Prophage ir nosaukums, kas piešķirts mērenā līmeņa bakteriofāgu fāga DNS, kad tas atrodas baktēriju saimniekšūnā. Bakteriofāgus Fēlikss Huberts d'Herels atklāja 1917. gadā. Tie ir vīrusi kas pielāgojušies specifiskām baktērijas. Vēlākos pētījumos tika nošķirts lītiskais fāgs ar augstu virulenci un mērenais fāgs ar kluso propageju un lizogēno ciklu.
Kas ir prāgas?
Mērenā bakteriofāga prāga var būt saimniekšūnā kā plazmīds vai integrēta baktērijas DNS. Lai to izdarītu, mērenajam fāgam pēc fāga DNS injicēšanas jāpieņem lizogēnais cikls. Izšķir litisko ciklu no lizogēnā cikla. Kamēr litiskais cikls pēc ģenētiskā materiāla injicēšanas izraisa ātru saimniekšūnas replikāciju un sekojošu lizēšanu, lizogēnajā ciklā saimnieka šūnā injicē fāga repressoros gēnus, lai nomāktu litisko ciklu, ti, šūna. Mērenā fāga atkarībā no vides var pārslēgties starp litisko un lizogēno ciklu stāvoklis klāt. Lītiskais cikls attiecas uz parasto fāgu gēnu pieeju saimniekšūnā. Pēc vīrusa DNS injekcijas saimniekšūnā notiek ātra replikācija. Pēc kapsiīda un astes šķiedras proteīni ir atkārtoti papildus vīrusa DNS un no atsevišķām daļām ir samontētas daudzas jaunas vīrusu daļiņas, saimniekšūnas šūnu sienu sadala lizocīms. Šūnas sienas izšķīšana atbrīvo jaunos fāgus, un viņi tagad var injicēt savu DNS citās baktēriju šūnās. Šis process tiek pabeigts apmēram vienas stundas laikā. Lielā jauno vīrusu daļiņu skaita dēļ šo procesu sauc par “virulentu formu”. Tā kā saimnieka šūnu sienu iznīcina lizocīms, tiek izmantots termins “litiskais cikls”. Mērenajā fāgā ne vienmēr stājas spēkā saimniekšūnas ātra replikācija un sekojoša lizēšana. Atkarībā no esošās vides faktori, mērenā fāga var pārmaiņus starp litisko un lizogēno ciklu. Lītisko ciklu var nomākt, injicējot repressor gēnus, un lizogēnais cikls var sākties bezgalīgi. Lizogēnā ciklā fāga ģenētiskais materiāls tiek ievietots dīgļa ģenētiskajā materiālā un šeit var saglabāties nenoteiktu laiku. Injicētais ģenētiskais materiāls tiek saukts par “nekustīgu” un definēts kā “prophage”. Profāgs var atrasties kā plazmīds saimniekšūnas citoplazmā vai būt integrēts baktērijas ģenētiskajā materiālā. Vīrusu ģenētiskā materiāla integrācijai nepieciešama augsta specializācijas pakāpe. Mērenā faga ģenētisko materiālu var piesaistīt tikai konkrētām baktēriju DNS pozīcijām. Un otrādi, atsevišķu mērenā fāga celmu ģenētisko materiālu vienmēr var identificēt tajās pašās baktēriju genoma pozīcijās. Veiksmīgas adaptācijas dēļ prophāgi kļūst par baktēriju šūnu dalīšanās ieguvējiem. Saimniekšūnu mitozes dalīšanās procesā vīrusa genoms tiek nodots tālāk. Tālāka nosūtīšana citiem baktērijas var rasties konjugācijas ceļā. Profāgi tādējādi var izplatīties pa visiem baktēriju celmiem, izmantojot dažādus transmisijas ceļus. Vides ietekme, piemēram, UV gaisma vai noteiktas ķīmiskas vielas, var izraisīt prāgas pārslēgšanos uz litisko ciklu un agresīvu atkārtošanos. Turklāt profāga izmanto arī saimniekšūnas transkripcijas procesus: injicētos fāga represora gēnus daži DNS atzīst par DNS bojājumiem. fermenti baktērijas un noārdījās. Repressoru gēnu degradācijai ir pašdestruktīva ietekme saimniekšūnā. Lītisko ciklu tagad vairs nevar nomākt, un propāža pāriet no lizogēna stāvokļa uz agresīvu replikāciju, kas beidzas ar sekojošu baktēriju šūnu sienas izšķīšanu.
Notikums, izplatība un īpašības
Fāgi ir ļoti specializēti vīrusi kas pielāgojušies atsevišķiem baktēriju celmiem. Tādējādi ne katrs bakteriofāgs var piekļūt katrai baktērijai. Bakteriofāgam pavairošana bez īpašās saimniekšūnas nav iespējama. Spēcīgā specializācija noved pie tā, ka bakteriofāgi atrodas vienā reljefā ar to saimniekšūnām. Tas pats vēl jo vairāk attiecas uz prāgiem. Tā kā profāgas nav parastās vīrusi un tikai saimniekorganismā viņi sevi parāda kā vīrusu ģenētisko materiālu, un tikai pēc definīcijas tos nevar atrast ārpus piešķirtajām šūnām. Turklāt jāpiemin, ka bakteriofāgu skaits ir (10 līdz 30) jūras ūdens atsevišķi, un tādējādi uz visas planētas ir vairāk fāgu nekā dzīvo organismu. Tas ir pretrunā ar izzūdoši nelielu deviņpadsmit oficiāli pētītu bakteriofāgu skaitu, kas apgrūtina precīzu paziņojumu par to parādīšanos.
Nozīme un funkcija
Fāgs terapija tika izstrādāta 1920. gados un joprojām tiek veiksmīgi izmantota Austrumeiropā, lai apkarotu dažādus infekcijas slimības. Fāga priekšrocības terapija ir acīmredzami: bakteriofāgi bojā tikai atsevišķus celmus baktērijas kamēr antibiotikas ir vispārēja kaitīga ietekme uz ķermeņa baktērijām. Atklāšana penicilīns 1940. gados noveda pie masveida antibiotika izmantošana Rietumos un tā rezultātā fāgu izpētes pārtraukšana. Turpmākā daudzu uzkrāšanās antibiotika pretestības savukārt izraisīja pastiprinātu interesi par bakteriofāgiem 1990. gados. Tomēr fāga uzmanība terapija ir bakteriofāgos ar agresīvu virulenci un tikai ar litisko ciklu, turpretī mērenajiem bakteriofāgiem un propagādēm līdz šim ir bijusi tikai neliela loma.
Slimības un kaites
Dažas patogēni var noteikt savu virulenci tikai ar simbiozi ar prāgiem. Clostridium botulinum var radīt bailes botulīna toksīns tikai ar integrētas fāga DNS palīdzību. Streptokoks pyogenes var izraisīt tikai spilgti sarkans drudzis kombinācijā ar prophage DNS. Vibrio cholerae ražo holera tikai caur īpašiem pravietojumiem. Tas arī parāda fāgu nozīmi cilvēku medicīnā. Veseli baktēriju celmi varētu zaudēt savu patogēno potenciālu, ja varētu īpaši novērst atbildīgās prophages.
