Bakteriofagi so virusi ki okužijo bakterije in se pri tem množijo. Za vsako bakterijo obstaja tudi določen bakteriofag. Bakteriofagi se uporabljajo v medicini in genski inženiring.
Kaj so bakteriofagi?
Bakteriofagi predstavljajo skupino virusi ki okužijo bakterije in arheje (prvotne bakterije). Pri tem se še naprej razmnožujejo, medtem ko uničujejo bakterijo. Za vsako bakterijo obstaja določen bakteriofag po principu ključavnice. Bakteriofagi, po tradicionalni definiciji, tako kot vsi virusi, niso živi organizmi. Za svoje razmnoževanje so odvisni od gostitelja. Izven gostitelja ne potekajo nobeni biokemični procesi. Fagi uporabljajo encimi gostitelja v ta namen. Bakteriofagi so sestavljeni samo iz DNA ali RNA, ki jih obdaja beljakovinski plašč. Vendar ima velika večina fagov DNK kot svoj genski material. Fage je leta 1917 prvič opisal kanadski biolog Félix Hubert d'Hérelle. Struktura različnih fagov se razlikuje. V bistvu so bakteriofagi sestavljeni iz več komponent. Raziskovali smo predvsem strukturo tako imenovanih T-fagov, ki med drugim okužijo tudi bakterijo Escherichia coli. T fagi so sestavljeni iz poliedra Glava, ki je povezan prek a vratu na podolgovat injekcijski kanal (injekcijski aparat). Pod injekcijskim aparatom je osnovna plošča z zadnjim vlaknom in konicami. The Glava je kapsida, ki vsebuje nukleinsko kislino. Kapsida, injekcijski kanal in osnovna plošča so narejeni iz beljakovin. Repna vlakna in konice služijo za pritrditev faga na celično steno bakterije.
Pojav, porazdelitev in značilnosti
Bakteriofagi so splošno razširjeni. Prisotnih je približno 10 do 30 bakteriofagov morsko vodo. Za vsako bakterijo obstaja tudi ustrezen fag. Razmnoževanje bakteriofagov lahko razdelimo na pet faz. Najprej se fag absorbira na določenem receptorju celične stene. Konci repnih filamentov se pritrdijo na celično površino. V naslednjem koraku fag vbrizga svojo DNA ali RNA v bakterijo. Tako na površini bakterij ostanejo prazne ovojnice beljakovin. Tretja faza se imenuje latentna faza, med katero ni mogoče zaznati nobenega faga. Med latentno fazo, ki traja več ur, se začne prevajanje v virusno mRNA in replikacijo v virusno nukleinsko kislino. V tako imenovani proizvodni fazi virusni beljakovin se proizvajajo. Nato se v nadaljnji fazi zorenja sestavijo posamezne virusne komponente. Po končani proizvodnji virusa a lizocim proizvedena s preoblikovano bakterijsko celico, raztopi bakterijo in sprosti proizvedene fage.
Pomen in funkcija
Danes se bakteriofagi že pogosto uporabljajo na mnogih področjih. Posebna področja uporabe se odpirajo v medicini, biologiji ali kmetijskem inženirstvu. V medicini se bakteriofagi uporabljajo za odkrivanje bakterijskih sevov zaradi njihove specifičnosti za nekatere bakterije. To področje uporabe se imenuje lizotipija. Trenutno potekajo intenzivne raziskave za boj proti bakterijam, ki uporabljajo bakteriofage pri okužbah. Še posebej pod vtisom vedno večjega števila antibiotik bakterijskih sevov, odpornih na to področje, pridobiva vedno večji pomen. Vendar je nizka stabilnost fagov v telesu problematična. Takoj jih izločijo lastni telesni fagociti. Načeloma je to možnost obravnaval že Félix Hubert d'Hérelle. Po odkritju in uvedbi antibiotiki, so bili rezultati raziskav o tej možni aplikaciji popolnoma pozabljeni. Vendar pa Inštitut za raziskovanje fagov Eliava, ki ga je leta 1934 ustanovil D'Hérelle, še danes obstaja v Tbilisiju v Gruziji. Skupaj z Imunološko-eksperimentalnim inštitutom Ludwik Hirszfeld Terapija v Wroclawu na Poljskem danes tam potekajo raziskave alternativnih načinov boja antibiotik-odporne bakterije z uporabo fagov. Fagi se na različne načine uporabljajo tudi v živilski industriji. Na primer, različni spreji s fagi se uporabljajo v embalaži sira ali klobas, da jih zaščitijo pred bakterijami. Genski inženiring je tudi glavno področje uporabe. Danes se na primer fagi uporabljajo kot vektorji za določene gene in se vnašajo v bakterije. S pomočjo te metode insulina-se proizvaja bakterijski sev Escherichia coli. Ti vektorji postajajo vedno bolj pomembni tudi za proizvodnjo drugih aktivnih snovi. Poleg tega se lahko deloma uporabljajo za boj proti genetskim napakam.
Bolezni in motnje
Vendar pa bakteriofagi ne kažejo le pozitivnih učinkov. Nekaj resnega nalezljive bolezni izbruhnejo le s sodelovanjem fagov. Na primer davica povzroča bakterija Corynebacterium diphtheriae. Vendar pa lahko bolezen izbruhne le, če je tudi Corynebacterium diphtheriae hkrati okužena z bakteriofagi. Po okužbi s fagi te bakterije proizvajajo značilen toksin, ki povzroča hude, včasih življenjsko nevarne simptome. Bolezen se začne z znaki, kot so težave pri požiranju, izčrpanost, slabost in bolečine v trebuhu. Na tonzilah se pojavi bela prevleka, ki ima neprijeten, sladek vonj. Zapleti, kot so pljučnica or miokarditis so pogosti in so lahko usodni. Druga bolezen, ki jo povzročajo bakteriofagi, je scarlet povišana telesna temperatura. Scarlet povišana telesna temperatura je povzročil streptokoki okuženi z bakteriofagi. S to okužbo bakterije proizvajajo še posebej zahrbten toksin. Hudi znaki bolezni se pojavijo pri mrzlica, povišana telesna temperatura, bruhanje in faringitis. Sprva je jezik je prevlečena z belo, po nekaj dneh pa postane malino rdeča. A kožni izpuščaj se tudi pojavi. Če bakterija ne bi bila okužena z bakteriofagi, bi le vodi do neškodljivega tonzilitis. Kolera povzroča tudi bakterija, okužena z bakteriofagi, imenovana Vibrio cholerae.
