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Bakteriophage (Virus, das Bakterien infiziert)

Ein Bakteriophage ist ein Virus, das Bakterien infiziert. Bakteriophagen. die erstmals um 1915 entdeckt wurden, haben eine einzigartige Rolle in der Virusbiologie gespielt. Sie sind vielleicht die am besten verstandenen Viren, gleichzeitig kann ihre Struktur außerordentlich komplex sein. Ein Bakteriophage ist im Wesentlichen ein Virus, das aus DNA oder RNA besteht und in einer Proteinhülle eingeschlossen ist. Die Proteinhülle oder das Kapsid schützt das virale Genom. Einige Bakteriophagen, wie der T4-Bakteriophage, der E. coli infiziert  , haben auch einen Proteinschwanz, der aus Fasern besteht, die helfen, das Virus an seinen Wirt zu binden. Die Verwendung von Bakteriophagen spielte eine herausragende Rolle bei der Aufklärung, dass Viren zwei primäre Lebenszyklen haben: den Lysezyklus und den Lysogenzyklus.

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Virulente Bakteriophagen und der Lysezyklus

Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien infizieren. T-Phagen bestehen aus einem ikosaedrischen (20-seitigen) Kopf, der das genetische Material (entweder DNA oder RNA) enthält, und einem dicken Schwanz mit mehreren gebogenen Schwanzfasern. Der Schwanz wird verwendet, um das genetische Material in die Wirtszelle zu injizieren, um es zu infizieren. Der Phage nutzt dann die genetische Maschinerie des Bakteriums, um sich selbst zu replizieren. Wenn eine ausreichende Anzahl produziert wurde, verlassen die Phagen die Zelle durch Lyse, ein Prozess, der die Zelle abtötet. KARSTEN SCHNEIDER / SCIENO PHOTO LIBRARY / Getty Images

Viren, die ihre infizierte Wirtszelle abtöten, sollen virulent sein. Die DNA in dieser Art von Viren wird durch den Lysezyklus reproduziert. In diesem Zyklus bindet sich der Bakteriophage an die bakterielle Zellwand und injiziert seine DNA in den Wirt. Die virale DNA repliziert und steuert den Aufbau und die Assemblierung von mehr viraler DNA und anderen viralen Teilen. Einmal zusammengesetzt, nehmen die neu produzierten Viren weiter zu und brechen auf oder lysieren ihre Wirtszelle. Die Lyse führt zur Zerstörung des Wirts. Der gesamte Zyklus kann in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Faktoren wie der Temperatur in 20 bis 30 Minuten abgeschlossen werden. Die Phagenreproduktion ist viel schneller als die typische Bakterienreproduktion, so dass ganze Bakterienkolonien sehr schnell zerstört werden können. Der Lysezyklus ist auch bei Tierviren häufig.

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Gemäßigte Viren und der lysogene Zyklus

Gemäßigte Viren sind solche, die sich vermehren, ohne ihre Wirtszelle abzutöten. Gemäßigte Viren vermehren sich während des  lysogenen Zyklus  und treten in einen Ruhezustand ein. Im lysogenen Zyklus wird die virale DNA durch genetische Rekombination in das Bakterienchromosom inseriert. Nach der Insertion wird das virale Genom als Prophage bezeichnet. Wenn sich das Wirtsbakterium vermehrt, wird das Prophagengenom repliziert und an jede bakterielle Tochterzelle weitergegeben. Eine Wirtszelle, die einen Prophagen trägt, hat das Potenzial zu lysieren, daher wird sie als lysogene Zelle bezeichnet. Unter Stressbedingungen oder anderen Auslösern kann der Prophage vom lysogenen Zyklus zum lytischen Zyklus wechseln, um die Viruspartikel schnell zu reproduzieren. Dies führt zur Lyse der Bakterienzelle. Viren, die Tiere infizieren, können sich auch über den lysogenen Zyklus vermehren. Beispielsweise tritt das Herpesvirus nach der Infektion zunächst in den Lysezyklus ein und wechselt dann in den Lysogenzyklus. Das Virus tritt in eine Latenzzeit ein und kann sich monatelang oder jahrelang im Gewebe des Nervensystems befinden, ohne virulent zu werden. Einmal ausgelöst, tritt das Virus in den Lysezyklus ein und produziert neue Viren.

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Pseudolysogener Zyklus

Bakteriophagen können auch einen Lebenszyklus aufweisen, der sich sowohl vom lytischen als auch vom lysogenen Zyklus ein wenig unterscheidet. Im pseudolysogenen Zyklus wird die virale DNA nicht repliziert (wie im Lysezyklus) oder in das Bakteriengenom eingefügt (wie im lysogenen Zyklus). Dieser Zyklus tritt normalerweise auf, wenn nicht genügend Nährstoffe zur Verfügung stehen, um das Bakterienwachstum zu unterstützen . Das virale Genom wird als  Präprophage bekannt  , die nicht in der Bakterienzelle repliziert wird. Sobald der Nährstoffgehalt wieder in einem ausreichenden Zustand ist, kann der Präprophage entweder in den lytischen oder den lysogenen Zyklus eintreten.

Quellen:

  • Feiner, R., Argov, T., Rabinovich, L., Sigal, N., Borovok, I., Herskovits, A. (2015). Eine neue Perspektive auf die Lysogenese: Prophagen als aktive regulatorische Schalter von Bakterien. Nature Reviews Microbiology , 13 (10), 641–650. doi: 10.1038 / nrmicro3527

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