профагов

Так как профаг ДНК фага умеренных бактериофагов называется, когда она присутствует в бактериальной клетке-хозяине. Бактериофаги были обнаружены Феликсом Юбером д'Эреллем в 1917 году. Это вирусы, адаптированные к определенным бактериям. В ходе дальнейшего исследования было проведено различие между литическим фагом с высокой вирулентностью и умеренным фагом с молчащим профагом и лизогенным циклом.

Что такое профаги?

Профаг умеренного бактериофага может присутствовать в виде плазмиды в клетке-хозяине или быть интегрирован в бактериальную ДНК. Для этого фаг умеренного климата должен принять лизогенный цикл, когда вводится ДНК фага. Различают литический цикл и лизогенный цикл. В то время как литический цикл вызывает быструю репликацию и последующий лизис клетки-хозяина после инъекции генетического материала, в лизогенном цикле репрессорные гены фага вводятся в клетку-хозяина для подавления литического цикла, то есть быстрого растворения клетки.

Умеренный фаг может переключаться между литическим и лизогенным циклами в зависимости от преобладающих условий окружающей среды. Литический цикл относится к обычному способу функционирования фаговых генов в клетке-хозяине. Быстрая репликация внутри клетки-хозяина происходит после инъекции вирусной ДНК. После того, как белки капсида и хвостовых волокон реплицировались в дополнение к вирусной ДНК, и многочисленные новые вирусные частицы были собраны из отдельных частей, клеточная стенка клетки-хозяина разлагается лизоцимом. Когда клеточная стенка растворяется, новые фаги высвобождаются, и их ДНК теперь можно вводить в другие бактериальные клетки. Этот процесс занимает около часа.

Из-за большого количества новых вирусных частиц этот подход называют «вирулентной формой». Поскольку клеточная стенка хозяина разрушается с помощью лизоцима, используется термин «литический цикл». В случае умеренного фага быстрая репликация и последующий лизис клетки-хозяина не обязательно должны иметь место. В зависимости от существующих факторов окружающей среды умеренный фаг может переключаться между литическим и лизогенным циклами. Литический цикл может быть подавлен путем введения генов-репрессоров, а лизогенный цикл может начинаться бесконечно.

В лизогенном цикле генетический материал фага вставляется в генетический материал зародыша и может выживать здесь в течение неопределенного периода времени. Введенный генетический материал упоминается как «неподвижный» и определяется как «профаг». Профаг может находиться в виде плазмиды в цитоплазме клетки-хозяина или интегрироваться в генетический материал бактерии.

Интеграция вирусного генетического материала требует высокой степени специализации. Геном умеренных фагов может быть прикреплен только к определенным позициям в бактериальной ДНК. И наоборот, генетический материал отдельных штаммов фагов умеренного климата всегда можно идентифицировать в одних и тех же местах бактериального генома.

Успешная адаптация делает профаги полезными для деления бактериальных клеток. Когда клетка-хозяин делит митоз, вирусный генетический материал передается. Дальнейшая передача другим бактериям может происходить путем конъюгации. Таким образом, профаги могут распространяться различными путями передачи через целые штаммы бактерий. Из-за воздействий окружающей среды, таких как УФ-свет или определенные химические вещества, профаг может вернуться к литическому циклу и стремиться к агрессивной репликации.

Профаг также использует процессы транскрипции клетки-хозяина: введенные гены-репрессоры фага распознаются определенными ферментами бактерии как повреждение ДНК и разрушаются. Распад генов-репрессоров саморазрушается внутри клетки-хозяина. Литический цикл больше не может подавляться, и профаг переходит из лизогенного состояния в агрессивную репликацию, которая заканчивается последующим растворением стенки бактериальной клетки.

Возникновение, распространение и свойства

Фаги - это узкоспециализированные вирусы, адаптированные к отдельным штаммам бактерий. Таким образом, не каждый бактериофаг может получить доступ к каждой бактерии. Размножение без конкретной клетки-хозяина для бактериофага невозможно. Высокий уровень специализации означает, что бактериофаги можно найти в той же местности, что и их клетки-хозяева.

В еще большей степени это относится к профагам. Поскольку профаги не являются обычными вирусами и представляют себя только как вирусный наследственный материал в организме-хозяине, они не могут быть обнаружены за пределами назначенных клеток из-за одного определения.

Кроме того, необходимо отметить, что только бактериофаги в морской воде имеют число (от 10 до 30), и, следовательно, на всей планете присутствует больше фагов, чем живых существ. Напротив, существует очень небольшое количество из девятнадцати официально исследованных бактериофагов, что затрудняет точное определение наличия.

Значение и функция

Фаготерапия была разработана в 20-х годах прошлого века и до сих пор успешно применяется в Восточной Европе для борьбы с различными инфекционными заболеваниями. Преимущества фаговой терапии очевидны: бактериофаги повреждают только отдельные штаммы бактерий, а антибиотики в целом вредно воздействуют на бактерии в организме.

Открытие пенициллина в 1940-х годах привело к массовому использованию антибиотиков на Западе и, как следствие, прекращению исследований фагов. Последующее накопление многочисленных резистентностей к антибиотикам вызвало повышенный интерес к бактериофагам в 1990-х годах.

Фаговая терапия фокусируется на бактериофагах с агрессивной вирулентностью и исключительно литическим циклом, в то время как умеренные бактериофаги и профаги до настоящего времени играли лишь второстепенную роль.

Болезни и недуги

Некоторые патогены могут наращивать свою вирулентность только за счет симбиоза с профагами. Clostridium botulinum может производить опасный ботулинический токсин только с помощью встроенной ДНК фага. Streptococcus pyogenes может вызвать скарлатину только в сочетании с ДНК профага.

Vibrio cholerae вызывает холеру только через специальные профаги. Это также показывает важность фагов для медицины человека. Целые бактериальные штаммы могут потерять свой патогенный потенциал, если соответствующие профаги могут быть специально отключены.