Razlika između verzija stranice "Bakteriofag"

[pregledana izmjena][pregledana izmjena]
Uklonjeni sadržaj Dodani sadržaj
m razne ispravke
klasika
Red 1:
[[Datoteka:PhageExterior.svg|right|thumb|180px|Struktura tipskog miovirusnog bakteriofaga]]
'''Bakteriofag''', neformalno '''fag''', jest [[virus]] koji inficira [[bakterije]] i u njima se umnožava. Termin potiče od koerijenakorijena "bakterija" i [[sufiks]]a fag ([[grčki jezik|grčki]] φαγεῖν - ''phagein'' = jesti, progutati). Bakteriofagi se sastoje od [[protein|proteina]] a koji [[kapsida|kapsuliraju]] [[DNK]] ili [[RNK]] [[genom]]a, a mogu imati relativno jednostavne ili složene strukture. Njihov genomagenom može sadržavati kod za od četiri do na stotine [[gen]]a.
Bakteriofag se umnožava repliciratirepliciranjem unutar bakterija nakon injektiranja njihovog [[genom]]a u [[citoplazma|citoplazmu]] domaćina. Bakteriofagi su među najčešćim i najraznolikijim subjekatima subjektima u [[biosfera|biosferi]].<ref name="autogenerated1">{{cite book | author = Mc Grath S and van Sinderen D (editors). | title = Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology | edition = 1st | publisher = Caister Academic Press | year = 2007 | url=http://www.horizonpress.com/phage | id = [http://www.horizonpress.com/phage] | isbn = 978-1-904455-14-1}}</ref>
Bakteriofagi su široko rasprostranjeni na mjestima koja su naseljena [[bakterija]]ma i domaćinima, kao što su zemljište ili crijeva životinja. Jedan od najgušćih prirodnih izvora faga i drugih [[virus]]a je morska voda, u kojoj ima do 9 × 10<sup>8</sup> [[virus|viriona]] po mililitru, što je pronađeno u mikrobnoj prevlaci na površini,<ref name="mmbr">{{Cite journal | last1 = Wommack | first1 = K. E. | last2 = Colwell | first2 = R. R. | doi = 10.1128/MMBR.64.1.69-114.2000 | title = Virioplankton: Viruses in Aquatic Ecosystems | journal = Microbiology and Molecular Biology Reviews | volume = 64 | issue = 1 | pages = 69–114 | year = 2000 | pmid = 10704475| pmc =98987 }}</ref> a do 70% morskih bakterija može biti inficirano fagima.<ref name="Prescott">Prescott, L. (1993). Microbiology, Wm. C. Brown Publishers, {{ISBN|0-697-01372-3}}</ref>
 
Tokom proteklih više od 90 godina, bakteriofagi korišteni su za kao alternativa [[antibiotici]]ma u bivšem [[Sovjetski Savez|Sovjetskom Savezu]] i centralnoj Evropi, kao i u Francuskoj.<ref name="horizon">BBC Horizon (1997): ''The Virus that Cures'' – Documentary about the history of phage medicine in Russia and the West</ref> Oni se vide kao moguća terapija protiv [[multirezistencija|multirezistentnih]] sojeva mnogih bakterija ([[fagna terapija]]).<ref name="fmicb">{{Cite journal | last1 = Keen | first1 = E. C. | title = Phage Therapy: Concept to Cure | doi = 10.3389/fmicb.2012.00238 | journal = Frontiers in Microbiology | volume = 3 | pages = 238 | year = 2012 | pmid = 22833738| pmc = 3400130}}</ref> Ipak, fagi [[Inoviridae]] su pokazali da kompliciraju biofilm koji je uključeni u upalu pluća i cističnu fibrozu, sklonište bakterija od lijekova kojima je cilj da ukorijene bolest i promoviraju uporne infekciju.<ref>http://phys.org/news/2015-11-bacteria-bacteriophages-collude-formation-clinically.html</ref>
[[Datoteka:Bacteriophage P22 Casjens Lenk.png|thumb|desno|180px|Bakteriofag P22, član je porodice ''[[Podoviridae]]'', po morfologiji, zbog kratkog, nekontraktilnog repa.]]
 
== Klasifikacija ==
Bakteriofagi javljaju se obilno u biosferi, sa različitim virionima, [[genom]]ima i načinima života. Klasificiraju se po odredbama [[Međunarodni komitet za taksonomiju virusa|Međunarodnog komiteta za taksonomiju virusa]] (ICTV), prema morfologiji i nukleinskim kiselinama.
 
ICTV trenutno prepoznaje devetnaest porodica čiji predstavnici koje inficiraju [[bakterije]] i [[archaea]]. Od tih, samo dvije porodice imaju RNK genoma, a samo u pet porodica su obavijeni kapsulom. Od virusnih porodica s DNK genomom, samo dvije imaju jednolančani genom. Osam virusnih porodice sa DNK genomom imaju kružni genom, dok ih devet imaju linearne genome. Devet porodica inficira samo bakterije, devet samo [[Archaea]] i jedna (''Tectiviridae'') inficira i bakterije i arheje.
 
{| class="wikitable sortable"
Red 24:
|-
| rowspan=3 | ''[[Caudovirales]]''
| ''[[Myoviridae]]'' || Bez [[Virusni omotač|omotača]], kontraktilni rep|| Linearna [[dsDNK]] || [[T4 fag]], [[Mu fag|Mu]], PBSX, P1Punoliki, P2, I3, Bcep 1, Bcep 43, Bcep 78
|-
| ''[[Siphoviridae]]'' || Neomotani, nekontrakrilni (dugi) rep || Linearna dsDNK || [[Lambda fag|λ fag]], [[Bakteriofag T5|T5 fag]], phi, C2, L5, [[HK97]], N15
Red 38:
| ''[[Ampullaviridae]]'' || Omotani, bocoliki || Linearna dsDNK ||
|-
| ''[[Bicaudaviridae]]'' || Neomotani, limunoliki||Prstenasta (cirkularna) dsDNK ||
|-
| ''[[Clavaviridae]]'' || Neomotani, štapičasti|| Prstenasta dsDNK ||
Red 44:
| ''[[Corticoviridae]]'' || Neomotani, izometrijski || Prstenasta dsDNK ||
|-
| ''[[Cystoviridae]]'' ||Omotani, sferni || Segmentirana dsRNK ||
|-
| ''[[Fuselloviridae]]'' || Neomotani, limunoliki || Prstenasta dsDNK ||
Red 50:
| ''[[Globuloviridae]]'' ||Omotani, izometrijski || Linearna dsDNK ||
|-
| ''[[Guttaviridae]]'' || Neomotani, jajasti || Prstenasta dsDNK ||
|-
| ''[[Inoviridae]]'' || Neomotani, filamentozni ||Prstenasta ssDNK || [[M13 bakteriofag]]
Red 58:
| ''[[Microviridae]]'' || Neomotani, izometrijski|| Prstenasta ssDNK || [[Phi X 174|ΦX174]]
|-
| ''[[Plasmaviridae]]'' || Omotani, pleomorfni ||Prstenasta dsDNK||
|-
| ''[[Tectiviridae]]'' || Neomotani, izometrijski || Linearna dsDNK ||
Red 64:
 
==Pregled građe i razmnožavanja==
Bakteriofagi su bakterijski virusi koji u svom životnom ciklusu prodiru u bakterijske ćelije, u kojima se razmnožavaju i na kraju uzrokuju njihovo razlaganje i smrt. Otkrili su ih nezavisno F. W. Twort ([[1915]].) i F. H. d’Herelle ([[1917]].). Veličina faga je na skali [[nanometar]]a; dužina bakteriofaga T2, koji napada bakteriju ''[[Escherichia coli]]'', je oko 200&nbsp;nm. Elektronska mikroskopija je omogućila da se uoči struktura koli-faga T2, u kojoj su:
*glava sa [[DNK]] i [[bjelančevina]]ma,
*šuplji vrat,
*izduženi trup,
*osnovna (bazna) ploča i
*repne niti.
Preko osnovne pločice i repnih niti, fag pričvršćuje se na [[ćelijski zid]] bakterije i prodire skrativši trup, na čijem se kraju nalazi srž od DNK koja je istisnuta iz glave. DNK faga ulazi u ćeliju bakterije domaćina i vrlo brzo programira sintezu svoje DNK iz materijala, i pomoći sintetskih mehanizama bakterijske ćelije, što rezultira stvaranjem mnogih novih faga i raspadanjem (lizom) napadnute ćelije. Drugim riječima DNK posjeduje samo genetičkju informaciju za sopstveno repliciranje, za koje preusmjerava kompletnu bakterijski sintersku mašineriju.
 
Preko osnovne pločice i repnih niti, fag pričvršćuje se na [[ćelijski zid]] bakterije i prodire skrativši trup, na čijem se kraju nalazi srž od DNK koja je istisnuta iz glave. DNK faga ulazi u ćeliju bakterije domaćina i vrlo brzo programira sintezu svoje DNK iz materijala, i pomoći sintetskih mehanizama bakterijske ćelije, što rezultira stvaranjem mnogih novih faga i raspadanjem (lizom) napadnute ćelije. Drugim riječima DNK posjeduje samo genetičkjugenetičku informaciju za sopstveno repliciranje, za koje preusmjerava kompletnu bakterijski sintersku mašineriju.
Bakteriofagi ispoljavaju strogu specifičnost prema pojedinim vrstama bakterija i ne mogu napadati druge. Ako se uništi ćelijski zid bakterije ili na neki način blokiraju receptori na koje se bakteriofag pričvršćuje, on ne može prepoznati i zaraziti bakterijsku ćeliju.
 
Bakteriofagi ispoljavaju strogu specifičnost prema pojedinim vrstama bakterija i ne mogu napadati druge. Ako se uništi ćelijski zid bakterije ili na neki način blokiraju receptori na koje se bakteriofag pričvršćuje, on ne može prepoznati i zaraziti bakterijsku ćeliju.
Bakteriofagi se uspješno uzgajaju i dokazuju u rutinskim laboratorijama. Na razmaz bakterije osjetljive na fag nanese se materijal (voda, tlo, hrana) u kojem testira prisustvo/odsustvo faga , pa se, nakon inkubacije, promatra da li se na hranjivoj podlozi usred bakterijskog razmaza javljaju prozirne zone ili plakovi (''plaque'', plakovi), koji su dokaz prisustva bakteriofaga, jer u tim čistim zonama se zbila zazgradnja (liza) bakterijskih ćelija. Zbog znatne moći preživljavanja i širenja u prirodi, bakteriofagi se često koriste u dokazivanju bakterijskih onečišćenja, kada se same bakterije više ne mogu dokazati.
Kao što je već pomenuto, bakteriofagi nemaju sopstveni [[metabolizam]], pa im je za reprodukciju neophodan biološki domaćina koji ga posjeduje. U slučaju bakteriofaga to odgovarajuća (specifična) bakterijska ćelija. Tipski proces razmnožavanja faga obično se odvija u pet faza:
#priljubljivanje i vezanje krajeva faga za zid napadnute bakterijske ćelije, koji su uočljivi kao tanki repni filamenti (niti) na površinskoj strukturi bakterijske ćelije domaćina;
#injektiranje (unošenje) [[DNK]] ili [[RNK]] faga u bakterijsku ćeliju. Pritom omotač faga ostaje na površini bakterijske membrane u vidu nefunkcijskog proteina;
#latentna faza je obilježena stanjem kada se u bakterijskoj ćeliji još uvijek ne mogu uočiti niti dokazati strukture bakteriofaga. Tada počinje transkripcija virusnog [[genom]]a i [[translacija]] viruse [[iRNK]], na kojoj počiva replikacija virusnih nukleinskih kiselina. Ova faza može potrajati nekoliko sati;
#sazrijevanje se ogleda u svojevrsnom sklapanju, odnosno sastavljanju novonastalih dijelova faga (ansambliranjeansembliranje faga);
#oslobađanje novih virusnih čestica se odvija tokom razgradnje (liziranja) domaćinske bakterijske ćelije ili se kod nekih bakterija dešava samo uključivanje pojedinih genetičkih informacija faga u bakterijski genom. Nastaju desetine, nekada stotine novih bakterijskih virusa – faga, iskorištavanja infrastrukture i gradivnog materijala bakterijske ćelije bakterijskog domaćina.
 
== Replikacija ==
[[Datoteka:Phage injection.png|thumb|right|180px|Dijagram procesa injektiranja DNK]]
Bakteriofag može imati [[litički ciklus|litički]] ili [[lizogeni ciklus]], a nekoliko virusa su sposobni za obavljanje oba. Kod '' litičkih faga '', kao što je [[T4 fag]], bakterijske ćelije se se otvaraju lomom zida (liziraju) i uništavaju nakon neposredne replikacije viriona. Čim je ćelija uništena, potomstvo faga nalai nove domaćine da ih zarazi. Litički fagi su pogodne za [[fagna terapija|fagnu terapiju]]. Neki od njih prolaze kroz fenomen poznat kao inhibicija lize, gdje završeno potomstvo faga neće odmah lizirati iz ćelije, ako su vanćelijske kstracelularne koncentracije faga visoke. Ovaj mehanizam nije identična onom k od umjerenih faga kod kojih je uspavanost (dormancija) obično privremena.
 
Nasuprot tome, ''[[lizogeni ciklus]] '' ne vodi u neposrednu razgradnju (lizu) ćelije domaćina. Ovi fagi, koji su u stanju da se podvrgnu lizogeniji, poznati su kao [[umjereni fag]] i. Njihov virusni [[genom]] se integrira sa [[DNK]] domaćina i replicira uz nju, relativno bezopasno ili možda čak i postje uspostavljen kao [[plazmid]]. Virus ostaje uspavan dok pogoršava uvjete domaćina, možda zbog iscrpljivanja hranjivih tvari; tada endogeni fagi (poznati kao [[profag]]i) postaju aktivni. U ovom trenutku oni pokrenu reprodukcijski ciklus, što rezultira u lizu (razgradnju) ćelije domaćina. Kako lizogeni ciklus omogućava ćeliji domaćina da nastavi preživljavanje i razmnožavanje, virus se ponavlja u svim potomcima ćelije.
 
Primjer bakteriofaga koji može pratiti lizogene ciklus i litički ciklus faga poznat je kao lambda fag ''[[E. coli]] ''.<ref>Mason, Kenneth A., Jonathan B. Losos, Susan R. Singer, Peter H Raven, and George B. Johnson. (2011). ''Biology'', p. 533. McGraw-Hill, New York. {{ISBN|978-0-07-893649-4}}.</ref>
Ponekad prophagi mogu pružiti i korist domaćinskoj bakteriji , jer miruju dodavanjem novih funkcija u bakterijski [[genom]] u fenomenu koji je nazvan [[lizogena konverzija]]. Primjeri su pretvaranje bezopasnih sojeva bakteriofaga ''[[Corynebacterium diphtheriae]]'' ili ''[[Vibrio cholerae]]'', visoke zaraznosti, koji uzrokuju [[difterija|difteriju]] , odnosno [[kolera|koleru]].<ref name="pmid19007916">{{cite journal |author=Mokrousov I |title=Corynebacterium diphtheriae: genome diversity, population structure and genotyping perspectives |journal=Infection, Genetics and Evolution |volume=9 |issue=1 |pages=1–15 |date=januar 2009 |pmid=19007916 |doi=10.1016/j.meegid.2008.09.011 |url=}}</ref><ref name="pmid21799407">{{cite journal |authors=Charles RC, Ryan ET |title=Cholera in the 21st century |journal=Current Opinion in Infectious Diseases |volume=24 |issue=5 |pages=472–7 |date=oktobar 2011 |pmid=21799407 |doi=10.1097/QCO.0b013e32834a88af |url=}}</ref> Predložene su strategije za borbu protiv određenih bakterijskih infekcija koje ciljaju ove toksin-kodirajuće profage.<ref>{{Cite journal | last1 = Keen | first1 = E. C. | title = Paradigms of pathogenesis: Targeting the mobile genetic elements of disease | doi = 10.3389/fcimb.2012.00161 | journal = Frontiers in Cellular and Infection Microbiology | volume = 2 |page=161| date = decembar 2012 | pmid = 23248780| pmc = 3522046}}</ref>
 
===Vezanje i prodiranje===
[[Datoteka:Phage.jpg|thumb|180px|[[Elektronska mikrografija]] prikazuje bakteriofage koji su prikačeni na bakterijsku ćeliju – virusi imaju veličinu i oblik kolifaga T1.]]
Za ulaz u ćelije domaćina, bakteriofagi se privezuju za specifične receptore na površini bakterija, uključujući i [[lipopolisaharidom]]e, [[teihoična kiselina|teihoične kiseline]], [[protein]]e ili čak i [[bič (biologija)|bičeve]]. Ta specifičnost znači da bakteriofag može zaraziti samo određene bakterije, koje imaju receptore na koje se može vezati, što zauzvrat određuje opseg domaćin faga. Domaćinovi uvjeti rasta mogu uticati na sposobnost faga za vezanje i napasti ih.<ref name="pmid9356254">{{Cite journal
| last1 = Gabashvili | first1 = I.
| last2 = Khan | first2 = S.
Line 108 ⟶ 109:
| pmid =
9356254| pmc =
}}</ref> Kako se fagni viriona ne kreću samostalno, moraju se osloniti na slučajne susrete sa pravim receptorima u otopini (krvna i limfna cirkulacija, navodnjavanje, voda tla, itd).
 
Miovirusni (mišićni) bakteriofag koristi [[špric]]oliki mehanizam ubrizgavanja svog genetičkog materijala u ćeliju. Nakon što ostvari kontakt s odgovarajućim receptorom, repna vlakna se savijaju dovodeći osnovnu ploču bliže površini ćelije; ovo je poznato kao reverzibilno vezanje. Jednom potpuno privezivanje, nepovratna je veza koja pokreće i kontrakciju repa, eventualno uz pomoć [[adenozin-trifosfat]]a (ATP) , koji je prisutan u repu, ubrizgavajući genetiički materijal kroz bakterijsku membranu.
 
Podoviruses nedostaje izduženog rep plašta slična onoj od myovirus, pa su umjesto toga koriste svoje male, zub-kao rep vlakana enzimatski da degradira dio stanične membrane prije umetanja njihov genetski materijal.
 
=== Sinteza proteina i nukleinske kiseline===
U toku od nekoliko minuta, bakterijski [[ribosom]]i pokreču prevođenje virusne [[iRNK]] u [[protein]]. Kod [[RNK]]-baziranih faga, [[RNK replikaza]] sintetira se u ranoj fazi procesa. Proteini mijenjaju bakterijsku [[RNK polimeraza|RNK polimerazu]], tako da prvenstveno transkribira virusne iRNK. Normalna sinteza domaćinskih proteina i nukleinskih kiselina je poremećena, a, umjesto toga, primorana je na proizvodnju virusnih proizvoda. Ovi proizvodi postaji dio novih viriona unutar ćelije, pomoćnici proteina koji pomažu u sastavljanju novog viriona ili proteina uključenih u ćelijsku [[liza|razgradnju]]. [[Walter Fiers]] je bio prvi ([[1972]].) koji je uspostavio potpunu nukleotidnu sekvencu gena i virusnog [[genom]]a [[bakteriofag MS2|bakteriofaga MS2]] ([[1976]].).<ref>{{Cite journal
| last1 = Fiers | first1 = W.
| last2 = Contreras | first2 = R.
Line 138 ⟶ 139:
|bibcode = 1976Natur.260..500F }}</ref>
 
===Sklapanje viriona ===
U slučaju [[T4 fag]]a, izgradnja novih virusnih čestica uključuje pomoć pomagačima proteina. Prvo se kompletira osnova ploče, a repovi se na nju nadograde kasnije. Kapsidna glave, izgrađene odvojeno, spontano se spajaju s repovima. DNK se efikasno upakuje unutar glave. Cijeli proces traje oko 15 minuta.
 
[[Datoteka:Tevenphage.svg|thumb|right|180px|Dijagram tipske strukture repatog bakteriofaga]]
 
=== Otpuštanje viriona ===
Fagi se mogu osloboditi putem razgradnje ćelija , ekstrudiranjem, ili, u nekim slučajevima, pupanjem. Liza, kod repatih faga postiže se [[enzim]]om [[endolizin]]om, koji napada i razdvaja ćelijske zidove od [[peptidoglikan]]a. Posve drugačiji tip faga, vlaknasti fag, u ćeliji domaćina neprestano izlučuju nove virusne čestice. Otpušteni virusi su opisani kao slobodni, a ako nisu defektni, sposobni su zaraziti novu bakteriju. Pupanje je povezana s određenim '' [[Mycoplasma]]ma '' fagima. Za razliku od otpuštanja viriona, fagi koji ispoljavaju [[lizogeni ciklus]] ne ubijaju domaćina, već češće postaju stalni stanovnici bakterije, kao [[profag]]i.
 
== Struktura genoma==
Budući da postoji na milione različitih faga u okruženju, genomi faga dolaze u različitim oblicima i veličinama. RNK fagi, kao što je [[bakteriofag MS2]] imaju najmanji genoma, od samo nekoliko kilobaza. Međutim, neki DNK fagi, kao što je [[bakteriofag T4]] mogu imati veliki genoma sa stotinama gena.
Genom bakteriofaga može biti vrlo [[Mozaičnost (genetika)|mozaičan]], tj. genom mnogih vrsta faga se sastoji od brojnih pojedinačnih modula. Ovi moduli se mogu naći u drugim vrsta faga, u različitim aranžmanima.
 
Bakteriofagi ''[[Mycobacteriophages]]'' sa [[mikobakterija|mikobakterijskim]] domaćinom – predstavljaju odlične primjere ovog mozaicizma. U ovim mikobakteriofaga, genetički asortiman može biti rezultat ponovljenih slučajeva mjesno-specifične rekombinacije i nelegitimne rekombinacije; to je posljedica uključivanja genoma faga u bakterijska genetičke sekvence domaćina.<ref name="pmid18178732">{{cite journal |authors=Morris P, Marinelli LJ, Jacobs-Sera D, Hendrix RW, Hatfull GF |title=Genomic characterization of mycobacteriophage Giles: evidence for phage acquisition of host DNA by illegitimate recombination |journal=Journal of Bacteriology |volume=190 |issue=6 |pages=2172–82 |date=mart 2008 |pmid=18178732 |pmc=2258872 |doi=10.1128/JB.01657-07 |url=http://jb.asm.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=18178732}}</ref> Treba napomenuti, međutim, da evolucijski mehanizmi oblikovanja genoma bakterijskih virusa variraju između različitih porodica i zavise od vrste nukleinskih kiselina, karakteristika virionske strukture, kao i načina virusnog životnog ciklusa.<ref name="pmid22126996">{{cite journal |authors=Krupovic M, Prangishvili D, Hendrix RW, Bamford DH |title=Genomics of bacterial and archaeal viruses: dynamics within the prokaryotic virosphere |journal=Microbiology and Molecular Biology Reviews : MMBR |volume=75 |issue=4 |pages=610–35 |date=decembar 2011 |pmid=22126996 |pmc=3232739 |doi=10.1128/MMBR.00011-11 |url=http://mmbr.asm.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=22126996}}</ref>
 
== Reference ==
{{Refspisak|2}}
 
== Vanjski linkovi ==
* [https://web.archive.org/web/20110511150148/http://www.egilsjolander.com/E_coli.mp4 Animation of bacteriophage targeting E. coli bacteria]
* [https://web.archive.org/web/20110510203323/http://www.bacteriophagetherapy.info/ Häusler, T. (2006) "Viruses vs. Superbugs", Macmillan]