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7 Fakten über Bakteriophagen

7 Fakten über Bakteriophagen

Bakteriophagen sind "Bakterienfresser", da sie Viren sind, die Bakterien infizieren und zerstören. Diese mikroskopisch kleinen Organismen werden manchmal als Phagen bezeichnet und sind in der Natur allgegenwärtig. Bakteriophagen infizieren nicht nur Bakterien, sondern auch andere mikroskopisch kleine Prokaryoten, sogenannte Archaeen. Diese Infektion ist spezifisch für eine bestimmte Art von Bakterien oder Archaeen. Ein Phage, der infiziert E coli Zum Beispiel werden keine Milzbrandbakterien infiziert. Da Bakteriophagen menschliche Zellen nicht infizieren, wurden sie in medizinischen Therapien zur Behandlung von bakteriellen Erkrankungen eingesetzt.

Bakteriophagen haben drei Hauptstrukturtypen.

Da Bakteriophagen Viren sind, bestehen sie aus einer Nukleinsäure (DNA oder RNA), die in einer Proteinhülle oder einem Kapsid eingeschlossen ist. Ein Bakteriophage kann auch einen Proteinschwanz aufweisen, der mit Schwanzfasern, die sich vom Schwanz erstrecken, an das Kapsid gebunden ist. Die Schwanzfasern helfen dem Phagen, sich an seinen Wirt zu binden, und der Schwanz hilft, die viralen Gene in den Wirt zu injizieren. Ein Bakteriophage kann existieren als:

  1. virale Gene in einem Kapsidkopf ohne Schwanz
  2. virale Gene in einem Kapsidkopf mit Schwanz
  3. ein filamentöses oder stabförmiges Kapsid mit kreisförmiger einzelsträngiger DNA.

Bakteriophagen packen ihr Genom

Wie passen Viren ihr umfangreiches genetisches Material in ihre Kapside? RNA-Bakteriophagen, Pflanzenviren und Tierviren verfügen über einen Selbstfaltungsmechanismus, der es dem viralen Genom ermöglicht, in den Kapsidbehälter zu passen. Es scheint, dass nur das virale RNA-Genom diesen Selbstfaltungsmechanismus aufweist. DNA-Viren passen ihr Genom mithilfe spezieller Enzyme, so genannter Packungsenzyme, in das Kapsid ein.

Bakteriophagen haben zwei Lebenszyklen

Bakteriophagen können sich entweder über den lysogenen oder den lytischen Lebenszyklus vermehren. Der lysogene Zyklus wird auch als gemäßigter Zyklus bezeichnet, da der Wirt nicht getötet wird. Das Virus injiziert seine Gene in das Bakterium und die viralen Gene werden in das bakterielle Chromosom eingefügt. Im Bakteriophagen-Lysezyklus repliziert sich das Virus im Wirt. Der Wirt wird getötet, wenn die neu replizierten Viren die Wirtszelle aufbrechen oder lysieren und freigesetzt werden.

Bakteriophagen übertragen Gene zwischen Bakterien

Bakteriophagen helfen beim Transfer von Genen zwischen Bakterien durch genetische Rekombination. Diese Art des Gentransfers wird als Transduktion bezeichnet. Die Transduktion kann entweder über den lytischen oder den lysogenen Zyklus erfolgen. Im lytischen Zyklus injiziert der Phage beispielsweise seine DNA in ein Bakterium und Enzyme trennen die bakterielle DNA in Stücke. Die Phagengene leiten das Bakterium dazu, mehr virale Gene und virale Komponenten (Kapside, Schwanz usw.) zu produzieren. Wenn sich die neuen Viren ansammeln, kann die bakterielle DNA versehentlich in einem viralen Kapsid eingeschlossen werden. In diesem Fall besitzt der Phage bakterielle DNA anstelle von viraler DNA. Wenn dieser Phage ein anderes Bakterium infiziert, injiziert er die DNA des vorherigen Bakteriums in die Wirtszelle. Die bakterielle DNA des Spenders kann dann durch Rekombination in das Genom des neu infizierten Bakteriums inseriert werden. Infolgedessen werden die Gene von einem Bakterium auf ein anderes übertragen.

Bakteriophagen können Bakterien schädlich für den Menschen machen

Bakteriophagen spielen eine Rolle bei Erkrankungen des Menschen, indem sie einige harmlose Bakterien zu Krankheitserregern machen. Einige Bakterienarten einschließlich E coli, Streptococcus pyogenes (verursacht eine fleischfressende Krankheit), Vibrio cholerae (verursacht Cholera) und Shigella (verursacht Ruhr) werden schädlich, wenn Gene, die giftige Substanzen produzieren, über Bakteriophagen auf sie übertragen werden. Diese Bakterien können dann den Menschen infizieren und Lebensmittelvergiftungen und andere tödliche Krankheiten verursachen.

Bakteriophagen werden gegen Superbugs eingesetzt

Wissenschaftler haben Bakteriophagen isoliert, die den Superbug zerstören Clostridium difficile (C. diff). C. diff Betrifft normalerweise das Verdauungssystem und verursacht Durchfall und Kolitis. Die Behandlung dieser Art von Infektion mit Bakteriophagen bietet eine Möglichkeit, die guten Darmbakterien zu erhalten und gleichzeitig nur die zu zerstören C. diff Keime. Bakteriophagen gelten als gute Alternative zu Antibiotika. Aufgrund der Übernutzung von Antibiotika häufen sich resistente Bakterienstämme. Bakteriophagen werden auch verwendet, um andere Superbakterien, einschließlich arzneimittelresistenter, zu zerstören E coli und MRSA.

Bakteriophagen spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Welt

Bakteriophagen sind das am häufigsten vorkommende Virus im Ozean. Als Pelagiphagen bekannte Phagen infizieren und zerstören SAR11-Bakterien. Diese Bakterien wandeln gelöste Kohlenstoffmoleküle in Kohlendioxid um und beeinflussen die Menge an verfügbarem atmosphärischem Kohlenstoff. Pelagiphagen spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf, indem sie SAR11-Bakterien zerstören, die sich mit hoher Geschwindigkeit vermehren und sich sehr gut anpassen, um Infektionen zu vermeiden. Pelagiphagen halten die SAR11-Bakterienzahlen in Schach und stellen so sicher, dass die globale Kohlendioxidproduktion nicht übermäßig hoch ist.

Quellen:

  • Encyclopædia Britannica Online, s. v. "Bakteriophage", abgerufen am 07. Oktober 2015, //www.britannica.com/science/bacteriophage.
  • Norwegische Schule für Veterinärwissenschaften. "Viren können harmlos werden E. Coli gefährlich." ScienceDaily. ScienceDaily, 22. April 2009. www.sciencedaily.com/releases/2009/04/090417195827.htm.
  • Universität von Leicester. "Bakterienfressende Viren - Wundermittel im Krieg gegen Superbugs". ScienceDaily. ScienceDaily, 16. Oktober 2013. www.sciencedaily.com/releases/2013/10/131016212558.htm.
  • Oregon State University. "Ein Krieg ohne Ende, bei dem der Kohlenstoffkreislauf der Erde im Gleichgewicht bleibt." ScienceDaily. ScienceDaily, 13. Februar 2013. www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130213132323.htm.