Lytische cyclus van bacteriofagen

Bacteriofagen, ook wel fagen genoemd, zijn gespecialiseerde virussen die bacteriën infecteren. Een belangrijk kenmerk van fagen is hun kenmerkende "kopstaart" -morfologie. Een faag begint het infectieproces (dwz de lytische cyclus) door zich aan de buitenkant van een bacteriële cel te hechten. De aanhechting vindt plaats via eiwitten in de faagstaart die binden aan specifieke receptoreiwitten op het buitenoppervlak van de bacterie. De staart injecteert het DNA-genoom van de faag in het bacteriële cytoplasma. In de lytische replicatiecyclus gebruikt de faag de cellulaire machinerie van de bacterie om eiwitten te maken die cruciaal zijn voor de replicatie en verspreiding van de faag. Sommige van deze eiwitten zorgen ervoor dat de gastheercel water opneemt en barst, of lyseert, nadat de faagreplicatie is voltooid, waardoor honderden fagen vrijkomen die nieuwe bacteriële cellen kunnen infecteren.

Faagtherapie

Sinds het begin van de 20e eeuw hebben onderzoekers de potentiële waarde ingezien van lytische bacteriofagen bij het bestrijden van bacteriële infecties bij gewassen, mensen en landbouwhuisdieren. Omdat elk type faag alleen specifieke soorten bacteriën kan infecteren en lyseren, vertegenwoordigen fagen een zeer specifieke vorm van antibacteriële behandeling. Deze kwaliteit staat in contrast met de bekende antibiotica die we vaak gebruiken voor bacteriële infecties, meestal breedspectrumbehandelingen die zowel pathogene als nuttige bacteriën doden. Het wijdverbreide gebruik van breedspectrumantibiotica heeft geleid tot de evolutie van bacteriële resistentie tegen hele klassen van deze geneesmiddelen, waardoor eenmaal behandelbare infecties potentieel dodelijk kunnen zijn. Naarmate meer pathogene bacteriën resistent worden tegen antibiotica, kan smalspectrum faagtherapie een nuttig alternatief worden. Omdat fagen zeer specifiek zijn in de bacteriën die ze infecteren, zou de evolutie van resistentie tegen fagen ook beperkt blijven tot de specifieke bacteriestam.

Er moeten echter verschillende obstakels worden overwonnen voordat faagtherapie een levensvatbaar alternatief wordt voor antibiotica. De hoge specificiteit van fagen is bijvoorbeeld ook een nadeel, omdat verschillende fagen nodig zouden zijn voor elke soort van de bacteriële pathogeen of zelfs bacteriestam binnen een pathogene soort. Het zou daarom moeilijk zijn om op grote schaal fagen voor veel verschillende bacteriële infecties te produceren. Bovendien zou het vanwege faagspecificiteit nodig zijn om de specifieke bacteriestam te kennen die een infectie veroorzaakt, of om een cocktail van meerdere verschillende fagen te gebruiken bij de behandeling en te hopen dat een van hen overeenkomt met de pathogene bacteriën. Ondanks deze nadelen blijft faagtherapie een actief onderzoeksgebied.