Prophages

Som profag fag-DNAet til tempererte bakteriofager kalles når det er til stede i den bakterielle vertscellen. Bakteriofager ble oppdaget av Félix Hubert d’Hérelle i 1917. De er virus som har tilpasset seg spesifikke bakterier. I det videre forskningsforløpet ble det skilt mellom lytisk fag med høy virulens og temperert fag med stille profetier og lysogen syklus.

Hva er profetier?

Profetatet om temperert bakteriofag kan være til stede som et plasmid i vertscellen eller integrert i bakterie-DNA. For dette må den tempererte fagen ta i bruk den lysogene syklusen når fagen-DNA injiseres. Det skilles mellom den lytiske syklusen og den lysogene syklusen. Mens den lytiske syklus forårsaker rask replikasjon og påfølgende lysering av vertscellen etter injeksjonen av arvestoffet, injiseres repressorgener i fagen i den lysogene syklus i vertscellen for å undertrykke den lytiske syklus, dvs. den raske oppløsningen av cellen.

Den tempererte fagen kan veksle mellom lytisk og lysogen syklus, avhengig av de rådende miljøforholdene. Den lytiske syklus refererer til den konvensjonelle måten faggenene opererer i vertscellen. Etter injeksjonen av det virale DNA skjer rask replikasjon i vertscellen. Etter at kapsiden og halefiberproteinene er replikert i tillegg til det virale DNA og mange nye virale partikler er satt sammen fra de individuelle delene, blir celleveggen i vertscellen brutt ned av lysozym. Når celleveggen løses opp, frigjøres de nye fagene, og deres DNA kan nå injiseres i andre bakterieceller. Denne prosessen er ferdig på omtrent en time.

På grunn av det høye antallet nye virale partikler, blir denne tilnærmingen referert til som den "virulente formen". Siden celleveggen til verten ødelegges ved hjelp av lysozym, brukes uttrykket "lytisk syklus". Når det gjelder temperert fag, trenger ikke nødvendigvis den hurtige replikasjonen og den påfølgende lysering av vertscellen tre i kraft. Avhengig av de eksisterende miljøfaktorene, kan den tempererte fagen skifte mellom lytisk og lysogen syklus. Den lytiske syklusen kan undertrykkes ved å injisere repressorgener og den lysogene syklusen kan starte på ubestemt tid.

I den lysogene syklusen blir faggenetisk materiale ført inn i kimens arvemateriale og kan overleve her i en ubestemt periode. Det injiserte genetiske materialet omtales som "still" og defineres som "profage". Profeten kan ligge som et plasmid i cytoplasmaen til vertscellen eller integreres i bakteriens genetiske materiale.

Integrasjonen av det virale genetiske materialet krever en høy grad av spesialisering. Genomet til de tempererte fagene kan bare festes til visse posisjoner i bakterie-DNA. Motsatt kan genetisk materiale fra individuelle tempererte fagstammer alltid identifiseres på de samme stedene i bakteriegenomet.

Takket være den vellykkede tilpasningen, blir profetene begunstigede av bakteriedeltdeling. Når vertscellen deler mitose, blir det virale genetiske materialet ført videre. Ytterligere overføring til andre bakterier kan skje gjennom konjugering. Profager kan derfor spre seg gjennom forskjellige overføringsveier over hele bakteriestammer. På grunn av miljøpåvirkninger som UV-lys eller visse kjemikalier, kan profeten bytte tilbake til den lytiske syklusen og strebe etter aggressiv replikasjon.

Profeten bruker også vertscellens transkripsjonsprosesser: Fagens injiserte repressorgener blir anerkjent som DNA-skade av visse enzymer av bakterien og brutt ned. Nedbrytningen av repressorgenene er selvdestruktiv i vertscellen. Den lytiske syklusen kan ikke lenger undertrykkes, og profeten endres fra den lysogene tilstanden til aggressiv replikasjon, som ender med den etterfølgende oppløsningen av bakteriecelleveggen.

Forekomst, distribusjon og egenskaper

Fager er høyt spesialiserte virus som har tilpasset seg individuelle bakteriestammer. Så ikke alle bakteriofager har tilgang til hver bakterie. Multiplikasjon uten den spesifikke vertscellen er ikke mulig for bakteriofagen. Den sterke spesialiseringen gjør at bakteriofager kan bli funnet i terrenget der vertscellene deres befinner seg.

Det samme gjelder i enda større grad for profetier. Siden profetier ikke er konvensjonelle virus og bare presenterer seg som viralt genetisk materiale i vertsorganismen, kan de ikke finnes utenfor de tildelte cellene på grunn av definisjonen alene.

I tillegg må det nevnes at bakteriofager alene i sjøvann har et antall (10 til kraften til 30) og dermed er flere fager enn levende vesener til stede på hele planeten. Derimot er det et veldig lite antall nitten offisielt undersøkte bakteriofager, noe som gjør det vanskelig å komme med en nøyaktig uttalelse om forekomsten.

Betydning & funksjon

Fagterapi ble utviklet på 1920-tallet og brukes fremdeles med suksess i Øst-Europa for å bekjempe ulike smittsomme sykdommer. Fordelene med fagterapi er åpenbare: bakteriofager skader bare individuelle bakteriestammer, mens antibiotika har en generelt skadelig effekt på bakterier i kroppen.

Oppdagelsen av penicillin på 1940-tallet førte til massiv bruk av antibiotika i Vesten og som et resultat slutt på fagforskning. Den påfølgende oppbyggingen av en rekke antibiotikaresistenser utløste en økt interesse for bakteriofager på 1990-tallet.

Fagterapi fokuserer på bakteriofager med aggressiv virulens og en utelukkende lytisk syklus, mens tempererte bakteriofager og profeter så langt bare har spilt en underordnet rolle.

Sykdommer og plager

Noen patogener kan bare bygge opp sin virulens gjennom symbiose med profetier. Clostridium botulinum kan bare produsere det fryktede botulinumtoksinet ved hjelp av det integrerte fag-DNA. Streptococcus pyogenes kan bare utløse skarlagensfeber i kombinasjon med profages DNA.

Vibrio cholerae produserer kolera bare gjennom spesielle profetier. Dette viser også fagenes betydning for menneskelig medisin. Hele bakteriestammer kan miste sitt patogene potensial hvis de ansvarlige profetene kunne slås av.