Figuur 2. Afbeelding van de stadia van de bacteriofaag lytische cyclus.
Bekijk hier de lytische cyclus in actie.

lysogene cyclus

de lysogene cyclus (Figuur 3), soms aangeduid als gematigde of niet-virulente infectie, doodt de gastheercel niet, maar gebruikt deze als toevluchtsoord waar deze in een slapende toestand voorkomt. Na de injectie van phagedna in de gastheercel, integreert het zich in het gastheergenoom, met behulp van phage-gecodeerde integrases, waar het dan een profetie wordt genoemd. Het profagegenoom wordt dan passief samen met het gastheergenoom gerepliceerd aangezien de gastheercel zolang deelt aangezien het daar blijft en niet de proteã nen vormt vereist om nageslacht te produceren. Aangezien het faaggenoom over het algemeen relatief klein is, zijn de bacteriële gastheren normaal relatief ongedeerd door dit proces.

Figuur 3. Afbeelding van de stadia van de bacteriofaag lysogenic cyclus.

overgang van lysogeen naar lytisch

als een bacterie die profage bevat wordt blootgesteld aan stressoren, zoals UV-licht, omstandigheden met weinig nutriënten of chemicaliën zoals mitomycine C, kan profage zichzelf spontaan uit het gastheergenoom halen en de lytische cyclus ingaan in een proces dat inductie wordt genoemd.

dit proces is echter niet perfect en de profage kan soms delen van hun DNA achterlaten of delen van het DNA van de gastheer meenemen wanneer ze opnieuw circulariseren. Als ze dan een nieuwe gastheercel infecteren, kunnen ze bacteriële genen van de ene stam naar de andere vervoeren in een proces dat transductie wordt genoemd. Dit is één methode waarbij antibioticaresistentiegenen, toxine en superantigen-coderende genen en andere virulentieeigenschappen zich door een bacteriële populatie kunnen verspreiden.

Recent onderzoek heeft aangetoond dat de overgang tussen lytische en lysogene infectie ook afhankelijk is van de overvloed aan faag in een gebied, aangezien zij in staat zijn kleine peptiden te produceren en te detecteren in een proces dat verwant is aan quorumsensing4.

bacteriële immuniteit voor faaginfectie

niet alle bacteriën zijn hulpeloos tegen faagaanval, omdat ze een “immuunsysteem” hebben dat hen in staat stelt terug te vechten. CRISPR-Cas, die nu synoniem met genetische wijziging is, werd eerst voorgesteld als bacterieel “adaptief immuunsysteem” door Francisco Mojica5 en onafhankelijk door een groep van Université Paris-Sud6 in 2005. De plaats CRISPR is een reeks korte herhaalde opeenvolgingen die door afstandhouders met unieke opeenvolgingen worden gescheiden. Deze spaceropeenvolgingen werden gevonden om homologie aan virale en plasmidedna, met inbegrip van phage te hebben. Wanneer aangevallen door een eerder ongecounterde faag, nieuwe spacers worden toegevoegd aan een kant van de CRISPR, waardoor de CRISPR een chronologisch verslag van de faag de cel en zijn voorouders zijn tegengekomen. In antwoord op phage invasie, worden de opeenvolgingen CRISPR getranscribeerd en, in partnerschap met de proteã nen van Cas, richten en vernietigen de phageopvolgingen die homologe aan de spacersopvolgingen zijn.

faag als genetische en moleculaire biologie tools

de Lambdafaag, oorspronkelijk geïsoleerd uit Escherichia coli, is een van de best bestudeerde faag en vormde de basis van vele genetische tools. Er is zelfs gezegd dat het gebruik van faag als gereedschap uiteindelijk leidde tot de ontwikkeling van moleculaire biologie als discipline7. In de jaren 1950, werd de capaciteit van de faag om met gastheerdna te recombineren eerst uitgebuit om de genomen van Salmonellaspecies te manipuleren en zo werd het proces van transductie geboren8. Sindsdien is het gebruikt als een middel om genetisch materiaal te verplaatsen tussen vele organismen, waaronder schimmelgenmanipulaties9 en zelfs menselijke genen. Het was dankzij de bescheiden faag dat humane insuline voor het eerst veilig en goedkoop werd geproduceerd. Het heeft ook toepassingen geopend in hoge productie screening van klonen, nanomaterial development 10, antibacteriële behandeling voor voedselpunten, als diagnostisch hulpmiddel en drug ontdekking en levering systemen11.

de faag ϕX174 werd een onwetende pionier in 1977 toen het het eerste organisme was dat zijn volledige nucleotidesequentie had bepaald dankzij Fred Sanger en collega ‘ S12.

faagtherapie

voorafgaand aan de ontdekking van antibiotica door Alexander Fleming in 1928 werd faag onderzocht als een methode voor de behandeling van bacteriële infecties. In het post-antibiotische Tijdperk, betekende de geschikte breed-spectrum activiteit van antibiotische behandeling dat in het onderzoek van de meeste organisatie naar faagtherapie werd verlaten. Echter, in veel van de voormalige Sovjet-Naties waar er een gebrek aan westerse antibiotica, onderzoek naar faag therapieën voortgezet door middel van noodzaak. Met de toenemende wereldwijde problemen van antibioticaresistentie, is er een heropleving in de faag therapie veld in de afgelopen jaren. Hoewel faag bacteriën kunnen infecteren en vernietigen en met succes zijn gebruikt voor de behandeling van levensbedreigende infectie13, betekent hun species en zelfs stamspecificiteit en potentieel voor reeds bestaande immuniteit van sommige bacteriën dat het richten van een faagbehandeling momenteel geen triviaal proces is en moet worden afgestemd op de individuele infectie. Dit maakt het duur en langdurig. Het is dus op dit moment een laatste redmiddel en er is nog veel werk op dit gebied nodig.

de faagstamboom

met de toenemende beschikbaarheid en betaalbaarheid van nucleotidesequencing, is er een explosie geweest in het aantal faaggenomen dat de afgelopen twee decennia aan databases werd voorgelegd .14

faag zijn geclassificeerd door het International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV), met ingang van hun 2017 update, zijn er 19 families van faag die bacteriën en archaea infecteren (Tabel 1), maar aangezien meer monsters uit meer afgelegen gebieden worden gesequenced, zal dit waarschijnlijk alleen in de toekomst groeien.

voor mobiele gebruikers scrolt u naar links en rechts om de onderstaande tabelgegevens te bekijken.

Tabel 1. ICTV taxonomische classificatie van bacteriofaag infecterende bacteriën en archaea.

1. Twort FW. EEN ONDERZOEK NAAR DE AARD VAN ULTRA-MICROSCOPISCHE VIRUSSEN. The Lancet. 1915;186(4814):1241-1243. doi: 10.1016 / S0140-6736(01)20383-3
2. D ‘Herelle F. On an invisible microbe antagonistic towards dysenteric bacilli: korte nota van de heer F. D’ Herelle, gepresenteerd door de Heer 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. Structuur van de T4 basisplaat en zijn functie bij het activeren van de krimp van de mantel. Natuur. 2016;533(7603):346-352. doi: 10.1038 / natuur17971
4. Erez Z, Steinberger-Levy I, Shamir M, et al. De communicatie tussen virussen leidt lysis-lysogeny beslissingen. Natuur. 2017;541(7638):488-493. doi: 10.1038 / nature21049