Профаги

Як Профаг фагова ДНК помірних бактеріофагів називається тоді, коли вона присутня в клітині бактеріальної господарі. Бактеріофаги відкрили Фелікс Хуберт д'Ерелль у 1917 році. Вони - віруси, які адаптувалися до конкретних бактерій. У подальшому ході дослідження було проведено розмежування між літичним фагом з високою вірулентністю та помірним фагом з тихим профагом та лізогенним циклом.

Що таке профаги?

Профаг помірного бактеріофага може бути присутнім у вигляді плазміди в клітині-хазяїні або бути інтегрованим у бактеріальну ДНК. Для цього помірний фаг повинен приймати лізогенний цикл при введенні фагової ДНК. Розрізняють літичний цикл і лізогенний цикл. У той час як літичний цикл викликає швидку реплікацію та подальший лізис клітини-господаря після введення генетичного матеріалу, в лізогенний цикл репрессорні гени з фагу вводять у клітину-хазяїна з метою придушення літичного циклу, тобто швидкого розчинення клітини.

Помірний фаг може перемикатися між літичним та лізогенним циклом залежно від умов навколишнього середовища. Літичний цикл відноситься до звичайного способу дії фагових генів всередині клітини-господаря. Швидка реплікація всередині клітини-господаря відбувається після введення вірусної ДНК. Після того, як капсидні та білкові волокна реплікуються на додаток до вірусної ДНК і з окремих частин були зібрані численні нові вірусні частинки, клітинна стінка клітини-господаря розкладається лізоцимом. Коли клітинна стінка розчиняється, нові фаги звільняються і їх ДНК тепер може бути введена в інші бактеріальні клітини. Цей процес закінчується приблизно за годину.

Через велику кількість нових вірусних частинок такий підхід називають "вірулентною формою". Оскільки клітинна стінка господаря руйнується за допомогою лізоциму, використовується термін "літичний цикл". У разі помірного фагу швидка реплікація та подальший лізис клітини-господаря не обов'язково повинні набути чинності. Залежно від існуючих факторів навколишнього середовища помірний фаг може перемикатися між літичним та лізогенним циклом. Літичний цикл може бути придушений шляхом ін'єкції генів репресорів, і лізогенний цикл може розпочатися нескінченно.

У лізогенному циклі генетичний матеріал фага вставляється в генетичний матеріал зародка і може виживати тут протягом невизначеного періоду часу. Введений генетичний матеріал називають "нерухомим" і визначається як "профаг". Профаг може лежати як плазміда в цитоплазмі клітини-господаря або інтегруватися в генетичний матеріал бактерії.

Інтеграція вірусного генетичного матеріалу вимагає високого рівня спеціалізації. Геном помірних фагів може бути прикріплений лише до певних позицій у бактеріальній ДНК. І навпаки, генетичний матеріал окремих штамів фагового помірного фагу завжди можна ідентифікувати в одних і тих же місцях бактеріального геному.

Успішна адаптація робить профагів корисними для ділення бактеріальних клітин. Коли клітина-хазяїн розділяє мітоз, вірусний генетичний матеріал передається. Подальша передача іншим бактеріям може відбуватися шляхом кон'югації. Отже, профаги можуть поширюватися різними шляхами передачі через цілі бактеріальні штами. Через вплив навколишнього середовища, наприклад, ультрафіолетового світла або певних хімічних речовин, профаг може повернутися до літичного циклу і прагнути до агресивної реплікації.

Профаг також використовує процеси транскрипції клітини-господаря: введені репресорні гени фага визнаються пошкодженням ДНК певними ферментами бактерії та руйнуються. Деградація репресорних генів є саморуйнівною в клітині господаря. Літичний цикл вже не може бути придушений і профаг переходить з лізогенного стану в агресивну реплікацію, яка закінчується подальшим розчиненням клітинної стінки бактерій.

Поява, розповсюдження та властивості

Фаги - це високоспеціалізовані віруси, які адаптувались до окремих штамів бактерій. Тому не кожен бактеріофаг може отримати доступ до кожної бактерії. Розмноження без конкретної клітини-господаря для бактеріофага неможливо. Високий рівень спеціалізації означає, що бактеріофаги можуть знаходитися на тій же місцевості, що і клітини їх господаря.

Це ж стосується ще більшої міри для профагів. Оскільки профаги не є звичайними вірусами і представляють лише вірусний генетичний матеріал всередині організму-господаря, їх неможливо знайти поза призначеними клітинами через визначення.

Крім того, слід зазначити, що окремо бактеріофаги в морській воді мають кількість (від 10 до потужності 30), і тому більше фагів, ніж живих істот, є на всій планеті. Навпаки, існує дуже невелика кількість дев'ятнадцяти офіційно досліджених бактеріофагів, що ускладнює складання точного твердження про виникнення.

Значення та функція

Фаготерапія була розроблена в 1920-х роках і успішно застосовується у Східній Європі для боротьби з різними інфекційними захворюваннями і донині. Переваги фаготерапії очевидні: бактеріофаги лише пошкоджують окремі бактеріальні штами, тоді як антибіотики мають загалом шкідливий вплив на бактерії в організмі.

Відкриття пеніциліну в 40-х роках призвело до масового використання антибіотиків на Заході і, як результат, припинення фагових досліджень. Подальше наростання численних резистентностей до антибіотиків викликало посилений інтерес до бактеріофагів у 90-х роках.

Фаготерапія зосереджена на бактеріофагах з агресивною вірулентністю та виключно літичним циклом, тоді як помірні бактеріофаги та профаги відігравали лише підпорядковану роль на сьогоднішній день.

Хвороби та недуги

Деякі збудники можуть нарощувати свою вірулентність лише через симбіоз із профагами. Clostridium botulinum може виробляти жахливий ботулінічний токсин лише за допомогою інтегрованої фагової ДНК. Streptococcus pyogenes може спровокувати скарлатину лише в поєднанні з ДНК профага.

Вібраційна холера виробляє холеру лише через спеціальні профаги. Це також свідчить про важливість фагів для людської медицини. Весь бактеріальний штам може втратити свій патогенний потенціал, якби відповідальні профаги могли бути спеціально відключені.