Ana içerik

Konu: Biyoloji Kütüphanesi > Ünite 24

Ders 1: Virüsler

Bakteriyofajlar

Bakterilere bulaşan virüsler, litik ve lizogenik döngüler hakkında bilgi edinin.

Giriş

Bakteriler de virüs kapabilirler! Bakterilere bulaşan (enfekte eden) virüslere bakteriyofaj denir ve bazı bakteriyofajlar laboratuvar ortamında detaylı bir şekilde incelenmiştir (bu da, onları en iyi tanıdığımız virüs türlerinden biri yapar)

Bu makalede bakteriyofajların bakterilere bulaşmak için kullandığı iki farklı döngüyü inceleyeceğiz:

Litik döngü: Bakteriyofaj, bir bakteriye bulaşır, bir sürü bakteriyofaj üretmek için bakteriyi ele geçirir ve sonra hücreyi patlatarak (parçalayarak) öldürür.
Lizojenik döngü: Bakteriyofaj bakteriye bulaşır ve DNA'sını bakteriyel kromozoma yerleştirir. Bunu yaparak bakteriyofaj DNA'sının (artık profaj adına sahip) kopyalanmasını ve hücrenin DNA'sıyla birlikte diğer nesillere aktarılmasını sağlar.

Bu döngüleri daha yakından incelemeye ne dersiniz?

Bakteriyofajlar, bakterilere bulaşan virüslerdir

Bakteriyofajlar ya da kısaca fajlar, bakterilere bulaşan virüslerdir. Diğer virüs türleri gibi bakteriyofajlar da şekil ve genetik materyal bakımından oldukça farklılık gösterirler.

Faj genomları DNA'dan ya da RNA'dan oluşabilir, aynı zamanda dört genden birkaç yüz gene kadar farklı gene sayısına da sahip olabilirler $^{1, 2, 3}$ ‍.
Bir bakteriyofajın kapsidi ikozahedral (yirmi üçgen yüzlü), filamantöz (lifsi) veya baş-kuyruk şeklinde olabilir. Baş-kuyruk yapısı fajlara ve yakın akrabalarına özel gibi görünmektedir (ve ökaryotik virüslerde görülmemektedir.) $^{4, 5}$ ‍.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Corticovirus," "T7likevirus," ve "Inovirus, by ViralZone/Swiss Institute of Bioinformatics, CC BY-NC 4,0.

Bakteriyofaj enfeksiyonları

Bakteriyofajlar da diğer virüsler gibi üremek için konak hücrelere bulaşmalıdır. Bu bulaşma sürecini oluşturan adımların hepsi fajın yaşam döngüsü olarak adlandırılır.

Bazı fajlar sadece litik (patlayıp konak hücrelerini öldürdükleri) yaşam döngüsüyle üreyebilirler. Diğer fajlar ise litik yaşam döngüsü ve lizojenik (konak hücreyi öldürmedikleri ve hücre her bölündüğünde konak DNA ile birlikte kopyalandıkları) yaşam döngüsü arasında gidip gelebilirler.

Bu iki döngüyü daha yakından inceleyelim. Örnek olarak E. coli bakterilerine bulaşan ve litik ile lizojenik döngüler arasında gidip gelebilen lambda (

λ

) isimli bir fajı kullanalım.

Litik döngü

Faj, litik döngüde normal bir virüs gibi davranır: konak hücreyi ele geçirir ve hücrenin kaynaklarını kullanarak birçok yeni faj oluşturur, bu süreçte de hücrenin liz olmasına (patlamasına) ve ölmesine sebep olur.

Litik döngünün aşamaları:

Bağlanma: Fajın "kuyruğu"'ndaki proteinler, bakteri hücresinin yüzeyindeki spesifik bir reseptöre (bu durumda bir şeker taşıyıcısına) bağlanır.
Giriş: Faj, çift sarmallı DNA genomunu bakterinin sitoplazmasına enjekte eder.
DNA kopyalama ve protein sentezi: Faj DNA'sı kopyalanır ve faj genleri ifade edilerek kapsit proteinleri gibi yeni proteinler sentezlenir.
Yeni fajların oluşması: Kapsit proteinlerinden oluşan kapsitlerin DNA ile doldurulması sonucunda bir sürü yeni faj parçacığı oluşur.
Parçalanma: Litik döngünün sonlarına doğru faj, hücre zarı ve hücre duvarında delikler açan proteinlerin üretilmesi için gerekli genleri ifade eder. Delikler, hücre içine su girmeesine ve hücrenin hacminden fazla doldurulmuş bir su balonu gibi şişip patlamasına sebep olur.

Hücre patlaması (veya liz olma) yüzlerce yeni fajı serbest bırakır, bu fajlar da yakındaki diğer konak hücreleri bulup onlara bulaşabilirler. Bu şekilde gerçekleşen birkaç litik enfeksiyon döngüsü, fajın bakteri popülasyonu içinde hızla yayılmasını sağlayabilir.

Lizojenik döngü

Lizojenik döngü, fajın konak hücresini öldürmeden üremesine izin verir. Bazı fajlar sadece litik döngüyü kullanabilir, ancak bizim takip ettiğimiz faj olan lambda (

λ

), iki döngü arasında gidip gelebilir.

Çoğu faj ya sadece litik (bazen virülant fajlar olarak adlandırılır) ya da litik ve lizojenik döngüler arasında gidip gelme özelliğine sahiptirler (bazen temperat fajlar olarak adlandırılır.)

Ancak, konu viroloji olduğunda, neredeyse her kuralın bir istisnası vardır ve bu durum faj yaşam döngüleri için de geçerlidir. Filamentöz ((lifsi) uzun, çubuk şekilli) fajlar hücrelerden hücreyi liz etmeyen veya öldürmeyen bir süreç sonucu serbest bırakılır (her ne kadar hücre aktif olarak yeni faj parçacıkları üretiyor olsa da)

^{7, 8}

. Bu, parçalanmanın olmadığı "litiğe benzeyen" bir yaşam döngüsüdür.

Lizojenik döngüde ilk iki adım (bağlanma ve DNA enjeksiyonu) aynen litik döngüde olduğu gibi gerçekleşir. Ancak, faj DNA'sı hücrenin içine girdikten sonra hemen kopyalanmaz veya protein üretmek için ifade edilmez. Onun yerine, bakteriyel kromozomun belirli bir bölgesiyle birleşir. Bu durum faj DNA'sının kromozomla birleşmesine sebep olur.

Bütün fajlar lizojenik döngü sırasında DNA'larını konak hücrenin genomuyla birleştirmezler. Bazıları genomlarını ayrı, dairesel bir DNA parçası olarak hücre içinde tutarlar

^{7}

Bu durum hala bir lizojenik döngü olarak görülür çünkü faj, yeni virüs parçacıklarının oluşumunu tetiklemez veya hücreyi öldürmez. Onun yerine "sessiz" kalır ve pasif bir şekilde hücrenin DNA'sıyla birlikte kopyalanmaya başlar.

Birleşmiş faj DNA'sı (profaj olarak adlandırılan) aktif değildir: genleri ifade edilmez ve yeni fajların üretimini sağlamaz. Ancak, konak hücre her bölündüğünde profaj da konak DNA ile birlikte kopyalanır ve gelecek nesillere aktarılır. Lizojenik döngü, litik döngüye göre daha az gösterişlili (ve daha şiddetsizdir); ama günün sonunda sadece fajın üremesinin bir başka yoludur.

Doğru koşullar altında profaj aktif hale gelip bakteriyel kromozomdan dışarı çıkabilir. Bu durumda litik döngünün geriye kalan aşamaları tetiklenir (DNA kopyalaması ve protein sentezi, faj oluşumu ve liz olma.)

Parçalanmak ya da parçalanmamak?

Bir faj, bir bakteriye bulaştığı zaman litik döngüye mi lizojenik döngüye mi gireceğine nasıl "karar verir"? Aynı anda hücreye bulaşan faj sayısı önemli bir etkendir. Aynı anda bulaşan fajların sayısının fazla olması, enfeksiyonun lizojenik döngü kullanma ihtimalini arttırır. Bu strateji, fajların bakteriyel konak hücreleri (faj-konak hücre oranının çok yüksek olması durumunda saldırıyı azaltarak) tamamen yok etmesine engel olabilir

^{10}

Tek bir bakteriye bulaşan birçok faj olması durumu, fajların bakteriyel konak hücreleri tamamen yok etme tehlikesi bulunduğuna işaret eder (istatistiksel olarak.)

Aynı anda gerçekleşen birçok enfeksiyona tepki olarak lizojenik moda dönen fajların konak hücrelerden mahrum kalıp "yok olma" tehlikesi daha azdır (çünkü kendi sayıları çok fazla olduğunda stratejik olarak konak hücreleri öldürmeyi bırakabilirler.) İlginç olarak bir hücre genomunda bir profaja sahip olduktan sonra aynı türden başka bir faja karşı bağışıklığa sahip olur.

^{4}

Bu sebeple, aynı anda gerçekleşen enfeksiyonlar durumunda lizojeniye geçmeye yönündeki genetik olarak kodlanmış eğilim, doğal seçilim tarafından tercih edilmiş olabilir (bu durum, günümüzde fajların bu özelliğe neden sahip olduklarını açıklar.)

Bİr profajın kromozomdan çıkıp litik döngüye girmesini tetikleyen nedir? UV radyasyonu ve kimyasallar gibi DNA'ya zarar veren etken maddeler bir popülasyondaki profajların çoğunu tekrar aktif olmaları yönünde tetikler, en azından laboratuvar ortamında. Ancak, popülasyondaki profajların küçük bir bölümü kendiliğinden (bu dış etkenler olmadan) "litik olurlar."

^{7, 11}

Antibiyotikler ve bakteriyofajlar

Antibiyotikler keşfedilmeden önce bakteriyofajların insanlarda görülen bakteriyel hastalıkların tedavisinde kullanılması yönünde oldukça fazla araştırma vardı. Bakteriyofajlar, insan hücrelerine değil sadece konak bakterilerine sladırdıkları için insanlarda görülen bakteriyel hastalıkları tedavi etmek için iyi adaylar olabilirler.

Antibiyotikler keşfedildikten sonra faj yaklaşımından genel olarak vazgeçildi (özellike İngilizce konuşulan ülkelerde.) Ancak Rusya, Gürcistan ve Polonya gibi bazı ülkeler, fajları tıbbi amaçlarla kullanmaya devam etti ve hatta fajlar, günümüzde de hala kullanılmaktalar.

^{12, 13}

Antibiyotiklere karşı dirençli bakterilerin daha büyük bir sorun oluşturmaya başlamasıyla birlikte "faj yaklaşımı"nı geri getirmek konusunda artan bir ilgi var. Fajların ne kadar güvenli ve etkili olduğu konusunun derinlemesine araştırılması gerekiyor, ancak kim bilir? Belki bir gün doktorun sana penisilin yerine faj yazabilir!

Bu makale CC BY-NC-SA 4,0 lisanslıdır.

Alıntı yapılan çalışmalar:

Bacteriophage. (28 Nisan 2016). Alıntı yapılan tarih ve kaynak: 9 Mayıs 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Bacteriophage.
Bacteriophage MS2. (17 Şubat 2016). Alıntı yapılan tarih ve kaynak: 9 Mayıs 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Bacteriophage_MS2.
Brüssow, H. ve Hendrix, R. W. (2002). Phage genomics: Small is beautiful. Cell, 108(1), 13-16. http://dx.doi.org/10,1016/S0092-8674(01)00637-7.
Dimmock, N. J., Easton, A. J. ve Leppard, K. N. (2016). Virus particles with head-tail morphology. Introduction to modern virology (7. baskı, sayfa: 27). West Sussex, UK: John Wiley & Sons.
Pietilä, M. K., Laurinmäki, P., Russell, D. A., Ko, C.-C., Jacobs-Sera, D., Hendrix, R. W., Bamford, H. ve Butcher, S. J. (2013). Structure of the archaeal head-tailed virus HSTV-1 completes the HK97 fold story. PNAS, 110(26), 10604-10609. http://dx.doi.org/10,1073/pnas.1303047110.
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. ve Walter, P. (2002). Şekil 5,81. The life cycle of bacteriophage lambda. Molecular biology of the cell (4. baskı). New York, NY: Garland Science. Alıntı yapılan kaynak: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26845/figure/A893/?report=objectonly.
Holmes, R. K. ve Jobling, M. G. (1996). Genome organization. S. Barron (Ed.), Medical microbiology (4. baskı). Galveston, TX: University of Texas Medical Branch at Galveston. Alıntı yapılan kaynak: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK7908/#_A453_.
Rakonjac, J. (2012). Filamentous bacteriophages: Biology and applications. eLS. Chichester, UK: John Wiley and Sons. http://dx.doi.org/10,1002/9780470015902.a0000777.
Maloy, S. (2003, November 12). The lysis-lysogeny decision by phage lambda. Microbial genetics. Alıntı yapılan kaynak: http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/topics/phage/lysis-lysogeny.html.
Abedon, S. T.. Lytic-lysogeny decision. Bacteriophage ecology group. Alıntı yapılan kaynak: http://www.archaealviruses.org/terms/lytic_lysogeny_decision.html.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. ve Jackson, R. B. (2011). The lysogenic cycle. Campbell biology (10. baskı, sayfa 398). San Francisco, CA: Pearson.
Phage therapy. (4 Mayıs 2016). Alıntı yapılan tarih ve kaynak: 9 Mayıs 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Phage_therapy.
Abedon, S. T., Kuhl, S. J., Blasdel, B. G. ve Kutter, E. M. (2011). Phage treatment of human infections. Bacteriophage, 1(2), 66-85. http://dx.doi.org/10,4161/bact.1,2.15845.

Ek referanslar:

Acheson, N. H. (2007). Bacteriophages. Fundamentals of Molecular Virology. (1. baskı, sayfa 71-79). Hoboken, NJ: Wiley.

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. ve Walter, P. (2002). Conservative site-specific recombination can reversibly rearrange DNA. Molecular biology of the cell (4. baskı). New York, NY: Garland Science. Alıntı yapılan kaynak: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26845/#_A890_.

Bacteriophage. (28 Nisan 2016). Alıntı yapılan adres ve kaynak: 9 Mayıs 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Bacteriophage.

Lambda phage. (10 Mart 2016). Alıntı yapılan tarih ve kaynak: 9 Mayıs 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Lambda_phage.

OpenStax College, Biology. (29 Aralık 2015). Viruses. OpenStax CNX. Alıntı yapılan adres: https://cnx.org/contents/5ewKI2TO@3/Viruses.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H. ve Heller, H.C. (2003). Bacteriophage reproduce by a lytic cycle or a lysogenic cycle. Life: the science of biology (7. baskı, sayfa 259-261). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Raven, P. H. ve Johnson, G. B. (2002). Bacterial viruses exhibit two sorts of reproductive cycles. Biology (6. baskı, sayfa 668-669). Boston, MA: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V. ve Jackson, R. B. (2011). Replicative cycles of phages. Campbell biology (10. baskı, sayfa 396-398). San Francisco, CA: Pearson.

Swiss Institute of Bioinformatics. (2016). Viral latency. ViralZone. Alıntı yapılan kaynak: http://viralzone.expasy.org/all_by_protein/3970.html.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Giriş Yap

Sıralama ölçütü:

İrem Telaşlılar
5 yıl önce önce paylaşıldı. İrem Telaşlılar kullanıcısının ''Thank you for the article'...' gönderisini görmek için direkt link
Thank you for the article. How much time does it take on average for a bacteriophage to complete the lytic or the lysogenic cycle in optimal conditions?
Bu düğme kayıt sayfasına yönlendirirBu düğme kayıt sayfasına yönlendirir
(1 oy)
Cevap

İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.