Bakteriofágy jsou viry které infikují bakterie a množit se v tomto procesu. Pro každou bakterii existuje také specifický bakteriofág. Bakteriofágy se používají v medicíně a genetické inženýrství.
Co jsou bakteriofágy?
Bakteriofágy představují skupinu viry které infikují bakterie a archaea (primordiální bakterie). Přitom pokračují v replikaci a ničení bakterie. Pro každou bakterii existuje specifický bakteriofág podle principu zámku a klíče. Bakteriofágy, podle tradiční definice, jako všechny viry, nejsou živé organismy. Jejich reprodukce závisí na hostiteli. Mimo hostitele nedochází k žádným biochemickým procesům. Fágy používají enzymy hostitele pro tento účel. Bakteriofágy se skládají pouze z DNA nebo RNA, které jsou obklopeny proteinovým obalem. Drtivá většina fágů však vlastní DNA jako svůj genetický materiál. Fágy poprvé popsal v roce 1917 kanadský biolog Félix Hubert d'Hérelle. Struktura různých fágů se liší. V zásadě se bakteriofágy skládají z několika složek. Zkoumána byla hlavně struktura tzv. T-fágů, které mimo jiné infikují také bakterii Escherichia coli. T fágy se skládají z mnohostěnu hlava, který je připojen přes a krk do podlouhlého vstřikovacího kanálu (vstřikovací zařízení). Pod vstřikovacím zařízením je základní deska s ocasním vláknem a hroty. The hlava je kapsida, která obsahuje nukleovou kyselinu. Kapsida, injekční kanál a základní deska jsou vyrobeny z bílkovin. Ocasní vlákno a hroty slouží k ukotvení fága k buněčné stěně bakterie.
Výskyt, distribuce a charakteristiky
Bakteriofágy jsou univerzálně distribuovány. Přibližně 10 na sílu 30 bakteriofágů je přítomno v mořská voda. Pro každou bakterii existuje také odpovídající fág. Šíření bakteriofágů lze rozdělit do pěti fází. Nejprve je fág absorbován na specifickém receptoru buněčné stěny. Konce ocasních vláken se připevňují k povrchu buňky. V dalším kroku fág vstřikuje svou DNA nebo RNA do bakterie. Tak zůstanou prázdné bakteriální obaly na bakteriálním povrchu. Třetí fáze se nazývá fáze latence, během níž nelze detekovat žádný fág. Během fáze latence, která trvá několik hodin, začíná translace do virové mRNA a replikace do virové nukleové kyseliny. V takzvané produkční fázi je virová Proteinů jsou produkovány. Poté, v následující fázi zrání, jsou jednotlivé virové složky sestaveny. Po dokončení produkce viru, a lysozym produkovaný remodelovanou bakteriální buňkou rozpouští bakterii a uvolňuje produkované fágy.
Význam a funkce
Dnes jsou bakteriofágy již široce používány v mnoha oblastech. Zvláštní oblasti použití se otevírají v medicíně, biologii nebo zemědělském inženýrství. V medicíně se bakteriofágy používají k detekci bakteriálních kmenů kvůli jejich specifické specifičnosti bakterie. Tato oblast použití se nazývá lysotypie. V současné době probíhá intenzivní výzkum v boji proti bakteriím pomocí bakteriofágů při infekcích. Zejména pod dojmem stále rostoucího počtu antibiotikum rezistentních bakteriálních kmenů získává tato oblast výzkumu stále větší význam. Nízká stabilita fágů v těle je však problematická. Okamžitě jsou vylučovány fagocyty těla. Tuto možnou aplikaci v zásadě již zvažoval Félix Hubert d'Hérelle. Po objevu a zavedení antibiotika, byly výsledky výzkumu této možné aplikace zcela zapomenuty. Institut pro výzkum fágů Eliava, založený D'Hérelle v roce 1934, však v Gruzii v Tbilisi stále existuje. Společně s Institutem pro imunologii a experimenty Ludwika Hirszfelda Terapie v polské Vratislavi se dnes provádí výzkum alternativních způsobů boje antibiotikumbakterie rezistentní pomocí fágů. Fágy se také používají v potravinářském průmyslu různými způsoby. Například různé spreje fágů se používají k balení sýrů nebo uzenin k jejich ochraně před bakteriemi. Genetické inženýrství je také hlavní oblastí použití. Dnes se například fágy používají jako vektory pro určité geny a zavádějí se do bakterií. Pomocí této metody inzulínmohly by být generovány produkující bakteriální kmeny Escherichia coli. Tyto vektory jsou také stále důležitější pro produkci dalších účinných látek. Dále je lze částečně použít k boji proti genetickým vadám.
Nemoci a poruchy
Bakteriofágy však nevykazují pouze pozitivní účinky. Některé vážné infekční choroby propuknout pouze za účasti fágů. Například, záškrt je způsobena bakterií Corynebacterium diphtheriae. Toto onemocnění však může propuknout, pouze pokud je Corynebacterium diphtheriae současně infikován bakteriofágy. Po infekci fágy tyto bakterie produkují charakteristický toxin, který způsobuje závažné, někdy život ohrožující příznaky. Onemocnění začíná příznaky, jako jsou potíže s polykáním, malátnost, nevolnost a bolest břicha. Na mandlích se objeví bílý povlak, který má špinavý, sladký zápach. Komplikace jako např pneumonie or myokarditida jsou běžné a mohou být smrtelné. Dalším onemocněním způsobeným bakteriofágy je šarlatový horečka. Purpur horečka je způsobeno streptokoky infikovaní bakteriofágy. Díky této infekci produkují bakterie obzvláště zákeřný toxin. Závažné příznaky nemoci se vyskytují u zimnice, horečka, zvracení a zánět hltanu. Zpočátku, jazyk je potažen bílou, ale po několika dnech zčervená malinově. A kožní vyrážka také dochází. Pokud by bakterie nebyla infikována bakteriofágy, bylo by to jen vést neškodný angína. Cholera je také způsobena bakterií infikovanou bakteriofágy zvanou Vibrio cholerae.
