נבואות: זיהום, העברה ומחלות

Prophage הוא השם שניתן ל- DNA phage של חיידקים ממוזגים כאשר הוא קיים בתא המארח החיידקי. בקטריופאגים התגלה על ידי פליקס הוברט ד'הרל בשנת 1917 וירוסים שהסתגלו לספציפיים בקטריה. מחקרים מאוחרים יותר הבחינו בין הפאג הליטי עם ארסיות גבוהה לבין הפאג הממוזג עם נבואה שקטה ומחזור ליזוגני.

מה הם נביאים?

נבואת החיידק הממוזג יכול להיות נוכח כפלסמיד בתא המארח או להשתלב ב- DNA החיידקי. לשם כך, הפאג הממוזג חייב לאמץ את המחזור הליזוגני עם הזרקת ה- DNA הפאגי. מבחינים בין המחזור הליטי למחזור הליזוגני. בעוד שהמחזור הליטי גורם לשכפול מהיר ולפירוק לאחר מכן של התא המארח לאחר הזרקת החומר הגנטי, במחזור הליזוגני מוזרקים לתא המארח גנים מדכאים של הפאג 'כדי לדכא את המחזור הליטי, כלומר פירוק מהיר של תָא. הפאג 'הממוזג יכול לעבור בין מחזורי ליתוג לליזוגניים בהתאם לסביבה מצב מתנה. המחזור הליטי מתייחס לגישה המקובלת של גני הפאג 'בתוך התא המארח. יש שכפול מהיר בתוך התא המארח לאחר הזרקת ה- DNA הנגיפי. אחרי סיבי הזנב והזנב חלבונים שוכפלו בנוסף לדנ"א הנגיפי וחלקיקים נגיפיים חדשים רבים הורכבו מהחלקים הבודדים, דופן התא של התא המארח מפורק על ידי ליזוזים. פירוק דופן התא משחרר את הפאגים החדשים והם יכולים כעת להזריק את ה- DNA שלהם לתאי חיידקים נוספים. תהליך זה הסתיים תוך כשעה. בשל המספר הגבוה של חלקיקים נגיפיים חדשים, תהליך זה נקרא "צורה ארסית". מאז קיר התא המארח נהרס על ידי ליזוזים, משתמשים במונח "מחזור ליטי". בפאג 'הממוזג, שכפול מהיר והפירוק הבא של התא המארח לא בהכרח נכנס לתוקף. תלוי בקיים גורמים סביבתיים, הפאג הממוזג עשוי לעבור בין מחזורים ליטיים לליזוגניים. ניתן לדכא את המחזור הליטי באמצעות הזרקת גנים מדכאים והמחזור הליזוגני יכול להתחיל ללא הגבלת זמן. במחזור הליזוגני, החומר הגנטי של הפאג מוכנס לחומר הגנטי של הנבט ויכול להימשך כאן לזמן בלתי מוגבל. החומר הגנטי המוזרק מכונה "דומם", ומוגדר "נבואה". הנבואה יכולה להתגורר כפלסמיד בציטופלזמה של התא המארח או להשתלב בחומר הגנטי של החיידק. שילוב החומר הגנטי הנגיפי מצריך מידה גבוהה של התמחות. ניתן לחבר את החומר הגנטי של פאגים ממוזגים רק למיקומים ספציפיים של ה- DNA החיידקי. לעומת זאת, תמיד ניתן לזהות את החומר הגנטי של זני פאגה ממוזגים בודדים באותם מיקומים של הגנום החיידקי. עקב ההסתגלות המוצלחת, נביאים הופכים למוטבים עם חלוקת תאי חיידקים. בתהליך החלוקה של המיטוזה של תאי המארח, הגנום הנגיפי מועבר. העברה נוספת לאחרים בקטריה יכול להתרחש על ידי צמידה. כך יכולים התפוזות להתפשט דרך זני חיידקים שלמים בדרכי העברה שונות. השפעות סביבתיות כגון אור UV או כימיקלים מסוימים עלולות לגרום לניבוי לחזור למחזור הליטי ולחפש שכפול אגרסיבי. יתר על כן, הנבואה מנצלת גם את תהליכי התעתיק של התא המארח: גנים המדכאים המוזרקים של הפאג מוכרים כנזק ל- DNA על ידי אנזימים של החיידק ומושפל. השפלה של גנים המדכאים משפיעה על הרס עצמי בתא המארח. כעת לא ניתן לדכא את המחזור הליטי והנבואה עוברת ממצב הליזוגני לשכפול אגרסיבי, שמסתיים בפירוק דופן התא החיידקי שלאחר מכן.

התרחשות, תפוצה ונכסים

הפאגים הם מאוד מיוחדים וירוסים שהסתגלו לזני חיידקים בודדים. לפיכך, לא כל בקטריופאג יכול לגשת לכל חיידק. התפשטות ללא התא המארח הספציפי אינה אפשרית עבור החיידק. ההתמחות החזקה מובילה לכך שבקטריופאגים נמצאים באותו שטח כמו תאי המארח שלהם. הדבר נכון במידה רבה עוד יותר לגבי נבואות, מכיוון שהנבאות אינן קונבנציונליות וירוסים ורק מציגים את עצמם כחומר גנטי ויראלי בתוך האורגניזם המארח, הם לא יכולים להימצא מחוץ לתאים שהוקצו, ולו רק בהגדרה. בנוסף, יש להזכיר כי לבקטריופאגים יש מספר (10 בחזקת 30) מי ים לבד, ולפיכך ישנם יותר פאגים מאשר אורגניזמים חיים על פני כדור הארץ כולו. זה מנוגד למספר מצומצם ונעלם של תשע עשרה שנחקרו רשמית בקטריופאגים, מה שמקשה על הצהרה מדויקת לגבי התרחשותם.

חשיבות ותפקוד

פאג ' תרפיה פותח בשנות העשרים של המאה העשרים ומשמש עדיין בהצלחה במזרח אירופה למאבק במגוון מחלות זיהומיות. היתרונות של הפאג ' תרפיה הם ברורים: בקטריופאגים פוגעים רק בזנים בודדים של בקטריה בזמן אַנְטִיבִּיוֹטִיקָה יש השפעה מזיקה כללית על חיידקי הגוף. הגילוי של פֵּנִיצִילִין בשנות הארבעים הוביל למסיביות אנטיביוטי שימוש במערב וכתוצאה מכך, הפסקת מחקר הפאגים. ההצטברות שלאחר מכן של רבים אנטיביוטי ההתנגדויות בתורן עוררו עניין מוגבר בבקטריופאגים בשנות התשעים. עם זאת, המוקד של הפאג ' תרפיה נמצא בבקטריופאגים עם ארסיות אגרסיבית ובמחזור ליקתי באופן בלעדי, ואילו בקטריופאגים ונביאים ממוזגים מילאו עד היום תפקיד מינורי בלבד.

מחלות ומחלות

כמה פתוגנים יכולים רק לבסס את הארסיות שלהם באמצעות סימביוזה עם נביאים. Clostridium botulinum יכול לייצר את החשש רעלן בוטולינום רק בעזרת DNA phage משולב. סטרפטוקוקוס פיוגנים יכולים רק לגרום ארגמן חום בשילוב עם DNA-prophage. Vibrio cholerae מייצר כּוֹלֵרָה רק באמצעות נבואות מיוחדות. זה מראה גם את החשיבות של הפאגים לרפואה האנושית. זני חיידקים שלמים עלולים לאבד את הפוטנציאל הפתוגני שלהם אם ניתן יהיה לחסל את ההשפעות האחראיות.