ბაქტერიების მაინფიცირებელი ვირუსები. ლიზისური და ლიზოგენური ციკლები.

შესავალი

ბაქტერიებიც კი შეიძლება, დავირუსდნენ! ვირუსებს, რომლებიც ბაქტერიებს აინფიცირებენ, ბაქტერიოფაგები ეწოდებათ. ზოგიერთი ბაქტერიოფაგი დეტალურადაა შესწავლილი ლაბორატორიულ პირობებში (რის გამოც ისინი სხვა ვირუსებთან შედარებით საკმაოდ კარგად გვესმის).
ამ სტატიებში ჩვენ განვიხილავთ ორ სხვადასხვა ციკლს, რომლებსაც ბაქტერიოფაგები იყენებენ თავიანთი მასპინძელი ბაქტერიების ინფიცირებისთვის:
  • ლიზისური (დამშლელი) ციკლი: ფაგი აინფიცირებს ბაქტერიას, აიძულებს მას, წარმოქმნას ბევრი ფაგი, შემდეგ კი კლავს უჯრედს მისი დაშლის (ლიზისის) გზით.
  • ლიზოგენური ციკლი: ფაგი აინფიცირებს ბაქტერიას და თავის დნმ-ს ბაქტერიულ ქრომოსომაში ათავსებს, რისი მეშვეობითაც ფაგის დნმ (აწ უკვე პროფაგი) მრალვდება და გადაიცემა უჯრედის დნმ-თან ერთად.
მოდით, უფრო დაწვრილებით შევისწავლოთ თითოეული ციკლი.

ბაქტერიოფაგი არის ვირუსი, რომელიც აინფიცირებს ბაქტერიას

ბაქტერიოფაგი, შემოკლებით ფაგი, არის ვირუსი, რომელიც ბაქტერიებს აინფიცირებს. ვირუსთა სხვა ტიპების მსგავსად, ბაქტერიოფაგებიც მრავალმხრივ განსხვავდებიან ფორმებისა და გენეტიკური მასალის მიხედვით.
  • ფაგის გენომი შედგება დნმ-ის ან რნმ-ისგან და იგი შეიძლება შეიცავდეს სულ რაღაც ოთხიდან რამდენიმე ასეულამდე გენს1,2,3^{1,2,3}.
  • ბაქტერიოფაგის კაფსიდის (ცილოვანი გარსის) ფორმა შეიძლება იყოს იკოსაედრული (ოცწახნაგა), ფილამენტური (ძაფისებრი) ან სულაც თავისა და კუდისგან შემდგარი (კუდიანი). თავისა და კუდის სტრუქტურა, როგორც ჩანს, დამახასიათებელია მხოლოდ ფაგებისა და მათი მონათესავე ვირუსებისთვის (და იგი არ გვხვდება ეუკარიოტულ ვირუსებში)4,5^{4,5}.

ბაქტერიოფაგული ინფექციები

ბაქტერიოფაგებმაც, სხვა ვირუსების მსგავსად, აუცილებლად უნდა დააინფიცირონ მასპინძელი უჯრედი, რათა გამრავლდნენ. იმ ეტაპებს, რომლებისგანაც შედგება ინფიცირების პროფესი, ერთობლივად ფაგის სასიცოცხლო ციკლი ეწოდება.
ზოგიერთი ფაგი მხოლოდ ლიზისური (დამშლელი) სასიცოცხლო ციკლის მეშვეობით მრავლდება. ამ პროცესის დროს ფაგები შლიან და კლავენ მასპინძელ უჯრედებს. სხვა ფაგები ლიზისურის გარდა ლიზოგენურ სასიცოცხლო ციკლსაც მიმართავენ, რომლის დროსაც ისინი არ კლავენ მასპინძელ უჯრედს (და, ნაცვლად ამისა, ამ უჯრედის გაყოფისას მის დნმ-თან ერთად მრავლდებიან).
მოდით, უფრო დეტალურად განვიხილოთ თითოეული ციკლი. მაგალითისთვის გამოვიყენებთ ლამბდა-ფაგს (λ\lambda), რომელიც E. coli ბაქტერიას აინფიცირებს და შეუძლია ორივე სასიცოცხლო ციკლის წარმართვა.

ლიზისური ციკლი

ლიზისურ ციკლში ფაგი ტიპური ვირუსივით მოქმედებს: იგი უტევს მასპინძელ უჯრედს და ამ უჯრედის რესურსებს მრავალი ახალი ფაგის საწარმოებლად იყენებს, რაც იწვევს უჯრედის ლიზისსა (დაშლასა) და კვდომას.
ლიზისური ციკლის საფეხურებია:
  1. მიბმა: ფაგის „კუდში“ არსებული ცილები ებმიან ბაქტერიული უჯრედის ზედაპირის სპეციფიკურ რეცეპტორს (ამ შემთხვევაში, შაქრის გადამტანს).
  2. შესვლა: ფაგს თავისი ორჯაჭვიანი დნმ-ის გენომი შეყავს ბაქტერიის ციტოპლაზმაში.
  3. დნმ-ის კოპირება და ცილების სინთეზი: ფაგის დნმ კოპირდება, ფაგის გენები კი ექსპრესირდება ცილების წარმოსაქმნელად, მაგალითად, კაფსიდური ცილებისა.
  4. ახალი ფაგის აწყობა: კაფსიდური ცილებისგან იწყობა კაფსიდები და ივსება დნმ-ით, რათა წარმოიქმნას ახალი ფაგები.
  5. ლიზისი: ლიზისური ციკლის ბოლოსკენ ფაგი ექსპრესირებს გენებს იმ ცილების წარმოსაქმნელად, რომლებიც ხვრელებს აჩენენ პლაზმურ მემბრანასა და უჯრედის კედელში. ამ ხვრელებიდან უჯრედში წყალი შედის, იგი იბერება და სკდება წყლით სავსე ბუშტივით.
უჯრედის გასკდომა, დაშლა, ანუ ლიზისი, ათავისუფლებს ასობით ახალ ფაგს, რომლებსაც შეუძლიათ, იპოვონ და დააინფიცირონ ახლოს მყოფი მასპინძელი უჯრედები. ამგვარად, ლიზისური ინფექციის რამდენიმე ციკლს შეუძლია, ხანძარივით მოედოს ბაქტერიების პოპულაციას.

ლიზოგენური ციკლი

ლიზოგენური ციკლი ფაგს საშუალებას აძლევს, მასპინძლის განადგურების გარეშე გამრავლდეს. ზოგიერთ ფაგს მხოლოდ ლიზისური ციკლის გამოყენება შეუძლია, თუმცა ფაგს, რომელსაც ახლა განვიხილავთ, ლამბდა-ფაგს (λ\lambda), ამ ორ ციკლს შორის მონაცვლეობა ძალუძს.
ლიზოგენური ციკლის დროს პირველი ორი საფეხური (მიმაგრება და დნმ-ის შეყვანა) ხდება ისევე, როგორც ლიზისურ ციკლში. მიუხედავად ამისა, მას შემდეგ, რაც ფაგის დნმ უჯრედში აღმოჩნდება, იგი დაუყოვნებლივ არ იწყებს ასლების წარმოქმნასა თუ ცილების წარმოსაქმნელად ექსპრესირებას. ნაცვლად ამისა, იგი რეკომბინირებს ბაქტერიული ქრომოსომის განსაზღვრულ რეგიონთან. ამის მეშვეობით ფაგის დნმ ინტეგრირდება ქრომოსომაში.
ფაგის ინტეგრირებული დნმ, რომელსაც პროფაგი ეწოდება, არ არის აქტიური: მისი გენები არ ექსპრესირდება და იგი არ წარმართავს ახალი ფაგების წარმოქმნას. მიუხედავად ამისა, მასპინძელი უჯრედის ყოველი გაყოფისას პროფაგი მასპინძლის დნმ-თან ერთად კოპირდება, „მის ხარჯზე ხეირობს“. ლიზოგენური ციკლი ლიზისურ ციკლზე ნაკლებად თვალშისაცემია (და ნაკლებად „სისხლისმღვრელი“), მაგრამ, მთლიანობაში, ფაგისთვის ეს გამრავლების კიდევ ერთი გზაა.
შესაფერის პირობებში პროფაგს შეუძლია, აქტიური გახდეს და ბაქტერიული ქრომოსომიდან გამოვიდეს, რაც დასაბამს აძლევს ლიზისური ციკლის დარჩენილ საფეხურებს (დნმ-ის კოპირებასა და ცილების სინთეზს, ახალი ფაგის აწყობასა და ლიზისს).

დაშლა?.. არდაშლა?

როგორ „წყვეტს“ ფაგი, ბაქტერიის დაინფიცირების შემდეგ ლიზისურ ციკლს მიმართოს, თუ - ლიზოგენურს? ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორია უჯრედში შეჭრილი ფაგების რაოდენობა9^9. თანამაინფიცირებელი ფაგების დიდი რაოდენობა ზრდის იმის ალბათობას, რომ ინფექცია ლიზოგენურ ციკლს გამოიყენებს. ამ სტრატეგიის მეშვეობით ფაგები ახერხებენ თავიანთი მასპინძელი ბაქტერიების სრულიად განადგურებისგან თავის აცილებას (ისინი „არბილებენ“ იერიშს, თუკი ფაგების მასპინძელ უჯრედებთან შეფარდება ძალიან მაღალია)10^{10}.
რა უბიძგებს პროფაგს, დატოვოს ქრომოსომა და დაიწყოს ლიზისური ციკლი? ლაბორატორიულ პირობებში გამოჩნდა, რომ პოპულაციაში პროფაგების უმეტესობას რეაქტივაციისკენ უბიძგებს ფაქტორები, რომლებიც აზიანებს დნმ-ს, მაგალითად, ულტრაიისფერი გამოსხივება და ქიმიური ნივთიერებები. მიუხედავად ამისა, პროფაგების მცირე წილი პოპულაციაში სპონტანურადაც, ამ გარე სიგნალების გარეშეც იწყებს ლიზისს7,11^{7,11}.

ბაქტერიოფაგი და ანტიბიოტიკები

სანამ ანტიბიოტიკებს აღმოაჩენდნენ, მიმდინარეობდა მნიშვნელოვანი კვლევა ბაქტერიოფაგებზე, როგორც ადამიანთა ბაქტერიული დაავადებების სამკურნალო საშუალებაზე. ბაქტერიოფაგები უტევენ მხოლოდ თავიანთ მასპინძელ ბაქტერიებს და არა — ადამიანის უჯრედებს, ამიტომ ისინი ადამიანებში ბაქტერიული დაავადებების მკურნალობის პოტენციურად კარგი კანდიდატები არიან.
ანტიბიოტიკების აღმოჩენის შემდეგ ფაგების შესწავლა მსოფლიოს მრავალ ქვეყანაში შეწყდა (განსაკუთრებით ინგლისურენოვან ქვეყნებში). მიუხედავად ამისა, სამედიცინო მიზნებისთვის ფაგებს დღემდე იყენებენ რამდენიმე ქვეყანაში, მათ შორის რუსეთში, საქართველოსა და პოლონეთში12,13^{12,13}.
ვინაიდან ანტიბიოტიკებისადმი მდგრადი ბაქტერიების არსებობა უფრო და უფრო დიდი პრობლემა ხდება, კვლავ გაიზარდა ფაგების, როგორც სამკურნალო საშუალების, შესწავლისადმი ინტერესი. კვლევები ჯერ კიდევ საჭიროა იმის გასარკვევად, თუ რამდენად უსაფრთხო და ეფექტურია ფაგების გამოყენება, თუმცა ვინ უწყის? ერთ დღესაც შეიძლება, თქვენმა ექიმმა პენიცილინის ნაცვლად ფაგები დაგინიშნოთ!
იტვირთება