Prophage is de naam die wordt gegeven aan het faag-DNA van gematigde bacteriofagen wanneer het aanwezig is in de bacteriële gastheercel. Bacteriofagen werden ontdekt door Félix Hubert d'Hérelle in 1917. Ze zijn virussen die zijn aangepast aan specifieke bacteriën Later onderzoek maakte onderscheid tussen de lytische faag met hoge virulentie en de gematigde faag met stille profaag en lysogene cyclus.
Wat zijn profagen?
De profaag van de gematigde bacteriofaag kan als plasmide in de gastheercel aanwezig zijn of in het bacteriële DNA worden geïntegreerd. Hiervoor moet de gematigde faag de lysogene cyclus aannemen na injectie van het faag-DNA. Er wordt onderscheid gemaakt tussen de lytische cyclus en de lysogene cyclus. Terwijl de lytische cyclus snelle replicatie en daaropvolgende lysis van de gastheercel veroorzaakt na de injectie van het genetisch materiaal, worden in de lysogene cyclus repressorgenen van de faag in de gastheercel geïnjecteerd om de lytische cyclus te onderdrukken, dwz het snel oplossen van de cel. De gematigde faag kan schakelen tussen lytische en lysogene cycli, afhankelijk van de omgeving voorwaarde Cadeau. De lytische cyclus verwijst naar de conventionele benadering van de faaggenen in de gastheercel. Na injectie van het virale DNA vindt er een snelle replicatie plaats in de gastheercel. Na de capside en staartvezel eiwitten zijn gerepliceerd naast het virale DNA en talrijke nieuwe virale deeltjes zijn samengesteld uit de afzonderlijke delen, de celwand van de gastheercel wordt gedesintegreerd door lysozym Door het oplossen van de celwand komen de nieuwe fagen vrij en kunnen ze hun DNA nu in andere bacteriecellen injecteren. Dit proces is in ongeveer een uur voltooid. Vanwege het grote aantal nieuwe virusdeeltjes wordt dit proces "virulente vorm" genoemd. Omdat de gastheercelwand wordt vernietigd door lysozymwordt de term "lytische cyclus" gebruikt. In de gematigde faag treedt een snelle replicatie en daaropvolgende lysis van de gastheercel niet noodzakelijkerwijs op. Afhankelijk van bestaande milieufactorenkan de gematigde faag wisselen tussen lytische en lysogene cycli. De lytische cyclus kan worden onderdrukt door de injectie van repressorgenen en de lysogene cyclus kan voor onbepaalde tijd beginnen. In de lysogene cyclus wordt het genetisch materiaal van de faag ingebracht in het genetisch materiaal van de kiem en kan het hier voor onbepaalde tijd blijven bestaan. Het geïnjecteerde genetisch materiaal wordt "stil" genoemd, en wordt gedefinieerd als "profaag". De profaag kan als plasmide in het cytoplasma van de gastheercel verblijven of in het genetisch materiaal van de bacterie worden geïntegreerd. De integratie van het viraal genetisch materiaal vereist een hoge mate van specialisatie. Het genetisch materiaal van gematigde fagen kan alleen worden vastgemaakt op specifieke posities van bacterieel DNA. Omgekeerd kan het genetisch materiaal van individuele gematigde faagstammen altijd op dezelfde posities van het bacteriële genoom worden geïdentificeerd. Door de succesvolle aanpassing worden profagen begunstigden van bacteriële celdeling. Tijdens het delingsproces van de mitose van de gastheercel wordt het virale genoom doorgegeven. Verdere overdracht naar andere bacteriën kan gebeuren door vervoeging. Profagen kunnen zich dus via verschillende transmissieroutes door hele bacteriestammen verspreiden. Omgevingsinvloeden zoals UV-licht of bepaalde chemicaliën kunnen ervoor zorgen dat de profaag terugkeert naar de lytische cyclus en agressieve replicatie nastreeft. Bovendien profiteert de profaag ook van de transcriptieprocessen van de gastheercel: de geïnjecteerde repressorgenen van de faag worden door bepaalde enzymen van de bacterie en afgebroken. De afbraak van de repressorgenen heeft een zelfvernietigend effect in de gastheercel. De lytische cyclus kan nu niet meer worden onderdrukt en de profaag schakelt over van de lysogene toestand naar agressieve replicatie, die eindigt met het daaropvolgend oplossen van de bacteriële celwand.
Voorkomen, verspreiding en eigenschappen
Fagen zijn zeer gespecialiseerd virussen die zich hebben aangepast aan individuele bacteriestammen. Zo heeft niet elke bacteriofaag toegang tot elke bacterie. Voortplanting zonder de specifieke gastheercel is niet mogelijk voor de bacteriofaag. De sterke specialisatie leidt ertoe dat bacteriofagen op hetzelfde terrein worden aangetroffen als hun gastheercellen. Hetzelfde geldt in nog grotere mate voor profagen, aangezien profagen niet conventioneel zijn virussen en zich louter presenteren als viraal genetisch materiaal binnen het gastheerorganisme, kunnen ze niet buiten de toegewezen cellen worden gevonden, al was het maar per definitie. Bovendien moet worden vermeld dat bacteriofagen een aantal (10 tot de macht van 30) in hebben zeewater alleen, en dus zijn er meer fagen dan levende organismen op de hele planeet. Dit in tegenstelling tot een verdwijnend klein aantal van negentien officieel onderzochte bacteriofagen, waardoor het moeilijk is om een nauwkeurige uitspraak te doen over het voorkomen ervan.
Betekenis en functie
Fagen therapie werd ontwikkeld in de jaren 1920 en wordt nog steeds met succes gebruikt in Oost-Europa om verschillende te bestrijden infectieziekten De voordelen van faag therapie liggen voor de hand: bacteriofagen beschadigen alleen individuele stammen van bacteriën en antibiotica hebben een algemeen schadelijk effect op bacteriën in het lichaam. De ontdekking van penicilline in de jaren veertig leidde tot massale antibioticum gebruik in het Westen en als gevolg daarvan een stopzetting van faagonderzoek. De daaropvolgende opbouw van talrijke antibioticum resistenties leidden in de jaren negentig op hun beurt tot een grotere belangstelling voor bacteriofagen. De focus van faag therapie is op bacteriofagen met agressieve virulentie en uitsluitend lytische cyclus, terwijl gematigde bacteriofagen en profagen tot nu toe slechts een ondergeschikte rol hebben gespeeld.
Ziekten en kwalen
sommige pathogenen kunnen hun virulentie alleen vaststellen door symbiose met profagen. Clostridium botulinum kan de gevreesde produceren botulinumtoxine alleen met behulp van geïntegreerd faag-DNA. Streptococcus pyogenes kan alleen veroorzaken scharlaken koorts in combinatie met profaag-DNA. Vibrio cholerae produceert cholera alleen door middel van speciale profagen. Dit toont ook het belang van fagen aan voor de menselijke geneeskunde. Hele bacteriestammen zouden hun pathogene potentieel kunnen verliezen als de verantwoordelijke profagen specifiek zouden kunnen worden geëlimineerd.
