Βακτηριοφάγος

Βακτηριοφάγος είναι ιοί που μολύνουν βακτήρια και πολλαπλασιάζονται στη διαδικασία. Υπάρχει επίσης ένα συγκεκριμένο βακτηριοφάγο για κάθε βακτήριο. Οι βακτηριοφάγοι χρησιμοποιούνται στην ιατρική και στη γενετική μηχανική.

Τι είναι οι βακτηριοφάγοι;

Οι βακτηριοφάγοι είναι μια ομάδα ιών που μολύνουν βακτήρια και αρχαία (αρχέγονα βακτήρια). Με αυτόν τον τρόπο, συνεχίζουν να πολλαπλασιάζονται, καταστρέφοντας το βακτήριο.

Για κάθε βακτήριο υπάρχει ένας συγκεκριμένος βακτηριοφάγος βάσει της αρχής κλειδώματος και κλειδιού. Σύμφωνα με τον παραδοσιακό ορισμό, οι βακτηριοφάγοι, όπως όλοι οι ιοί, δεν είναι ζωντανά όντα. Εξαρτώνται από έναν οικοδεσπότη για την αναπαραγωγή τους. Δεν πραγματοποιούνται βιοχημικές διεργασίες εκτός του ξενιστή. Οι φάγοι χρησιμοποιούν τα ένζυμα του ξενιστή τους για αυτό.

Οι βακτηριοφάγοι αποτελούνται μόνο από DNA ή RNA, τα οποία περιβάλλονται από μια πρωτεΐνη. Η συντριπτική πλειονότητα των φάγων, ωστόσο, έχουν το DNA ως γενετικό υλικό τους.

Οι φάγοι περιγράφηκαν για πρώτη φορά το 1917 από τον Καναδό βιολόγο Félix Hubert d'Hérelle. Η δομή των διαφόρων φάγων είναι διαφορετική. Βασικά, οι βακτηριοφάγοι αποτελούνται από διάφορα συστατικά. Η κύρια εστίαση ήταν στη δομή των λεγόμενων Τ φάγων, οι οποίοι μολύνουν επίσης το βακτήριο Escherichia coli.

Οι Τ-φάγοι αποτελούνται από μια πολυεδρική κεφαλή η οποία συνδέεται με ένα επίμηκες κανάλι έγχυσης (συσκευή έγχυσης) μέσω ενός λαιμού. Η πλάκα βάσης με ίνες ουράς και ακίδες βρίσκεται κάτω από τη συσκευή έγχυσης. Το κεφάλι είναι ένα καψίδιο που περιέχει νουκλεϊκό οξύ. Το καψίδιο, το κανάλι έγχυσης και η πλάκα βάσης είναι κατασκευασμένα από πρωτεΐνη. Οι ίνες και οι ακίδες της ουράς χρησιμεύουν για την αγκύρωση του φάγου στο κυτταρικό τοίχωμα του βακτηρίου.

Εμφάνιση, διανομή και ιδιότητες

Οι βακτηριοφάγοι είναι καθολικοί. Υπάρχουν περίπου 10 έως τη δύναμη των 30 βακτηριοφάγων στο θαλασσινό νερό. Υπάρχει επίσης ένας αντίστοιχος φάγος για κάθε βακτήριο.

Ο πολλαπλασιασμός των βακτηριοφάγων μπορεί να χωριστεί σε πέντε φάσεις. Πρώτον, ο φάγος απορροφάται σε έναν ειδικό υποδοχέα κυτταρικού τοιχώματος. Τα άκρα των νημάτων της ουράς συνδέονται με την επιφάνεια του κυττάρου. Στο επόμενο βήμα, ο φάγος εγχέει το DNA ή το RNA του στο βακτήριο. Τα κενά κελύφη πρωτεΐνης παραμένουν στην βακτηριακή επιφάνεια. Η τρίτη φάση ονομάζεται φάση λανθάνουσας κατάστασης, στην οποία δεν μπορούν να ανιχνευθούν φάγοι. Κατά τη διάρκεια της φάσης λανθάνοντος χρόνου που διαρκεί αρκετές ώρες, αρχίζει η μετάφραση στο ιικό mRNA και η αντιγραφή στο ιικό νουκλεϊκό οξύ. Στη λεγόμενη φάση παραγωγής, οι ιικές πρωτεΐνες δημιουργούνται. Στη συνέχεια, στην επόμενη φάση ωρίμανσης, συντίθενται τα μεμονωμένα συστατικά του ιού. Αφού ολοκληρωθεί η παραγωγή ιών, μια λυσοζύμη που παράγεται από το μετατρεπόμενο βακτηριακό κύτταρο διαλύει το βακτήριο και απελευθερώνει τους παραγόμενους φάγους.

Σημασία & λειτουργία

Σήμερα οι βακτηριοφάγοι χρησιμοποιούνται ήδη ευρέως σε πολλές περιοχές. Ειδικοί τομείς εφαρμογής ανοίγουν στην ιατρική, τη βιολογία ή τη γεωργική μηχανική. Στην ιατρική, οι βακτηριοφάγοι χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση βακτηριακών στελεχών λόγω της ειδικότητάς τους για ορισμένα βακτήρια. Αυτή η περιοχή εφαρμογής ονομάζεται λυσότυπος.

Επί του παρόντος διεξάγεται εντατική έρευνα για την καταπολέμηση βακτηρίων με χρήση βακτηριοφάγων σε λοιμώξεις. Αυτή η ερευνητική περιοχή αποκτά σημασία, ειδικά υπό την επήρεια του συνεχώς αυξανόμενου αριθμού βακτηριακών στελεχών ανθεκτικών στα αντιβιοτικά. Ωστόσο, η κακή σταθερότητα των φάγων στο σώμα είναι προβληματική. Απομακρύνονται αμέσως από τα φαγοκύτταρα του ίδιου του σώματος.

Η Félix Hubert d'Hérelle έχει ήδη εξετάσει αυτήν την πιθανή εφαρμογή. Ωστόσο, μετά την ανακάλυψη και την εισαγωγή αντιβιοτικών, τα αποτελέσματα της έρευνας σχετικά με αυτήν την πιθανή εφαρμογή ξεχάστηκαν εντελώς. Ωστόσο, το Ινστιτούτο Eliava για την έρευνα φάγου που ιδρύθηκε από τον D’Hérelle το 1934 εξακολουθεί να υπάρχει στην Τιφλίδα της Γεωργίας. Μαζί με το Ινστιτούτο Ludwik Hirszfeld για την Ανοσολογία και την Πειραματική Θεραπεία από την πολωνική πόλη Wroclaw, διεξάγεται σήμερα έρευνα σχετικά με εναλλακτικές μεθόδους καταπολέμησης ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων με χρήση φάγων.

Οι φάγοι χρησιμοποιούνται επίσης με πολλούς διαφορετικούς τρόπους στη βιομηχανία τροφίμων. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται διάφορα σπρέι φάγου κατά τη συσκευασία τυριών ή λουκάνικων για την προστασία τους από βακτήρια.

Η γενετική μηχανική είναι επίσης ένας μεγάλος τομέας εφαρμογής. Για παράδειγμα, οι φάγοι χρησιμοποιούνται τώρα ως φορείς για ορισμένα γονίδια και εισάγονται σε βακτήρια. Χρησιμοποιώντας αυτήν τη μέθοδο, θα μπορούσαν να δημιουργηθούν βακτηριακά στελέχη Escherichia coli που παράγουν ινσουλίνη.

Αυτοί οι φορείς καθίστανται επίσης ολοένα και πιο σημαντικοί για την παραγωγή άλλων δραστικών ουσιών. Επιπλέον, μερικά από αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την καταπολέμηση γενετικών ελαττωμάτων.

Ασθένειες και παθήσεις

Ωστόσο, οι βακτηριοφάγοι δεν παρουσιάζουν μόνο θετικά αποτελέσματα. Ορισμένες σοβαρές μολυσματικές ασθένειες ξεσπάσουν μόνο με τη βοήθεια φάγων. Η διφθερίτιδα προκαλείται από το βακτήριο Corynebacterium diphtheriae. Ωστόσο, η ασθένεια μπορεί να ξεσπάσει μόνο εάν το Corynebacterium diphtheriae μολυνθεί ταυτόχρονα με βακτηριοφάγους. Μετά τη μόλυνση με φάγο, αυτά τα βακτήρια παράγουν τη χαρακτηριστική τοξίνη που προκαλεί τα σοβαρά, μερικές φορές απειλητικά για τη ζωή συμπτώματα.

Η ασθένεια ξεκινά με σημεία όπως δυσκολία στην κατάποση, κόπωση, ναυτία και κοιλιακό άλγος. Υπάρχει μια λευκή επίστρωση στα αμύγδαλα που μυρίζει άσχημα, γλυκά. Συχνά υπάρχουν επιπλοκές όπως πνευμονία ή μυοκαρδίτιδα, που μπορεί να είναι θανατηφόρα.

Μια άλλη ασθένεια που προκαλείται από βακτηριοφάγους είναι ο ερυθρός πυρετός. Ο οστρακιά προκαλείται από στρεπτόκοκκους μολυσμένους με βακτηριοφάγους. Ως αποτέλεσμα αυτής της μόλυνσης, τα βακτήρια παράγουν μια ιδιαίτερα ύπουλη τοξίνη. Υπάρχουν σοβαρά συμπτώματα με ρίγη, πυρετός, έμετος και πονόλαιμος. Στην αρχή η γλώσσα είναι λευκή, αλλά μετά από λίγες μέρες γίνεται κόκκινο σμέουρο. Εμφανίζεται επίσης ένα εξάνθημα. Εάν το βακτήριο δεν είχε μολυνθεί με βακτηριοφάγο, θα οδηγούσε μόνο σε ακίνδυνη αμυγδαλίτιδα.

Η χολέρα προκαλείται επίσης από ένα βακτήριο μολυσμένο με βακτηριοφάγους που ονομάζεται Vibrio cholerae.