Bakteriofagai: kas tai? Apibrėžimas, struktūra, reikšmė ir gydymas

Sužinokite, kas yra bakteriofagai: apibrėžimas, struktūra, reikšmė medicinoje ir fagų taikymas gydant antibiotikams atsparias bakterijas bei jų vaidmuo biofilmuose.

Bakteriofagas yra bakterijas užkrečiantis virusas. Šis terminas paprastai sutrumpintai vadinamas fagu.

Bakteriofagai yra vieni iš labiausiai paplitusių ir įvairiausių biosferos darinių. Kaip ir eukariotus (augalus, gyvūnus ir grybus) infekuojantys virusai, fagai turi daugybę skirtingų struktūrų ir funkcijų.

Struktūra ir genomai

Fagus paprastai sudaro išorinis baltyminis apvalkalas, kurio viduje yra genetinė medžiaga. Genetinė medžiaga gali būti viengranduolė (ssRNA arba ssDNA) arba dvigranduolė (dsRNA arba dsDNA). Jos ilgis gali būti nuo 5 iki 500 kilobazių porų, o išsidėstymas - apskritiminis arba linijinis. Bakteriofagai paprastai yra 20-200 nanometrų dydžio.

Fagų genomuose gali būti koduojami vos keturi genai ir šimtai genų. Fagai įleidžia savo genomą į bakteriją ir dauginasi bakterijos viduje.

Dauguma bakteriofagų priklauso uodeguotųjų fagų grupei (Caudovirales), kuriems būdinga icosaedrinė galvutė ir uodega su uodegos siūlais arba kanalėliais. Taip pat egzistuoja plonasluoksniai (filamentiniai) fagai ir kitos morfologijos grupės. Fagų struktūriniai baltymai atsakingi už bakterijos atpažinimą, pritvirtinimą ir genomų pernešimą į šeimininką.

Gyvenimo ciklai

Fagai dauginasi dviem pagrindiniais ciklais:

• Lityinis ciklas: fagas užkrečia bakteriją, jo genomai sintezuojami, gaminami nauji baltymai, sudaromi nauji virionai, o galiausiai bakterija suardoma (lizė) ir išsiskiria daug naujų fagų.
• Lizogeninis ciklas: fago genomai integruojasi į bakterijos genomą arba egzistuoja kaip latentinė forma; fago genai perduodami dukterinėms bakterijoms, kol tam tikri aplinkos veiksniai suaktyvina lityinį ciklą.

Plitimas ir ekologinė reikšmė

Fagų yra visur, kur tik yra bakterijų, pavyzdžiui, dirvožemyje ar gyvūnų žarnyne. Jie labai paplitę jūros vandenyje: paviršiaus mikrobų kilimėliuose rasta iki 9×108 virionų mililitre, o iki 70 % jūros bakterijų gali būti užkrėstos fagais. Fagai dalyvauja mikroorganizmų populiacijų reguliavime, genetinės medžiagos pernešime (transdukcija) ir biogeocheminių ciklų formavime.

Istorija ir panaudojimas medicinoje

Buvusioje Sovietų Sąjungoje ir Vidurio Europoje, taip pat Prancūzijoje jie jau daugiau kaip 90 metų naudojami kaip alternatyva antibiotikams. Fagų terapijos ištakos siejamos su XX a. pradžios atradimais; vėliau, tarpukariu ir pokariu, fagoterapija buvo plačiau taikoma Sovietų šalyse (ypač Gruzijoje) ir kai kuriose Europos klinikose. Tačiau tikroji fagų prigimtis ir jų morfologija tapo aiškesnė, kai 1939 m. Helmutas Ruska elektroniniu mikroskopu vizualizavo fagus, nors bakteriofagų reiškinį mokslininkai jau aprašė anksčiau.

Klinikinės galimybės ir ribotumai

Jais galima gydyti daugelį antibiotikams atsparių bakterijų padermių. Privalumai:

• Aukštas specifiškumas: fagai dažniau užkrečia tik tam tikrų rūšių ar net padermių bakterijas, todėl mažiau paveikia naudingą mikroflorą.
• Efektyvumas prieš atsparias padermes: fagai gali naikinti bakterijas, kurios atsparios daugeliui antibiotikų.
• Galimybė modifikuoti: inžineriniai fagai ir faginiai fermentai (pvz., endolizės) turi terapinį potencialą.

Trūkumai ir iššūkiai:

• Siauras veikimo spektras: vienas fagas gali paveikti tik ribotą bakterijų skaičių, todėl dažnai reikalingos fagų kompozicijos arba tikslinė diagnostika prieš gydymą.
• Bakterijų atsparumas: bakterijos gali išvystyti atsparumą fagams, tačiau tai dažnai sprendžiama jungiant fagus tarpusavyje arba kartu su antibiotikais.
• Biofilmų sąveika: kai kurie fagai pagerina biofilmų stabilumą arba apsaugo bakterijas nuo vaistų, todėl biofilmų gydyme reikia kruopščiai parinkti tinkamus fagus; tuo pačiu metu tam tikri fagai ir jų fermentai gali padėti ardyti biofilmus.
• Reguliavimo ir saugumo klausimai: standartizacijos, kokybės kontrolės ir teisinių procedūrų trūkumas daugelyje šalių riboja plačią klinikinę taikymą.

Tyrimai, diagnostika ir pritaikymas pramonėje

Laboratorijose fagai izoliuojami iš aplinkos mėginių (vandens, dirvožemio, fekalijų) ir charakterizuojami pagal plokštelių (plaque) testus, elektroninę mikroskopiją ir sekoskaitą. Šiuolaikinės genominės analizės leidžia greitai nustatyti fago sandarą, potencialius lizogeninius genus ir saugumo rizikas (pvz., toksinų ar rezistencinių genų pernešimą).

Pramonėje fagai naudojami ne tik medicinoje, bet ir žemės ūkyje (pvz., maisto saugumui mažinti, gyvulių infekcijų profilaktikai), biotechnologijoje (bakterijų kontrolei) ir aplinkos apsaugoje (bioremediacija).

Saugumas ir ateities perspektyvos

Bendros saugumo gairės nurodo, kad fagoterapija gali būti saugi, tačiau kiekvienas preparatas turi būti išsamiai ištirtas: nustatytas fagų spektras, galimybė pernešti nepageidaujamus genus ir sąveika su žmogaus imunine sistema. Dabartiniai tyrimai orientuoti į:

• fagų derinių kūrimą ir standarto taikymą klinikiniams tyrimams;
• genetinę fago inžineriją siekiant pagerinti specifiškumą ir sumažinti riziką;
• fagų ir antibiotikų derinimo strategijas, kad būtų mažesnė atsparumo tikimybė;
• fagų naudojimą prieš biofilmus ir sudėtingas infekcijas.

Apibendrinant, bakteriofagai yra svarbūs tiek ekologiniu, tiek medicininiu požiūriu. Jie siūlo potencialią alternatyvą ar papildymą antibiotikams, tačiau jų sėkmingam pritaikymui reikia nuoseklių tyrimų, saugumo vertinimo ir reguliavimo.

Kiti šaltiniai ir papildoma informacija gali padėti gilinti žinias apie fagų taksonomiją, taikymo klinikinius atvejus ir praktines imunologines implikacijas.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra bakteriofagas?

K: Kaip atrodo fago viršus?

K: Kokio dydžio yra bakteriofagai?

K: Kiek genų gali būti užkoduota fagų genome?

K: Kaip fagai dauginasi bakterijose?

K: Kur galime rasti fagų?

K.: Kada pirmą kartą buvo nustatyta, iš ko sudaryti šie virusai?

Paieška pagal raidę