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16.3: Ciclo Lítico de Bacteriófagos
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Lytic Cycle of Bacteriophages
 
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16.3: Lytic Cycle of Bacteriophages

16.3: Ciclo Lítico de Bacteriófagos

Bacteriophages, also known as phages, are specialized viruses that infect bacteria. A key characteristic of phages is their distinctive “head-tail” morphology. A phage begins the infection process (i.e., lytic cycle) by attaching to the outside of a bacterial cell. Attachment is accomplished via proteins in the phage tail that bind to specific receptor proteins on the outer surface of the bacterium. The tail injects the phage’s DNA genome into the bacterial cytoplasm. In the lytic replication cycle, the phage uses the bacterium’s cellular machinery to make proteins that are critical for the phage’s replication and dispersal. Some of these proteins cause the host cell to take in water and burst, or lyse, after phage replication is complete, releasing hundreds of phages that can infect new bacterial cells.

Phage Therapy

Since the early 20th century, researchers have recognized the potential value of lytic bacteriophages in combating bacterial infections in crops, humans, and agricultural animals. Because each type of phage can infect and lyse only specific types of bacteria, phages represent a highly specific form of anti-bacterial treatment. This quality stands in contrast to the familiar antibiotic drugs that we often take for bacterial infections, which are typically broad-spectrum treatments that kill both pathogenic and beneficial bacteria. The widespread use of broad-spectrum antibiotics has caused the evolution of bacterial resistance to whole classes of these drugs, rendering once treatable infections potentially deadly. As more pathogenic bacteria evolve resistance to antibiotics, narrow-spectrum phage therapy may become a useful alternative. Because phages are highly specific in the bacteria that they infect, the evolution of resistance to phages would also be limited to the particular strain of bacteria.

However, several obstacles must be overcome for phage therapy to become a viable alternative to antibiotics. For instance, the high specificity of phages is also a drawback, because different phages would be needed for each species of the bacterial pathogen or even strain of bacteria within a pathogenic species. It would, therefore, be difficult to produce phages for many different bacterial infections at a large scale. Furthermore, because of phage specificity, it would be necessary to either know the particular bacterial strain that is causing an infection or use a cocktail of multiple different phages in the treatment and hope that one of them matches the pathogenic bacteria. Despite these drawbacks, phage therapy remains an active area of research.

Bacteriófagos, também conhecidos como fagos, são vírus especializados que infectam bactérias. Uma característica fundamental dos fagos é a sua morfologia distinta de “cauda-cabeça”. Um fago inicia o processo de infeção (ou seja, o ciclo lítico) prendendo-se ao exterior de uma célula bacteriana. A ligação é realizada através de proteínas na cauda do fago que se ligam a proteínas receptoras específicas na superfície externa da bactéria. A cauda injeta o genoma do DNA do fago no citoplasma bacteriano. No ciclo de replicação lítica, o fago usa a maquinaria celular da bactéria para fazer proteínas que são críticas para a replicação e dispersão do fago. Algumas dessas proteínas fazem com que a célula hospedeira incorpore água e exploda, ou lise, após a replicação do fago estar completa, libertando centenas de fagos que podem infectar novas células bacterianas.

Terapia por Fagos

Desde o início do século XX que investigadores reconhecem o valor potencial dos bacteriófagos líticos no combate a infeções bacterianas em culturas, humanos e animais agrícolas. Como cada tipo de fago pode infectar e lisar apenas tipos específicos de bactérias, os fagos representam uma forma altamente específica de tratamento antibacteriano. Essa qualidade contrasta com os familiares antibióticos que muitas vezes tomamos para infeções bacterianas, que são tipicamente tratamentos de amplo espectro que matam bactérias patogénicas e benéficas. O uso generalizado de antibióticos de amplo espectro tem causado a evolução de resistência bacteriana a classes inteiras desses fármacos, tornando infeções outrora tratáveis em potencialmente mortais. À medida que mais bactérias patogénicas adquirem resistência aos antibióticos, a terapia de fagos de curto espectro pode tornar-se uma alternativa útil. Como os fagos são altamente específicos para as bactérias que infectam, a evolução de resistência aos fagos também se limitaria a essa variedade particular de bactérias.

No entanto, vários obstáculos devem ser superados para que a terapia por fagos se torne uma alternativa viável aos antibióticos. Por exemplo, a alta especificidade dos fagos também é uma desvantagem, pois diferentes fagos seriam necessários para cada espécie de agente patogénico bacteriano ou mesmo variedade de bactérias dentro de uma espécie patogénica. Seria, portanto, difícil produzir fagos para muitas infeções bacterianas diferentes em grande escala. Além disso, devido à especificidade do fago, seria necessário conhecer a estirpe bacteriana em particular que está a causar uma infeção ou usar uma combinação de múltiplos fagos diferentes no tratamento e esperar que uma delas corresponda às bactérias patogénicas. Apesar dessas desvantagens, a terapia por fagos continua a ser uma área de investigação ativa.


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