16.3: Cykl lityczny bakteriofagów

Bakteriofagi, znane również jako fagi, to wyspecjalizowane wirusy, które infekują bakterie. Kluczową cechą fagów jest ich charakterystyczna morfologia “głowa-ogon”. rozpoczyna proces infekcji (tj. cykl lityczny) poprzez przyczepienie się na zewnątrz komórki bakteryjnej. Przyłączanie odbywa się za pomocą białek w ogonie faga, które wiążą się ze specyficznymi białkami receptorowymi na zewnętrznej powierzchni bakterii. Ogon wstrzykuje genom DNA faga do cytoplazmy bakteryjnej. W cyklu replikacji litycznej wykorzystuje maszynerię komórkową bakterii do wytwarzania białek, które mają kluczowe znaczenie dla replikacji i dyspersji faga. Niektóre z tych białek powodują, że komórka gospodarza pobiera wodę i pęka lub ulega lizie po zakończeniu replikacji faga, uwalniając setki fagów, które mogą infekować nowe komórki bakteryjne.

Terapia fagowa

Od początku XX wieku naukowcy dostrzegają potencjalną wartość bakteriofagów litycznych w zwalczaniu infekcji bakteryjnych u roślin uprawnych, ludzi i zwierząt hodowlanych. Ponieważ każdy rodzaj faga może infekować i lizować tylko określone rodzaje bakterii, fagi stanowią wysoce specyficzną formę leczenia przeciwbakteryjnego. Ta jakość kontrastuje ze znanymi antybiotykami, które często przyjmujemy w przypadku infekcji bakteryjnych, które są zazwyczaj terapiami o szerokim spektrum działania, które zabijają zarówno chorobotwórcze, jak i pożyteczne bakterie. Powszechne stosowanie antybiotyków o szerokim spektrum działania spowodowało ewolucję oporności bakterii na całe klasy tych leków, co sprawia, że niegdyś uleczalne infekcje są potencjalnie śmiertelne. Ponieważ coraz więcej bakterii chorobotwórczych rozwija oporność na antybiotyki, terapia fagowa o wąskim spektrum może stać się użyteczną alternatywą. Ponieważ fagi są wysoce specyficzne w bakteriach, które infekują, ewolucja oporności na fagi byłaby również ograniczona do konkretnego szczepu bakterii.

Należy jednak pokonać kilka przeszkód, aby terapia fagowa stała się realną alternatywą dla antybiotyków. Na przykład wadą jest również wysoka specyficzność fagów, ponieważ dla każdego gatunku patogenu bakteryjnego, a nawet szczepu bakterii w obrębie gatunku chorobowego, potrzebne byłyby różne fagi. W związku z tym trudno byłoby wyprodukować fagi dla wielu różnych infekcji bakteryjnych na dużą skalę. Ponadto, ze względu na specyficzność fagów, konieczne byłoby albo poznanie konkretnego szczepu bakteryjnego, który powoduje infekcję, albo użycie koktajlu wielu różnych fagów w leczeniu i nadzieja, że jeden z nich pasuje do bakterii chorobotwórczych. Pomimo tych wad terapia fagowa pozostaje aktywnym obszarem badań.