat het bij voorkeur het virale mRNA transcribeert. De normale synthese van eiwitten en nucleïnezuren door de gastheer is verstoord en wordt gedwongen virale producten te produceren. Deze producten worden vervolgens onderdeel van nieuwe virions in de cel, eiwitten die helpen bij het samenstellen van de nieuwe virions, of eiwitten die betrokken zijn bij cellysis.

Virion vergadering

In het geval van de T4-faag is de constructie van nieuwe virusdeeltjes een complex proces dat de hulp van speciale hulpmoleculen vereist. De basisplaat wordt eerst gemonteerd, waarna de staart erop wordt gebouwd. De hoofdkap, afzonderlijk geconstrueerd, zal spontaan samenkomen met de staart. Het DNA wordt efficiënt in het hoofd verpakt op een manier die nog niet bekend is. Het hele proces duurt ongeveer 15 minuten.

Vrijgave van virions

Fagen kunnen worden vrijgegeven via cellysis of door secretie van gastheercellen. In het geval van de T4-faag, iets meer dan 20 minuten na injectie, zullen 250 tot 300 fagen worden vrijgegeven wanneer de cel barst. Lysis wordt bereikt door een enzym genaamd lysozyme, dat het celmembraan aanvalt en afbreekt. Sommige fagen kunnen echter een symbiotische relatie ontwikkelen waarbij de gastheercel voortdurend nieuwe virusdeeltjes afscheidt. De nieuwe virions ontluiken het plasmamembraan en nemen een deel ervan om omhulde virussen die een virale envelop hebben. Alle vrijgegeven virions kunnen een nieuwe bacterie infecteren.

Faagtherapie

Fagen werden geprobeerd als antibacteriële middelen na hun ontdekking. Bij hun ontdekking bleken antibiotica echter praktischer te zijn. Onderzoek naar faagtherapie werd grotendeels stopgezet, maar faagtherapie wordt sinds de jaren 1940 in de voormalige Sovjetunie gebruikt als alternatief voor antibiotica voor de behandeling van bacteriële infecties.

De evolutie van bacteriestammen door natuurlijke selectie die resistent zijn tegen meerdere geneesmiddelen heeft ertoe geleid dat sommige medische onderzoekers fagen opnieuw evalueren als alternatieven voor het gebruik van antibiotica. In tegenstelling tot antibiotica passen fagen zich samen met de bacteriën aan, zoals ze al miljoenen jaren doen, dus een langdurige weerstand is onwaarschijnlijk. Bovendien zal het, wanneer een effectieve faag is gevonden, bacteriën van dat type blijven doden totdat ze allemaal uit het lichaam zijn verdwenen.

Een specifiek type faag infecteert vaak slechts één specifiek type bacterie (variërend van verschillende soorten tot alleen bepaalde subtypen binnen een soort), dus moet je ervoor zorgen dat je het juiste type bacterie identificeert, wat ongeveer 24 uur duurt. Soms worden mixen van verschillende faagstammen gebruikt om een ​​breder spectrum te genezen. Een bijkomend voordeel is dat er geen andere bacteriën worden aangevallen, waardoor het op dezelfde manier werkt als een smal spectrum antibioticum. Dit is echter een nadeel met betrekking tot infecties met verschillende soorten bacteriën, wat vaak het geval is. Een ander probleem met bacteriofagen is dat ze worden aangevallen door het immuunsysteem van het lichaam.

Fagen werken het beste in direct contact met de infectie, dus ze kunnen het beste rechtstreeks op een open wond worden aangebracht. Dit is zelden van toepassing in de huidige klinische setting waar systemisch infecties optreden. Ondanks individueel succes in de voormalige USSR waar andere therapieën hadden gefaald, vragen veel onderzoekers die infectieziekten bestuderen, of faagtherapie enige medische relevantie zal bereiken. Er zijn nog geen grote klinische onderzoeken uitgevoerd om de werkzaamheid van faagtherapie te testen, maar het onderzoek gaat door vanwege de toename van antibioticaresistentie.

Referenties

  • Alberts, B., et al. 2002. Moleculaire biologie van de cel, 4e ed. New York: W.H. Freeman & Co. ISBN 0815332181
  • Baron, S. 1996. Medische microbiologie, 4e ed. Galveston, T.X .: University of Texas Medical Branch.
  • Brown, T. A. 2002. Genomen. New York: Garland Science.
  • Campbell, N. A. en J. B. Reece. 2002. Biologie, 6e ed. San Francisco: Benjamin Cummings. ISBN 0805366245
  • Häusler, T. 2006. Virussen versus Superbugs. New York: Macmillan.
  • Prescott, L. M., J. P. Harley en D. A. Klein. 1993. Microbiologie, 2e ed. New York: William C Brown Pub.

Bekijk de video: Dokters van Morgen over bacteriofagen (Januari- 2021).

Pin
Send
Share
Send