Bakteriofág

Bakteriofág jsou viry, které infikují bakterie a množí se v procesu. Pro každou bakterii je také specifický bakteriofág. Bakteriofágy se používají v medicíně a genetickém inženýrství.

Co jsou bakteriofágy?

Bakteriofágy jsou skupinou virů, které infikují bakterie a archaea (prvotní bakterie). Přitom se množí a ničí bakterii.

Pro každou bakterii existuje specifický bakteriofág založený na principu zámku a klíče. Podle tradiční definice bakteriofágy, stejně jako všechny viry, nejsou živé bytosti. Jejich reprodukce je závislá na hostiteli. Mimo hostitele nedochází k žádným biochemickým procesům. Fágy k tomu používají enzymy svého hostitele.

Bakteriofágy sestávají pouze z DNA nebo RNA, které jsou obklopeny proteinovým obalem. Převážná většina fágů však má DNA jako svůj genetický materiál.

Fágy byly poprvé popsány v roce 1917 kanadským biologem Félixem Hubertem d´Hérelle. Struktura různých fágů je odlišná. Bakteriofágy se v zásadě skládají z několika složek. Hlavní důraz byl kladen na strukturu tzv. T fágů, které také infikují bakterii Escherichia coli.

T-fágy sestávají z polyhedrální hlavy, která je prostřednictvím krku spojena s podlouhlým vstřikovacím kanálem (vstřikovací zařízení). Základní deska s ocasním vláknem a hroty je umístěna pod vstřikovacím zařízením. Hlava je kapsida, která obsahuje nukleovou kyselinu. Kapsle, injekční kanál a základní deska jsou vyrobeny z proteinu. Ocasní vlákna a hroty slouží k ukotvení fágu k buněčné stěně bakterie.

Výskyt, distribuce a vlastnosti

Bakteriofágy jsou univerzální. Existuje asi 10 až 30 bakteriofágů v mořské vodě. Pro každou bakterii je také odpovídající fág.

Násobení bakteriofágů lze rozdělit do pěti fází. Za prvé, fág je absorbován na specifickém receptoru buněčné stěny. Konce ocasních vláken se připojují k povrchu buňky. V dalším kroku fág vstříkne do bakterie svou DNA nebo RNA. Prázdné proteinové skořápky zůstávají na bakteriálním povrchu. Třetí fáze se nazývá latenční fáze, ve které nelze detekovat žádné fágy. Během latentní fáze trvající několik hodin začíná translace do virové mRNA a replikace do virové nukleové kyseliny. V tzv. Produkční fázi se vytvoří virové proteiny. Poté se v následující fázi zrání složí jednotlivé virové komponenty. Po dokončení produkce viru lyzozym produkovaný přeměněnou bakteriální buňkou rozpustí bakterii a uvolní produkované fágy.

Význam a funkce

Bakteriofágy se dnes v mnoha oblastech již hojně používají. Zvláštní oblasti použití se otevírají v medicíně, biologii nebo zemědělském inženýrství. V medicíně se bakteriofágy používají k detekci bakteriálních kmenů kvůli jejich specifičnosti pro určité bakterie. Tato oblast aplikace se nazývá lysotype.

V současné době probíhá intenzivní výzkum boje proti bakteriím využívajícím bakteriofágy při infekcích. Tato oblast výzkumu nabývá na důležitosti, zejména pod vlivem stále rostoucího počtu bakteriálních kmenů rezistentních na antibiotika. Špatná stabilita fágů v těle je však problematická. Okamžitě jsou eliminovány vlastními fagocyty těla.

Félix Hubert d´Hérelle již uvažoval o této možné aplikaci. Po objevení a zavedení antibiotik však byly výsledky výzkumu této možné aplikace zcela zapomenuty. Eliavaův ústav pro fágový výzkum založený D'Hérelle v roce 1934 však stále existuje v gruzínském Tbilisi. Společně s Institutem imunologie a experimentální terapie Ludwik Hirszfeld z polského Vratislave se zde dnes provádí výzkum alternativních metod boje proti bakteriím rezistentním na antibiotika pomocí fágů.

Fágy se také používají v potravinářském průmyslu mnoha různými způsoby. Například různé fágové spreje se používají při balení sýrů nebo uzenin k jejich ochraně před bakteriemi.

Genetické inženýrství je také velkou oblastí použití. Například fágy se nyní používají jako vektory pro určité geny a zavádějí se do bakterií. Pomocí této metody by mohly být vytvořeny bakteriální kmeny Escherichia coli produkující inzulín.

Tyto vektory se rovněž stávají stále důležitějšími pro výrobu dalších účinných látek. Některé z nich lze navíc použít k boji proti genetickým defektům.

Nemoci a nemoci

Bakteriofágy však nevykazují pouze pozitivní účinky. Některá závažná infekční onemocnění se vypuknou pouze pomocí fágů. Záškrt je spouštěn bakterií Corynebacterium diphtheriae. Toto onemocnění však může vypuknout pouze tehdy, pokud je Corynebacterium diphtheriae současně infikován bakteriofágy. Po infekci fágy produkují tyto bakterie charakteristický toxin, který způsobuje závažné, někdy život ohrožující příznaky.

Nemoc začíná příznaky, jako jsou potíže s polykáním, únava, nevolnost a bolest břicha. Na mandlích je bílý povlak, který voní špinavě, sladce. Často existují komplikace, jako je pneumonie nebo myokarditida, které mohou být fatální.

Dalším onemocněním způsobeným bakteriofágy je šarlatová horečka. Šarlatová horečka je způsobena streptokoky infikovanými bakteriofágy. V důsledku této infekce bakterie produkují obzvláště zákeřný toxin. Existují závažné příznaky zimnice, horečky, zvracení a bolestí v krku. Nejprve je jazyk bílý, ale po několika dnech zčervená. Vyskytne se také vyrážka. Pokud by bakterie nebyla infikována bakteriofágem, vedlo by to pouze k neškodné tonzilitidě.

Cholera je také způsobena bakterií infikovanou bakteriofágy zvanými Vibrio cholerae.