Obrázek 2. Zobrazení fází bakteriofágového lytického cyklu.
Sledujte lytický cyklus v akci zde.

lysogenní cyklus

lysogenní cyklus (obrázek 3), někdy označovaný jako mírná nebo nevirulentní infekce, nezabíjí hostitelskou buňku, místo toho ji používá jako útočiště tam, kde existuje ve spícím stavu. Po injekci fágové DNA do hostitelské buňky se integruje do hostitelského genomu pomocí integráz kódovaných fágem, kde se pak nazývá prophage. Genom prophage je pak pasivně replikován spolu s hostitelským genomem, protože hostitelská buňka se dělí tak dlouho, dokud tam zůstane, a netvoří proteiny potřebné k produkci potomstva. Protože fágový genom je obecně poměrně malý, bakteriální hostitelé jsou tímto procesem obvykle relativně nepoškozeni.

obrázek 3. Zobrazení fází lyzogenního cyklu bakteriofágů.

přechod z lysogenní na lytickou

pokud je bakterie obsahující prophage vystavena stresorům, jako je UV záření, nízké podmínky živin nebo chemikálie, jako je mitomycin C, může se prophage spontánně extrahovat z hostitelského genomu a vstoupit do lytického cyklu procesem zvaným indukce.

tento proces však není dokonalý a prophage může někdy nechat části své DNA za sebou nebo vzít části hostitelské DNA s sebou, když se znovu cirkulují. Pokud pak infikují novou hostitelskou buňku, mohou transportovat bakteriální geny z jednoho kmene do druhého v procesu zvaném transdukce. Jedná se o jednu metodu, při které se geny rezistence na antibiotika, geny kódující toxin a superantigen a další vlastnosti virulence mohou šířit bakteriální populací.

nedávná práce ukázala, že přechod mezi lytickou a lysogenní infekcí je také závislý na množství fágů v oblasti, protože jsou schopni produkovat a vnímat malé peptidy v procesu podobném usnášení4.

bakteriální imunita vůči fágové infekci

ne všechny bakterie jsou bezmocné proti fágovému útoku a mají „imunitní systém“, který jim umožňuje bojovat. CRISPR-Cas, který je nyní synonymem genetické modifikace, byl poprvé navržen jako bakteriální „adaptivní imunitní systém“ Francisco Mojica5 a nezávisle skupinou z Université Paris-Sud6 v roce 2005. Lokus CRISPR je pole krátkých opakovaných sekvencí oddělených rozpěrkami s jedinečnými sekvencemi. Bylo zjištěno, že tyto distanční sekvence mají homologii s virovou a plazmidovou DNA, včetně fágu. Když je napaden dříve nezapojeným fágem, na jedné straně CRISPR se přidávají nové rozpěrky, díky čemuž je CRISPR chronologickým záznamem fágu, se kterým se buňka a její předci setkali. V reakci na invazi fágů jsou sekvence CRISPR transkribovány a ve spolupráci s proteiny Cas cílí a ničí fágové sekvence, které jsou homologní s distančními sekvencemi.

fág jako nástroje genetické a molekulární biologie

Lambda fág, původně izolovaný z Escherichia coli, je jedním z nejlépe studovaných fágů a tvoří základ mnoha genetických nástrojů. Dokonce bylo řečeno, že použití fágu jako nástrojů nakonec vedlo k rozvoji molekulární biologie jako disciplíny7. V roce 1950 byla schopnost fága rekombinovat s hostitelskou DNA poprvé využita k manipulaci s genomy druhů salmonel, a tak se narodil proces transdukce 8. Od té doby se používá jako prostředek k pohybu genetického materiálu mezi mnoha organismy, včetně manipulací s houbovými geny9 a dokonce i lidských genů. Díky skromnému fágu byl lidský inzulín nejprve bezpečně a levně vyroben. Rovněž otevřela aplikace ve vysoce výkonném screeningu klonů, vývoji nanomateriálů10, antibakteriální léčbě potravin, jako diagnostický nástroj a systémy pro zjišťování a doručování léčiv11.

fág ϕX174 se stal nevědomým průkopníkem v roce 1977, kdy byl prvním organismem, který díky Fredovi Sangerovi a kolegům určil celou svou nukleotidovou sekvenci12.

Fágová terapie

před objevením antibiotik Alexandrem Flemingem v roce 1928 byly fágy zkoumány jako metoda léčby bakteriálních infekcí. V post-antibiotické éře, vhodná širokospektrální aktivita antibiotické léčby znamenala, že ve většině organizací byl výzkum fágové terapie opuštěn. Nicméně, v mnoha bývalých sovětských zemích, kde byl nedostatek západních antibiotik, výzkum fágových terapií pokračoval nutností. S rostoucími globálními problémy rezistence vůči antibiotikům došlo v posledních letech k oživení v oblasti fágové terapie. Zatímco fág je schopen infikovat a zničit bakterie a byl úspěšně použit k léčbě život ohrožující infekce13, jejich druh a dokonce i specificita kmene a potenciál pro již existující imunitu některých bakterií znamenají, že cílení na léčbu fágem není v současné době triviální proces a musí být přizpůsobeno individuální infekci. To je nákladné a zdlouhavé. V důsledku toho je v současné době poslední možností a v této oblasti je stále zapotřebí mnoho práce.

rodokmen fágů

s rostoucí dostupností a dostupností sekvenování nukleotidů došlo v posledních dvou desetiletích k explozi počtu fágových genomů předložených do databází14 .

fág je klasifikován Mezinárodním výborem pro taxonomii virů (ICTV), od jejich aktualizace 2017 existuje 19 rodin fágů, které infikují bakterie a archaea (Tabulka 1), ale protože je sekvenováno více vzorků ze vzdálenějších oblastí, je pravděpodobné, že v budoucnu poroste.

pro mobilní uživatele přejděte doleva a doprava a zobrazte níže uvedená data tabulky.

Tabulka 1. ICTV taxonomická klasifikace bakteriofágů infikujících bakterie a archaea.

1. Twort FW. VYŠETŘOVÁNÍ POVAHY ULTRAMIKROSKOPICKÝCH VIRŮ. lanceta. 1915;186(4814):1241-1243. doi: 10.1016/S0140-6736(01)20383-3
2. D ‚Herelle F.na neviditelném mikrobu antagonistickém vůči dysenterickým bacilům: stručná poznámka pana F. D‘ Herelle, předložený panem Rouxem. 1917. Res Microbiol. 2007;158(7):553-554. doi: 10.1016 / j. resmic.2007.07.005
3. Taylor NMI, Prochorov NS, Guerrero-Ferreira RC, et al. Struktura základní desky T4 a její funkce při spouštění kontrakce pláště. Povaha. 2016;533(7603):346-352. doi: 10.1038 / nature17971
4. Erez Z, Steinberger-Levy I, Shamir M, et al. Komunikace mezi viry vede k rozhodnutí lysis-lysogeny. Povaha. 2017;541(7638):488-493. doi: 10.1038 / nature21049