profager

Som profag phag-DNA'et fra tempererede bakteriofager kaldes, når det er til stede i den bakterielle værtscelle. Bakteriofager blev opdaget af Félix Hubert d’Hérelle i 1917. Det er vira, der er tilpasset specifikke bakterier. I det videre forløb af forskningen blev der skelnet mellem lytisk fag med høj virulens og tempereret fag med lydløs profag og lysogen cyklus.

Hvad er profeter?

Profetering af tempereret bakteriofag kan være til stede som et plasmid i værtscellen eller integreres i bakterie-DNA. Til dette skal den tempererede fag indtage den lysogene cyklus, når fag-DNA'et injiceres. Der sondres mellem den lytiske cyklus og den lysogene cyklus. Selvom den lytiske cyklus forårsager hurtig replikation og efterfølgende lysering af værtscellen efter injektionen af ​​det genetiske materiale, injiceres repressorgener fra fagagen i den lysogene cyklus i værtscellen for at undertrykke den lytiske cyklus, dvs. den hurtige opløsning af cellen.

Den tempererede fag kan skifte mellem lytisk og lysogen cyklus afhængigt af de herskende miljøforhold. Den lytiske cyklus henviser til den konventionelle måde, hvor faggenerne fungerer inden i værtscellen. Hurtig replikation inden i værtscellen finder sted efter injektion af det virale DNA. Efter at kapslen og halefibreproteinerne er replikeret ud over det virale DNA og adskillige nye virale partikler er blevet samlet fra de individuelle dele, nedbrydes værtscellens cellevæg med lysozym. Når cellevæggen opløses, frigives de nye fager, og deres DNA kan nu injiceres i andre bakterieceller. Denne proces er afsluttet på cirka en time.

På grund af det høje antal nye virale partikler omtales denne fremgangsmåde som den "virulente form". Da værnets cellevæg ødelægges ved hjælp af lysozym, bruges udtrykket "lytisk cyklus". I tilfælde af tempereret fag behøver den hurtige replikation og efterfølgende lysering af værtscellen ikke nødvendigvis at træde i kraft. Afhængig af de eksisterende miljøfaktorer kan den tempererede fag skifte mellem lytisk og lysogen cyklus. Den lytiske cyklus kan undertrykkes ved at injicere repressorgener, og den lysogene cyklus kan starte på ubestemt tid.

I den lysogene cyklus indsættes fagets genetiske materiale i kimens genetiske materiale og kan overleve her i en ubestemt periode. Det injicerede genetiske materiale omtales som "stadig" og defineres som "profage". Profeten kan ligge som et plasmid i cytoplasmaet i værtscellen eller være integreret i bakteriens genetiske materiale.

Integrationen af ​​det virale genetiske materiale kræver en høj grad af specialisering. Genomet i de tempererede fager kan kun fastgøres til bestemte positioner i bakterie-DNA. Omvendt kan det genetiske materiale fra individuelle tempererede fagstammer altid identificeres på de samme steder i bakteriegenomet.

Den vellykkede tilpasning får profeter til fordel for modtagelse af bakteriecelle. Når værtscellen deler mitose, overføres det virale genetiske materiale. Yderligere transmission til andre bakterier kan ske gennem konjugering. Profager kan derfor spredes gennem forskellige transmissionsveje over hele bakteriestammer. På grund af miljøpåvirkninger som UV-lys eller visse kemikalier, kan profeten skifte tilbage til den lytiske cyklus og stræbe efter aggressiv replikation.

Profeten bruger også værtscelleens transkriptionsprocesser: Fagens injicerede repressorgener genkendes som DNA-skade af visse enzymer af bakterien og nedbrydes. Nedbrydningen af ​​repressorgenerne er selvdestruktiv i værtscellen. Den lytiske cyklus kan ikke længere undertrykkes, og profeten skifter fra den lysogene tilstand til aggressiv replikation, som ender med den efterfølgende opløsning af bakteriecellevæggen.

Forekomst, distribution og egenskaber

Fager er højt specialiserede vira, der har tilpasset sig individuelle bakteriestammer. Så ikke alle bakteriofager har adgang til hver bakterie. Multiplikation uden den specifikke værtscelle er ikke mulig for bakteriofagen. Det høje niveau af specialisering betyder, at bakteriofager kan findes i samme terræn som deres værtsceller.

Det samme gælder i endnu større grad for profeter. Da profeter ikke er konventionelle vira og kun præsenterer sig som viralt arveligt materiale i værtsorganismen, kan de ikke findes uden for de tildelte celler på grund af definitionen alene.

Derudover må det nævnes, at bakteriofager alene i havvand har et antal (10 til styrken af ​​30), og at der således er flere fager end levende væsener til stede på hele planeten. I modsætning hertil er der et meget lille antal 19 officielt undersøgte bakteriofager, hvilket gør det vanskeligt at afgive en nøjagtig erklæring om forekomsten.

Betydning & funktion

Fagterapi blev udviklet i 1920'erne og bruges med succes i Østeuropa til bekæmpelse af forskellige infektionssygdomme indtil i dag. Fordelene ved fagterapi er åbenlyse: bakteriofager beskadiger kun individuelle bakteriestammer, mens antibiotika generelt har en skadelig effekt på bakterier i kroppen.

Opdagelsen af ​​penicillin i 1940'erne førte til den enorme brug af antibiotika i Vesten og som et resultat en ende på fagforskningen. Den efterfølgende opbygning af adskillige antibiotiske resistenser udløste en øget interesse for bakteriofager i 1990'erne.

Fagterapi fokuserer på bakteriofager med aggressiv virulens og en udelukkende lytisk cyklus, mens tempererede bakteriofager og profager kun har spillet en underordnet rolle hidtil.

Sygdomme og lidelser

Nogle patogener kan kun opbygge deres virulens gennem symbiose med profeter. Clostridium botulinum kan kun fremstille den frygtede botulinumtoksin ved hjælp af det integrerede fag-DNA. Streptococcus pyogenes kan kun udløse skarlagensfeber i kombination med DNA fra profage.

Vibrio cholerae producerer kun kolera gennem specielle profetier. Dette viser også fagenes betydning for humanmedicin. Hele bakteriestammer kunne miste deres patogene potentiale, hvis de ansvarlige profetier kunne slukkes specifikt.