kuva 2. Kuvaus bakteriofagien lyyttisen syklin vaiheista.
Katso Lyytisen jakso toiminnassa tästä.

lysogeenisykli

Lysogeenisykli (kuva 3), jota joskus kutsutaan lauhkeaksi tai ei-virulentiksi infektioksi, ei tapa isäntäsolua, vaan käyttää sitä turvapaikkana, jos se on lepotilassa. Kun faagi-DNA: ta on ruiskutettu isäntäsoluun, se integroituu isäntäsoluun faagikoodattujen integraasien avulla, jolloin sitä kutsutaan profagiksi. Prophage-genomi monistuu tämän jälkeen passiivisesti isäntägenomin mukana, sillä isäntäsolu jakautuu niin kauan kuin se pysyy siinä eikä muodosta jälkeläisten tuottamiseen tarvittavia proteiineja. Koska Fagen genomi on yleensä verrattain pieni, bakteeri-isännät ovat yleensä suhteellisen vahingoittumattomia tämän prosessin.

kuva 3. Kuvaus bakteriofagi – lysogeenisyklin vaiheista.

siirtyminen lysogeenisestä lyyttiseen

jos prophagea sisältävä bakteeri altistuu stressitekijöille, kuten UV-valolle, vähäravinteisille olosuhteille tai kemikaaleille kuten mitomysiini C: lle, prophage voi spontaanisti irtautua isäntägeenistä ja siirtyä lystiseen kiertoon prosessissa, jota kutsutaan induktioksi.

tämä prosessi ei kuitenkaan ole täydellinen ja profage saattaa joskus jättää osia niiden DNA: sta taakseen tai ottaa osia isännän DNA: sta mukaansa, kun ne kiertävät uudelleen. Jos ne sitten tartuttavat uuden isäntäsolun, ne voivat siirtää bakteerigeenejä kannasta toiseen transduktioksi kutsutussa prosessissa. Tämä on yksi menetelmä, jolla antibioottiresistenssigeenit, toksiinia ja superantigeenejä koodaavat geenit ja muut virulenssiominaisuudet voivat levitä bakteeripopulaation kautta.

viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että siirtyminen Lyytisen ja lysogeenisen infektion välillä riippuu myös faagien runsaudesta alueella, koska ne kykenevät tuottamaan ja aistimaan pieniä peptidejä quorum sensing4-prosessin kaltaisessa prosessissa.

bakteerien immuniteetti faagitartuntaa vastaan

kaikki bakteerit eivät ole avuttomia faagihyökkäystä vastaan, sillä niillä on ”immuunijärjestelmä”, jonka avulla ne voivat taistella vastaan. CRISPR-Cas, joka on nykyisin synonyymi geneettiselle muuntelulle, ehdotettiin ensimmäisenä bakteerien ”adaptiiviseksi immuunijärjestelmäksi” Francisco Mojica5: n toimesta ja itsenäisesti Université Paris-Sud6: N ryhmän toimesta vuonna 2005. CRISPR-lokus on joukko lyhyitä toistuvia sekvenssejä, joita erottavat välilevyt, joissa on ainutlaatuisia sekvenssejä. Näillä spacer-sekvensseillä todettiin olevan homologia virus-ja plasmidi-DNA: han, mukaan lukien fagi. Kun aiemmin lukematon faagi hyökkää, CRISPR: n toiselle puolelle lisätään uusia välilevyjä, mikä tekee CRISPR: stä kronologisen muistiinmerkinnän faagista, jonka solu ja sen esi-isät ovat kohdanneet. Vastauksena faagien invaasioon CRISPR-sekvenssit transkriboidaan ja yhdessä Cas-proteiinien kanssa kohdistetaan ja tuhotaan faagisekvenssit, jotka ovat homologisia välilevysekvensseille.

faagi geneettisinä ja molekyylibiologian työkaluina

alun perin Escherichia coli-bakteerista eristetty Lambda-faagi on yksi parhaiten tutkituista faageista ja se muodosti perustan monille geneettisille työkaluille. On jopa sanottu, että faagien käyttö työkaluina johti lopulta molekyylibiologian kehittymiseen discipline7: ksi. 1950-luvulla faagien kykyä rekombinoitua isäntäeläimen DNA: n kanssa käytettiin ensimmäisen kerran hyväksi salmonellalajien genomien manipuloimiseksi ja näin transduktioprosessi syntyi 8. Sen jälkeen sitä on käytetty välineenä geneettisen materiaalin siirtämiseen monien eliöiden välillä, muun muassa sienigeenien manipulaatiossa9 ja jopa ihmisen geeneissä. Ihmisinsuliini tuotettiin ensin turvallisesti ja halvalla vaatimattoman Fagin ansiosta. Se on myös avannut sovelluksia kloonien suuritehoisissa seulonnoissa, nanomateriaalinkehityksessä10, elintarvikkeiden antibakteerisessa hoidossa, diagnostisena välineenä sekä lääkkeiden etsintä-ja jakelujärjestelmissä11.

phage ϕX174: stä tuli tietämättään edelläkävijä vuonna 1977, jolloin se oli ensimmäinen organismi, jonka koko nukleotidijärjestys määritettiin Fred Sangerin ja colleagues12: n ansiosta.

Faagiterapia

ennen kuin Alexander Fleming keksi antibiootit vuonna 1928, faageja tutkittiin menetelmänä bakteeri-infektioiden hoidossa. Antibioottikuurin jälkeisenä aikana antibioottihoidon kätevä laajakirjoinen aktiivisuus merkitsi sitä, että useimmissa organisaation tutkimuksissa faagiterapiasta luovuttiin. Monissa entisissä Neuvostomaissa, joissa länsimaisista antibiooteista oli pulaa, faagihoitojen tutkimusta jatkettiin kuitenkin pakosta. Antibioottiresistenssiongelmien lisääntyessä maailmanlaajuisesti faagiterapian alalla on viime vuosina tapahtunut elpymistä. Vaikka faagit pystyvät infektoimaan ja tuhoamaan bakteereja ja niitä on käytetty menestyksekkäästi hengenvaarallisen infektoinnin hoitamiseen13, niiden lajin ja jopa kannan spesifisyys ja mahdollisuus joidenkin bakteerien aiempaan immuniteettiin tarkoittavat, että faagihoito ei ole tällä hetkellä vähäpätöinen prosessi, ja se on räätälöitävä yksittäisen infektion mukaan. Tämä tekee siitä kallista ja pitkä. Näin ollen se on tällä hetkellä viimeinen keino, ja tällä alalla tarvitaan vielä paljon työtä.

faagiperhe

nukleotidien sekvensoinnin saatavuuden ja edullisuuden lisääntyessä tietokantoihin toimitettujen faagigenomien määrä on kasvanut räjähdysmäisesti kahden viime dekadin aikana14.

International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) on luokitellut fagit vuoden 2017 päivityksensä mukaan 19 bakteereihin ja arkaaeihin tarttuvaa faagiperhettä (Taulukko 1), Mutta kun syrjäisemmiltä alueilta otettuja näytteitä sekvensoidaan lisää, tämä todennäköisesti vain kasvaa tulevaisuudessa.

mobiilikäyttäjille vieritä vasemmalle ja oikealle nähdäksesi alla olevan taulukon tiedot.

Taulukko 1. ICTV taksonomic classification of bacteriophage infecting bacteria and archaea.

1. Kaksi. TUTKIMUS MIKROSKOOPPISTEN VIRUSTEN LUONTEESTA. Lancet. 1915;186(4814):1241-1243. doi: 10.1016 / S0140-6736(01)20383-3
2. D ’Herelle F. on an invisible microbe antagonist toward dysenteric bacilli: brief note by Mr. F. D’ Herelle, presented by Mr. Roux. 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-pohjalevyn rakenne ja sen tehtävä vaipan supistumisen käynnistämisessä. Luonto. 2016;533(7603):346-352. doi: 10.1038 / luonto17971
4. Erez Z, Steinberger-Levy I, Shamir M, et al. Virusten välinen viestintä ohjaa lysis-lysogeny-päätöksiä. Luonto. 2017;541(7638):488-493. doi: 10.1038 / luonto21049