Figura 2. Descrierea etapelor ciclului litic bacteriofag.
urmăriți ciclul litic în acțiune aici.

ciclul lizogen

ciclul lizogen (Figura 3), denumit uneori infecție temperată sau non-virulentă, nu ucide celula gazdă, ci o folosește ca refugiu acolo unde există într-o stare inactivă. În urma injectării ADN-ului fagului în celula gazdă, acesta se integrează în genomul gazdă, cu ajutorul integrazelor codificate cu fag, unde este numit apoi profag. Genomul prophage este apoi replicat pasiv împreună cu genomul gazdă, deoarece celula gazdă se divide atâta timp cât rămâne acolo și nu formează proteinele necesare pentru a produce descendenți. Deoarece genomul Fagului este în general relativ mic, gazdele bacteriene sunt în mod normal relativ nevătămate de acest proces.

Figura 3. Descrierea etapelor ciclului lizogen bacteriofag.

trecerea de la lizogen la litic

dacă o bacterie care conține prophage este expusă la factori de stres, cum ar fi lumina UV, condiții nutritive scăzute sau substanțe chimice precum mitomicina C, prophage se poate extrage spontan din genomul gazdă și poate intra în ciclul litic într-un proces numit inducție.

cu toate acestea, acest proces nu este perfect și prophage poate lăsa uneori porțiuni din ADN-ul lor în urmă sau poate lua porțiuni din ADN-ul gazdă cu ele atunci când se re-circulă. Dacă apoi infectează o nouă celulă gazdă, pot transporta gene bacteriene de la o tulpină la alta într-un proces numit transducție. Aceasta este o metodă prin care genele de rezistență la antibiotice, genele care codifică toxina și superantigenul și alte trăsături de virulență se pot răspândi printr-o populație bacteriană.

lucrările recente au arătat că tranziția dintre infecția litică și cea lizogenă depinde, de asemenea, de abundența fagilor dintr-o zonă, deoarece aceștia sunt capabili să producă și să simtă peptide mici într-un proces asemănător cu simțul cvorumului4.

imunitatea bacteriană la infecția cu fagi

nu toate bacteriile sunt neajutorate împotriva atacului fagilor, posedând un „sistem imunitar” care le permite să lupte înapoi. CRISPR-Cas, care este acum sinonim cu modificarea genetică, a fost propus pentru prima dată ca un „sistem imunitar adaptiv” bacterian de Francisco Mojica5 și independent de un grup de la Universit Irakt Paris-Sud6 în 2005. Locusul CRISPR este o serie de secvențe repetate scurte separate de distanțiere cu secvențe unice. S-a constatat că aceste secvențe distanțiere au omologie cu ADN-ul viral și plasmidic, inclusiv fagul. Când este atacat de un fag neînregistrat anterior, se adaugă noi distanțiere pe o parte a CRISPR, făcând din CRISPR o înregistrare cronologică a fagului pe care celula și strămoșii săi l-au întâlnit. Ca răspuns la invazia fagilor, secvențele CRISPR sunt transcrise și, în parteneriat cu proteinele Cas, vizează și distrug secvențele de fag care sunt omoloage secvențelor distanțiere.

fagul ca instrumente de biologie genetică și moleculară

fagul Lambda, izolat inițial din Escherichia coli, este unul dintre cei mai bine studiați fag și a constituit baza multor instrumente genetice. S-a spus chiar că utilizarea fagului ca instrumente a dus în cele din urmă la dezvoltarea biologiei moleculare ca disciplină7. În anii 1950, capacitatea fagului de a se recombina cu ADN-ul gazdă a fost exploatată pentru prima dată pentru a manipula genomii speciilor de Salmonella și astfel s-a născut procesul de transducție8. De atunci, a fost folosit ca vehicul pentru a muta materialul genetic între multe organisme, inclusiv manipulările genei fungice9 și chiar genele umane. Datorită fagului umil, insulina umană a fost produsă pentru prima dată în siguranță și ieftin. De asemenea, a deschis aplicații în screeningul cu randament ridicat al clonelor, dezvoltarea nanomaterialelor10, tratamentul antibacterian pentru produsele alimentare, ca instrument de diagnosticare și sisteme de descoperire și livrare a medicamentelor11.

fagul x174 a devenit un pionier involuntar în 1977, când a fost primul organism care și-a determinat întreaga secvență nucleotidică datorită lui Fred Sanger și colegilor12.

terapia cu fagi

înainte de descoperirea antibioticelor de către Alexander Fleming în 1928, fagii erau explorați ca metodă de tratare a infecțiilor bacteriene. În epoca post-antibiotică, activitatea convenabilă cu spectru larg a tratamentului cu antibiotice a însemnat că în majoritatea cercetărilor organizației în terapia cu fagi a fost abandonată. Cu toate acestea, în multe dintre fostele națiuni Sovietice, unde a existat o lipsă de antibiotice occidentale, cercetările privind terapiile cu fagi au continuat prin necesitate. Odată cu creșterea problemelor globale ale rezistenței la antibiotice, a existat o renaștere în domeniul terapiei cu fagi în ultimii ani. În timp ce fagii sunt capabili să infecteze și să distrugă bacteriile și au fost utilizați cu succes pentru a trata infecțiile care pun viața în pericol13, specificitatea speciilor și chiar a tulpinilor lor și potențialul de imunitate preexistentă a unor bacterii înseamnă că țintirea unui tratament cu fag nu este în prezent un proces banal și trebuie adaptat la infecția individuală. Acest lucru face costisitoare și de lungă durată. În consecință, este în prezent o ultimă soluție și există încă multă muncă necesară în acest domeniu.

arborele genealogic al fagilor

odată cu creșterea disponibilității și accesibilității secvențierii nucleotidelor, în ultimele două decenii a avut loc o explozie a numărului de genomi ai fagilor supuși bazelor de date14 .

fagii sunt clasificați de Comitetul Internațional pentru taxonomia virusurilor (ICTV), începând cu actualizarea lor din 2017, există 19 familii de fag care infectează bacteriile și archaea (Tabelul 1), dar pe măsură ce mai multe probe din zone mai îndepărtate sunt secvențiate, acest lucru este probabil să crească doar în viitor.

pentru utilizatorii de dispozitive mobile, derulați la stânga și la dreapta pentru a vizualiza datele din tabel de mai jos.

Tabelul 1. Clasificarea taxonomică ICTV a bacteriofagului care infectează bacteriile și archaea.

1. Twort FW. O INVESTIGAȚIE PRIVIND NATURA VIRUSURILOR ULTRA-MICROSCOPICE. Lanceta. 1915;186(4814):1241-1243. doi: 10.1016 / S0140-6736(01)20383-3
2. D ‘Herelle F. Pe un microb invizibil antagonist față de bacilii dizenterici: scurtă notă a Domnului F. d’ Herelle, prezentată de Domnul 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 și colab. Structura plăcii de bază T4 și funcția sa în declanșarea contracției tecii. Natura. 2016;533(7603):346-352. doi: 10.1038 / nature17971
4. Erez Z, Steinberger-Levy I, Shamir M și colab. Comunicarea între viruși ghidează deciziile de liză-lizogenie. Natura. 2017;541(7638):488-493. doi: 10.1038 / natură21049