Bakteriyofaj

Bakteriyofaj bakterileri enfekte eden ve bu süreçte çoğalan virüslerdir. Ayrıca her bakteri için belirli bir bakteriyofaj vardır. Bakteriyofajlar tıpta ve genetik mühendisliğinde kullanılmaktadır.

Bakteriyofaj nedir?

Bakteriyofajlar, bakteri ve arkeleri (ilk bakteriler) enfekte eden bir virüs grubudur. Bunu yaparken de bakteriyi yok ederek çoğalmaya devam ederler.

Her bakteri için kilit ve anahtar prensibine dayanan özel bir bakteriyofaj vardır. Geleneksel tanıma göre bakteriyofajlar, tüm virüsler gibi, yaşayan varlıklar değildir. Üremeleri için bir konağa bağımlıdırlar. Konak dışında hiçbir biyokimyasal işlem gerçekleşmez. Fajlar bunun için konakçılarının enzimlerini kullanır.

Bakteriyofajlar, yalnızca bir protein kaplamasıyla çevrili DNA veya RNA'dan oluşur. Bununla birlikte, fajların büyük çoğunluğunda genetik materyal olarak DNA bulunur.

Fajlar ilk olarak 1917'de Kanadalı biyolog Félix Hubert d’Hérelle tarafından tanımlandı. Çeşitli fajların yapısı farklıdır. Temel olarak bakteriyofajlar birkaç bileşenden oluşur. Ana odak noktası, Escherichia coli bakterisine de bulaşan sözde T fajlarının yapısı üzerineydi.

T-fajlar, bir boyun vasıtasıyla uzun bir enjeksiyon kanalına (enjeksiyon cihazı) bağlanan çok yüzlü bir kafadan oluşur. Kuyruk lifi ve sivri uçlu taban plakası enjeksiyon cihazının altında bulunur. Baş, nükleik asit içeren bir kapsiddir. Kapsid, enjeksiyon kanalı ve taban plakası proteinden yapılmıştır. Kuyruk lifleri ve sivri uçlar, fajı bakterinin hücre duvarına tutturmaya yarar.

Oluşum, Dağıtım ve Özellikler

Bakteriyofajlar evrenseldir. Deniz suyunda yaklaşık 10 ila 30 bakteriyofaj vardır. Ayrıca her bakteri için karşılık gelen bir faj vardır.

Bakteriyofajların çoğalması beş aşamaya ayrılabilir. İlk olarak faj, belirli bir hücre duvarı reseptöründe emilir. Kuyruk ipliklerinin uçları hücre yüzeyine bağlanır. Bir sonraki adımda faj, DNA'sını veya RNA'sını bakteriye enjekte eder. Boş protein kabukları bakteri yüzeyinde kalır. Üçüncü aşama, hiçbir fajın tespit edilemediği gecikme aşaması olarak adlandırılır. Birkaç saat süren gecikme fazı sırasında, viral mRNA'ya translasyon ve viral nükleik aside replikasyon başlar. Sözde üretim aşamasında viral proteinler yaratılır. Ardından, sonraki olgunlaşma aşamasında, tek tek virüs bileşenleri oluşturulur. Virüs üretimi tamamlandıktan sonra, dönüştürülmüş bakteri hücresi tarafından üretilen bir lizozim, bakteriyi çözer ve üretilen fajları serbest bırakır.

Anlam ve işlev

Günümüzde bakteriyofajlar birçok alanda zaten yaygın olarak kullanılmaktadır. Tıpta, biyolojide veya ziraat mühendisliğinde özel uygulama alanları açılmaktadır. Tıpta, bakteriyofajlar, belirli bakteriler için özgüllükleri nedeniyle bakteri türlerini tespit etmek için kullanılır. Bu uygulama alanına lizotip denir.

Şu anda enfeksiyonlarda bakteriyofajlar kullanarak bakterilerle mücadele konusunda yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Bu araştırma alanı, özellikle artan sayıda antibiyotiğe dirençli bakteri suşlarının etkisiyle önem kazanmaktadır. Bununla birlikte, vücuttaki fajların zayıf stabilitesi sorunludur. Vücudun kendi fagositleri tarafından anında elimine edilirler.

Félix Hubert d’Hérelle bu olası uygulamayı zaten değerlendirdi. Ancak antibiyotiklerin keşfedilmesi ve piyasaya sürülmesinden sonra, bu olası uygulamaya ilişkin araştırma sonuçları tamamen unutuldu. Bununla birlikte, 1934'te D'Hérelle tarafından kurulan Eliava Phage Araştırma Enstitüsü, Gürcistan'ın Tiflis kentinde hala var. Polonya, Wroclaw'dan Ludwik Hirszfeld İmmünoloji ve Deneysel Terapi Enstitüsü ile birlikte, fajlar kullanarak antibiyotiğe dirençli bakterilerle mücadelede alternatif yöntemler üzerinde araştırmalar yürütülüyor.

Fajlar ayrıca gıda endüstrisinde birçok farklı şekilde kullanılmaktadır. Örneğin, peynir veya sosisleri bakterilerden korumak için paketlerken çeşitli faj spreyleri kullanılır.

Genetik mühendisliği de geniş bir uygulama alanıdır. Örneğin, fajlar artık belirli genler için vektörler olarak kullanılıyor ve bakterilere dahil ediliyor. Bu yöntemi kullanarak, insülin üreten Escherichia coli bakteriyel suşları oluşturulabilir.

Bu vektörler, diğer aktif maddelerin üretimi için de giderek daha önemli hale geliyor. Ek olarak, bazıları genetik kusurlarla savaşmak için kullanılabilir.

Hastalıklar ve rahatsızlıklar

Ancak bakteriyofajlar sadece olumlu etki göstermezler. Bazı ciddi bulaşıcı hastalıklar ancak fajların yardımıyla ortaya çıkar. Difteri, Corynebacterium diphtheriae bakteri tarafından tetiklenir. Bununla birlikte, hastalık ancak Corynebacterium diphtheriae aynı anda bakteriyofajlarla enfekte olursa ortaya çıkabilir. Fajlarla enfeksiyondan sonra, bu bakteriler şiddetli, bazen yaşamı tehdit eden semptomlara neden olan karakteristik toksini üretir.

Hastalık, yutma güçlüğü, yorgunluk, mide bulantısı ve karın ağrısı gibi belirtilerle başlar. Bademlerin üzerinde kötü, tatlı kokan beyaz bir kaplama var. Çoğunlukla ölümcül olabilen pnömoni veya miyokardit gibi komplikasyonlar vardır.

Bakteriyofajların neden olduğu bir başka hastalık da kızıldır. Kızıl ateş, bakteriyofajlarla enfekte olmuş streptokoklardan kaynaklanır. Bu enfeksiyonun bir sonucu olarak, bakteri özellikle sinsi bir toksin üretir. Üşüme, ateş, kusma ve boğaz ağrısıyla birlikte şiddetli semptomlar vardır. İlk başta dil beyazdır, ancak birkaç gün sonra ahududu kırmızısına döner. Bir kızarıklık da oluşur. Bakteri bakteriyofajla enfekte olmasaydı, yalnızca zararsız bademcik iltihabına yol açardı.

Kolera ayrıca Vibrio cholerae adı verilen bakteriyofajlarla enfekte olmuş bir bakteriden kaynaklanır.