Bakteriofagai yra „bakterijų valgytojai“ tuo atžvilgiu, kad jie yra virusai kurie užkrečia ir sunaikina bakterijos. Šie mikroskopiniai organizmai, kartais vadinami fagais, yra visur esančio pobūdžio. Be bakterijų užkrėtimo, bakteriofagai užkrečia ir kitas mikroskopines medžiagas prokariotai žinomas kaip archaja. Ši infekcija būdinga specifinėms bakterijų rūšims ar archajai. Fagas, kuris užkrečia E. coli pavyzdžiui, neužkrės juodligės bakterijų. Kadangi bakteriofagai neužkrečia žmogaus ląstelės, jie buvo naudojami medicinos terapijoje gydyti bakterinės ligos.
Bakteriofagai turi tris pagrindinius struktūros tipus.
Kadangi bakteriofagai yra virusai, juos sudaro: nukleino rūgštis (DNR arba RNR) uždaromi į baltymų apvalkalą arba kapsidas. Bakteriofagas taip pat gali turėti baltyminę uodegą, pritvirtintą prie kapsido su uodegos pluoštais, besitęsiančiais nuo uodegos. Uodegos pluoštai padeda fagui prisitvirtinti prie jo šeimininko, o uodega padeda sušvirkšti virusą genai į šeimininką. Bakteriofagas gali egzistuoti kaip:
- virusiniai genai kapsidinėje galvoje be uodegos
- virusiniai genai kapsidinėje galvoje su uodega
- gijų ar lazdelės formos kapsidas su žiedine viengrandine DNR.
Bakteriofagai supakuoja savo genomą
Kaip virusai tinka savo tūrinei genetinei medžiagai į kapsules? RNR bakteriofagai, augalų virusai ir gyvūnų virusai turi savaiminio sulankstymo mechanizmą, kuris leidžia viruso genomui tilpti į kapsidės talpyklą. Atrodo, kad tik virusinis RNR genomas turi šį savaiminio sulankstymo mechanizmą. Specialūs fermentai, žinomi kaip pakavimo fermentai, DNR virusai į savo kapsą patenka į kapsidę.
Bakteriofagai turi du gyvenimo ciklus
Bakteriofagai gali daugintis per lizogeninį arba lizinį gyvenimo ciklą. Lizogeninis ciklas dar vadinamas vidutinio klimato ciklu, nes šeimininkas nėra užmušamas. Virusas suleidžia savo genus į bakteriją, o viruso genai įterpiami į bakteriją chromosoma. Viduje bakteriofagų lizinis ciklasvirusas dauginasi šeimininko viduje. Šeimininkas žūva, kai naujai replikuoti virusai atsidaro arba lizuoja šeimininko ląstelę ir yra paleidžiami.
Bakteriofagai perduoda genus tarp bakterijų
Bakteriofagai padeda pernešti genus iš vienos bakterijos į kitą genetinė rekombinacija. Šis genų perdavimo būdas yra žinomas kaip transdukcija. Transdukcija gali būti atliekama per lizinį arba lizogeninį ciklą. Pavyzdžiui, lizinio ciklo metu fagas injekuoja savo DNR į bakteriją, o fermentai atskiria bakterijos DNR į gabalus. Fagų genai nukreipia bakteriją gaminti daugiau virusinių genų ir virusinių komponentų (kapididų, uodegos ir kt.). Kaip naujas virusai pradėjus kauptis, bakterijų DNR gali netyčia užsikabinti per virusinę kapsidę. Tokiu atveju fage vietoj virusinės DNR yra bakterinė DNR. Kai šis fagas užkrečia kitą bakteriją, jis suleidžia ankstesnės bakterijos DNR į šeimininko ląstelę. Tada donoro bakterijos DNR rekombinacijos būdu gali būti įterpta į naujai užkrėstos bakterijos genomą. Dėl to genai iš vienos bakterijos perkeliami į kitą.
Bakteriofagai gali padaryti bakterijas kenksmingas žmonėms
Bakteriofagai vaidina svarbų vaidmenį žmogaus ligose, paversdami kai kurias nekenksmingas bakterijas ligos sukėlėjais. Kai kurios bakterijų rūšys, įskaitant E. coli, Streptococcus pyogenes (sukelia mėsos ligą), Vibrio cholerae (sukelia cholera) ir Šigella (sukelia dizenteriją) tampa žalinga, kai genai, gaminantys toksines medžiagas, pernešami į juos bakteriofagais. Tada šios bakterijos gali užkrėsti žmones ir sukelti apsinuodijimas maistu ir kitos mirtinos ligos.
Bakteriofagai yra naudojami nukreipti superbugs
Mokslininkai išskyrė bakteriofagus, kurie sunaikina superbugą Clostridium difficile (C. diff). C. dif Paprastai pažeidžia virškinimo sistemą, sukelia viduriavimą ir kolitą. Šio tipo infekcijos gydymas bakteriofagais suteikia galimybę išsaugoti gerąsias žarnyno bakterijas, sunaikinant tik tas bakterijas C. dif mikrobai. Bakteriofagai yra laikomi gera alternatyva antibiotikai. Dėl per didelio antibiotikų vartojimo atsparios bakterijų padermės tampa vis dažnesnės. Bakteriofagai taip pat naudojami naikinti kitus superbugus, įskaitant atsparius vaistams E. coli ir MRSA.
Bakteriofagai vaidina svarbų vaidmenį pasaulio anglies cikle
Bakteriofagai yra gausiausias virusas vandenyne. Fagai, žinomi kaip pelagifagai, užkrečia ir sunaikina SAR11 bakterijas. Šios bakterijos paverčia ištirpusias anglies molekules anglies dioksidu ir daro įtaką turimo atmosferos anglies kiekiui. Pelagifagai vaidina svarbų vaidmenį anglies cikle naikindami SAR11 bakterijas, kurios dauginasi sparčiai ir yra labai gerai prisitaikančios, kad išvengtų infekcijos. Pelagifagai kontroliuoja SAR11 bakterijų skaičių, užtikrindami, kad pasauliniame anglies dioksido gamyboje nebus per daug.
Šaltiniai:
- „Encyclopædia Britannica Online“, s. v. „bakteriofagas“, pasiektas 2015 m. spalio 07 d. http://www.britannica.com/science/bacteriophage.
- Norvegijos veterinarijos mokslo mokykla. „Virusai gali paversti nekenksmingu E. „Coli Dangerous“. „ScienceDaily“. „ScienceDaily“, 2009 m. Balandžio 22 d. www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090417195827.htm.
- Lesterio universitetas. "Bakterijas valgančių virusų stebuklingos kulkos kare su superbugėmis". „ScienceDaily“. „ScienceDaily“, 2013 m. Spalio 16 d. www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131016212558.htm.
- Oregono valstybinis universitetas. „Karas be pabaigos, kurio pusiausvyroje išlaikytas Žemės anglies ciklas“. „ScienceDaily“. „ScienceDaily“, 2013 m. Vasario 13 d. www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130213132323.htm.