בקטריופאג

בקטריופאג הם נגיפים המדביקים חיידקים ומתרבים בתהליך. ישנו גם חיידק ספציפי לכל חיידק. בקטריופאגים משמשים ברפואה והנדסה גנטית.

מהם חיידקים?

בקטריופאגים הם קבוצה של נגיפים המדביקים חיידקים וארכאאה (חיידקים קדמוניים). בכך הם ממשיכים להתרבות ולהשמיד את החיידק.

לכל חיידק קיים חיידק ספציפי המבוסס על עקרון המנעול והמפתח. על פי ההגדרה המסורתית, בקטריופאגים, כמו כל הנגיפים, אינם יצורים חיים. הם תלויים במארח לצורך רבייתם. לא מתרחשים תהליכים ביוכימיים מחוץ למארח. הפאגים משתמשים באנזימים של המארח שלהם לשם כך.

בקטריופאגים מורכבים רק מ- DNA או RNA, המוקפים במעיל חלבון. ברובם המוחלט של הפאגים יש DNA כחומר גנטי.

הפאגים תוארו לראשונה בשנת 1917 על ידי הביולוג הקנדי פליקס הוברט הד'רל. מבנה הפאגים השונים שונה. בעיקרון, בקטריופאגים מורכבים ממספר רכיבים. המוקד העיקרי היה במבנה של שלבי ה- T כביכול, המדביקים גם את חיידק ה- Escherichia coli.

שלבי ה- T מורכבים מראש פוליאדרלי המחובר לתעלת הזרקה מוארכת (מכשיר הזרקה) דרך צוואר. צלחת הבסיס עם סיבי הזנב והדוקרנים ממוקמת מתחת למכשיר ההזרקה. הראש הוא קפסיד המכיל חומצה גרעינית. הקפסיד, תעלת ההזרקה וצלחת הבסיס עשויים חלבון. סיבי זנב ודוקרנים משמשים לעיגון הפאג לדופן התא של החיידק.

אירוע, הפצה ונכסים

בקטריופאגים הם אוניברסליים. ישנם כ 10 לעוצמתם של 30 חיידקים במי ים. יש גם פאג המתאים לכל חיידק.

ניתן לחלק את הכפל של בקטריופאגים לחמישה שלבים. ראשית, הפאג נקלט בקולטן ספציפי בדופן התא. קצות חוטי הזנב נצמדים למשטח התא. בשלב הבא, הזריק מזריק את ה- DNA או RNA שלו לחיידק. קליפות החלבון הריקות נשארות על פני החיידק. השלב השלישי נקרא שלב ההשהיה, בו לא ניתן לאתר אף פאגים. בשלב ההשהיה שנמשך מספר שעות מתחיל התרגום ל- mRNA הנגיף ושכפול לחומצה הגרעינית הנגיפית. בשלב המכונה של ייצור, חלבונים ויראליים נוצרים. ואז, בשלב ההתבגרות שלאחר מכן, מורכבים מרכיבי הנגיף הבודד. לאחר השלמת ייצור הנגיף, ליזוזזים המיוצר על ידי התא החיידקי המומר ממיס את החיידק ומשחרר את הפאגים המיוצרים.

משמעות ופונקציה

כיום בקטריופאגים נמצאים בשימוש נרחב באזורים רבים. תחומי יישום מיוחדים שנפתחים ברפואה, ביולוגיה או הנדסה חקלאית. ברפואה משתמשים בבקטריופאגים לאיתור זני חיידקים בשל הספציפיות שלהם לחיידקים מסוימים. תחום יישום זה נקרא ליזו-טיפוס.

בימים אלה נערך מחקר אינטנסיבי למאבק בחיידקים המשתמשים בבקטריופאגים בזיהומים. תחום מחקר זה מקבל חשיבות רבה במיוחד בהשפעת המספר ההולך וגדל של זני חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה. עם זאת, היציבות הירודה של הפאגים בגוף היא בעייתית. הם מחוסלים מייד על ידי הפגוציטים של הגוף עצמו.

פליקס Hubert d’Hérelle כבר שקל את היישום האפשרי הזה. עם זאת, לאחר גילוי אנטיביוטי והחדרתו, נשכחו תוצאות המחקר על יישום אפשרי זה לחלוטין. עם זאת, מכון אליאווה לחקר הפאגים שנוסד על ידי דה'רל בשנת 1934 קיים עדיין בטביליסי, ג'ורג'יה. יחד עם מכון לודוויק הירשפלד לאימונולוגיה ולטיפול ניסיוני מהעיר ורוצלב הפולנית, נערכים היום מחקר בנושא שיטות אלטרנטיביות למאבק בחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה באמצעות פאגים.

הפאגים משמשים גם בדרכים רבות ושונות בתעשיית המזון. לדוגמה, משתמשים בתרסיסי פאג שונים בעת אריזת גבינה או נקניקיות כדי להגן עליהם מפני חיידקים.

הנדסה גנטית היא גם תחום גדול ביישום. לדוגמה, הפאגים משמשים כיום כווקטורים לגנים מסוימים ומוכנסים לחיידקים. בשיטה זו ניתן היה ליצור זני חיידקים המייצרים אינסולין של Escherichia coli.

ווקטורים אלה הופכים חשובים יותר ויותר לייצור חומרים פעילים אחרים. בנוסף, ניתן להשתמש בחלק מהם למאבק במומים גנטיים.

מחלות ומחלות

עם זאת, בקטריופאגים לא מראים רק השפעות חיוביות. כמה מחלות זיהומיות קשות פורצות רק בעזרת פאגים. דיפטריה מופעלת על ידי החיידק Corynebacterium diphtheriae. עם זאת, המחלה יכולה להתפרץ רק אם Dipynteriae Corynebacteriume נדבק בו זמנית בבקטריופאגים. לאחר זיהום בפאגים, חיידקים אלו מייצרים את הרעלן האופייני הגורם לתסמינים הקשים, לפעמים מסכני חיים.

המחלה מתחילה בסימנים כמו קשיי בליעה, עייפות, בחילה וכאבי בטן. על השקדים יש ציפוי לבן שמריח רע, מתוק. לעתים קרובות ישנם סיבוכים כמו דלקת ריאות או שריר הלב, שעלולים להיות קטלניים.

מחלה נוספת הנגרמת על ידי בקטריופאגים היא חום ארגמן. קדחת השנית נגרמת כתוצאה מסטרפטוקוקים הנגועים בבקטריופאגים. כתוצאה מזיהום זה החיידקים מייצרים רעלן מזויף במיוחד. ישנם תסמינים חמורים עם צמרמורות, חום, הקאות וכאבי גרון. בתחילה הלשון לבנה, אך לאחר מספר ימים היא הופכת לאדמת פטל. פריחה מתרחשת גם כן. אם החיידק לא היה נגוע בבקטריופאג, הוא רק יוביל לדלקת שקדים לא מזיקה.

כולרה נגרמת גם כתוצאה מחיידק הנגוע בבקטריופאגים הנקרא Vibrio cholerae.