Bakteriofāgi ir vīrusi kas inficē baktērijas un vairoties procesā. Katrai baktērijai ir arī īpašs bakteriofāgs. Bakteriofāgi tiek izmantoti medicīnā un gēnu inženierija.
Kas ir bakteriofāgi?
Bakteriofāgi pārstāv grupu vīrusi kas inficē baktērijas un arhejas (pirmatnējās baktērijas). To darot, viņi turpina atkārtoties, vienlaikus iznīcinot baktēriju. Katrai baktērijai ir noteikts bakteriofāgs saskaņā ar slēdzenes un atslēgas principu. Bakteriofāgi, pēc tradicionālās definīcijas, tāpat kā visi vīrusi, nav dzīvi organismi. To reprodukcija ir atkarīga no saimnieka. Nekādi bioķīmiskie procesi nenotiek ārpus saimnieka. Fāgi izmanto fermenti viņu saimnieka šim nolūkam. Bakteriofāgi sastāv tikai no DNS vai RNS, kurus ieskauj olbaltumvielu apvalks. Tomēr lielākajai daļai fāgu ģenētiskais materiāls ir DNS. Pirmo reizi fāgus 1917. gadā aprakstīja kanādiešu biologs Fēlikss Huberts d'Herels. Dažādu fāžu struktūra atšķiras. Būtībā bakteriofāgi sastāv no vairākām sastāvdaļām. Galvenokārt tika pētīta tā saukto T-fāgu struktūra, kas cita starpā inficē arī baktēriju Escherichia coli. T fāgi sastāv no daudzstūra vadītājs, kas ir savienots, izmantojot a kakls līdz iegarenam iesmidzināšanas kanālam (iesmidzināšanas aparāts). Zem iesmidzināšanas aparāta ir pamatplāksne ar astes šķiedru un tapām. The vadītājs ir kapsiīds, kas satur nukleīnskābi. Kapsīds, injekcijas kanāls un pamatplāksne ir izgatavoti no olbaltumvielām. Astes šķiedra un tapas kalpo fāga noenkurošanai pie baktērijas šūnas sienas.
Notikums, izplatība un raksturojums
Bakteriofāgi ir universāli izplatīti. Aptuveni 10 līdz 30 bakteriofāgu jaudai ir jūras ūdens. Katrai baktērijai ir arī atbilstošs fāgs. Bakteriofāgu pavairošanu var iedalīt piecās fāzēs. Pirmkārt, fāgs tiek absorbēts pie noteikta šūnu sienas receptora. Astes pavedienu gali piestiprinās pie šūnas virsmas. Nākamajā posmā fāgs injicē savu DNS vai RNS baktērijā. Tas atstāj tukšos olbaltumvielu apvalkus uz baktēriju virsmas. Trešo fāzi sauc par latentuma fāzi, kuras laikā nevar noteikt nevienu fāgu. Latentās fāzes laikā, kas ilgst vairākas stundas, sākas translācija vīrusa mRNS un replikācija vīrusa nukleīnskābē. Tā sauktajā ražošanas fāzē vīrusu proteīni tiek ražoti. Tad nākamajā nobriešanas fāzē tiek samontēti atsevišķi vīrusu komponenti. Pēc vīrusu ražošanas pabeigšanas a lizocīms ko ražo pārveidotā baktēriju šūna, baktēriju izšķīdina un atbrīvo saražotos fāgus.
Nozīme un funkcija
Mūsdienās bakteriofāgi jau tiek plaši izmantoti daudzās jomās. Īpašas pielietojuma jomas tiek atvērtas medicīnā, bioloģijā vai lauksaimniecības inženierijā. Medicīnā bakteriofāgus izmanto baktēriju celmu noteikšanai, ņemot vērā to specifiskumu noteiktiem baktērijas. Šo pielietojuma lauku sauc par lizotipiju. Pašlaik notiek intensīvi pētījumi, lai apkarotu baktērijas, izmantojot infekcijas bakteriofāgus. Īpaši, ņemot vērā arvien pieaugošo antibiotika rezistentu baktēriju celmiem, šī pētniecības joma iegūst arvien lielāku nozīmi. Tomēr zemā fāgu stabilitāte organismā ir problemātiska. Tos nekavējoties iznīcina paša ķermeņa fagocīti. Principā šo iespējamo lietojumu jau izskatīja Fēlikss Huberts d'Herels. Tomēr pēc tam, kad tika atklāts un ieviests antibiotikas, pētījumu rezultāti par šo iespējamo pielietojumu tika pilnībā aizmirsti. Tomēr Eliava Fāgu pētījumu institūts, kuru 1934. gadā dibināja D'Herelle, joprojām darbojas Tbilisi, Gruzijā. Kopā ar Ludvika Hiršfelda Imunoloģijas un eksperimentālo institūtu Terapija Vroclavā, Polijā, šodien tur tiek pētīti alternatīvi cīņas veidi antibiotika-izturīgas baktērijas, izmantojot fāgus. Arī pārtikas rūpniecībā fāgus izmanto dažādos veidos. Piemēram, siera vai desu iepakojumos tiek izmantoti dažādi fāžu izsmidzinājumi, lai pasargātu tos no baktērijām. Gēnu inženierija ir arī galvenā piemērošanas joma. Mūsdienās, piemēram, fāgus izmanto kā vektorus dažiem gēniem un ievada baktērijās. Ar šīs metodes palīdzību insulīna- varētu radīt Escherichia coli baktēriju celmus. Šie vektori kļūst arvien nozīmīgāki arī citu aktīvo vielu ražošanā. Turklāt tos var daļēji izmantot ģenētisko defektu apkarošanai.
Slimības un traucējumi
Tomēr bakteriofāgi ne tikai parāda pozitīvu efektu. Daži nopietni infekcijas slimības izcelties tikai ar fāgu iesaistīšanos. Piemēram, difterija izraisa baktērija Corynebacterium diphtheriae. Tomēr slimība var uzliesmot tikai tad, ja Corynebacterium diphtheriae vienlaikus ir inficēti arī ar bakteriofāgiem. Pēc inficēšanās ar fāgiem šīs baktērijas rada raksturīgo toksīnu, kas izraisa smagus, dažkārt dzīvībai bīstamus simptomus. Slimība sākas ar tādām pazīmēm kā apgrūtināta rīšana, vieglprātība, nelabums un sāpes vēderā. Uz mandeles parādās balts pārklājums, kam ir nepatīkama, salda smarža. Tādas komplikācijas kā pneimonija or miokardīts ir izplatītas un var būt letālas. Vēl viena bakteriofāgu izraisīta slimība ir spilgti sarkans drudzis. Spilgti sarkans drudzis izraisa streptokoki inficēti ar bakteriofāgiem. Caur šo infekciju baktērijas rada īpaši mānīgu toksīnu. Smagas slimības pazīmes rodas ar drebuļi, drudzis, vemšana un faringīts. Sākotnēji mēle ir pārklāts ar baltu krāsu, bet pēc dažām dienām kļūst aveņu sarkans. A ādas izsitumi notiek arī. Ja baktērija nebūtu inficēta ar bakteriofāgiem, tā būtu tikai vadīt uz nekaitīgu tonsilīts. holera izraisa arī baktērija, kas inficēta ar bakteriofāgiem, ko sauc par Vibrio cholerae.
