Bakteriofaagid on "bakterite sööjad" selles mõttes, et nad on viirused mis nakatavad ja hävitavad bakterid. Mõnikord nimetatakse neid faagideks, need mikroskoopilised organismid on oma olemuselt üldlevinud. Lisaks bakterite nakatamisele nakatavad bakteriofaagid ka teisi mikroskoopilisi prokarüootid tuntud kui arhaea. See nakkus on spetsiifiline konkreetsete bakteriliikide või arhaea suhtes. Faag, mis nakatab E. coli näiteks ei nakata siberi katku baktereid. Kuna bakteriofaagid ei nakata inimese rakud, on neid ravimiseks kasutatud meditsiinilistes teraapiates bakteriaalsed haigused.
Bakteriofaagidel on kolm peamist struktuuritüüpi.
Kuna bakteriofaagid on viirused, koosnevad need a nukleiinhape (DNA või RNA) suletud valgukesta või kapsiid. Bakteriofaagil võib olla ka valgu saba, mis on kapsiidi külge kinnitatud sabast ulatuvate sabakiududega. Sabakiud aitavad faagil peremehe külge kinnituda ja saba aitab viirust süstida geenid peremeheks. Bakteriofaag võib eksisteerida järgmiselt:
- viiruse geenid kapsiidi peas, millel pole saba
- viirusgeenid sabaga kapsiid peas
- ümmarguse üheahelalise DNA-ga niit- või vardakujuline kapsiid.
Bakteriofaagid pakatavad oma genoomi
Kuidas sobivad viirused nende mahuka geneetilise materjaliga kapsiididesse? RNA bakteriofaagid, taimeviirused ja loomaviirused neil on iseklapitav mehhanism, mis võimaldab viiruse genoomil mahtuda kapsiidi mahutisse. Näib, et ainult viiruse RNA genoomil on see iseklapistuv mehhanism. DNA-viirused sobivad nende genoomi kapsiidi spetsiaalsete ensüümide abil, mida tuntakse pakkimisensüümidena.
Bakteriofaagidel on kaks elutsüklit
Bakteriofaagid on võimelised paljunema kas lüsogeense või lüütilise elutsükli abil. Lüsogeenset tsüklit nimetatakse ka parasvöötmeks, kuna peremeesorganismi ei tapeta. Viirus süstib oma geenid bakterisse ja viiruse geenid sisestatakse bakterisse kromosoom. Aastal bakteriofaagi lüütiline tsükkel, viirus replitseerub peremeesorganismis. Peremees tapetakse, kui äsja replitseeritud viirused peremeesraku lahti teevad või lüüsivad ja vabanevad.
Bakteriofaagid edastavad geene bakterite vahel
Bakteriofaagid aitavad geene bakterite vahel üle kanda geneetiline rekombinatsioon. Seda tüüpi geeniülekannet nimetatakse transduktsiooniks. Transduktsiooni saab läbi viia kas lüütilise või lüsogeense tsükli kaudu. Näiteks lüütilises tsüklis süstib faag oma DNA bakterisse ja ensüümid eraldavad bakteri DNA tükkideks. Faageenid suunavad bakteri tootma rohkem viirusgeene ja viiruskomponente (kapsiidid, saba jne). Nagu uus viirused Kui kogunema hakata, võib bakteriaalne DNA tahtmatult suletud viiruse kapsiidi. Sel juhul omab faag viiruse DNA asemel bakteriaalset DNA-d. Kui see faag nakatab teise bakteri, süstib see peremeesrakku eelmise bakteri DNA. Seejärel võib doonorbakterite DNA rekombinatsiooni teel sisestada äsja nakatunud bakteri genoomi. Selle tulemusel kanduvad ühe bakteri geenid teise.
Bakteriofaagid võivad muuta bakterid inimestele kahjulikuks
Bakteriofaagid mängivad rolli inimese haiguses, muutes mõned kahjutud bakterid haigustekitajateks. Mõned bakteriliigid, sealhulgas E. coli, Streptococcus pyogenes (põhjustab lihasöömishaigust), Vibrio koolerad (põhjustab koolerat) ja Shigella (põhjustab düsenteeria) muutub kahjulikuks, kui mürgiseid aineid tootvad geenid kantakse neile bakteriofaagide kaudu. Seejärel suudavad need bakterid inimesi nakatada ja põhjustada toidumürgitus ja muud surmavad haigused.
Superbugide sihtimiseks kasutatakse bakteriofaage
Teadlased on isoleerinud bakteriofaagid, mis hävitavad üliribad Clostridium difficile (C. diff). C. dif mõjutab tavaliselt seedesüsteemi, põhjustades kõhulahtisust ja koliiti. Seda tüüpi nakkuse ravimine bakteriofaagidega annab võimaluse säilitada soolestiku head bakterid, hävitades samal ajal ainult nakkust C. dif mikroobe. Bakteriofaage peetakse heaks alternatiiviks antibiootikumid. Antibiootikumide liigtarbimise tõttu muutuvad resistentsed bakteritüved üha tavalisemaks. Bakteriofaage kasutatakse ka teiste superbugide hävitamiseks, sealhulgas ravimresistentsed E. coli ja MRSA.
Bakteriofaagid mängivad olulist rolli maailma süsinikuringluses
Bakteriofaagid on ookeanis kõige arvukam viirus. Pelagifaagidena tuntud faagid nakatavad ja hävitavad SAR11 baktereid. Need bakterid muudavad lahustunud süsiniku molekulid süsinikdioksiidiks ja mõjutavad saadaoleva atmosfääri süsiniku kogust. Pelaagifaagid mängivad olulist rolli süsinikuringes, hävitades SAR11 baktereid, mis vohavad suurel hulgal ja on nakatumise vältimiseks väga hästi kohanemisvõimelised. Pelaagifaagid kontrollivad SAR11 bakterite arvu, tagades, et ülemaailmses süsinikdioksiidi tootmises ei toimu ülemäära.
Allikad:
- Encyclopædia Britannica Online, s. v. "bakteriofaag", millele on juurdepääs 07. oktoobril 2015, http://www.britannica.com/science/bacteriophage.
- Norra veterinaarteaduskool. "Viirused võivad kahjutuks muuta E. Coli ohtlik. "ScienceDaily. ScienceDaily, 22. aprill 2009. www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090417195827.htm.
- Leicesteri ülikool. "Bakterite söövate viiruste võlukuulid sõjas ülirännakute vastu". " Teaduspäev. ScienceDaily, 16. oktoober 2013. www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131016212558.htm.
- Oregoni Riiklik Ülikool. "Lõpmata sõda, kus Maa süsinikuringe on tasakaalus." Teaduspäev. ScienceDaily, 13. veebruar 2013. www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130213132323.htm.