Bakteriofag

Bakteriofag er vira, der inficerer bakterier og formerer sig i processen. Der er også en specifik bakteriofag til hver bakterie. Bakteriofager bruges i medicin og genteknologi.

Hvad er bakteriofager?

Bakteriofager er en gruppe vira, der inficerer bakterier og archaea (primordiale bakterier). Dermed fortsætter de med at formere sig og ødelægger bakterien.

For hver bakterie er der en specifik bakteriofag baseret på låse- og nøgleprincippet. I henhold til den traditionelle definition er bakteriofager, som alle vira, ikke levende væsener. De er afhængige af en vært for deres gengivelse. Ingen biokemiske processer finder sted uden for værten. Fagerne bruger deres værtens enzymer til dette.

Bakteriofager består kun af DNA eller RNA, som er omgivet af en proteincoat. Langt de fleste fager har dog DNA som deres genetiske materiale.

Fager blev først beskrevet i 1917 af den canadiske biolog Félix Hubert d’Hérelle. Strukturen for de forskellige fager er forskellig. Grundlæggende består bakteriofager af flere komponenter. Hovedfokus var på strukturen af ​​de såkaldte T-fager, der også inficerer Escherichia coli-bakterien.

T-fagene består af et polyhedral hoved, der er forbundet til en langstrakt injektionskanal (injektionsanordning) via en hals. Bundpladen med halefibre og pigge er placeret under injektionsenheden. Hovedet er en kapsid, der indeholder nukleinsyre. Kapsid, injektionskanal og bundplade er lavet af protein. Halefibre og pigge tjener til at forankre fagen til cellens væg.

Forekomst, distribution og egenskaber

Bakteriofager er universelle. Der er omkring 10 til magten af ​​30 bakteriofager i havvand. Der er også en tilsvarende fag for hver bakterie.

Multiplikationen af ​​bakteriofager kan opdeles i fem faser. Først absorberes fagen på en specifik cellevægsreceptor. Enderne af haletrådene fastgøres til celleoverfladen. I det næste trin indsprøjter fagen sit DNA eller RNA i bakterien. De tomme proteinskaller forbliver på bakterieoverfladen. Den tredje fase kaldes latensfasen, hvor ingen fager kan detekteres. I latensfasen, der varer flere timer, begynder translation til det virale mRNA og replikation til den virale nukleinsyre. I den såkaldte produktionsfase dannes de virale proteiner. Derefter sammensættes de individuelle viruskomponenter i den efterfølgende modningsfase. Når virusproduktionen er afsluttet, opløser et lysozym, der er produceret af den konverterede bakteriecelle, bakterien og frigiver de producerede fager.

Betydning & funktion

I dag bruges bakteriofager allerede meget i mange områder. Særlige anvendelsesområder åbnes inden for medicin, biologi eller landbrugsteknik. I medicinen bruges bakteriofager til at detektere bakteriestammer på grund af deres specificitet for visse bakterier. Dette anvendelsesområde kaldes lysotype.

I øjeblikket udføres intensiv forskning i bekæmpelse af bakterier ved hjælp af bakteriofager i infektioner. Dette forskningsområde får stadig større betydning, især under påvirkning af det stadigt stigende antal antibiotikaresistente bakteriestammer. Dog er den dårlige stabilitet af fagerne i kroppen problematisk. De fjernes straks af kroppens egne fagocytter.

Félix Hubert d’Hérelle har allerede overvejet denne mulige ansøgning. Efter opdagelsen og introduktionen af ​​antibiotika blev forskningsresultaterne for denne mulige anvendelse imidlertid helt glemt. Imidlertid eksisterer Eliava Institute for Phage Research grundlagt af D’Hérelle i 1934 stadig i Tbilisi, Georgien. Sammen med Ludwik Hirszfeld Institute for Immunology and Experimental Therapy fra Wroclaw, Polen, forskes der nu der på alternative metoder til bekæmpelse af antibiotikaresistente bakterier ved hjælp af fag.

Fager bruges også på mange forskellige måder i fødevareindustrien. For eksempel bruges forskellige fagforstøvninger, når man pakker ost eller pølser for at beskytte dem mod bakterier.

Genteknologi er også et stort anvendelsesområde. F.eks. Anvendes nu fag som vektorer for visse gener og introduceres i bakterier. Ved anvendelse af denne metode kunne insulinproducerende bakteriestammer af Escherichia coli genereres.

Disse vektorer bliver også mere og mere vigtige for produktionen af ​​andre aktive stoffer. Derudover kan nogle af dem bruges til at bekæmpe genetiske defekter.

Sygdomme og lidelser

Imidlertid viser bakteriofager ikke kun positive effekter. Nogle alvorlige infektionssygdomme bryder kun ud ved hjælp af fager. Difteri udløses af bakterien Corynebacterium diphtheriae. Sygdommen kan dog kun bryde ud, hvis Corynebacterium diphtheriae samtidig inficeres med bakteriofager. Efter infektion med fag, producerer disse bakterier det karakteristiske toksin, der forårsager de alvorlige, undertiden livstruende symptomer.

Sygdommen begynder med tegn som sværhedsbesvær, træthed, kvalme og mavesmerter. Der er en hvid belægning på mandlerne, der lugter grim, sød. Der er ofte komplikationer såsom lungebetændelse eller myocarditis, som kan være dødelig.

En anden sygdom forårsaget af bakteriofager er skarlagensfeber. Skarlagensfeber er forårsaget af streptokokker inficeret med bakteriofager. Som et resultat af denne infektion producerer bakterierne en særlig lumsk toxin. Der er alvorlige symptomer med frysninger, feber, opkast og ondt i halsen. Først er tungen hvid, men efter et par dage bliver den hindbærrød. Et udslæt forekommer også. Hvis bakterien ikke blev inficeret med bakteriofag, ville den kun føre til ufarlig tonsillitis.

Kolera er også forårsaget af en bakterie inficeret med bakteriofager kaldet Vibrio cholerae.