Bakteriofag

Nisza

Defiinicja

Wirus infekujący wyłącznie komórki prokariotyczne (wirus bakteryjny, pasożyt bakteryjny) charakteryzujący się swoistością działania i wykazujący aktywność lityczną (swoisty) wobec danego gatunku, a nawet szczepu bakteryjnego (gospodarza), mający zdolność do amplifikacji w komórkach gospodarza. Bakteriofagi to najbardziej zróżnicowana i najliczniejsza grupa wirusów, które występują powszechnie w środowisku. Mogą być izolowane ze środowiska (m.in. zbiorników wodnych, gleby), ale także ścieków, produktów spożywczych, mikroorganizmów, czy też organizmów ludzi i zwierząt. Szacuje się, że ich liczebność w biosferze 10–krotnie przekracza liczbę komórek bakteryjnych. Ograniczając liczebność bakterii odgrywają tym samym ważną rolę w ich ewolucji.

Budowa i cykl życiowy

Fagi zbudowane są z kwasu nukleinowego zawartego w białkowej otoczce. Pojedyncza cząstka fagowa (wirion) składa się z główki i ogonka. Może mieć różne kształty, a ich morfologia jest cechą systematyczną. Zakażenie fagiem przebiega w ten sposób, że materiał genetyczny jest wstrzykiwany do wnętrza komórki bakteryjnej, podczas gdy część białkowa wirusa pozostaje na zewnątrz. Bakteriofagi zjadliwe realizując cykl lityczny amplifikują się i uwalniając się niszczą komórkę bakteryjną (liza) (etapy infekcji fagowej to: adsorpcja, penetracja, replikacja, ekspresja białek fagowych, składanie kompletnych wirionów i uwalnianie wirionów potomnych) zaś łagodne (wirulentne) realizując cykl lizogeniczny wbudowują swój materiał genetyczny wmateriał genetycznykomórki bakteryjnej (lizogen) i mogą w tej postaci występować przez wiele jej pokoleń. W szczególności fagi łagodne mają możliwość przenoszenia obcych genów w procesie tansdukcji (toksyn, czy oporności na antybiotyki) W wyniku konwersji lizogenicznej fagi te przechodzą do cyklu litycznego m.in. pod wpływem niekorzystnych czynników środowiska.Bakterie wykształciły naturalne systemy obrony przed bakteriofagami, m.in.: hamowanie adsorpcji faga, blokowanie iniekcji materiału genetycznego wirusa do komórki bakterii, system restrykcji modyfikacji (ang. restriction–modification R-M), system abortywnej (przerwanej) infekcji fagowej czy system CRISPR/Cas.

Zastosowanie bakteriofagów:

Terapeutyczne: wykorzystujące zdolność fagów do swoistego niszczenia bakterii wywołujących infekcje, w przypadku których dostępne antybiotyki okazują się nieskuteczne- eksperymentalna terapia fagowa prowadzona przy Instytucie Immunologii i Terapii DoświadczalnejPolskiej Akademii Naukwe Wrocławiu.https://www.iitd.pan.wroc.pl/pl/OTF/ZasadyTerapiiFagowej.htmlW celach terapeutycznych wykorzystywane są preparaty fagowe w postaci lizatów lub preparatów fagów oczyszczonych, zawierające wyłącznie fagi lityczne. Do poszukiwania fagów aktywnych wobec wyizolowanych szczepów bakteryjnych stosuje się tzw. metodę typowania fagowego. Do określania miana fagów w badanej próbce wykorzystywana jest metoda płytek dwuwarstwowych Adamsa oraz metoda standardowych rozcieńczeń. Fagów do celów terapeutycznych poszukuje się w różnorodnym materiale, po uzyskaniu lizy na powierzchni murawy bakteryjnej wycina się fragment agaru w miejscu gdzie zaszła liza i podejmuje się próbę reizloacji i amplifikacji potencjalnego faga. Nowo wyizolowane fagi, zanim zostaną włączone do kolekcji i będą wykorzystywane do celów terapeutycznych muszą być gruntownie scharakteryzowane. Określa się dla fagów: MOI, miano faga, stopień adsorpcji do komórki bakteryjnej, okres latencji, spektrum lityczne, morfologię łysinek i ich wielkość, stabilność w warunkach przechowywania, morfologię i ultrastrukturę wirionów fagowych dzięki obrazowaniu z użyciem Tranmisyjnej Mikroskopii Elektronowej (TEM), sekwencję genomu. Genom fagowy jest sprawdzany pod kątem obecności genów kodujących toksyny, genów oporności na antybiotyki oraz integraz.Dotychczasowe badania wskazują na to, że fagi są cząstkami naturalnymi, bezpiecznymi, nie wywołującymi ciężkich efektów niepożądanych, nietoksycznymi dla nerek i wątroby, które mogą by stosowane u pacjentów z niedoborami odporności. Wykazano, że fagi mogą być aktywne zarówno wobec bakterii w postaci planktonicznej, jak i występujących w biofilnie. Potencjał terapeutyczny charakteryzuje również endolizyny fagowe, enzymy produkowane i uwalniane w końcowym etapie cyklu litycznego.

Inne właściwości/ zastosowania fagów:

• Działanie immunomodulacyjne
• Poza antybakteryjne działanie
• Ochrona żywności
• Ochrona zwierząt i leczenie zakażeń bakteryjnych
• Cenne narzędzie współczesnej biotechnologii imedycyny
• Wykrywanie patogenów w badanym materiale
• Ochrona przed zastosowaniem broni biologicznej

Bibliografia