Ein bacteriophage (von 'Bakterien' und Griechen  phagein, "um" zu verschlingen), ist irgendwelche mehrerer Viren, die Bakterien anstecken. Sie tun das, indem sie genetisches Material einspritzen, das sie eingeschlossen in einem Außenprotein capsid tragen. Das genetische Material kann ssRNA, dsRNA, ssDNA, oder dsDNA sein ('ss-', oder 'ds-' Präfix zeigt einzelnes Ufer oder doppeltes Ufer an), entweder zusammen mit der kreisförmigen oder zusammen mit geradlinigen Einordnung.

Bacteriophages sind unter den allgemeinsten und verschiedenen Entitäten in der Biosphäre. Der Begriff wird in seiner verkürzten Form, phage allgemein gebraucht.

Phages werden in Positionen weit verteilt, die von Bakteriengastgebern, wie Boden oder die Eingeweide von Tieren bevölkert sind. Eine der dichtesten natürlichen Quellen für phages und andere Viren ist Seewasser, wo bis zu 9×10 virions pro Milliliter in mikrobischen Matten an der Oberfläche gefunden worden sind, und bis zu 70 % von Seebakterien durch phages angesteckt werden können.

Sie sind seit mehr als 90 Jahren als eine Alternative zu Antibiotika in der ehemaligen Sowjetunion und Osteuropa, sowie in Frankreich verwendet worden. Sie werden als eine mögliche Therapie gegen das Vielrauschgift widerstandsfähige Beanspruchungen von vielen Bakterien gesehen.

Klassifikation

Der dsDNA hat phages oder Caudovirales verfolgt, Rechnung für 95 % des ganzen phages hat in der wissenschaftlichen Literatur berichtet, und setzen Sie vielleicht die Mehrheit von phages auf dem Planeten zusammen. Jedoch kommen andere phages reichlich in der Biosphäre, mit verschiedenem virions, Genomen und Lebensstilen vor. Phages werden vom Internationalen Komitee auf der Taxonomie von Viren (ICTV) gemäß der Morphologie und Nukleinsäure klassifiziert.

Neunzehn Familien werden zurzeit erkannt, die Bakterien und archaea anstecken. Dieser haben nur zwei Familien RNS-Genome, und nur fünf Familien werden eingewickelt. Der Virenfamilien mit DNA-Genomen haben nur zwei Genome einzeln stranden lassen. Acht der Virenfamilien mit DNA-Genomen haben kreisförmige Genome, während neun geradlinige Genome haben. Neun Familien stecken Bakterien nur an, neun stecken archaea nur an, und ein (Tectiviridae) steckt beide Bakterien und archaea an.

Geschichte

Seit alten Zeiten sind Berichte von Flusswasser, das in der Lage ist, ansteckende Krankheiten zu heilen wie Lepra dokumentiert worden. 1896 hat Ernest Hanbury Hankin berichtet, dass etwas im Wasser der Flüsse von Ganges und Yamuna in Indien Antibakterienhandlung gegen Cholera gekennzeichnet hatte und einen sehr feinen Porzellan-Filter durchführen konnte. 1915 hat britischer Bakteriologe Frederick Twort, Oberaufseher der Braunen Einrichtung Londons, ein kleines Reagenz entdeckt, das angesteckt hat und Bakterien getötet hat. Er hat geglaubt, dass der Agent einer des folgenden sein muss:

1. eine Bühne im Lebenszyklus der Bakterien;
2. ein Enzym, das von den Bakterien selbst erzeugt ist; oder
3. ein Virus, das darauf gewachsen ist und die Bakterien zerstört hat.

Die Arbeit von Twort wurde durch den Anfall des Ersten Weltkriegs und die Knappheit an der Finanzierung unterbrochen.

Unabhängig hat französisch-kanadischer Mikrobiologe Félix d'Hérelle, am Institut von Pasteur in Paris arbeitend, am 3. September 1917 bekannt gegeben, dass er "eine unsichtbare, gegnerische Mikrobe des Dysenterie-Bazillus" entdeckt hatte. Für d'Hérelle gab es keine Frage betreffs der Natur seiner Entdeckung: "In einem Blitz hatte ich verstanden: Was meine klaren Punkte verursacht hat, war tatsächlich eine unsichtbare Mikrobe... ein auf Bakterien parasitisches Virus." D'Hérelle hat das Virus einen bacteriophage oder Bakterienesser (vom griechischen phagein das Bedeuten genannt zu essen). Er hat auch eine dramatische Rechnung eines Mannes registriert, der unter Dysenterie leidet, wer zur guten Gesundheit durch den bacteriophages wieder hergestellt wurde.

1923 wurde das Eliava-Institut in Tbilisi, Georgia geöffnet, um diese neue Wissenschaft zu erforschen und es in die Praxis umzusetzen.

1969 wurden Max Delbrück, Alfred Hershey und Salvador Luria dem Nobelpreis in der Physiologie und Medizin für ihre Entdeckungen der Erwiderung von Viren und ihrer genetischen Struktur zuerkannt.

Erwiderung

Bacteriophages kann einen lytic Zyklus oder einen lysogenic Zyklus haben, und einige Viren sind dazu fähig, beide auszuführen. Mit lytic phages wie T4 phage werden Bakterienzellen (lysed) aufgebrochen und nach der unmittelbaren Erwiderung des virion zerstört. Sobald die Zelle zerstört wird, kann die phage Nachkommenschaft finden, dass neue Gastgeber anstecken. Lytic phages sind für die phage Therapie passender. Einige lytic phages erleben ein bekanntes Phänomen, weil lysis Hemmung, wo vollendet, phage Nachkommenschaft nicht sofort lyse aus der Zelle wird, wenn extracellular phage Konzentrationen hoch sind. Dieser Mechanismus ist zu diesem von gemäßigten phage das Gehen schlafend nicht identisch und ist gewöhnlich vorläufig.

Im Gegensatz läuft der lysogenic Zyklus auf unmittelbaren lysing der Gastgeber-Zelle nicht hinaus. Diejenigen, die phages sind, fähig, lysogeny zu erleben, sind als gemäßigter phages bekannt. Ihr Virengenom wird mit der Gastgeber-DNA integrieren und zusammen damit ziemlich harmlos wiederholen, oder kann sogar feststehend als ein plasmid werden. Das Virus bleibt schlafend, bis sich Gastgeber-Bedingungen vielleicht wegen der Erschöpfung von Nährstoffen verschlechtern; dann werden die endogenen phages (bekannt als prophages) aktiv. An diesem Punkt beginnen sie den Fortpflanzungszyklus, lysis der Gastgeber-Zelle hinauslaufend. Da der lysogenic Zyklus der Gastgeber-Zelle erlaubt fortzusetzen, zu überleben und sich zu vermehren, wird das Virus in der ganzen Nachkommenschaft der Zelle wieder hervorgebracht.

Ein Beispiel eines bacteriophage, der bekannt ist, dem lysogenic Zyklus und dem lytic Zyklus zu folgen, ist das phage Lambda von E. coli.

Manchmal kann prophages Vorteile für die Gastgeber-Bakterie zur Verfügung stellen, während sie schlafend sind, indem sie hinzufügen, dass neue Funktionen zum Bakteriengenom in einem Phänomen lysogenic Konvertierung genannt haben. Ein bedeutendes Beispiel ist die Konvertierung einer harmlosen Beanspruchung von Vibrio cholerae durch einen phage in einen hoch giftigen, der Cholera verursacht.

Verhaftung und Durchdringen

Um in eine Gastgeber-Zelle einzugehen, haften bacteriophages spezifischen Empfängern auf der Oberfläche von Bakterien, einschließlich lipopolysaccharides, teichoic Säuren, Proteine oder sogar Geißeln an. Diese Genauigkeit bedeutet, dass ein bacteriophage nur bestimmte Bakterien anstecken kann, die Empfänger ertragen, zu denen sie binden können, der der Reihe nach die Gastgeber-Reihe des phage bestimmt. Gastgeber-Wachstumsbedingungen beeinflussen auch die Fähigkeit des phage, sie beizufügen und in sie einzufallen. Als phage bewegen sich virions unabhängig nicht, sie müssen sich auf zufällige Begegnungen mit den richtigen Empfängern wenn in der Lösung (Blut, lymphatischer Umlauf, Bewässerung, Boden-Wasser, usw.) verlassen.

Myovirus bacteriophages verwenden eine hypodermale einer Spritze ähnliche Bewegung, ihr genetisches Material in die Zelle einzuspritzen. Nachdem sie mit dem passenden Empfänger Kontakt hergestellt haben, beugen die Schwanz-Fasern, um die an der Oberfläche der Zelle nähere Auflageplatte zu bringen; das ist als umkehrbare Schwergängigkeit bekannt. Einmal beigefügt völlig wird irreversible Schwergängigkeit begonnen und die Schwanz-Verträge vielleicht mit der Hilfe der ATP-Gegenwart im Schwanz, genetisches Material durch die Bakterienmembran einspritzend.

Podoviruses haben an einer verlängerten diesem eines myovirus ähnlichen Schwanz-Scheide Mangel, so verwenden sie stattdessen ihre kleinen, einem Zahn ähnlichen Schwanz-Fasern, um einen Teil der Zellmembran vor dem Einfügen ihres genetischen Materials enzymatisch zu erniedrigen.

Synthese von Proteinen und Nukleinsäure

Innerhalb von Minuten fangen bakterielle ribosomes an, Viren-mRNA ins Protein zu übersetzen. Für RNS-basierten phages wird RNS replicase früh im Prozess synthetisiert. Proteine modifizieren die Bakterien-RNS polymerase, so schreibt sie bevorzugt Viren-mRNA ab. Die normale Synthese des Gastgebers von Proteinen und Nukleinsäuren wird gestört, und sie wird gezwungen, Virenprodukte stattdessen zu verfertigen. Diese Produkte setzen fort, ein Teil von neuem virions innerhalb der Zelle, Helfer-Proteine zu werden, dass Hilfe den neuen virions oder Proteine sammelt, die an der Zelle lysis beteiligt sind. Walter Fiers (Universität Gents, Belgien) war erst, um die ganze nucleotide Folge eines Gens (1972) und des Virengenoms von bacteriophage MS2 (1976) zu gründen.

Zusammenbau von Virion

Im Fall von T4 phage ist der Aufbau von neuen Virus-Partikeln mit der Hilfe von Helfer-Proteinen verbunden. Die Auflageplatten werden zuerst mit den Schwänzen gesammelt, die auf sie später bauen werden. Der Hauptcapsids, gebaut getrennt, wird sich mit den Schwänzen spontan versammeln. Die DNA ist effizient innerhalb der Köpfe gepackt. Der ganze Prozess nimmt ungefähr 15 Minuten.

Ausgabe von virions

Phages kann über die Zelle lysis, durch das Herauspressen, oder in einigen Fällen durch das Knospen befreit werden. Lysis, durch geschwänzten phages, wird durch genannten endolysin eines Enzyms erreicht, der angreift und die Zellwand peptidoglycan bricht. Ein zusammen verschiedener phage Typ, der filamentous phages, lässt die Gastgeber-Zelle ständig neue Virus-Partikeln verbergen. Veröffentlichte virions werden als frei, und, wenn nicht fehlerhaft, beschrieben, sind dazu fähig, eine neue Bakterie anzustecken. Das Knospen wird mit bestimmtem Mycoplasma phages vereinigt. Im Gegensatz zur Virion-Ausgabe, phages das Anzeigen eines lysogenic Zyklus töten den Gastgeber nicht, aber werden eher langfristige Einwohner als prophage.

Genom-Struktur

Genome von Bacteriophage sind besonders Mosaik-: Das Genom irgendwelcher phage Arten scheint, aus zahlreichen individuellen Modulen zusammengesetzt zu werden. Diese Module können in anderen phage Arten in verschiedenen Maßnahmen gefunden werden. Mycobacteriophages - bacteriophages mit Mycobacterial-Gastgebern - haben ausgezeichnete Beispiele dieses mosaicism zur Verfügung gestellt. In diesen mycobacteriophages kann genetische Zusammenstellung das Ergebnis von wiederholten Beispielen der mit der Seite spezifischen Wiederkombination und rechtswidrigen Wiederkombination (das Ergebnis des phage Genom-Erwerbs des Bakteriengastgebers genetische Folgen) sein.

Therapie von Phage

entdeckte, waren Phages Antibakterienagenten und wurden im Laufe der 1940er Jahre in der Sowjetunion verwendet, um Bakterieninfektionen zu behandeln. Sie haben weit verbreiteten Nutzen einschließlich behandelnder Soldaten in der Roten Armee gehabt. Jedoch wurden sie für den allgemeinen Gebrauch im Westen aus mehreren Gründen aufgegeben:

• Medizinische Proben wurden ausgeführt, aber ein grundlegender Mangel am Verstehen von phages hat diese Invaliden gemacht.
• Therapie von Phage wurde als unzuverlässig gesehen, weil viele der Proben auf Krankheiten völlig ohne Beziehung wie Allergien und Vireninfektionen geführt wurden.
• Antibiotika wurden entdeckt und haben weit eingekauft. Sie waren leichter, zu machen, zu versorgen und vorzuschreiben.
• Antibiotika können patentiert werden, bacteriophage Organismen kann nicht.
• Russische Forschung hat weitergegangen, aber wurde in Russisch oder Georgisch veröffentlicht, und war international viele Jahre lang nicht verfügbar.

Ihr Gebrauch hat seit dem Ende des Kalten Kriegs in Georgia und anderswohin in Osteuropa weitergegangen. Eine Monografie, die von Nina Chanishvili 2009 in Tbilisi geschrieben ist, Georgia hat eine gründliche Analyse der Ergebnisse der phage Therapie gegeben. Es hat auf den in der alten sowjetischen wissenschaftlichen Literatur gegebenen Daten basiert.

Die erste geregelte klinische Probe mit der Wirkung in Westeuropa (gegen Ohr-Infektionen, die durch Pseudomonas aeruginosa verursacht sind), wurde in der Zeitschrift Klinische Hals-Nasen-Ohrenheilkunde im August 2009 berichtet. Inzwischen entwickeln Westwissenschaftler konstruierte Viren, um antibiotischen Widerstand zu überwinden, und mit Geschwulst unterdrückenden Agenten experimentierend. Eine potenzielle Behandlung zurzeit unter der Entwicklung ist ein phage, der entworfen ist, um MRSA zu zerstören.

In der Umgebung

Metagenomics hat die Entdeckung im Wasser von bacteriophages erlaubt, der vorher nicht möglich war. Diese Untersuchungen haben offenbart, dass phages in der Wassersäule sowohl von Süßwasser-als auch von Seehabitaten viel reichlicher sind als vorher Gedanke, und sie bedeutende Sterblichkeit von bacterioplankton verursachen können. Methoden in der phage Gemeinschaftsökologie sind entwickelt worden, um phage-veranlasste Sterblichkeit von bacterioplankton und seiner Rolle für den Nahrungsmittelwebprozess und biogeochemical Zyklus zu genetisch dem Fingerabdruck phage Gemeinschaften oder Bevölkerungen zu bewerten und Virenartenvielfalt durch metagenomics zu schätzen. Der lysis von Bakterien durch phages veröffentlicht organischen Kohlenstoff, der vorher particulate (Zellen) in aufgelöste Formen war, der den Kohlenstoff verfügbarer für andere Organismen macht. Phages sind nicht nur die reichlichsten biologischen Entitäten sondern auch wahrscheinlich auch die verschiedensten. Die Mehrheit der bei phage Gemeinschaften erhaltenen Folge-Daten hat keine Entsprechungen in Datenbanken. Diese Daten und andere ausführliche Analysen zeigen phage-spezifische Gene an, und ökologische Charakterzüge sind viel häufiger als vorher Gedanke. Um die Bedeutung dieser genetischen und ökologischen Vielseitigkeit zu offenbaren, müssen Studien mit Gemeinschaften und an räumlich-zeitlichen für Kleinstlebewesen wichtigen Skalen durchgeführt werden.

Bacteriophages sind auch in der hydrologischen Nachforschung und dem Modellieren in Flusssystemen besonders verwendet worden, wo Oberflächenwasser- und Grundwasser-Wechselwirkungen vorkommen. Der Gebrauch von phages wird dem herkömmlicheren Färbemittel-Anschreiber bevorzugt, weil sie bedeutsam weniger absorbiert werden, wenn man Grundwasser durchführt, und sie bei sehr niedrigen Konzentrationen sogleich entdeckt werden.

Rolle in der Nahrungsmittelgärung

Eine breite Zahl von Nahrungsmittelprodukten, Warenchemikalien und Biotechnologie-Produkten wird industriell durch die groß angelegte Bakteriengärung von verschiedenen organischen Substraten verfertigt. Weil enorme Beträge von Bakterien jeden Tag in großen Gärungsfässern kultiviert werden, konnte die Gefahr der bacteriophage Verunreinigung Gärung zu einem Halt schnell bringen. Der resultierende Wirtschaftsrückschlag ist eine ernste Drohung in diesen Industrien. Die Beziehung zwischen bacteriophages und ihren Bakteriengastgebern ist im Zusammenhang der Nahrungsmittelgärungsindustrie sehr wichtig. Quellen der phage Verunreinigung, Maßnahmen, um ihre Fortpflanzung und Verbreitung und biotechnological Verteidigungsstrategien zu kontrollieren, die entwickelt sind, um phages zurückzuhalten, sind von Interesse. Die Molkereigärungsindustrie hat das Problem von phages offen anerkannt und hat mit der Akademie und den Starter-Kulturgesellschaften gearbeitet, um Verteidigungsstrategien und Systeme zu entwickeln, um die Fortpflanzung und Evolution von phages seit Jahrzehnten zu verkürzen.

Andere Gebiete des Gebrauches

Im August 2006 hat die USA-Bundesbehörde zur Überwachung von Nahrungs- und Arzneimittlel (FDA) LMP-102 (jetzt ListShield) als ein Nahrungsmittelzusatz genehmigt, um Listeria monocytogenes ins Visier zu nehmen und zu töten. LMP-102 wurde genehmigt, um FertigRTEgeflügel und Aufschnitte zu behandeln. Im Oktober dieses Jahres, im Anschluss an die Nahrungsmittelzusatz-Billigung von LMP-102 durch Intralytix, hat der FDA ein Produkt durch EBI genehmigt, der bacteriophages auf Käse verwendet, um den L. monocytogenes Bakterien zu töten, ihnen Status des allgemein anerkannt als sicher (GRAS) gebend. Im Juli 2007 wurden dieselben bacteriophages für den Gebrauch auf allen Nahrungsmittelprodukten genehmigt. Die Forschung im Feld der Nahrungsmittelsicherheit setzt fort zu sehen, ob lytic phages eine lebensfähige Auswahl sind, anderen nahrungsmittelgeborenen pathogens in verschiedenen Nahrungsmittelprodukten zu kontrollieren.

Regierungsstellen im Westen haben seit mehreren Jahren gewesen, auf Georgia und die ehemalige Sowjetunion für die Hilfe mit der Ausnutzung phages achtend, um bioweapons und Toxinen, wie Milzbrand und Botulismus entgegenzuwirken. Entwicklungen gehen unter Forschungsgruppen in den Vereinigten Staaten weiter. Anderer Gebrauch schließt Spray-Anwendung in den Gartenbau ein, für Werke zu schützen, und Gemüse erzeugen vom Zerfall und der Ausbreitung der Bakterienkrankheit. Andere Anwendungen für bacteriophages sind als biocides für Umweltoberflächen, z.B, in Krankenhäusern, und als vorbeugende Behandlungen für Katheter und medizinische Geräte vor dem Gebrauch in klinischen Einstellungen. Die Technologie für phages, der anzuwenden ist, um Oberflächen, z.B, Uniformen, Vorhänge oder sogar Nähte für die Chirurgie auszutrocknen, besteht jetzt. Klinische Proben haben im Lanzette-Show-Erfolg in der Tierbehandlung von Lieblingshunden mit otitis berichtet.

Anzeige von Phage ist ein verschiedener Gebrauch von phages das Beteiligen einer Bibliothek von phages mit einer Variable peptide verbunden mit einem Oberflächenprotein. Das Genom jedes phage verschlüsselt die Variante des Proteins, das auf seiner Oberfläche (folglich der Name) gezeigt ist, eine Verbindung zwischen der peptide Variante und seinem Verschlüsselungsgen zur Verfügung stellend. Variante phages von der Bibliothek kann durch ihre verbindliche Sympathie zu einem unbeweglich gemachten Molekül (z.B, Botulismus-Toxin) ausgewählt werden, um es für neutral zu erklären. Der bestimmte, ausgewählte phages kann multipliziert werden, indem er eine empfindliche Bakterienbeanspruchung so wiederangesteckt wird, ihnen erlaubend, den peptides wiederzubekommen, der in ihnen für die weitere Studie verschlüsselt ist.

Die SEPTISCHE Bakterienabfragungs- und Identifizierungsmethode verwendet die Ion-Emission und seine Dynamik während phage Infektion und bietet hohe Genauigkeit und Geschwindigkeit für die Entdeckung an.

Phage-ligand Technologie macht von Proteinen Gebrauch, die von bacteriophages, charakterisiert und recombinantly identifiziert werden, der für verschiedene Anwendungen wie Schwergängigkeit von Bakterien und Bakterienbestandteilen (z.B endotoxin) und lysis von Bakterien ausgedrückt ist.

Modell bacteriophages

Die folgenden bacteriophages werden umfassend studiert:

• Lambda phage (λ phage) - lysogen (λ ist phage der am meisten studierte und wichtige phage in der Genetik-Forschung.)
• T2 phage
• T4 phage (169 kbp Genom, 200 nm lange)
• T7 phage
• T12 phage
• R17 phage
• M13 phage
• MS2 phage (23-25 nm in der Größe)
• G4 phage
• P1 phage
• Enterobacteria phage P2
• P4 phage
• Phi X 174 phage
• N4 phage
• Pseudomonas phage Φ6
• Φ29 phage
• 186 phage

Kulturelle Verweisungen

• 1926 im Pulitzer preisgekrönter neuartiger Arrowsmith, Sinclair Lewis fictionalized die Anwendung von bacteriophages als ein therapeutischer Agent.

Siehe auch

• Bacterivore
• DNA-Viren
• RNS-Viren
• Polyphage
• Ökologie von Phage
• Monografien von Phage (eine umfassende Auflistung von phage und phage-verbundenen Monografien, 1921 - Gegenwart)
• Transduction

Links

• Zeichentrickfilm von bacteriophage, der E. coli Bakterien ins Visier nimmt
• Seyet LLC - Erwiderung von Bacteriophage T4 und Infektionsvergegenwärtigungen
• Häusler, T. (2006) "Viren gegen Superprogrammfehler", Macmillan
• Phage.org allgemeine Information über bacteriophages
• Bezugszentrum von Felix d'Hérelle für Bakterienviren
• Bacteriophages bekommen eine Fußstütze auf ihrer Beute
• Nachrichtenartikel im August 2007 von der BBC
• BBC-Horizont (1997): Das Virus der Heilmittel - Dokumentarfilm über die Geschichte der phage Medizin in Russland und dem Westen
• NPR Wissenschaft am Freitag podcast, "mit 'Phage' Viren, um Zu helfen, mit Infektion", April 2008 Zu kämpfen
• Institut für die Immunitätsforschung und experimentelle Therapie
• Zeichentrickfilm durch den Hybriden Zeichentrickfilm, der für einen T4 Bacteriophage medizinisch ist, der E. coli Bakterien ins Visier nimmt.
• Immergrünes Staatsuniversitätslaboratorium von Bacteriophages. Hält den größten phage Treffen mit jedem ungeradzahligen Jahr.
• Bacteriophage (Zeitschrift)