Bakteriofāgi ir "baktēriju ēdāji" tādā ziņā, ka tie ir vīrusi kas inficē un iznīcina baktērijas. Dažreiz tos sauc par fāgiem, šiem mikroskopiskajiem organismiem ir visuresošs raksturs. Papildus baktēriju inficēšanai bakteriofāgi inficē arī citus mikroskopiskos prokarioti zināms kā Archaea. Šī infekcija ir raksturīga noteiktai baktēriju sugai vai archaea. Fāga, kas inficē E. koli piemēram, neinficēs Sibīrijas mēra baktērijas. Tā kā bakteriofāgi neinficē cilvēka šūnas, tie ir izmantoti medicīniskajā terapijā, lai ārstētu baktēriju slimības.
Bakteriofāgiem ir trīs galvenie struktūras veidi.
Tā kā bakteriofāgi ir vīrusi, tie sastāv no: nukleīnskābe (DNS vai RNS), kas ievietoti olbaltumvielu apvalkā vai kapsīds. Bakteriofāgā var būt arī olbaltumvielu aste, kas piestiprināta pie kapsida ar astes šķiedrām, kas stiepjas no astes. Astes šķiedras palīdz fāgam piestiprināties pie sava saimnieka, un aste palīdz ievadīt vīrusu gēni uz saimnieku. Bakteriofāgs var pastāvēt kā:
- vīrusu gēni kapsīdas galvā bez astes
- vīrusu gēni kapsīda galvā ar asti
- šķiedru vai stieņa formas kapsīds ar apļveida vienpavediena DNS.
Bakteriofāgi iesaiņo savu genomu
Kā vīrusi iekļauj to apjomīgo ģenētisko materiālu kapsīdos? RNS bakteriofāgi, augu vīrusi un dzīvnieku vīrusi ir pašpieliekams mehānisms, kas ļauj vīrusa genomam ietilpt kapsīda traukā. Šķiet, ka tikai vīrusu RNS genomam ir šis pats salocīšanas mehānisms. DNS vīrusi iekļauj savu genomu kapsīdā, izmantojot īpašus fermentus, kas pazīstami kā iesaiņošanas fermenti.
Bakteriofāgiem ir divi dzīves cikli
Bakteriofāgi spēj reproducēt vai nu ar liogēno, vai ar lītisko dzīves ciklu. Lizogēno ciklu sauc arī par mērenu ciklu, jo saimnieks netiek nogalināts. Vīruss injicē savus gēnus baktērijā, un vīrusa gēni tiek ievietoti baktērijā hromosoma. Iekš bakteriofāgu lītiskais cikls, vīruss replicējas saimniekdatorā. Saimnieks tiek nogalināts, kad tikko replicētie vīrusi sabojājas vai sašķeļ saimnieka šūnu un tiek atbrīvoti.
Bakteriofāgi pārnes gēnus starp baktērijām
Bakteriofāgi palīdz pārnest gēnus starp baktērijām, izmantojot ģenētiskā rekombinācija. Šis gēnu pārnešanas veids ir pazīstams kā transdukcija. Transdukciju var veikt, izmantojot vai nu lītisko, vai lizogēno ciklu. Piemēram, lītiskajā ciklā fāgs injicē savu DNS baktērijā, un fermenti baktēriju DNS sadala gabalos. Fāgu gēni virza baktēriju, lai ražotu vairāk vīrusu gēnu un vīrusu komponentus (kapsīdi, aste utt.). Kā jaunais vīrusi sāk pulcēties, baktēriju DNS var netīši ieslēgties vīrusa kapsiīdā. Šajā gadījumā fāgai vīrusa DNS vietā ir baktēriju DNS. Kad šis fāgs inficē citu baktēriju, tas saimnieka šūnā injicē iepriekšējās baktērijas DNS. Donoru baktēriju DNS pēc rekombinācijas var iekļūt tikko inficētās baktērijas genomā. Tā rezultātā gēni no vienas baktērijas tiek pārnesti uz citu.
Bakteriofāgi var padarīt baktērijas kaitīgas cilvēkiem
Bakteriofāgi spēlē lomu cilvēku slimībā, pārvēršot dažas nekaitīgas baktērijas par slimības ierosinātājiem. Dažas baktēriju sugas, ieskaitot E. koli, Streptococcus pyogenes (izraisa miesas ēšanas slimību), Vibrio holēras (izraisa holēru) un Šigella (izraisa dizentēriju) kļūst kaitīga, ja gēni, kas ražo toksiskas vielas, tiem tiek pārnesti caur bakteriofāgiem. Pēc tam šīs baktērijas spēj inficēt cilvēkus un izraisīt saindēšanās ar ēdienu un citas nāvējošas slimības.
Bakteriofāgi tiek izmantoti, lai mērķētu uz superbugiem
Zinātnieki ir izolējuši bakteriofāgus, kas iznīcina superbug Clostridium difficile (C. diff). C. dif parasti ietekmē gremošanas sistēmu, izraisot caureju un kolītu. Šāda veida infekcijas ārstēšana ar bakteriofāgiem nodrošina veidu, kā saglabāt labās zarnu baktērijas, iznīcinot tikai C. dif baktērijas. Bakteriofāgi tiek uzskatīti par labu alternatīvu antibiotikas. Antibiotiku pārmērīgas lietošanas dēļ rezistenti baktēriju celmi kļūst arvien izplatītāki. Bakteriofāgi tiek izmantoti arī, lai iznīcinātu citus superbugs, ieskaitot zāles izturīgas E. koli un MRSA.
Bakteriofāgiem ir nozīmīga loma pasaules oglekļa ciklā
Bakteriofāgi ir visizplatītākais vīruss okeānā. Fāgi, kas pazīstami kā pelagifāgi, inficē un iznīcina SAR11 baktērijas. Šīs baktērijas pārvērš izšķīdušās oglekļa molekulas oglekļa dioksīdā un ietekmē pieejamā atmosfēras oglekļa daudzumu. Pelagifāgiem ir nozīmīga loma oglekļa ciklā, iznīcinot SAR11 baktērijas, kuras ātri proliferējas un ļoti labi pielāgojas, lai izvairītos no infekcijas. Pelagifāgi kontrolē SAR11 baktēriju skaitu, nodrošinot, ka pasaules oglekļa dioksīda ražošanas apjomi nav pārāk lieli.
Avoti:
- Encyclopædia Britannica Online, s. v. "bakteriofāgs", kas pieejams 2015. gada 7. oktobrī, http://www.britannica.com/science/bacteriophage.
- Norvēģijas veterinārās zinātnes skola. "Vīrusi var kļūt nekaitīgi E. Coli Bīstams. "ScienceDaily. ScienceDaily, 2009. gada 22. aprīlis. www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090417195827.htm.
- Lesteras Universitāte. "Baktēriju ēšanas vīrusu" burvju lodes karā ar superbugiem "." ScienceDaily. ScienceDaily, 2013. gada 16. oktobris. www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131016212558.htm.
- Oregonas Valsts universitāte. "Karš bez beigām, līdzsvarā saglabājot Zemes oglekļa ciklu." ScienceDaily. ScienceDaily, 2013. gada 13. februāris. www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130213132323.htm.