בקטריופאגים: זיהום, העברה ומחלות

בקטריופאגים הם וירוסים שמדביקים בקטריה ולהתרבות בתהליך. לכל חיידק יש גם חיידק ספציפי. Bacteriophages משמשים ברפואה ו הנדסה גנטית.

מהם בקטריופאגים?

בקטריופאגים מייצגים קבוצה של וירוסים שמדביקים בקטריה וארכאה (חיידקים ראשוניים). בכך הם ממשיכים להשתכפל תוך השמדת החיידק. לכל חיידק קיים חיידק ספציפי על פי עקרון הנעילה והמפתח. בקטריופאגים, על פי ההגדרה המסורתית, כמו כולם וירוסים, אינם אורגניזמים חיים. הם תלויים במארח עבור ההעתקה שלהם. אין תהליכים ביוכימיים שמתרחשים מחוץ למארח. הפאגים משתמשים ב- אנזימים של המארח שלהם למטרה זו. בקטריופאגים מורכבים רק מ- DNA או RNA, המוקפים במעטפת חלבון. עם זאת, הרוב המכריע של הפאג'ים מחזיק ב- DNA כחומר הגנטי שלהם. פאגים תוארו לראשונה בשנת 1917 על ידי הביולוג הקנדי פליקס הוברט ד'רל. מבנה הפאגים השונים שונה. בעיקרון, bacteriophages מורכב ממספר מרכיבים. בעיקר נחקר מבנה מה שנקרא T-phages, שבין היתר מדביק גם את החיידק Escherichia coli. שלבי ה- T מורכבים מפולידרלי ראש, המחובר באמצעות a צוואר לתעלת הזרקה מאורכת (מכשיר הזרקה). מתחת למנגנון ההזרקה נמצאת לוחית הבסיס עם סיבי הזנב והקוצים. ה ראש הוא קפסיד, המכיל חומצת גרעין. קפסיד, תעלת הזרקה וצלחת בסיס עשויים מחלבון. סיבי זנב וקוצים משמשים לעגן את הפאג 'לדופן התא של החיידק.

התרחשות, תפוצה ומאפיינים

בקטריופאגים מופצים באופן אוניברסלי. בערך 10 בחזקת 30 בקטריופאגים נמצאים ב מי ים. לכל חיידק קיים גם פאג מקביל. ניתן לחלק את התפשטות הבקטריופאגים לחמישה שלבים. ראשית, הפאג נספג בקולטן ספציפי של דופן התא. קצות חוטי הזנב מתחברים למשטח התא. בשלב הבא, הפאג מזריק את ה- DNA או ה- RNA שלו לחיידק. זה משאיר את מעטפות החלבון הריקות על פני השטח של החיידק. השלב השלישי נקרא שלב ההשהיה, במהלכו לא ניתן לזהות שום פאג. בשלב השהיה, שנמשך מספר שעות, מתחיל תרגום ל- mRNA נגיפי ושכפול לחומצת גרעין נגיפית. בשלב הייצור שנקרא, הוויראלי חלבונים מיוצרים. ואז, בשלב ההבשלה שלאחר מכן, מרכיבים ויראליים בודדים מורכבים. לאחר סיום הייצור הוויראלי, א ליזוזים המיוצר על ידי תא החיידק המחודש ממיס את החיידק ומשחרר את הפאגים המיוצרים.

חשיבות ותפקוד

כיום, בקטריופאגים כבר נמצאים בשימוש נרחב בתחומים רבים. תחומי יישום מסוימים נפתחים ברפואה, ביולוגיה או הנדסה חקלאית. ברפואה משתמשים בבקטריופאגים לאיתור זני חיידקים בשל ספציפיותם לוודאות בקטריה. תחום יישום זה נקרא ליזוטיפיה. נכון לעכשיו, מתקיים מחקר אינטנסיבי למאבק בחיידקים המשתמשים בבקטריופאגים בזיהומים. במיוחד בהתרשמות המספר ההולך וגדל של אנטיביוטי זני חיידקים עמידים, תחום מחקר זה מקבל חשיבות הולכת וגוברת. עם זאת, היציבות הנמוכה של הפאגים בגוף היא בעייתית. הם מסולקים מיד על ידי הפאגוציטים של הגוף עצמו. באופן עקרוני, יישום אפשרי זה כבר נשקל על ידי פליקס הוברט ד'הרל. עם זאת, לאחר הגילוי והקדמה של אַנְטִיבִּיוֹטִיקָה, תוצאות המחקר על יישום אפשרי זה נשכחו לחלוטין. עם זאת, מכון אליאב למחקר פאג'ים, שנוסד על ידי ד'הרל בשנת 1934, קיים עד היום בטביליסי, ג'ורג'יה. יחד עם מכון לודוויק הירשפלד לאימונולוגיה וניסיונות תרפים בוורוצלב, פולין, מתבצע שם כיום מחקר על דרכי לחימה אלטרנטיביות אנטיביוטיחיידקים עמידים המשתמשים בפאגים. משתמשים בפאגים גם במגוון דרכים בתעשיית המזון. לדוגמא, תרסיסים שונים של פאגים משמשים באריזת גבינה או נקניקיות כדי להגן עליהם מפני חיידקים. הנדסה גנטית הוא גם תחום יישום עיקרי. כיום, למשל, משמשים פאגים כווקטורים לגנים מסוימים ומוחדרים לחיידקים. בעזרת שיטה זו, אינסוליןייצור זני חיידקים של Escherichia coli יכול להיווצר. וקטורים אלה הופכים לחשובים יותר ויותר לייצור חומרים פעילים אחרים. יתר על כן, הם יכולים לשמש בחלקם למאבק בפגמים גנטיים.

מחלות והפרעות

עם זאת, בקטריופאגים לא רק מראים השפעות חיוביות. חלקן רציניות מחלות זיהומיות לפרוץ רק עם מעורבות של פאגים. לדוגמה, דִיפטֶרִיָה נגרמת על ידי החיידק Corynebacterium diphtheriae. עם זאת, המחלה יכולה להתפרץ רק אם Corynebacterium diphtheriae נגוע בו זמנית בבקטריופאגים. לאחר הדבקה בפאגים, חיידקים אלה מייצרים את הרעלן האופייני הגורם לתסמינים הקשים ולעתים מסכני חיים. המחלה מתחילה בסימנים כמו קשיי בליעה, העייפות, בחילה ו כאב בטן. על השקדים מופיע ציפוי לבן, בעל ריח רע ומתוק. סיבוכים כמו דלקת ריאות or דַלֶקֶת שְׁרִיר הַלֵב שכיחים ויכולים להיות קטלניים. מחלה נוספת הנגרמת על ידי בקטריופאגים היא ארגמן חום. אדום חום נגרם על ידי סטרפטוקוקים נגוע בבקטריופאגים. באמצעות זיהום זה, החיידקים מייצרים רעלן חתרני במיוחד. סימנים חמורים של מחלה מתרחשים עם צְמַרמוֹרֶת, חום, הקאה ו דלקת הלוע. בתחילה, ה- לשון מצופה לבן, אך הופך לאדום פטל לאחר מספר ימים. א פריחה בעור מתרחשת גם. אם החיידק לא היה נגוע בבקטריופאגים, זה היה רק עוֹפֶרֶת לבלתי מזיק דלקת שקדים. כולרה נגרמת גם על ידי חיידק הנגוע בבקטריופאגים הנקרא Vibrio cholerae.