bakteriofagin ovat viruksia, jotka tartuttavat bakteereita ja lisääntyvät prosessissa. Jokaiselle bakteerille on myös erityinen bakteriofagi. Bakteriofageja käytetään lääketieteessä ja geenitekniikassa.
Mitä bakteriofaagit ovat?
Bakteriofaagit ovat ryhmä viruksia, jotka tartuttavat bakteereja ja archaeaa (alkukantoja). Näin toimiessaan ne jatkavat lisääntymistä tuhoamalla bakteerin.
Jokaiselle bakteerille on erityinen bakteriofagi, joka perustuu lukko- ja avainperiaatteisiin. Perinteisen määritelmän mukaan bakteriofaagit, kuten kaikki virukset, eivät ole eläviä olentoja. He ovat lisääntymisessä riippuvaisia isännästä. Mikään biokemiallinen prosessi ei tapahdu isännän ulkopuolella. Faagit käyttävät isäntänsä entsyymejä tähän.
Bakteriofagit koostuvat vain DNA: sta tai RNA: sta, joita ympäröi proteiinikerros. Suurimmalla osalla faagien geenimateriaalia on kuitenkin DNA.
Faagit kuvasi ensimmäisen kerran vuonna 1917 kanadalainen biologi Félix Hubert d’Hérelle. Eri faagien rakenne on erilainen. Pohjimmiltaan bakteriofaagit koostuvat useista komponenteista. Pääpaino oli ns. T-faagien rakenteessa, jotka saastuttavat myös Escherichia coli -bakteerin.
T-faagit koostuvat monikerroksisesta päästä, joka on yhdistetty pitkänomaiseen injektiokanavaan (injektiolaite) kaulan kautta. Pohjalevy, jossa on häntäkuitu ja piikit, sijaitsee injektiolaitteen alla. Pää on kapsiidi, joka sisältää nukleiinihappoa. Kapsiidi, injektiokanava ja pohjalevy on valmistettu proteiinista. Häntäkuidut ja piikit ankkuroivat faagin bakteerin soluseinämään.
Tapahtumat, jakauma ja ominaisuudet
Bakteriofaagit ovat yleisiä. Merivedessä on noin 10 - 30 bakteriofagin tehoa. Jokaiselle bakteerille on myös vastaava faagi.
Bakteriofaagien kertolasku voidaan jakaa viiteen vaiheeseen. Ensinnäkin faagi imeytyy tiettyyn soluseinämän reseptoriin. Häntälankojen päät kiinnittyvät kennon pintaan. Seuraavassa vaiheessa faagi injektoi DNA: nsa tai RNA: nsa bakteereihin. Tyhjät proteiinikuoret jäävät bakteerin pinnalle. Kolmatta vaihetta kutsutaan latenssivaiheeksi, jossa faageja ei voida havaita. Useita tunteja kestävän latenssivaiheen aikana alkaa translaatio viruksen mRNA: han ja replikaatio virusnukleiinihappoon. Ns. Tuotantovaiheessa syntyy virusproteiineja. Sitten seuraavassa kypsymisvaiheessa yksittäiset viruskomponentit koostuvat. Kun viruksentuotanto on valmis, muuttuneen bakteerisolun tuottama lysotsyymi liuottaa bakteerin ja vapauttaa tuotetut faagit.
Merkitys ja toiminta
Nykyään bakteriofageja käytetään jo laajalti monilla alueilla. Erityiset sovellusalueet avautuvat lääketieteessä, biologiassa tai maatalouden tekniikassa. Lääketieteessä bakteriofageja käytetään bakteerikantojen havaitsemiseen niiden spesifisyyden vuoksi tietyille bakteereille. Tätä sovellusaluetta kutsutaan lysotyypiksi.
Parhaillaan tehdään intensiivistä tutkimusta bakteerien torjumiseksi bakteereja käyttämällä infektioissa. Tämän tutkimusalueen merkitys kasvaa, etenkin yhä kasvavan määrän antibioottiresistenttien bakteerikantojen vaikutuksesta. Faagien heikko stabiilisuus kehossa on kuitenkin ongelmallista. Kehon omat fagosyytit eliminoivat ne heti.
Félix Hubert d’Hérelle on jo harkinnut tätä mahdollista sovellusta. Antibioottien löytämisen ja käyttöönoton jälkeen tutkimukset tästä mahdollisesta sovelluksesta unohtivat kuitenkin kokonaan. D’Hérellen vuonna 1934 perustama Eliava-faagi-tutkimuslaitos on kuitenkin edelleen olemassa Tbilisissä, Georgiassa. Yhdessä Puolan Wrocławin kaupungin Ludwik Hirszfeldin immunologian ja kokeellisen terapian instituutin kanssa tutkitaan tänään vaihtoehtoisia menetelmiä torjua antibioottiresistenttejä bakteereja faagien avulla.
Faageja käytetään myös monin eri tavoin elintarviketeollisuudessa. Esimerkiksi juuston tai makkaran pakkaamisessa käytetään erilaisia faagisuihkeita niiden suojelemiseksi bakteereilta.
Geenitekniikka on myös suuri sovellusalue. Esimerkiksi faageja käytetään nyt vektoreina tietyille geeneille ja viedään bakteereihin. Tätä menetelmää käyttämällä voitaisiin tuottaa insuliinia tuottavia Escherichia colin bakteerikantoja.
Nämä vektorit ovat myös yhä tärkeämpiä muiden vaikuttavien aineiden tuotannossa. Lisäksi joitain niistä voidaan käyttää geneettisten vikojen torjuntaan.
Sairaudet ja vaivat
Bakteriofaagit eivät kuitenkaan osoita vain positiivisia vaikutuksia. Jotkut vakavat tartuntataudit puhkeutuvat vain faagien avulla. Kurkkumätä laukaisee bakteeri Corynebacterium diphtheriae. Tauti voi kuitenkin puhkeaa vain, jos Corynebacterium diphtheriae on samanaikaisesti infektoitunut bakteriofaageilla. Faageilla tartunnan jälkeen nämä bakteerit tuottavat ominaista toksiinia, joka aiheuttaa vakavia, joskus hengenvaarallisia oireita.
Sairaus alkaa oireilla, kuten nielemisvaikeudet, väsymys, pahoinvointi ja vatsakipu. Mantelissa on valkoinen päällyste, joka tuoksuu huonosti ja makealta. Usein on komplikaatioita, kuten keuhkokuume tai sydänlihatulehdus, jotka voivat olla kohtalokkaita.
Toinen bakteriofaagien aiheuttama sairaus on skarlátkuume. Scarlet kuumetta aiheuttavat bakteerifageilla infektoidut streptokokit. Tämän infektion seurauksena bakteerit tuottavat erityisen salaperäisen toksiinin. Siellä on vakavia oireita, joissa on vilunväristyksiä, kuumetta, oksentelua ja kurkkukipua. Aluksi kieli on valkoinen, mutta muutaman päivän kuluttua se muuttuu vadelmapunaiseksi. Ihottumaa esiintyy myös. Jos bakteeria ei saanut bakteriofagia, se johtaisi vain vaarattomaan tonsilliittiin.
Koleraa aiheuttaa myös bakteerit, jotka ovat saaneet bakteerofaageja, nimeltään Vibrio cholerae.
