bakteriofag (phage) är virus som specifikt infekterar bakterier. De har en tvåfas livscykel, bosatt i vilande tillstånd inom värdgenomet (lysogen cykel) eller kapa värdcellmaskineriet för egen replikering (lytisk cykel). Här kommer vi att utforska de viktiga stegen i den lytiska cykeln.
Vad är lytcykeln?,
medan det slutliga resultatet av den lytiska cykeln är produktion av ny fagavkomma och död hos värdbakteriecellen, är detta en multistep-process som involverar exakt samordning av gentranskription och fysiska processer. Fagen ska identifiera en mottaglig och lämplig värdbakteriecell som den kan fästa vid. Efter införandet av faggenetiskt material i cellen förstörs värdgenomet, och Fagen använder värdcellmaskineriet för att göra kopior av sitt eget genom och syntetisera de strukturella komponenterna., Nya fager monteras innan värdcellen slutligen lyses och fagavkomman släpps ut i omgivningen för att hitta nya målceller.
lytiska cykelsteg
Fagfäste
för att komma in i en värdbakteriecell måste Fagen först fästa sig på bakterien (även kallad adsorption). Initial kontakt mellan FAG och bakterie händer ofta genom slumpmässiga kollisioner och initial bindning är reversibel. Inte alla bakterier-fagkombinationer har kompatibla receptorer och receptorbindande proteiner, så det här är en selektiv process., Olika fagarter riktar sig mot en rad olika molekyler på bakterieceller, inklusive polysackarid, proteiner och andra cellytstrukturer som pili. Såvitt vi vet faller dessa målmolekyler alla under kategorin bakteriella cellväggskomponenter eller utskjutande strukturer.
Fagreceptorbindande proteiner är oftast associerade med fagsvansar men har identifierats på andra ställen på Fagor. Efter reversibel bindning binder Fagen irreversibelt till cellen, inte alltid genom samma receptor som det ursprungliga bindningssteget., Denna tvåstegsbindningsprocess kan vara till nytta, särskilt i fall där den irreversibla bindande domänen är mindre lätt att komma åt, vilket förbättrar sannolikheten för parning med rätt målcell.
bakterier har ett antal sätt att försvara sig mot fagfästning som centrerar runt maskering av receptorerna med mucoidkapsel eller slimlager, genom att producera kompetitiva hämmare eller på annat sätt blockera åtkomst. Fagreceptorer identifieras ofta av mutationer som gör bakterierna resistenta mot faglys., Phage Receptor Database (PhReD) ger ett användbart förråd av kända receptorer på värdcellsytor.
bakteriell cellinmatning
framgångsrik adsorption utlöser nästa infektionssteg som kräver injektion av fagets genetiska material i värdcellen. För detta måste Fagen penetrera bakteriecellen. Bevis har föreslagit att fastsättning och penetration samordnas av basplattan i tailed phage. Fagsvansar varierar mycket genom naturen, men de mest sofistikerade har ett rör för att leverera genetiskt material omgivet av en kontraktil mantel., Manteln kontraherar som en spiralfjäder och sedan på release Driver röret in i bakteriecellen. I T4 phage består hela basplattan-tail-tube-komplexet av cirka en miljon atomer, som utgör 145 kedjor med 15 olika proteiner. Den tomma fagcellen som lämnas utanför bakterien kallas spöket eller munken.
Fagreplikation
En gång inuti syntetiserar Fagen tidiga proteiner inklusive endonukleaser och exonukleaser som försämrar värdgenomet. De kan sedan använda värdcellens maskiner för att syntetisera proteiner och producera avkomma., De nukleotider som frigörs kan återvinnas genom FAG för replikering av egen avkomma (t. ex. T7-FAG) eller utsöndras från värdcellen (t.ex. T5-FAG). Små kemiska modifieringar (vid T4-FAG, kemisk modifiering av virala cytidiner) till faggenomet gör det möjligt att skilja sitt genetiska material från värdgenomet och förhindrar självförstöring under denna process. Andra tidiga proteiner inkluderar de som krävs för replikering av faggenomet., RNA bryts inte ner, så Fagen kan också producera hämmare som förhindrar värd RNA-polymeras från att störa virala polymeraser under senare infektion. Det nysyntetiserade faggenomet producerar sena proteiner inklusive capsid-subenheterna och svansen. Denna process kan ske inom några minuter efter det att bakterierna blivit smittade.
födelsen av ny phage
När alla komponentdelar har syntetiserats måste de monteras i mogen phage. Kapsidproteiner samlas för att bilda tomma huvuden i vilka kondenserad FAG DNA är packad., Svansdelarna samlas oberoende av huvudstrukturen och det sista steget i syntesen förenar de fyllda huvudena till svansarna för att bilda avkomman.
de enzymer som produceras av fagen försvagar gradvis bakteriecellväggen och så småningom bakteriecellerna lyse, vilket i genomsnitt frigör 100-200 FAG avkomma i den omgivande miljön.
på grund av arten av infektioner förändrar lytisk FAG inte fenotypen eller genotypen hos de celler de infekterar., De utövar emellertid selektivt tryck på bakteriepopulationen, eliminerar mottagliga värdar och främjar spridningen av resistens, genom genöverföring till exempel inom bakteriepopulationen.
Titta på lytcykeln i aktion.