profager

Som profagen fag-DNA från tempererade bakteriofager kallas när det finns i bakterievärdcellen. Bakteriofager upptäcktes av Félix Hubert d’Hérelle 1917. Det är virus som har anpassats till specifika bakterier. I den fortsatta forskningen genomfördes en åtskillnad mellan lytisk fag med hög virulens och tempererad fag med tyst profage och lysogen cykel.

Vad är profeter?

Profetatet om tempererad bakteriofag kan vara närvarande som en plasmid i värdcellen eller integreras i bakterie-DNA. För detta måste den tempererade fagen anta den lysogena cykeln när fagen-DNA injiceras. En åtskillnad görs mellan den lytiska cykeln och den lysogena cykeln. Medan den lytiska cykeln orsakar snabb replikering och efterföljande lysering av värdcellen efter injektionen av det genetiska materialet, injiceras repressorgener från fagen in i värdcellen för att undertrycka den lytiska cykeln, dvs. den snabba upplösningen av cellen.

Den tempererade fagen kan växla mellan lytisk och lysogen cykel beroende på rådande miljöförhållanden. Den lytiska cykeln avser det konventionella sättet som faggenerna arbetar inom värdcellen. Snabb replikering i värdcellen äger rum efter injektionen av viralt DNA. Efter att kapsiden och svansfiberproteinerna har replikerats utöver det virala DNA och många nya virala partiklar har samlats från de enskilda delarna, sönderdelas cellväggen i värdcellen av lysozym. När cellväggen upplöses släpps de nya fagerna och deras DNA kan nu injiceras i andra bakterieceller. Denna process är klar på ungefär en timme.

På grund av det stora antalet nya virala partiklar kallas denna metod som "virulent form". Eftersom värdens cellvägg förstörs med hjälp av lysozym, används uttrycket "lytisk cykel". När det gäller tempererad fag behöver inte den snabba replikationen och efterföljande lysering av värdcellen nödvändigtvis träda i kraft. Beroende på de befintliga miljöfaktorerna kan den tempererade fagen växla mellan lytisk och lysogen cykel. Den lytiska cykeln kan undertryckas genom att injicera repressorgener och den lysogena cykeln kan starta på obestämd tid.

I den lysogena cykeln sätts det genetiska fagmaterialet in i bakteriens genetiska material och kan överleva här under en obestämd tidsperiod. Det injicerade genetiska materialet kallas "tyst" och definieras som "profage". Profeten kan ligga som en plasmid i värdcellens cytoplasma eller integreras i bakteriens genetiska material.

Integrationen av det virala genetiska materialet kräver en hög grad av specialisering. Genet för de tempererade fagerna kan endast fästas vid vissa positioner i bakterie-DNA. Omvänt kan det genetiska materialet från individuella tempererade fagstammar alltid identifieras på samma platser i bakteriegenomet.

Tack vare den framgångsrika anpassningen blir profeter förmånstagare av bakteriecellsuppdelningen. När värdcellen delar mitos överförs det virala genetiska materialet. Ytterligare överföring till andra bakterier kan ske genom konjugering. Profager kan därför spridas genom olika överföringsvägar över hela bakteriestammar. På grund av miljöpåverkan som UV-ljus eller vissa kemikalier kan profagen byta tillbaka till den lytiska cykeln och sträva efter aggressiv replikering.

Profeten använder också värdcellens transkriptionsprocesser: de injicerade repressorgenerna i fagen erkänns som DNA-skador av vissa enzymer av bakterien och bryts ned. Nedbrytningen av repressorgenerna är självförstörande inom värdcellen. Den lytiska cykeln kan inte längre undertryckas och profeten förändras från det lysogena tillståndet till aggressiv replikering, som slutar med den efterföljande upplösningen av bakteriecellväggen.

Händelse, distribution och egenskaper

Fager är högspecialiserade virus som har anpassats till enskilda bakteriestammar. Så inte alla bakteriofager har tillgång till varje bakterie. Multiplikation utan den specifika värdcellen är inte möjlig för bakteriofagen. Den höga specialiseringen innebär att bakteriofager kan hittas i samma terräng som deras värdceller.

Detsamma gäller i ännu högre grad för profeter. Eftersom profeter inte är konventionella virus och endast presenterar sig som viralt ärftligt material i värdorganismen, kan de inte hittas utanför de tilldelade cellerna på grund av definitionen enbart.

Dessutom måste det nämnas att bakteriofager ensamma i havsvatten har ett antal (10 till kraften av 30) och därmed finns fler fager än levande varelser på hela planeten. Däremot finns det ett mycket litet antal nitton officiellt undersökta bakteriofager, vilket gör det svårt att uttala sig exakt om förekomsten.

Betydelse & funktion

Fagterapi utvecklades på 1920-talet och används framgångsrikt i Östeuropa för att bekämpa olika infektionssjukdomar fram till idag. Fördelarna med fagterapi är uppenbara: bakteriofager skadar endast enskilda bakteriestammar, medan antibiotika har en generellt skadlig effekt på bakterier i kroppen.

Upptäckten av penicillin på 1940-talet ledde till en massiv användning av antibiotika i väst och som ett resultat ett slut på fagforskningen. Den efterföljande uppbyggnaden av många antibiotikaresistanser utlöste ett ökat intresse för bakteriofager under 1990-talet.

Fagterapi fokuserar på bakteriofager med aggressiv virulens och en exklusivt lytisk cykel, medan tempererade bakteriofager och profeter bara har spelat en underordnad roll hittills.

Sjukdomar och sjukdomar

Vissa patogener kan bara bygga upp sin virulens genom symbios med profeter. Clostridium botulinum kan endast producera det fruktade botulinumtoxinet med hjälp av det integrerade fag-DNA. Streptococcus pyogenes kan bara utlösa skarlagnsfeber i kombination med DNA från profage.

Vibrio cholerae producerar kolera endast genom speciella profeter. Detta visar också fagenes betydelse för humanmedicinen. Hela bakteriestammar kan tappa sin patogena potential om de ansvariga profeterna skulle kunna stängas av specifikt.