Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

16.3: Lytische cyclus van bacteriofagen
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Lytic Cycle of Bacteriophages
 
TRANSCRIPT

16.3: Lytic Cycle of Bacteriophages

16.3: Lytische cyclus van bacteriofagen

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.

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. 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.

Faag therapie

Sinds het begin van de 20e eeuw hebben onderzoekers de potentiële waarde ingezien van lytische bacteriofagen bij het bestrijden van bacteriëneerste 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 voorantibiotica. 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 ofwel 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.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter