Bacteriofagii sunt virusuri care infectează bacteriile. La fel ca orice alt tip de virusuri, bacteriofagii diferă foarte mult în ceea ce privește forma și materialul genetic. Genomul unui bacteriofag poate conține ADN sau ARN și un număr de patru până la câteva sute de gene. Capsida unui bacteriofag poate fi icosaedrică, filamentoasă sau cu un aspect de cap și coadă. Structura de tip cap-coadă pare a fi unică bacteriofagilor și rudelor lor apropiate (ea nu este întâlnită la virusurile eucariotelor).
Tipuri de bacteriofagi. | Ilustrație: VIRALZONE/SWISS INSTITUTE OF BIOINFORMATICS (CC BY-NC 4.0)
Infecțiile cu bacteriofagi
Bacteriofagii, la fel ca alte virusuri, trebuie să infecteze o celulă pentru a se reproduce. Etapele care formează procesul de infectare poartă denumirea generală de ciclul de viață al bacteriofagului. Unii bacteriofagi se pot înmulți doar printr-un ciclu de viață litic, în urma căruia celulele-gazdă sunt dezintegrate și ucise. Alți bacteriofagi pot alterna între un ciclul de viață litic și unul lizogenic, în urma căruia nu ucid celula-gazdă, ci sunt multiplicați odată cu ADN-ul gazdei ori de câte orice celula se divide.
Ciclul litic
În ciclul litic, bacteriofagul acționează ca un virus tipic: el deturnează celula-gazdă și folosește resursele celulare pentru a produce o mulțime de bacteriofagi noi, determinând celula să sufere fenomenul de liză (dezintegrare) și să moară. Etapele ciclului litic sunt următoarele:
- Atașarea. Proteinele din „coada” bacteriofagului se leagă de un receptor specific de la suprafața celulei bacteriene.
- Pătrunderea. Bacteriofagul își injectează ADN-ul dublu-catenar în citoplasma celulei bacteriene.
- Copierea ADN-lui și sinteza proteinelor. ADN-ul bacteriofagului este copiat, iar genele bacteriofagului sunt exprimate pentru sinteza proteinelor, cum sunt proteinele capsidei.
- Asamblarea noului bacteriofag. Capsida este asamblată din proteinele capsidei și încorporează ADN-ul pentru a produce noi particule de bacteriofagi.
- Liza. Spre sfârșitul ciclului litic, bacteriofagul exprimă gene pentru proteine care creează orificii în membrana celulară și peretele celular. Orificiile permit pătrunderea apei, ceea ce duce la mărirea celulei și la explozia acesteia ca un balon de săpun.
Dezintegrarea celulei sau liza eliberează sute de noi bacteriofagi, care apoi pot infecta alte celule din vecinătate. În acest fel, doar câteva cicluri ale infecției litice permit bacteriofagilor să se răspândească precum focul în populația bacteriană.
Ciclul lizogenic
Ciclul lizogenic permite unui bacteriofag să se reproducă fără a-și omorî gazda. Unii bacteriofagi pot utiliza doar ciclul litic, iar alții, precum bacteriofagul lambda, care infectează bacteria E. coli, pot alterna între cele două cicluri.
În ciclul lizogenic, primele două etape (atașarea și injectarea ADN-ului) au loc la fel ca în cazul ciclului litic. Totuși, după ce ADN-ul bacteriofagului ajunge în interiorul celulei, el nu este imediat copiat sau exprimat pentru a produce proteine. În schimb, el se combină cu o anumită porțiune de pe cromozomul bacterian, fiind astfel integrat în cromozom. Acest ADN, denumit profag, nu este activ, adică genele sale nu sunt exprimate și nu duc la formarea de bacteriofagi noi. Cu toate acestea, de câte ori celula se divide, profagul este copiat împreună cu ADN-ul gazdă.
Ciclul lizogenic este mai puțin violent decât ciclul litic, deoarece el nu duce la distrugerea celulei-gazdă, dar este o altă modalitate de reproducere a bacteriofagilor.
În condițiile potrivite, profagul poate deveni activ și poate reveni din cromozomul bacterian, declanșând etapele rămase ale ciclului litic (copierea ADN-ului și sinteza proteinelor, asamblarea bacteriofagilor și liza).
Bacteriofagii și antibioticele
Înainte ca antibioticele să fie descoperite, au existat cercetări considerabile asupra bacteriofagelor ca tratament pentru bolile bacteriene umane. Bacteriofagii atacă doar bacteriile lor gazdă, nu celulele umane, așa că sunt potențial buni candidați pentru a trata bolile bacteriene la oameni.
După ce au fost descoperite antibioticele, abordarea bacteriofagică a fost abandonată în mare parte în multe părți ale lumii (în special în țările vorbitoare de limbă engleză). Cu toate acestea, bacteriofagii au continuat să fie utilizați în scopuri medicale într-un număr de țări, inclusiv Rusia, Georgia și Polonia, unde rămân în uz și astăzi.
Sursa: Khan Academy