Bakteriyofaj (bakteri ve Yunanca phagein, ‘yiyecek’ fiilinden türetme), bakterileri enfekte eden bir virüstür. Terim genel anlamda kısaltı...
Bakteriyofaj (bakteri ve Yunanca phagein, ‘yiyecek’ fiilinden türetme), bakterileri enfekte eden bir virüstür. Terim genel anlamda kısaltılmış hali olan faj olarak kullanılır.
Ökaryotları (hayvan, nebat ve mantarları) enfekte eden virüsler şeklinde fajlarda da büyük bir yapısal ve işlevsel çeşitlilik vardır. Tipik olarak proteinden oluşan bir kabuk ve içinde yer edinen genetik malzemeden oluşurlar. Genetik araç-gereç DNA ya da RNA olabilir, ama genel anlamda 5 - 500 kilo baz çifti uzunluğunda çift sarmallı DNA’dan oluşur. Bakteriyofajlar genel anlamda 20 ila 200 nm arası büyüklükte olurlar.
Fajlar her yerde mecutturlar ve bakterilerin yaşamış olduğu ortamlarda, mesela toprakta ya da hayvan bağırsaklarında bulunabilirler. Faj ve başka virüslerin en yoğun tabii kaynaklarından birisi deniz suyudur. Deniz yüzeyinde mililitrede 109 etkin faj taneciği (virion) bulunmuştur ve deniz bakterilerinin %70′i fajlar tarafınca enfekte olmuş olabilirler.
Tarihçe
1913′te Britanyalı bakteriyolog Frederick Twort bakterileri enfekte edip öldüren bir etmen keşfetmiş ama mevzuyu daha çok takip etmemiştir. Fransız-Kanadalı mikrobiyolog Felix d’Hérelle 3 Eylül 1917′de “dizanteri basilinin düşmanının, görünmez bir mikrobunu†keşfettiğini açıklayıp ona bakteryofaj edını verdi.
Çoğalması
Bakteriyofajların litik ya da lizogenik yaşam döngüleri olabilir, bazılarında her ikisi de olur. T4 fajı şeklinde öldürücü fajlarda görülen litik döngüde virionun çoğalmasının derhal arkasından konak hücre parçalanır ve ölür. Hücre ölür ölmez virionların kendilerine yeni bir konak bulmaları gerekir.
Lizogenik döngü, buna karşıtlık olarak, konak hücrenin parçalanmasına niçin olmaz. Lizogenik olabilen fajlara ılımlı fajlar (temperate phage) denir. Viral genom konak genoma dahil olur ve oldukça zararsız bir biçimde onunla birlikte eşlenir. Konak hücrenin sağlığı yerinde olduğu sürece Virüs sessiz bir biçimde varlığını sürdürür, ama konağın şartları bozulursa, mesela gıda kaynaklarının tükenmesi durumunda, endojen fajlar (profaj olarak adlandırılırlar) etkinleşirler. Bir çoğalma süreci başlar, sonucunda konak hücre parçalanır. İlginç bir biçimde lizogenik döngü konak hücrenin çoğalmasına izin verdiği için hücrenin yavrularında da virüs varlığını devam ettirir.
Kimi zaman profajlar inaktif oldukları dönemde bakteri genomuna yeni işlevler kazandırarak konak bakteriye yarar sağlarlar, bu olguya lizogenik dönüşüm (lysogenic conversion) denir. Bunun iyi malum bir örneği Vibrio cholera ‘nın zararsız bir suşunun bir faj tarafınca enfekte edilerek kolera hastalığı etmenine dönüşümüdür.
Bağlanma ve Giriş
Renklendirilmiş bir elektron mikrografında yanyana dizilmiş bakteriyofajlar
Konak hücreye girmek için bakteryofajlar bakterinin yüzeyindeki özgül reseptörlere bağlanırlar, bu tür durumlar içinde lipopolisakkaritler, teikoik asitler, proteinler sayılabilir. Bundan dolayı bir bakteryofaj fakat bağlanabileceği reseptörler taşıyan bakterileri enfekte edebilirler. Faj virionları kendiliklerinde hareket etmediklerinden dolayı kendi reseptörleriyle solüsyondayken rassal olarak buluşup bağlanırlar.
Karmaşık bakteryofajlar, mesela T-çift fajları, genetik malzemelerini hücrenin içine enjekte etmek için şırınga benzeri bir hareket kullanırlar. Uygun reseptörle temas kurduktan sonrasında kuyruk lifleri taban plakasını hücre yüzeyine yaklaştırırlar. İyice bağlandıktan sonrasında, kuyruk büzülür, bu da genetik malzemenin dışarı itilmesine niçin olur. Bir takım fajlar nükleik asiti hücre zarından içeri iter, bazıları hücre yüzeyine birakır. Başka yöntemlerle genetik malzemlerini içeri sokan bakterifajlar da vardır.
Protein ve Nükleik Asit Sentezi
Kısa süre, kimi zaman dakikalar içinde, bakteri ribozomları viral mRNA’nın proteine çevirimine (translasyonuna) başlarlar. RNA-fajlarında RNA-replikaz bu sürecin başlarında sentezlenir. Erken sentezlenen proteinler ve virionla gelen bir takım proteinler bakterinin RNA polimerazını modifiye edip onun viral mRNA’yı tercihen çevirmesine niçin olabilirler. Konağın kendi protein ve nükleik asit sentezi de bozularak viral ürünlerin sentezine yönlendirilir. Bu ürünler ya hücreyi parçlamaya yarayacaklaklar, ya yeni virionların oluşmasına destek olacaklar ya da yeni virionları oluşturacalardır.
Virion Oluşumu
T4 fajları durumunda yeni fajların inşası hususi destek molekülleri gerektiren karmaşık bir süreçtir. Ilkin taban plakası oluşur, kuyruk onun üstünde büyür. Kafa kapsidi, ayrı olarak oluşup kendiliğinden kuyruk ile birleşir. Hemen hemen bilinmeyen bir biçimde DNA kafanın içine sıkı bir biçimde yerini alır. Tüm süreç ortalama 15 dakika alır.
Virionların Salınımı
Fajlar ya hücre parçalanması (lizis) ya da salgılanma kanalıyla salınırlar. T4 fajları durumunda, hücre içine girmelerinden 20 dakikadan birazcık sonrasında hücre parçalanması kanalıyla sayıları 300′ü bulabilen faj salınır. Bunun gerçekleşmesi, hücre duvarındaki peptidoglikanı parçalayan endolizin adlı enzim yardımıyla olur. Bir takım virüler ise parazite dönüşüp konak hücrenin devamlı olarak yeni virüs tanecikleri salgılamasına niçin olabilirler. Yeni virionlar hücre zarından tomurcuklanarak koparlar, beraberlerinde hücre zarının bir kısmını da götürmüş olan bu fajlar örtülü virüse olarak ortama salınırlar. Salınan virionların her birisi yeni bir bakteriyi enfekte edebilir.
Faj Terapisi
Bir bakteriyi enfekte etmek suretiyle ona bağlanmakta olan bakterilerin şematik vizyonu
Keşiflerinin ardında fajlar anti-bakteriyel etmen olarak denenmişlerdir. Ama antibiyotikler keşfedilince bunların fajlardan daha kullanışlı oldukları görülmüştür ve Garp’da faj tedavisi üstüne meydana getirilen araştırmalar bırakılmıştır. Bun rağmen Sovyetler Birliği’nde 1940′lardan bu yana antibiyotiklere seçenek olarak kullanımı devam etmiştir.
Bakteri suşlarında tabii seleksiyon kanalıyla antibiyotik direncinin oluşması bir takım tıbbi araştırmacıları faj tedavisini antibiyotik tedavisine bir seçenek olarak yeniden değerlendirmeye sevketmiştir.
Antibiyotiklerden değişik olarak fajlar, milyonlarca senedir süregeldiği şeklinde, bakterilerle birlikte evrimleştikleri için, devamlı bir direncin oluşma olasılığı yok sayılabilir. Bununla birlikte, etkili bir faj, özgül bakterisini tamamen bitene kadar enfekte etmeye devam edecektir.
Belirgin bir faj genel anlamda fakat belirgin bir bakteri tipini enfekte edebildiği için, ki bu bir çok bakteri türü olabileceği şeklinde bir türün yalnız bir takım alt türleri de olabilir, bakteri tipinin doğru tanımlandığından güvenilir olmak gerekebilir, bu da 24 saat sürebilir.
Faj terapisinin bir başka pozitif yanları başka bakterilere zarar gelmeyeceğinden dar spektrumlu antibiyotik terapisine benzemesidir. Ama, sıkça olduğu şeklinde, aniden fazla bakterinin beraberce niçin oldukları enfeksiyonlarda bu bir dezavantaj oluşturabilir. Bakteryofajların bir başka problemi vücudun bağışıklık sisteminin saldırısına uğramalarıdır.
Fajlar enfeksiyonla direkt temas durumunda tesir gösterirler, onun için açık bir yaraya uygulanmaları en iyi netice doğurur. Sistemik enfeksiyonlarda bu ergonomik olarak mümkün değildir.
Sovyetler birliğinde başka tedavilerin çalışmadığı durumlarda gözlenen başarı göstermiş sonuçlara karşın büyük bölümü araştırmacı faj terapisinin tibbi bir geçerliliğe ulaşacağına kuşku ile bakmaktadır. Faj tedavisinin etkinliğini edinmek için büyük ölçekli klink testler yapılmamıştır ama antibiyotik dirençli bakteri türlerinin çoğalmasından dolayı bu mevzuda araştırmalar sürmektedir.
Ağustos 2006′da ABD Besin ve İlaç İdaresi (Food and Drug Admnistration) bir takım etlerde Listeria monocytogenes bakterisinin öldürülmesi için bakteryofaj kullanımını onaylamıştır.
Model Bakteriyofajlar
Alt tarafta detaylı bir şekilde üstünde çalışılmış olan bakteryofajların bir sıralaması mevcuttur:
* λ faj
* T4 fajı
* T7 fajı
* R17 fajı
* M13 fajı
* MS2 fajı
* P1 fajı
* P2 fajı
* N4 fajı
* Φ6 fajı
* Ф29 fajı
YORUMLAR