Bakteriofag

Bakteriofag (gr. bakterion - liten stav; phagein - å spise, flt. bakteriofager) - Bakterievirus . Virus som lever på og i bakterier, og formerer seg inne i bakterier. Et virus, også kalt fag, som infekterer bakterier og formerer seg inne i bakteriene. Bakteriofager har ikke egen metabolisme, men inneholder et genom med lineært eller sirkulært dobbelttrådet DNA eller RNA, omgitt av et proteinhylster (kapsid). Genomet i bakteriofagen kan inneholde fra fire til hundrevis av gener. Bakteriofager finnes overalt hvor det er bakterier, inkludert arkebakterier, og i enormt antall. I noen tilfeller kan bakteriofager brukes i stedet for antibiotika for å behandle bakterieinfeksjoner (fagterapi).

Virus finnes i enormt antall på Jorden der hvor det er levende liv og celler. Bakteriofagene hindrer uhemmet økning i bakteriepopulasjoner på land og i vann. I havet har man funnet at de fleste av bakteriene er infektert med bakteriofager.  Siden definisjonen av "liv" er koblet til en celle, blir virus ikke betraktet som liv, men som cellulære parasitter.

Bakteriofagene fester seg til veggen til bakteriene, og sender faggenomet inn i cellene via injeksjon. Genomet til fagen kan bli inkorporert i genomet til bakterien og danner en profag som del av en lysogen syklus, eller som et episom. Inaktive profag plassert inn i bakteriecellens DNA blir replikert ved celledelingen i bakteriene, og kan holde seg inaktive i tusenvis av bakteriegenerasjoner. Alternativt er en lytisk syklus  hvor bakterien produserer fagpartikler for deretter brister og dør i en lytisk syklus.Virusgenomet bruker bakteriens RNA polymerase og skrur av bakteriens gentranskripsjon. En nuklease kodet av bakteriofaggenomet kutter opp bakteriekromosomet og gir nukleotider som trengs for å lage bakteriofaggenom. Andre gener fra bakteriofagen lager kapsidprotein, samt et enzym som gir lysis og frigir bakteriofagpartiklene. Prosessen fra infeksjon til lysis kan være utført i løpet av ca. 30 minutter.  I en lytisk syklus vil bakterien danne en plakk, en klar sone på et agarmedium i en petriskål.

Noen bakteriofager kan brukes som kloningsvektor, bl.a. bakteriofag lambda.

Bakteriene har utviklet en rekke strategier for å bekjempe bakteriofager og fremmed DNA, bl.a. restriksjonsenzymer og CRISPR-Cas9.

Bakteriofag

   Bakteriofager er komplekse dobbelttrådet DNA-virus som angriper bakterier. Fibre på halen til bakteriofagen fester viruset til bakterien. Bakteriofager holder bestanden av bakterier i sjakk og spiller derfor stor rolle i Jordens økosystemer. Bakteriofager kan reprodusere seg i enten en lytisk syklus eller lysogen syklus.  I den lytiske syklus dannes bakteriofagene og vertsbakterien dør (lysis). Lysogene bakteriofager setter DNA inn i vertscellen ved rekombinasjon. I en lysogen syklus replikeres fagen i vertsgenomet uten å ødelegge celler. Lysogene celler er resistente mot ny infeksjon av en tilsvarende fag.

   Temperate fag, for eksempel fag lambda benytter både lytisk og lysogen syklus. Antisens-RNA deltar i valget mellom disse to fasene. Fag lambda fester seg på utsiden av bakterien Escherichia coli, og sender inn fag lamda-DNA inn i vertscellen. Inne i bakterien danner lamda DNA en ring og går enten inn i lytisk eller lysogen syklus. I lysogen syklus plasseres fag lamda-DNA inn i vertscellens DNA ved rekombinasjon og blir et til profag. 

  Et integrert bakteriofag i bakterecellens DNA kalles en profag. Profagen replikeres sammen med bakteriens DNA. Hver gang E.coli deler seg så blir fag lamda DNA replikert samtidig slik at det lages mange bakterier som inneholder profag.  Bakterier med profag kalles lysogene celler. Plutselig når det blir gitt et signal kan fag lamda genomet gå ut av bakteriegenomet og starte en lytisk syklus. Sirkulært lambda-DNA replikeres uavhengig av vertscellens DNA. Forskjellige typer stress f.eks. store temperaturendringer, UV-lys etc. gjør at den lysogene fasen blir lytisk. Bakterier som gir difteri, skarlagensfeber og botulisme inneholder profag-gener som lager toksiner.  Fra Corynebacterium er det kjent at en toksinproduserende stamme inneholder en temperat fag, men ikke-toksinproduserende stamme inneholder ikke noen bakteriofag. Clostridium botulinum med bakteriofag produserer toksin.

Bakteriofager kan brukes til å bekjempe bakterier, i stedet for å bruke antibiotika. Fykovirus er virus som infekterer alger. Som forsvar mot bakteriofagene har bakteriene utviklet restriksjonsenzymer som er utviklet ved naturlig seleksjon, slik at bakteriens eget DNA er beskyttet, mens fremmed DNA blir kuttet i biter av restriksjonssenzymene.

Peptidkommunikasjon mellom bakteriofager

Det er oppdaget at temperate fag, som veksler mellom forskjellige livssyklus: en lytisk fase  eller en lysogen fase (latent hvilestadium), kan kommunisere med hverandre via peptider, et system kalt arbitrium. Peptider gir signal om at bakteriofagen skal gå over i lysogen syklus. I bakterier av slekten Bacillus har man identifisert genetisk mobile elementer med arbitrium. I tillegg til peptider kan arbitrium være quorum-signaler som N-acyl-homoserinlakton.

Litteratur:

Stokar-Avihail A,Tal N,Erez Z,Lopatina A & Sorek1 R: Widespread Utilization of Peptide
Communication in Phages Infecting Soil and Pathogenic Bacteria.
. Cell Host & Microbe 25 (2019) 746-755. DOI:https://doi.org/10.10167/j.chom.2019.03.17

Hershey-Chase eksperimentet

De første studiene av bakteriofager ble gjort av den franske mikrobiologen Felix d'Hérelle (1873-1949) som arbeidet ved Pasteurinstituttet i Paris, og av den engelske bakteriologen Frederick Twort (1877-1950). Alfred Hershey og Martha Chase ved Cold Spring Harbor Laboratory, NY, i kunne i 1952 vise at det var DNA fra bakteriofagen T" som infekterte bakterien Escherichia coli og overtok bakteriens synteseapparat. Kappeproteinet i bakterien ble merket med radioaktivt svovel-35 (35S, med betastråling) som ble inkorporert i aminosyrene cystein og metionin i proteinet. DNA i bakteriefagen ble merket med fosfor-32 (32P). Det var P-32 merket DNA som ble funnet i bakterien, ikke S-35 merket protein.

Tilbake til hovedside

Publisert 4. feb. 2011 10:09 - Sist endret 10. sep. 2019 12:22