Bacteriofagen zijn virussen die infecteren bacteriën en vermenigvuldig je in het proces. Voor elke bacterie is er ook een specifieke bacteriofaag. Bacteriofagen worden gebruikt in de geneeskunde en gentechnologie.
Wat zijn bacteriofagen?
Bacteriofagen vertegenwoordigen een groep virussen die infecteren bacteriën en archaea (oerbacteriën). Daarbij blijven ze repliceren terwijl ze de bacterie vernietigen. Voor elke bacterie is er een specifieke bacteriofaag volgens het slot-en-sleutelprincipe. Bacteriofagen, volgens traditionele definitie, zoals alle virussen, zijn geen levende organismen. Ze zijn voor hun voortplanting afhankelijk van een gastheer. Buiten de gastheer vinden geen biochemische processen plaats. Fagen gebruiken de enzymen van hun gastheer voor dit doel. Bacteriofagen bestaan alleen uit DNA of RNA, die omgeven zijn door een eiwitmantel. De overgrote meerderheid van de fagen heeft echter DNA als genetisch materiaal. Fagen werden voor het eerst beschreven in 1917 door de Canadese bioloog Félix Hubert d'Hérelle. De structuur van de verschillende fagen verschilt. In wezen bestaan bacteriofagen uit verschillende componenten. Er is voornamelijk gekeken naar de structuur van de zogenaamde T-fagen, die onder meer ook de bacterie Escherichia coli infecteren. De T-fagen bestaan uit een veelvlakkig hoofd, die is verbonden via een nek naar een langwerpig injectiekanaal (injectieapparaat). Onder het injectieapparaat bevindt zich de basisplaat met staartvezel en spikes. De hoofd is een capside, dat nucleïnezuur bevat. Capsid, injectiekanaal en bodemplaat zijn gemaakt van proteïne. Staartvezels en spikes dienen om de faag aan de celwand van de bacterie te verankeren.
Voorkomen, verspreiding en kenmerken
Bacteriofagen zijn universeel verspreid. Ongeveer 10 tot de kracht van 30 bacteriofagen zijn aanwezig in zeewater Voor elke bacterie is er ook een bijbehorende faag. De voortplanting van bacteriofagen kan worden onderverdeeld in vijf fasen. Ten eerste wordt de faag geabsorbeerd op een specifieke celwandreceptor. De uiteinden van de staartfilamenten hechten zich vast aan het celoppervlak. In de volgende stap injecteert de faag zijn DNA of RNA in de bacterie. Hierdoor blijven de lege eiwitomhulsels op het bacteriële oppervlak achter. De derde fase wordt de latentiefase genoemd, waarin geen faag kan worden gedetecteerd. Tijdens de latentiefase, die enkele uren duurt, begint de vertaling in viraal mRNA en replicatie in viraal nucleïnezuur. In de zogenaamde productiefase, het virale eiwitten zijn geproduceerd. Vervolgens worden in de daaropvolgende rijpingsfase de afzonderlijke virale componenten geassembleerd. Nadat de virale productie is voltooid, wordt een lysozym geproduceerd door de vernieuwde bacteriële cel lost de bacterie op en geeft de geproduceerde fagen vrij.
Betekenis en functie
Tegenwoordig worden bacteriofagen op veel gebieden al veel gebruikt. Er ontstaan bijzondere toepassingsgebieden in de geneeskunde, biologie of landbouwtechniek. In de geneeskunde worden bacteriofagen gebruikt om bacteriestammen te detecteren vanwege hun specificiteit tot bepaalde bacteriën Dit toepassingsgebied wordt lysotypie genoemd. Momenteel vindt intensief onderzoek plaats om bacteriën te bestrijden met bacteriofagen bij infecties. Zeker onder de indruk van het steeds groter wordende aantal antibioticum resistente bacteriestammen, wordt dit onderzoeksgebied steeds belangrijker. De lage stabiliteit van fagen in het lichaam is echter problematisch. Ze worden onmiddellijk geëlimineerd door de eigen fagocyten van het lichaam. Deze mogelijke aanvraag werd in principe al overwogen door Félix Hubert d'Hérelle. Echter, na de ontdekking en introductie van antibiotica, werden de onderzoeksresultaten over deze mogelijke toepassing volledig vergeten. Het Eliava Institute for Phage Research, opgericht door D'Hérelle in 1934, bestaat echter nog steeds in Tbilisi, Georgië. Samen met het Ludwik Hirszfeld Institute for Immunology and Experimental Therapie in Wroclaw, Polen, wordt daar momenteel onderzoek gedaan naar alternatieve manieren van bestrijden antibioticum-resistente bacteriën die fagen gebruiken. Fagen worden ook op verschillende manieren gebruikt in de voedingsindustrie. Zo worden verschillende sprays van fagen gebruikt bij het verpakken van kaas of worst om deze tegen bacteriën te beschermen. Genetische manipulatie is ook een belangrijk toepassingsgebied. Tegenwoordig worden bijvoorbeeld fagen gebruikt als vectoren voor bepaalde genen en geïntroduceerd in bacteriën. insuline-producerende bacteriestammen van Escherichia coli kunnen worden gegenereerd. Deze vectoren worden ook steeds belangrijker voor de productie van andere actieve stoffen. Bovendien kunnen ze gedeeltelijk worden gebruikt om genetische defecten te bestrijden.
Ziekten en aandoeningen
Bacteriofagen hebben echter niet alleen positieve effecten. Sommige serieus infectieziekten alleen uitbreken met de betrokkenheid van fagen. Bijvoorbeeld, difterie wordt veroorzaakt door de bacterie Corynebacterium diphtheriae. De ziekte kan echter alleen uitbreken als Corynebacterium diphtheriae ook gelijktijdig wordt geïnfecteerd met bacteriofagen. Na infectie met fagen produceren deze bacteriën het karakteristieke toxine dat de ernstige, soms levensbedreigende symptomen veroorzaakt. De ziekte begint met tekenen zoals slikproblemen, vermoeidheid, misselijkheid en pijn in de buik Er verschijnt een witte laag op de amandelen, die een vieze, zoete geur heeft. Complicaties zoals longontsteking or myocardiet komen vaak voor en kunnen dodelijk zijn. Een andere ziekte die door bacteriofagen wordt veroorzaakt, is scharlaken koorts. Scarlet koorts wordt veroorzaakt door streptokokken besmet met bacteriofagen. Door deze infectie produceren de bacteriën een bijzonder verraderlijk gif. Er treden ernstige ziekteverschijnselen op bij rillingen, koorts, braken en keelholteontsteking. Aanvankelijk was de tong is wit omhuld, maar kleurt na een paar dagen frambozenrood. EEN huiduitslag komt ook voor. Als de bacterie niet was geïnfecteerd met bacteriofagen, zou dat alleen gebeuren leiden tot een onschadelijk amandelontsteking. Cholera wordt ook veroorzaakt door een bacterie die is geïnfecteerd met bacteriofagen, genaamd Vibrio cholerae.
