Bakteriofagas yra virusai, kurie užkrečia bakterijas ir dauginasi procese. Kiekvienai bakterijai taip pat yra specifinis bakteriofagas. Bakteriofagai naudojami medicinoje ir genų inžinerijoje.
Kas yra bakteriofagai?
Bakteriofagai yra grupė virusų, kurie užkrečia bakterijas ir archają (pirmykštes bakterijas). Tai darydami jie ir toliau dauginasi, naikindami bakteriją.
Kiekvienai bakterijai yra specifinis bakteriofagas, pagrįstas užrakto ir rakto principu. Pagal tradicinį apibrėžimą bakteriofagai, kaip ir visi virusai, nėra gyvos būtybės. Jų reprodukcija priklauso nuo šeimininko. Jokie biocheminiai procesai nevyksta už šeimininko ribų. Fagai tam naudoja savo šeimininko fermentus.
Bakteriofagus sudaro tik DNR arba RNR, kuriuos supa baltymų apvalkalas. Tačiau didžiojoje daugumoje fagų genetinė medžiaga yra DNR.
Fagus pirmą kartą aprašė 1917 m. Kanadiečių biologas Félixas Hubertas d’Hérelle. Įvairių fagų struktūra yra skirtinga. Iš esmės bakteriofagus sudaro keli komponentai. Daugiausia dėmesio buvo skiriama vadinamųjų T fagų, kurie taip pat užkrečia Escherichia coli bakteriją, struktūrai.
T-fagai susideda iš daugiakampės galvos, kuri per kaklą yra sujungta su pailgiu injekcijos kanalu (įpurškimo įtaisu). Pagrindinė plokštė su uodegos pluoštu ir smaigaliais yra po įpurškimo įtaisu. Galva yra kapsidas, kuriame yra nukleorūgšties. Kapsidas, injekcijos kanalas ir pagrindinė plokštelė yra pagaminti iš baltymų. Uodegos pluoštai ir smaigaliai padeda pritvirtinti fagą prie bakterijos ląstelės sienos.
Atsiradimas, pasiskirstymas ir savybės
Bakteriofagai yra universalūs. Jūros vandenyje yra nuo 10 iki 30 bakteriofagų galios. Kiekvienai bakterijai taip pat yra atitinkamas fagas.
Bakteriofagų dauginimą galima suskirstyti į penkias fazes. Pirma, fagas yra absorbuojamas specifiniame ląstelės sienelės receptoriuje. Uodegos sriegių galai pritvirtinami prie ląstelės paviršiaus. Kitame etape fagas įveda savo DNR arba RNR į bakteriją. Tušti baltymų lukštai lieka ant bakterijų paviršiaus. Trečioji fazė vadinama latentine faze, kurioje negalima aptikti jokių fagų. Kelias valandas trunkančios latentinės fazės metu prasideda vertimas į virusinę mRNR ir replikacija į virusinę nukleorūgštį. Vadinamojoje gamybos fazėje sukuriami virusiniai baltymai. Tada vėlesniame brandinimo etape sudaromi atskiri viruso komponentai. Pasibaigus viruso gamybai, lizocimas, kurį gamina konvertuota bakterijų ląstelė, ištirpina bakteriją ir atpalaiduoja pagamintus fagus.
Reikšmė ir funkcija
Šiandien bakteriofagai jau plačiai naudojami daugelyje sričių. Specialios taikymo sritys atveriamos medicinoje, biologijoje ar žemės ūkio inžinerijoje. Medicinoje bakteriofagai naudojami aptikti bakterijų padermes dėl jų specifiškumo tam tikroms bakterijoms. Ši taikymo sritis vadinama lizotipu.
Šiuo metu vykdomi intensyvūs kovos su bakterijomis tyrimai, naudojant bakteriofagus infekcijose. Ši tyrimų sritis tampa vis svarbesnė, ypač atsižvelgiant į vis didėjantį antibiotikams atsparių bakterijų padermių skaičių. Tačiau blogas fagų stabilumas kūne yra problemiškas. Juos iš karto pašalina paties organizmo fagocitai.
Félix Hubert d’Hérelle jau apsvarstė šią galimą paraišką. Tačiau atradus ir įvedus antibiotikus, šio galimo taikymo tyrimų rezultatai buvo visiškai pamiršti. Tačiau Tbilisyje, Gruzijoje, vis dar egzistuoja „Eliava“ fagų tyrimų institutas, kurį 1934 m. Įkūrė „D’Hérelle“. Kartu su Liudviko Hirszfeldo imunologijos ir eksperimentinės terapijos institutu iš Lenkijos Vroclavo šiandien ten vykdomi alternatyvių kovos su antibiotikams atsparių bakterijų kovos su fagais metodai.
Fagai maisto pramonėje taip pat naudojami įvairiais būdais. Pavyzdžiui, pakuojant sūrį ar dešreles naudojami įvairūs fagų purškalai, siekiant apsaugoti juos nuo bakterijų.
Genetinė inžinerija taip pat yra didelė taikymo sritis. Pavyzdžiui, fagai dabar naudojami kaip tam tikrų genų vektoriai ir įvedami į bakterijas. Taikant šį metodą, būtų galima generuoti insuliną gaminančias Escherichia coli bakterijų padermes.
Šie vektoriai taip pat tampa vis svarbesni gaminant kitas veikliąsias medžiagas. Be to, kai kurie iš jų gali būti naudojami kovojant su genetiniais defektais.
Ligos ir negalavimai
Tačiau bakteriofagai rodo ne tik teigiamą poveikį. Kai kurios sunkios infekcinės ligos išsiskiria tik su fagų pagalba. Difteriją sukelia bakterija Corynebacterium diphtheriae. Tačiau liga gali išsiskirti tik tuo atveju, jei Corynebacterium diphtheriae tuo pat metu yra užkrėsti bakteriofagais. Užkrėstos fagais, šios bakterijos gamina būdingą toksiną, kuris sukelia sunkius, kartais pavojingus gyvybei simptomus.
Liga prasideda tokiais požymiais kaip sunkumas ryti, nuovargis, pykinimas ir pilvo skausmas. Ant migdolų yra balta danga, kvepianti nemaloniai, saldžiai. Dažnai būna tokių komplikacijų, kaip pneumonija ar miokarditas, kurios gali būti mirtinos.
Kita liga, kurią sukelia bakteriofagai, yra skarlatina. Skarlatina sukelia streptokokus, užkrėstus bakteriofagais. Dėl šios infekcijos bakterijos gamina ypač klastingą toksiną. Yra sunkių simptomų, susijusių su šaltkrėčiu, karščiavimu, vėmimu ir gerklės skausmu. Iš pradžių liežuvis yra baltas, bet po kelių dienų jis pasidaro aviečių raudonas. Taip pat atsiranda bėrimas. Jei bakterija nebūtų užkrėsta bakteriofagu, tai būtų tik nekenksmingas tonzilitas.
Cholera taip pat sukelia bakterija, užkrėsta bakteriofagais, vadinamais Vibrio cholerae.
