Bakteriofaag

Bakteriofaag on viirused, mis nakatavad baktereid ja paljunevad protsessis. Iga bakteri jaoks on olemas ka konkreetne bakteriofaag. Bakteriofaage kasutatakse meditsiinis ja geenitehnoloogias.

Mis on bakteriofaagid?

Bakteriofaagid on viiruste rühm, mis nakatavad baktereid ja arhaea (ürgbaktereid). Seejuures jätkavad nad paljunemist, hävitades bakteri.

Iga bakteri jaoks on kindel bakteriofaag, mis põhineb luku ja võtme põhimõttel. Traditsioonilise määratluse kohaselt pole bakteriofaagid, nagu kõik viirused, elusolendid. Nende paljunemine sõltub peremehest. Biokeemilisi protsesse väljaspool peremeest ei toimu. Faagid kasutavad selleks oma peremehe ensüüme.

Bakteriofaagid koosnevad ainult DNA-st või RNA-st, mis on ümbritsetud valgukattega. Valdava enamuse faagide geneetiline materjal on aga DNA.

Faage kirjeldas esmakordselt 1917. aastal Kanada bioloog Félix Hubert d’Hérelle. Erinevate faagide struktuur on erinev. Põhimõtteliselt koosnevad bakteriofaagid mitmest komponendist. Põhirõhk oli nn T-faagide struktuuril, mis nakatavad ka Escherichia coli bakterit.

T-faagid koosnevad polüeedrilisest peast, mis on kaela kaudu ühendatud pikliku süstimiskanaliga (süstimisseade). Sabakiu ja naeltega alusplaat asub süstimisseadme all. Pea on kapsiid, mis sisaldab nukleiinhapet. Kapsiid, süstekanal ja alusplaat on valmistatud valgust. Sabakiud ja naelu abil kinnitatakse faag bakteri rakuseina külge.

Esinemine, levik ja omadused

Bakteriofaagid on universaalsed. Merevees on umbes 30 kuni 30 bakteriofaagi võimsust. Iga bakteri kohta on olemas ka vastav faag.

Bakteriofaagide korrutamise võib jagada viieks faasiks. Esiteks imendub faag spetsiifilises rakuseina retseptoris. Sabakeermete otsad kinnituvad lahtri pinnale. Järgmises etapis süstib faag bakteri oma DNA või RNA. Tühjad proteiinikoored jäävad bakteripinnale. Kolmandat faasi nimetatakse latentsusfaasiks, milles faage ei ole võimalik tuvastada. Mitu tundi kestva peitefaasi ajal algab translatsioon viiruse mRNA-s ja replikatsioon viiruse nukleiinhappesse. Niinimetatud tootmisetapis luuakse viirusvalgud. Seejärel moodustatakse järgmises küpsemisfaasis üksikud viiruse komponendid. Kui viiruse tootmine on lõpule jõudnud, lahustab muundatud bakterirakk toodetud lüsosüüm bakteri ja vabastab toodetud faagid.

Tähendus ja funktsioon

Tänapäeval on bakteriofaagid paljudes piirkondades juba laialt kasutusel. Spetsiaalsed rakendusalad avanevad meditsiinis, bioloogias või põllumajanduse ehituses. Meditsiinis kasutatakse bakteriofaage bakteritüvede tuvastamiseks nende spetsiifilisuse tõttu teatud bakteritele. Seda rakendusala nimetatakse lüsotüübiks.

Praegu viiakse läbi intensiivseid uuringuid bakterite vastu võitlemisel, kasutades nakkuste korral bakteriofaage. See uurimisvaldkond on muutumas üha olulisemaks, eriti pidevalt kasvava arvu antibiootikumiresistentsete bakteritüvede mõjul. Faagide kehv stabiilsus kehas on aga problemaatiline. Need elimineeritakse koheselt organismi enda fagotsüütide poolt.

Félix Hubert d’Hérelle on seda võimalikku rakendust juba kaalunud. Pärast antibiootikumide avastamist ja kasutuselevõttu unustati selle võimaliku rakenduse uurimistulemused siiski täielikult. D’Hérelle'i poolt 1934. aastal asutatud Eliava faagiuuringute instituut eksisteerib siiski Thbilisis, Gruusias. Koos Poola Wroclawi linna Ludwik Hirszfeldi immunoloogia ja eksperimentaalteraapia instituudiga tehakse seal täna uuringuid alternatiivsete meetodite kohta, kuidas võidelda antibiootikumiresistentsete bakterite vastu faagide abil.

Faage kasutatakse toidutööstuses ka mitmel erineval viisil. Näiteks juustu või vorstide pakendamisel kasutatakse mitmesuguseid faagipihuseid, et kaitsta neid bakterite eest.

Geenitehnoloogia on ka suur kasutusala. Näiteks kasutatakse nüüd faage teatud geenide vektoritena ja sisestatakse bakteritesse. Seda meetodit kasutades võidakse genereerida Escherichia coli insuliini tootvaid bakteritüvesid.

Need vektorid muutuvad üha olulisemaks ka muude toimeainete tootmisel. Lisaks saab mõnda neist kasutada geneetiliste defektide vastu võitlemiseks.

Haigused ja tervisehäired

Kuid bakteriofaagid ei näita ainult positiivset mõju. Mõned tõsised nakkushaigused puhkevad ainult faagide abiga. Difteeria käivitab bakter Corynebacterium diphtheriae. Kuid haigus saab välja puhkeda ainult siis, kui Corynebacterium difhtheriae on samal ajal nakatunud bakteriofaagidesse. Pärast faagidega nakatumist toodavad need bakterid iseloomulikku toksiini, mis põhjustab raskeid, mõnikord eluohtlikke sümptomeid.

Haigus algab selliste sümptomitega nagu neelamisraskused, väsimus, iiveldus ja kõhuvalu. Mandlitel on valge kate, mis lõhnab ebameeldivalt, magusalt. Sageli on selliseid tüsistusi nagu kopsupõletik või müokardiit, mis võivad lõppeda surmaga.

Teine bakteriofaagide põhjustatud haigus on sarlakid. Scarlet palavikku põhjustavad bakteriofaagidega nakatunud streptokokid. Selle nakkuse tagajärjel tekitavad bakterid eriti salakavala toksiini. Sellel on tõsised sümptomid külmavärinad, palavik, oksendamine ja kurguvalu. Alguses on keel valge, kuid mõne päeva pärast muutub see vaarikapunaseks. Samuti ilmneb lööve. Kui bakter ei oleks bakteriofaagiga nakatunud, tooks see kaasa ainult kahjutu tonsilliidi.

Koolerat põhjustab ka bakter, mis on nakatunud bakteriofaagidega, mida nimetatakse Vibrio cholerae.