Bakteriofagi to wirusy, które infekują bakterie i archeony. Odkryte zostały jeszcze przed antybiotykami, jednak dopiero teraz zaczyna doceniać się ich potencjał terapeutyczny. Dziś przybliżymy sobie temat bakteriofagów.

Bakteriofagi – wprowadzenie

Bakteriofagi (zwane także fagami) są wirusami bakteryjnymi. Oznacza to między innymi, że potrzebują bakteryjnego gospodarza do tego, aby się replikować i tworzyć potomne wiriony. Ich wielkość mieści się zwykle w przedziale między 20 a 400 nm. Są one najliczniejszą formą życia na Ziemi i liczą między 10³⁰ a 10³². Pełnią one kluczową rolę w regulacji zachowania równowagi mikrobiologicznej. Środowiska jakie zasiedlają są różnorakie, od gorących źródeł czy Sahary aż do wód arktycznych. Najczęściej izoluje się je z wody, ścieków, gleby, żywności, czy jelit.

Klasyfikacja bakteriofagów

Bakteriofagi klasyfikuje się i przydziela do rodzin na podstawie ich morfologii, rozmiaru główki i ogonka, ale także na podstawie ich materiału genetycznego. Kiedyś wyróżniało się się trzy główne rodziny, do których należały fagi: Myoviridae, Siphoviridae i Podoviridae. Rodziny te należały do rzędu Caudovirales, który w 2020 roku został usunięty z systematyki wirusów przez Międzynarodowy Komitet Taksonomii Wirusów (ICTV). Fagi te zostały przyporządkowane do rzędu Caudoviricetes.

Fagi zbudowane są zazwyczaj z główki i ogonka (96% fagów posiada ogonek). W główce wirusa znajduje się jego materiał genetyczny, a występować może pod różną postacią: ssDNA (jednoniciowy DNA), dsDNA (dwuniciowy DNA), ssRNA (jednoniciowy RNA) lub dsRNA (dwuniciowy RNA)

Bakteriofagi mogą przeprowadzać kilka różnych cykli życiowych, a obecnie znane są cztery: lityczny, lizogeniczny, pseudolizogeniczny oraz chroniczny (przewlekłej infekcji). Ten ostatni jest typowy dla fagów filamentujących, które nie posiadają ogonka.

Zastosowanie fagów

Rolnictwo i ochrona żywności

W Stanach Zjednoczonych jest bardzo wiele preparatów fagowych, które są dozwolone przez FDA (Food and Drug Administration). Wykorzystuje się koktajle fagowe (preparat sporządzony z kilku bakteriofagów) między innymi na plantacjach z bananami w walce z bakterią Ralstonia solanacarum. Stosuje się także preparaty do ochrony żywności, jak np. Listex-P100, który używany jest przeciwko Listeria monocytogenes.

Na polskim rynku znajduje się firma Proteon Pharmaceuticals, która produkuje fagowe dodatki do pasz, np. Bafasal oraz inne produkty, w tym koktajle bakteriofagowe zwalczające bakterie Salmonella Typhimurium, S. Enteritidis i Escherichia coli w hodowli drobiu. Ich preparaty fagowe eksportowane są między innymi do Indii, ponieważ niestety na terenie Europy wciąż jest ciężko uzyskać zgodę na stosowanie środków fagowych.

Terapia fagowa

Borykamy się z coraz to większym problemem wielolekoopornych patogenów bakteryjnych, które trudniej jest zwalczać konwencjonalną terapią. Bakteriofagi są więc szczególnie rozpatrywane jako alternatywa do leczenia antybiotykami. Antybiotyki doprowadzają do śmierci komórek bakteryjnych z danego spektrum, niezależnie od tego czy są one dla nas „dobre”, czy „złe”. Bakteriofagi rozpoznają receptrory na powierzchni komórek bakteryjnych i są specyficzne wobec gospodarza. W związku z tym można tak dobrać terapię fagową, że będzie ona bezpieczna dla naszej mikrobioty, czyli potocznie flory bakteryjnej.

Istnieje kilka ośrodków terapii fagowej na całym świecie. W Polsce we Wrocławiu znajduje się Instytut imienia Ludwika Hirszfelda, gdzie prowadzi się terapię fagową przeciw zakażeniom gronkowcowym. Terapia ta ma charakter eksperymentalny i jest prowadzona odpłatnie. Do takiej terapii od 2016 roku można zgłosić pacjentów już od 6 roku życia.

Fagi można stosować przy terapii ludzi, a także zwierząt. Preparaty fagowe, które są szczególnie przydatne, to te które działają między innymi na Escherichia coli i Staphylococcus aureus. Bakterie te mogą prowadzić do zapalenia wymion u krów. U drobiu poważny problem stanowi Salmonella spp. Obecnie leczy się to antybiotykami, które albo są nieskuteczne, albo prowadzą do zwyrodnień chrząstki stawowej, jak na przykład enrofloksacyna. Są to kolejne powody, dla których poszukiwanie fagów przeciw tym patogenom jest tak istotne.

Technologia phage display

Technika phage display, czyli prezentowania fagowego służy do badania interakcji białko-białko, białko-peptyd, białko-DNA. Faga można zmodyfikować w taki sposób, aby na powierzchni kapsydu prezentowało odpowiednie białko. Do tego białka może przyłączyć się inna cząsteczka, która nas interesuje. W tej technice najpowszechniej wykorzystuje się faga M13. Prezentowanie fagowe służy między innymi do prowadzenia badań nad lekami, szczepionkami, czy odczynnikami diagnostycznymi.

Literatura

1. E. Jończyk, M. Kłak, R. Międzybrodzki, A. Górski (2011). The influence of external factors on bacteriophages – review. Folia Microbiol, 56, 191-200, DOI 10.1007/s12223-011-0039-8
2. Elizabeth Kutter, Alexander Sulakvelidze (2004). Bacteriophages Biology and Applications. CRC Press, ISBN: 13: 978-0-203-49175-1
3. Muhsin Jamal, Sayed M. A. U. S. Bukhari, Saadia Andleeb, Muhammad Ali, Sana Raza, Muhammad A. Nawaz, Tahir Hussain, Sadeeq u. Rahman, Syed S. A. Shah (2018). Bacteriophages: an overview of the control strategies against multiple bacterial infections in different fields. Journal of Basic Microbiology, 1-11, DOI: 10.1002/jobm.201800412
4. Tomasz Olszak, Agnieszka Latka, Bartosz Roszniowski, Miguel A. Valvano, Zuzanna Drulis-Kawa (2017). Phage Life Cycles Behind Bacterial Biodiversity. Current Medicinal Chemistry, 24, 3987-4001, DOI: 10.2174/0929867324666170413100136
5. Jadwiga Baj, Zdzisław Markiewicz , 2006. Biologia molekularna bakterii. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.
6. https://hirszfeld.pl/