Fő tartalom
Bakteriofágok
A baktériumokat megfertőző vírusok. A litikus és a lizogén ciklus.
Bevezetés
Még a baktériumok is elkaphatnak vírusokat! A baktériumokat megfertőző vírusokat bakteriofágoknak nevezik. Egyes bakteriofágokat részletesen tanulmányoztak laboratóriumokban, így közülük kerülnek ki a legalaposabban megismert vírusok.
Ebben a leckében két különféle ciklussal ismerkedünk meg, amelyeket a bakteriofágok a baktérium gazdasejtek megfertőzése során alkalmazhatnak:
- A litikus cikus: A fág megfertőz egy baktériumot és arra kényszeríti, hogy fágok sokaságát állítsa elő, majd a sejt szétesése (lízise) útján elpusztítja.
- A lizogén ciklus: A fág megfertőz egy baktériumot és beilleszti a DNS-ét a baktériumkromoszómába, így a fág DNS (amit innentől profágnak nevezünk), a sejt saját DNS-ével együtt másolódik és öröklődik.
Vegyük szemügyre közelebbről ezeket a ciklusokat!
A bakteriofág olyan vírus, amely baktériumokat fertőz meg
A bakteriofág vagy röviden fág olyan vírus, amely baktériumokat fertőz meg. Más típusú vírusokhoz hasonlóan a bakteriofágok alakja és genetikai anyaga is nagyon változatos.
- A fág genomok DNS-ből vagy RNS-ből állhatnak, a bennük kódolt gének száma pedig négytől néhány százig terjedhet.start superscript, 1, comma, 2, comma, 3, end superscript
- A bakteriofág kapszidjának alakja lehet kubikális (ikozaéderes), helikális (fonálszerű) vagy kombinált. Úgy tűnik, hogy a kombinált szerkezet csak a bakteriofágokra és közeli rokonaikra jellemző (és nem jelenik meg az eukarióta sejtek vírusaiban ).start superscript, 4, comma, 5, end superscript
Bakteriofág fertőzések
A bakteriofágoknak, akárcsak más vírusoknak, egy gazdasejtet kell megfertőzniük ahhoz, hogy sokszorozódjanak. A fertőzési folyamat lépéseit összefoglaló néven a fág működési ciklusának nevezzük.
Egyes fágok csak litikus ciklussal képesek sokszorozódni, amelynek során a gazdasejtet elpusztítják, és az szétesik. Más fágok képesek arra, hogy váltogassák a litikus ciklust a lizogén ciklussal, amelynek során nem pusztítják el a gazdasejtet, hanem annak DNS-ével együtt másolódnak minden sejtosztódás során.
Vegyük szemügyre közelebbről ezt a két ciklust az úgynevezett lambda (lambda) fág példáján, amely E. coli baktériumokat fertőz meg, és képes arra, hogy váltogassa a litikus és a lizogén ciklust.
A litikus ciklus
A litikus ciklusban a fág úgy működik, ahogyan a tipikus vírusok: arra kényszeríti a gazdasejtet, hogy az a saját erőforrásait felhasználva új fágok sokaságát hozza létre, ami a sejt lízisét (szétesését) és pusztulását okozza.
A litikus ciklus szakaszai:
- Megtapadás: A fág „farkának” fehérjéi egy specifikus receptorhoz kötődnek a baktériumsejt felszínén (ami ebben az esetben egy cukortranszportot végző hordozófehérje).
- Behatolás: A fág bejuttatja kétszálú DNS genomját a baktérium citoplazmájába.
- A DNS másolása és a fehérjeszintézis: A fág DNS lemásolódik, és a fág gének expressziójával (kifejeződésével) fehérjék, köztük kapszidfehérjék keletkeznek.
- Az új fágok összeszerelődése: A kapszidfehérjék összekapcsolódásával kapszidok jönnek létre, amelyekbe DNS csomagolódik, így új fágrészecskék sokasága keletkezik.
- Lízis: A litikus ciklus késői szakaszában a fág olyan fehérjék génjeit fejezi ki, amelyek lyukakat ütnek a sejthártyán és a sejtfalon. A lyukakon át víz áramlik be a sejtbe, amitől a sejt megduzzad és kipukkan, mint egy túltöltött vizes lufi.
A sejt szétesése vagy lízise új fágrészecskék százait szabadítja fel, amelyek a közelben újabb gazdasejteket találhatnak és fertőzhetnek meg. Ilymódon néhány litikus ciklus nyomán a fágok futótűzként terjedhetnek szét egy baktériumpopulációban.
A lizogén ciklus
A lizogén ciklus során a fág a gazdasejt elpusztítása nélkül képes sokszorozódni. Egyes fágok csak a litikus ciklus szerint képesek működni, de az általunk nyomon követett lambda (lambda) fág képes váltogatni a kétféle ciklus között.
A lizogén ciklus során az első két lépés (a megtapadás és a DNS bejuttatása) éppen úgy történik, mint a litikus ciklusban. Amint azonban a fág DNS bekerül a sejtbe, nem kezd el azonnal másolódni vagy fehérjéket kifejezni. Ehelyett rekombinálódik a baktériukromoszóma egy meghatározott szakaszával. A fág DNS így beépül a kromoszómába.
A beépült DNS, amelyet profágnak nevezünk, nem aktív: a génjei nem fejeződnek ki, és nem irányítja új fágok keletkezését. Valahányszor azonban a gazdasejt osztódik, a profág a gazdasejt DNS-ével együtt másolódik, mint egy potyautas. A lizogén ciklus kevésbé látványos (és kevésbé vérengzős) mint a litikus ciklus, de végül is ez is csak egy újabb módszer a fág reprodukciójához.
A megfelelő körülmények között a fág aktiválódhat, és a baktériumkromoszómából kilépve megindíthatja a litikus ciklus hátralevő lépéseit (DNS-másolás, fehérjeszintézis, fágok összeszerelődése és a sejt lízise).
Szétesni vagy nem szétesni?
Hogyan „dönti el” egy fág, hogy a litikus vagy a lizogén ciklust választja, amikor megfertőz egy baktériumot? Az egyik fontos tényező a sejtet egyidőben megfertőző fágok száma.start superscript, 9, end superscript Nagyobb számú fág együttes fertőzése esetén valószínűbb, hogy a fertőzés a lizogén ciklus útját követi. Ez a stratégia segíthet megelőzni azt, hogy a fágok megsemmisítsék a gazdasejtet (visszafogják a támadást, ha a fág/gazdasejt arány túl magasra emelkedik).start superscript, 10, end superscript
Mi veszi rá a profágot arra, hogy a kromoszómából előugorva belevágjon a litikus ciklusba? A DNS-t károsító hatások (például az ultraibolya sugárzás vagy egyes vegyszerek) hatására egy adott populációban a legtöbb profág újraaktiválódik (legalábbis a laboratóriumi vizsgálatokban). A fágpopuláció egy kis hányada azonban spontán „litikussá válik” efféle külső hatás nélkül is.start superscript, 7, comma, 11, end superscript
Bakteriofágok az antibiotikumokkal szemben
Az antibiotikumok felfedezése előtt jelentős kutatások zajlottak a bakteriofágok felhasználására a bakteriális emberi megbetegedések kezelésében. A bakteriofágok csak a baktérium gazdasejteket támadják meg, az emberi sejteket nem, így esélyes jelöltek a bakteriális megbetegedések kezelésére emberekben.
Az antibiotikumok felfedezése után a fágterápia iránti érdeklődés jelentősen megcsappant a világ nagy részén (különösen az angolszász országokban). Számos országban viszont a mai napig is használnak fágokat orvosi célokra (például Oroszországban, Grúziában és Lengyelországban).start superscript, 12, comma, 13, end superscript
Másutt is növekvő érdeklődés mutatkozik a „fágterápia” felélesztése iránt, minthogy az antibiotikum-rezisztens baktériumok egyre nagyobb problémát okoznak. További kutatások szükségesek annak eldöntésére, hogy mennyire biztonságosak és hatékonyak a fágok, de ki tudja? Egy nap az orvosod talán majd fágot fog felírni neked penicillin helyett!
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.