figur 2. Skildring af stadierne af den bakteriofag lytiske cyklus.
se den lytiske cyklus i aktion her.

lysogen cyklus

den lysogene cyklus (figur 3), undertiden benævnt tempereret eller ikke-virulent infektion, dræber ikke værtscellen i stedet for at bruge den som et tilflugtssted, hvor den findes i en sovende tilstand. Efter injektionen af fag-DNA ‘ et i værtscellen integrerer det sig selv i værtsgenomet ved hjælp af fagkodede integraser, hvor det derefter kaldes en profage. Profagegenomet replikeres derefter passivt sammen med værtsgenomet, da værtscellen deler sig, så længe den forbliver der og ikke danner de proteiner, der kræves for at producere afkom. Da faggenomet generelt er relativt lille, er bakterieværterne normalt relativt uskadte af denne proces.

figur 3. Skildring af stadierne af den bakteriofaglysogene cyklus.

overgang fra lysogen til lytisk

hvis en bakterie, der indeholder prophage, udsættes for stressfaktorer, såsom UV-lys, lave næringsforhold eller kemikalier som mitomycin C, kan prophage spontant udtrække sig fra værtsgenomet og komme ind i den lytiske cyklus i en proces kaldet induktion.

denne proces er imidlertid ikke perfekt, og profage kan undertiden efterlade dele af deres DNA eller tage dele af værts-DNA med sig, når de cirkulerer igen. Hvis de derefter inficerer en ny værtscelle, kan de transportere bakteriegener fra en stamme til en anden i en proces kaldet transduktion. Dette er en metode, hvormed antibiotikaresistensgener, toksin-og superantigenkodende gener og andre virulensegenskaber kan sprede sig gennem en bakteriepopulation.

nyligt arbejde har vist, at overgangen mellem lytisk og lysogen infektion også er afhængig af overflod af fag i et område, da de er i stand til at producere og fornemme små peptider i en proces, der ligner kvorum sensing4.

bakteriel immunitet mod faginfektion

ikke alle bakterier er hjælpeløse mod fagangreb, der besidder et “immunsystem”, der giver dem mulighed for at kæmpe tilbage. CRISPR-Cas, som nu er synonymt med genetisk modifikation, blev først foreslået som et bakterielt “adaptivt immunsystem” af Francisco Mojica5 og uafhængigt af en gruppe fra Universit Kris Paris-Sud6 i 2005. CRISPR locus er en række korte gentagne sekvenser adskilt af afstandsstykker med unikke sekvenser. Disse afstandssekvenser viste sig at have homologi til viral og plasmid DNA, herunder fag. Når angrebet af en tidligere ubesværet fag, tilføjes nye afstandsstykker på den ene side af CRISPR, hvilket gør CRISPR til en kronologisk oversigt over den fag, cellen og dens forfædre er stødt på. Som reaktion på faginvasion transskriberes CRISPR-sekvenserne og målretter og ødelægger i partnerskab med CAS-proteiner fagsekvenserne, der er homologe med afstandssekvenserne.

fag som genetiske og molekylærbiologiske værktøjer

Lambda-Fagen, oprindeligt isoleret fra Escherichia coli, er en af de bedst studerede fag og dannede grundlaget for mange genetiske værktøjer. Det er endda blevet sagt, at brugen af fag som værktøjer i sidste ende førte til udviklingen af molekylærbiologi som disciplin7. I 1950 ‘ erne blev fagets evne til at rekombinere med værts-DNA først udnyttet til at manipulere genomerne af Salmonellaarter, og derfor blev transduktionsprocessen født8. Siden da er det blevet brugt som et middel til at flytte genetisk materiale mellem mange organismer, herunder svampegenmanipulationer9 og endda menneskelige gener. Det var takket være den ydmyge fag, at humant insulin først blev produceret sikkert og billigt. Det har også åbnet applikationer i screening med høj kapacitet af kloner, nanomaterialeudvikling10, antibakteriel behandling af fødevarer, som et diagnostisk værktøj og lægemiddelopdagelses-og leveringssystemer11.

phagen174 blev en uvidende pioner i 1977, da det var den første organisme, der fik hele sin nukleotidsekvens bestemt takket være Fred Sanger og kolleger12.

fagterapi

før opdagelsen af antibiotika af Aleksandr Fleming i 1928 blev fag undersøgt som en metode til behandling af bakterielle infektioner. I den post-antibiotiske æra betød den praktiske bredspektrede aktivitet af antibiotikabehandling, at i de fleste organisations forskning i fagterapi blev opgivet. Men i mange af de tidligere sovjetiske nationer, hvor der manglede vestlige antibiotika, fortsatte forskningen i fagterapier gennem nødvendighed. Med de stigende globale problemer med antibiotikaresistens har der været en genopblussen inden for fagterapiområdet i de senere år. Mens fag er i stand til at inficere og ødelægge bakterier og med succes er blevet brugt til behandling af livstruende infektion13, deres art og endda stamme specificitet og potentiale for allerede eksisterende immunitet for nogle bakterier betyder, at målretning mod en fagbehandling i øjeblikket ikke er en triviel proces og skal skræddersys til den enkelte infektion. Dette gør det dyrt og langvarigt. Derfor er det i øjeblikket en sidste udvej, og der kræves stadig meget arbejde på dette område.

fagfamilietræet

med den stigende tilgængelighed og overkommelighed af nukleotidsekventering har der været en eksplosion i antallet af faggenomer, der er indsendt til databaser i løbet af de sidste to årtier14 .

fag klassificeres af International Committee on Taksonomy of virus (ICTV), fra deres opdatering i 2017 er der 19 fagfamilier, der inficerer bakterier og archaea (tabel 1), Men da flere prøver fra mere fjerntliggende områder sekventeres, vil dette kun sandsynligvis vokse i fremtiden.

for mobilbrugere skal du rulle til venstre og højre for at se tabeldataene nedenfor.

tabel 1. ICTV taksonomisk klassificering af bakteriofag, der inficerer bakterier og arkæer.

1. Tort FV. EN UNDERSØGELSE AF ARTEN AF ULTRAMIKROSKOPISKE VIRA. The Lancet. 1915;186(4814):1241-1243. doi: 10.1016 / S0140-6736(01)20383-3
2. D ‘Herelle F. på en usynlig mikrobe-antagonistisk mod dysenteriske baciller: kort note af Mr. F. D’ Herelle, præsenteret af hr. 1917. Res Microbiol. 2007;158(7):553-554. doi: 10.1016 / j. resmic.2007.07.005
3. Taylor NMI, Prokhorov NS, Guerrero-Ferreira RC, et al. T4-bundpladens struktur og dens funktion til at udløse sammentrækning af kappen. Natur. 2016;533(7603):346-352. doi: 10.1038 / nature17971
4. Steinberger-Levy I, Shamir M, et al. Kommunikation mellem vira guider lysis-lysogeni beslutninger. Natur. 2017;541(7638):488-493. doi: 10.1038 / natur21049