Prophages

Gibi Profajdan kurtulma ılıman bakteriyofajların faj DNA'sı, bakteriyel konakçı hücrede bulunduğunda denir. Bakteriyofajlar 1917'de Félix Hubert d’Hérelle tarafından keşfedildi. Belirli bakterilere adapte olmuş virüslerdir. Araştırmanın ilerleyen safhalarında, yüksek virülanslı litik faj ile sessiz profajlı ılıman faj ve lizojenik döngü arasında bir ayrım yapılmıştır.

Peygamberler nedir?

Ilıman bakteriyofajın kehaneti, konakçı hücrede bir plazmid olarak mevcut olabilir veya bakteriyel DNA'ya entegre edilebilir. Bunun için ılıman faj, faj DNA'sı enjekte edildiğinde lizojenik döngüyü benimsemelidir. Lytic döngü ile lizojenik döngü arasında bir ayrım yapılır. Litik döngü, genetik materyalin enjeksiyonundan sonra konakçı hücrenin hızlı replikasyonuna ve ardından lizizine neden olurken, lizojenik döngüde fajdan gelen baskılayıcı genler, litik döngüyü, yani hücrenin hızlı çözünmesini baskılamak için konakçı hücreye enjekte edilir.

Ilıman faj, hakim çevresel koşullara bağlı olarak litik ve lizojenik döngü arasında geçiş yapabilir. Litik döngü, faj genlerinin konakçı hücre içinde işleyişinin geleneksel yolunu ifade eder. Konakçı hücre içinde hızlı replikasyon, viral DNA'nın enjeksiyonundan sonra gerçekleşir. Viral DNA'ya ek olarak kapsid ve kuyruk lif proteinleri kopyalandıktan ve tek tek parçalardan çok sayıda yeni viral partikül birleştirildikten sonra, konak hücrenin hücre duvarı lizozim tarafından ayrıştırılır. Hücre duvarı çözüldüğünde, yeni fajlar salınır ve DNA'ları artık diğer bakteri hücrelerine enjekte edilebilir. Bu işlem yaklaşık bir saatte tamamlanır.

Yeni viral partikül sayısının fazla olması nedeniyle, bu yaklaşım "virülan form" olarak adlandırılır. Konakçının hücre duvarı lizozim vasıtasıyla tahrip edildiğinden, "litik döngü" terimi kullanılır. Ilıman faj durumunda, hızlı replikasyon ve ardından konakçı hücrenin parçalanması zorunlu olarak yürürlüğe girmek zorunda değildir. Mevcut çevresel faktörlere bağlı olarak, ılıman faj, litik ve lizojenik döngü arasında geçiş yapabilir. Litik döngü, baskılayıcı genlerin enjekte edilmesiyle bastırılabilir ve lizojenik döngü sonsuza kadar başlayabilir.

Lizojenik döngüde, faj genetik materyali, tohumun genetik materyaline eklenir ve burada belirsiz bir süre hayatta kalabilir. Enjekte edilen genetik materyal "hareketsiz" olarak adlandırılır ve "profilaksi" olarak tanımlanır. Prophage, konakçı hücrenin sitoplazmasında bir plazmid olarak uzanabilir veya bakterinin genetik materyaline entegre edilebilir.

Viral genetik materyalin entegrasyonu yüksek derecede uzmanlık gerektirir. Ilıman fajların genomu, yalnızca bakteri DNA'sındaki belirli konumlara bağlanabilir. Tersine, münferit ılıman faj suşlarının genetik materyali her zaman bakteri genomunda aynı yerlerde tanımlanabilir.

Başarılı adaptasyon, kehanetleri bakteri hücre bölünmesinden faydalananlar haline getiriyor. Konakçı hücre mitozu böldüğünde, viral genetik materyal aktarılır. Diğer bakterilere daha fazla bulaşma, konjugasyon yoluyla gerçekleşebilir. Bu nedenle kehanetler, tüm bakteri suşlarına farklı bulaşma yollarıyla yayılabilir. UV ışığı veya belirli kimyasallar gibi çevresel etkiler nedeniyle, profilaktik döngüye geri dönebilir ve agresif çoğaltma için çabalayabilir.

Kehanet aynı zamanda konak hücrenin transkripsiyon işlemlerinden de yararlanır: fajın enjekte edilen baskılayıcı genleri, bakterinin belirli enzimleri tarafından DNA hasarı olarak tanınır ve parçalanır. Bastırıcı genlerin bozunması, konakçı hücre içinde kendi kendine zarar verir. Lytic döngü artık bastırılamaz ve profaj, lizojenik durumdan agresif replikasyona değişir, bu da bakteriyel hücre duvarının müteakip çözünmesiyle sona erer.

Oluşum, Dağıtım ve Özellikler

Fajlar, bireysel bakteri türlerine adapte olmuş oldukça özel virüslerdir. Yani her bakteriyofaj her bakteriye erişemez. Bakteriyofaj için spesifik konak hücre olmadan çoğaltma mümkün değildir. Güçlü uzmanlaşma, bakteriyofajların, konakçı hücrelerinin bulunduğu arazide bulunabileceği anlamına gelir.

Aynı şey, kehanetler için daha da büyük ölçüde doğrudur. Peygamberler geleneksel virüsler olmadıklarından ve kendilerini yalnızca konakçı organizma içinde viral kalıtsal materyal olarak sundukları için, yalnızca tanım nedeniyle atanan hücrelerin dışında bulunamazlar.

Ek olarak, deniz suyunda tek başına bakteriyofajların çok sayıda (10 üzeri 30) olduğu ve bu nedenle tüm gezegende canlılardan daha fazla faj bulunduğu belirtilmelidir. Aksine, çok az sayıda resmi olarak araştırılmış on dokuz bakteriyofaj vardır, bu da oluşum hakkında kesin bir açıklama yapmayı zorlaştırır.

Anlam ve işlev

Faj tedavisi 1920'lerde geliştirildi ve günümüze kadar çeşitli bulaşıcı hastalıklarla mücadele etmek için Doğu Avrupa'da başarıyla kullanıldı. Faj tedavisinin avantajları açıktır: bakteriyofajlar yalnızca tek tek bakteri türlerine zarar verirken, antibiyotikler vücuttaki bakteriler üzerinde genellikle zararlı bir etkiye sahiptir.

1940'larda penisilinin keşfi, Batı'da yoğun antibiyotik kullanımına ve sonuç olarak faj araştırmalarının sona ermesine yol açtı. Daha sonra sayısız antibiyotik direncinin oluşması, 1990'larda bakteriyofajlara olan ilginin artmasını tetikledi.

Faj tedavisi, agresif virülans ve yalnızca litik bir döngüye sahip bakteriyofajlara odaklanırken, ılıman bakteriyofajlar ve kehanet şimdiye kadar yalnızca ikincil bir rol oynadı.

Hastalıklar ve rahatsızlıklar

Bazı patojenler, virülanslarını ancak kehanetlerle ortakyaşam yoluyla geliştirebilirler. Clostridium botulinum, korkunç botulinum toksinini ancak entegre faj DNA'sının yardımıyla üretebilir. Streptococcus pyogenes, kızıl ateşini yalnızca profil DNA ile kombinasyon halinde tetikleyebilir.

Vibrio cholerae, yalnızca özel kehanet yoluyla kolera üretir. Bu aynı zamanda insan tıbbı için fajların önemini de göstermektedir. Sorumlu kehanetler özel olarak kapatılabilirse, tüm bakteri türleri patojenik potansiyellerini kaybedebilir.