Mint profág a mérsékelt bakteriofágok fág-DNS-ét akkor hívják, amikor ez jelen van a baktérium gazdasejtben. Félix Hubert d’Hérelle 1917-ben fedezte fel bakteriofágokat. Olyan vírusok, amelyek alkalmazkodtak specifikus baktériumokhoz. A kutatás további szakaszában különbséget tettek a magas virulenciájú litikus fág és a mérsékelt fág, csendes fejfázis és lizogén ciklus között.
Mi a fázis?
A mérsékelt bakteriofág próbája jelen lehet plazmidként a gazdasejtben vagy integrálódhat a baktérium DNS-be. Ehhez a mérsékelt fágnak át kell vennie a lizogén ciklust, amikor a fág DNS-t injektálják. Különbséget kell tenni a lízikus ciklus és a lizogén ciklus között. Míg a litikus ciklus a gazdasejt gyors replikációját és ezt követő lízist okoz a genetikai anyag beinjekciózása után, a lizogén ciklusban a fág represszor géneit injektáljuk a gazdasejtbe a lytikus ciklus, azaz a sejt gyors feloldódásának elnyomása céljából.
A mérsékelt fág válthat át a litisz és a lizogén ciklus között, az uralkodó környezeti körülményektől függően. A litikus ciklus arra utal, hogy a fággének a gazdasejtben általában működnek. A gazdasejtben a replikációra a vírus DNS beinjekciózása után kerül sor. Miután a kapszid és a farok rostfehérjék a vírus DNS mellett replikálódtak és számos új vírusrészecskét összegyűjtöttek az egyes részekből, a gazdasejt sejtfalát lizozim bomolja le. Amikor a sejtfal feloldódik, az új fágok felszabadulnak, és DNS-jüket be lehet injektálni más baktériumsejtekbe. Ez a folyamat körülbelül egy óra alatt befejeződik.
Az új vírusrészecskék nagy száma miatt ezt a megközelítést "virulens formának" nevezik. Mivel a gazdasejt sejtfalát lizozim pusztítja el, a "lytikus ciklus" kifejezést használjuk. Mérsékelt fág esetén a gazdasejt gyors replikációjának és az azt követő lízisének nem feltétlenül kell lépnie be. A meglévő környezeti tényezőktől függően a mérsékelt fág válthat a litikus és a lizogén ciklus között. A litikus ciklust el lehet gátolni a represszor gének injektálásával, és a lizogén ciklus határozatlan ideig indulhat.
A lizogén ciklusban a fág genetikai anyag beillesztésre kerül a csíra genetikai anyagába, és itt határozatlan ideig életben maradhat. Az injektált genetikai anyagot "állóképtelennek" nevezzük, és "fázisnak" nevezzük. A próba plazmidként fekszik a gazdasejt citoplazmájában vagy integrálódhat a baktérium genetikai anyagába.
A vírusgenetikai anyag integrációja magas fokú specializációt igényel. A mérsékelt fágok genomja csak a baktérium-DNS bizonyos pozícióihoz kapcsolódhat. Ezzel szemben az egyes mérsékelt fág törzsek genetikai anyaga mindig azonosítható a baktérium genomjában.
A sikeres adaptáció a prófágokat a baktériumsejtek megoszlásának kedvezményezettévé teszi. Amikor a gazdasejt osztja a mitózist, a vírus genetikai anyagát továbbadják. További átjutás más baktériumokba konjugációval történhet. Ezért a fázisok különböző baktériumtörzseken átterjedhetnek különböző átviteli útvonalakon. Környezeti hatások, például az ultraibolya fény vagy bizonyos vegyi anyagok miatt a próba visszakapcsolhat a lízikus ciklusra, és agresszív replikációra törekszik.
A próba a gazdasejt transzkripciós folyamatait is felhasználja: a fág injektált represszor géneit a baktérium bizonyos enzimei felismerik DNS károsodásként és lebontják. A represszor gének lebomlása a gazdasejtben önpusztító hatású. A lízikus ciklust már nem lehet elnyomni, és a fázis a lizogén állapotból agresszív replikációvá változik, amely a baktériumsejtfal ezt követő feloldódásával zárul le.
Előfordulás, eloszlás és tulajdonságok
A fágok nagyon speciális vírusok, amelyek alkalmazkodtak az egyes baktériumtörzsekhez. Tehát nem minden bakteriofág fér hozzá minden baktériumhoz. A szaporodás a specifikus gazdasejt nélkül a bakteriofágban nem lehetséges. A magas szintű specializáció azt jelenti, hogy a bakteriofágok ugyanabban a terepen találhatók, mint a gazdasejtjeik.
Ugyanez vonatkozik még inkább a prófákra. Mivel a prófák nem szokásos vírusok, és csak vírusos öröklő anyagként mutatják magukat a gazdaszervezetben, önmagában a meghatározás miatt nem találhatók a kijelölt sejteken.
Ezenkívül meg kell említeni, hogy a tengervízben csak a bakteriofágok tartalmaznak (10-től 30-ig) és ennélfogva több fág van jelen, mint élőlények az egész bolygón. Ezzel szemben nagyon kevés a tizenkilenc hivatalosan kutatott bakteriofág, ami megnehezíti a pontos megállapítást az eseményről.
Jelentés és funkció
A fágterápiát az 1920-as években fejlesztették ki, és Kelet-Európában a mai napig sikeresen használják a különféle fertőző betegségek leküzdésére. A fágterápia előnyei nyilvánvalóak: a bakteriofágok csak az egyes baktériumtörzseket károsítják, míg az antibiotikumok általában káros hatással vannak a test baktériumaira.
A penicillinnek az 1940-es években történő felfedezése az antibiotikumok nyugati tömeges használatához vezetett, és ennek eredményeként véget ért a fágkutatás. Az 1990-es években a számos antibiotikum-rezisztencia felépítése fokozott érdeklődést váltott ki a bakteriofágokban.
A fágterápia az agresszív virulenciával és kizárólag lízikus ciklusú bakteriofágokra összpontosít, míg a mérsékelt bakteriofágok és prófák eddig csak alárendelt szerepet játszottak.
Betegségek és betegségek
Néhány kórokozó virulenciáját csak a szaporodásokkal történő szimbiózis révén tudja felépíteni. A Clostridium botulinum a rettegett botulinum toxint csak az integrált fág DNS segítségével képes előállítani. A Streptococcus pyogenes a skarlátot csak a fázis DNS-sel kombinálva kiválthatja.
A Vibrio cholerae kolera előállítását csak speciális pofákon keresztül hajtja végre. Ez megmutatja a fágok fontosságát az emberi orvoslásban is. A teljes baktériumtörzsek elveszíthetik patogén potenciáljukat, ha a felelős prófákat külön ki lehet kapcsolni.
