Rysunek 2. Przedstawienie etapów cyklu litycznego bakteriofagów.
Obejrzyj tutaj cykl lityczny w akcji.

cykl Lizogeniczny

cykl lizogeniczny (Fig.3), czasami określany jako umiarkowane lub nie-wirulentne zakażenie, nie zabija komórki gospodarza, zamiast tego wykorzystuje ją jako schronienie, gdy istnieje w stanie uśpienia. Po wstrzyknięciu DNA fagowego do komórki gospodarza, integruje się z genomem gospodarza, za pomocą integraz kodowanych fagowo, gdzie jest następnie określany jako Prorok. Genom prophage jest następnie replikowany pasywnie wraz z genomem gospodarza, ponieważ komórka gospodarza dzieli się tak długo, jak długo tam pozostaje i nie tworzy białek wymaganych do produkcji potomstwa. Ponieważ Genom fagów jest na ogół stosunkowo mały, gospodarze bakteryjni są zwykle stosunkowo nietknięci przez ten proces.

Rysunek 3. Przedstawienie etapów cyklu lizogennego bakteriofagów.

przejście z lizogennego do litycznego

jeśli bakteria zawierająca prophage jest narażona na działanie czynników stresogennych, takich jak światło UV, warunki niskiej zawartości składników odżywczych lub substancje chemiczne, takie jak mitomycyna C, prophage może spontanicznie wyodrębnić się z genomu gospodarza i wejść w cykl lityczny w procesie zwanym indukcją.

ten proces nie jest jednak doskonały i prophage może czasami pozostawić po sobie fragmenty DNA lub zabrać ze sobą fragmenty DNA gospodarza, gdy ponownie się krążą. Jeśli następnie zainfekują nową komórkę gospodarza, mogą transportować geny bakteryjne z jednego szczepu do drugiego w procesie zwanym transdukcją. Jest to jedna z metod, za pomocą której geny oporności na antybiotyki, geny kodujące toksyny i superantygeny oraz inne cechy zjadliwości mogą rozprzestrzeniać się w populacji bakterii.

ostatnie prace wykazały, że przejście między zakażeniem litycznym i lizogennym jest również zależne od obfitości fagów na danym obszarze, ponieważ są one w stanie wytwarzać i wyczuwać małe peptydy w procesie zbliżonym do odczuwania kworum 4.

odporność bakterii na infekcję fagową

nie wszystkie bakterie są bezradne wobec ataku fagów, posiadając „układ odpornościowy”, który pozwala im walczyć. CRISPR-Cas, który jest obecnie synonimem modyfikacji genetycznej, został po raz pierwszy zaproponowany jako bakteryjny „adaptacyjny układ odpornościowy” przez Francisco Mojica5 i niezależnie przez grupę z Université Paris-Sud6 w 2005 roku. Locus CRISPR jest tablicą krótkich powtarzających się sekwencji oddzielonych odstępami z unikalnymi sekwencjami. Te sekwencje dystansowe miały homologię z wirusowym i plazmidowym DNA, w tym z fagem. Po zaatakowaniu przez wcześniej niekoronowanego faga, po jednej stronie CRISPR dodawane są nowe elementy dystansujące, dzięki czemu CRISPR jest chronologicznym zapisem faga, z którym spotkała się komórka i jej przodkowie. W odpowiedzi na inwazję fagów sekwencje CRISPR są transkrybowane i, we współpracy z białkami Cas, celują i niszczą sekwencje fagowe, które są homologiczne do sekwencji spacerów.

FAG jako narzędzia genetyczne i biologii molekularnej

FAG Lambda, pierwotnie wyizolowany z Escherichia coli, jest jednym z najlepiej zbadanych fagów i stanowił podstawę wielu narzędzi genetycznych. Mówi się nawet, że wykorzystanie fagów jako narzędzi doprowadziło ostatecznie do rozwoju biologii molekularnej jako dyscypliny 7. W latach 50. zdolność faga do rekombinacji z DNA gospodarza została po raz pierwszy wykorzystana do manipulowania genomami gatunków salmonelli i tak narodził się proces transdukcji8. Od tego czasu jest używany jako nośnik do przenoszenia materiału genetycznego między wieloma organizmami, w tym manipulacjami genami grzybów9, a nawet ludzkimi genami. To dzięki skromnemu fagowi insulina ludzka została najpierw bezpiecznie i tanio Wyprodukowana. Otworzyło to również zastosowanie w wysokowydajnym badaniu przesiewowym klonów, opracowywaniu nanomateriałów10, leczeniu przeciwbakteryjnym produktów spożywczych, jako narzędzia diagnostycznego oraz w wykrywaniu leków i systemach dostarczania leków11.

FAG ϕX174 stał się nieświadomym pionierem w 1977 r., kiedy to był pierwszym organizmem, któremu wyznaczono całą sekwencję nukleotydów dzięki Fredowi Sangerowi i kolegom12.

terapia Fagowa

przed odkryciem antybiotyków przez Alexandra Fleminga w 1928, FAG był badany jako metoda leczenia infekcji bakteryjnych. W erze po antybiotykach wygodna aktywność leczenia antybiotykami o szerokim spektrum działania oznaczała, że w większości badań nad terapią fagową porzucono. Jednak w wielu krajach byłego ZSRR, gdzie brakowało zachodnich antybiotyków, badania nad terapiami fagowymi kontynuowano z konieczności. Wraz z rosnącymi globalnymi problemami oporności na antybiotyki, w ostatnich latach nastąpił odrodzenie w dziedzinie terapii fagowej. Podczas gdy fagi są w stanie infekować i niszczyć bakterie i były z powodzeniem stosowane w leczeniu zakażeń zagrażających życiu 13, ich specyficzność gatunkowa, a nawet specyficzność szczepów i potencjał istniejącej wcześniej odporności niektórych bakterii oznaczają, że ukierunkowanie leczenia fagami nie jest obecnie trywialnym procesem i musi być dostosowane do indywidualnego zakażenia. To sprawia, że kosztowne i długie. W związku z tym jest to obecnie ostatnia deska ratunku i nadal jest wiele pracy wymaganej w tej dziedzinie.

drzewo genealogiczne fagów

wraz ze wzrostem dostępności i przystępności cenowej sekwencjonowania nukleotydów w ciągu ostatnich dwóch dekad doszło do eksplozji liczby genomów fagów przekazanych do baz danych 14 .

fagi są klasyfikowane przez Międzynarodowy Komitet taksonomii wirusów (ICTV), według ich aktualizacji z 2017 r.istnieje 19 rodzin fagów, które infekują bakterie i archeony (Tabela 1), ale ponieważ sekwencjonuje się więcej próbek z bardziej odległych obszarów, prawdopodobnie wzrośnie to w przyszłości.

dla użytkowników mobilnych przewiń w lewo i w prawo, aby wyświetlić dane tabeli poniżej.

Tabela 1. ICTV taxonomic classification of bacteriophage infecting bacteria and archaea.

1. Twort FW. BADANIA NAD NATURĄ ULTRA-MIKROSKOPIJNYCH WIRUSÓW. Lancet. 1915;186(4814):1241-1243. doi: 10.1016 / S0140-6736(01)20383-3
2. D 'Herelle F. on an invisible microbe antagonistic towards dyzenteric 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, Prochorow NS, Guerrero-Ferreira RC, et al. Struktura płyty podstawowej T4 i jej funkcja w wyzwalaniu skurczu osłony. Natura. 2016;533(7603):346-352. doi: 10.1038 / nature17971
4. Erez z, Steinberger-Levy I, Shamir M i in. Communication between viruses guides lysis – lysogeny decisions. Natura. 2017;541(7638):488-493. doi:10.1038/nature21049