تفاوت میان نسخه‌های «فاژ»

۱۶٬۸۴۳ بایت اضافه‌شده ،  ۹ سال پیش
جز (ربات افزودن: oc:Bacteriofag)
'''باکتریوفاژها''' (باکتری‌خوارها) یا به اختصار فاژها، [[ویروس|ویروسهایی]] هستند به سازوکار سلولی [[باکتری|باکتریها]] حمله می‌کنند وآنها را از بین می‌برند. این ویروسها مختص باکتریها هستند و نمی‌توانند به [[یوکاریوت|یوکاریوتها]] حمله کنند.
 
باکتریوفاژها:
== شناسایی فاژها ==
تارخچه:
[[پرونده:Phage.jpg|200px|farme|thumb|left|یک باکتریو فاژ به یک سلول باکتریایی چسبیده است]]
در سال های 1915و 1917 دو دانشمند به نام هایFrederick Twort (1915) و Felix d'herelle (1917) در ضمن آزمایشات خود به طور اتفاقی به وجود این فاژ ها پی بردند.این دو دانشمند ضمن رشد باکتری های مختلف در محیط های کشت مایع متوجه مردن و لیز شدن خود به خود این باکتریها شدند. این دو دانشمند پس از مطالعات خود و با صاف نمودن این محیط های حاوی فاژ توسط فیلتر های باکتریولوژی وجود این باکتریوفاژها را اثبات کردند.
محققان برای اولین بار در سال ۱۸۹۶ فاژها را شناسایی کردند. گروهی از آنان که روی رودخانه گنگ در هند تحقیق می‌کردند دریافتند که آب این رودخانه از شیوع باکتری مولد [[وبا]] جلوگیری می‌کند. حساسیت افرادی که از آب این رودخانه استفاده می‌کردند نسبت به بیماری وبا کمتر بود.
تعریف:
باکتروفاژ ها ویروس هائی هستند که باکتری ها را آلوده می کنند. انواع بسیار مختلفی از باکتریوفاژها وجود دارند که به گونه خاصی متمایل میباشند و فقط میزبان باکتریائی خاص را آلوده میکنند. مشابه سایر ویروس ها آنها نیز شامل یک اسید نوکلئیک درونی هستند که این ژنوم توسط یک پوشش پروتئینی حفاظتی در خارج احاطه شده است.
تقسیم بندی باکتریوفاژ ها:
مبنای طبقه بندی باکتریوفاژ ها نوع اسید نوکلئیک آنها و بعد از آن, شکل و ساختار آنها میباشد.
ساختار: سه نوع ساختار در باکتروفاژها مشاهده شده است:
Icosahydral: یا بیست وجهی که در آن ملکول های پلی پپتیدی ویژه ساختار هندسی را تشکیل میدهد که اسید نوکلئیک را احاطه میکند. یک مثال برای این گروه فاژ MS2 است که E.coli را آلوده میکند.
Filamentus or Helical: رشته ئی یا مارپیچی که در آن واحد های پلی پپتیدی به صورت یک مارپیچ برای ایجاد ساختار میله ئی منظم شده اند مانند M13 در E.coli.
Head and tail: سری و دمی که پیچیده ترین ساختار فاژی است و شامل یک سر بیست وجهی و یک دم رشته ئی میباشد که اجازه میدهد اسید نوکلئیک فاژ به سلول میزبان وارد شود. مثال هائی از از این نوع فاژ ها T4و λ در باکتری E.coli هستند.
باکتریوفاژ ها بر اساس ماده ژنتیکی:
اساس تقسیم بندی فاژ ها بر اساس ساختار و همچنین نوع اسید نوکلئیک آنها می باشد. از نظر شکلی باکتریو فاژ ها به سه شکل : Icosahydral , Filamentus or Helical و Head and tail می باشند. از نظر ماده وراثتی باکتریوفاز می تواند شامل هر کدام از DNA یا RNA باشد که هر کدام از آنها هم ممکن است تک رشته ئی(Single-stranded) یا دو رشته ئی(Double-stranded) باشند.
 
DNA PHAGES:
از آنجا که جوشاندن آب این خاصیت را از بین می‌برد محققان نتیجه گرفتند که عامل ایجاد این خاصیت، یک موجود زنده‌است. تحقیقات بعدی نشان داد که احتمالاً این عامل، یک ویروس است.
Single-stranded DNA phages:
میکروب شناس کانادایی به نام [[فلیکس هرل]] آن را باکتریوفاژ نامید و تصمیم گرفت تا از آن در درمان بیماران در حال مرگ مبتلا به [[اسهال خونی]] استفاده کند. او با این شیوه توانست آنان را معالجه کند. این شیوه بعدها فاژدرمانی نام گرفت.
دو گروه از باکتریو فاژ های ssDNA وجود دارند. بیست وجهی و رشته ئی که از هرکدام مثال هائی آمده است.
هرل بعد از این موفقیت اولیه به فاژدرمانی ادامه داد به نحوی که آوازه این درمان جدید همه جا پیچید و شرکتهای دارویی شروع به تولید محصولات فاژی کردند. محصولات آنها به صورت خوراکی، جلدی یا تزریقی قابل مصرف بود. این محصولات برای درمان انواع بیماریهای عفونی نظیر [[تیفوئید]]، وبا و عفونتهای مجرای ادراری مورد استفاده قرار می‌گرفت.
o Icosahedral single-stranded DNA phages
ϕX174 and S-13,
o Filamentous single-stranded DNA Phages
Fspecific filamentous (Ff) phages:M13, fd and f1
فاژ های ssDNA ایکوزا هیدرال(بیست وجهی):
مطالعات بر روی این فاژ ها منجر به کشف همانند سازی به روش حلقه غلتان و همچنین تعین هویت پروتئین های درگیر در همانند سازی میزبان شد. از این گروه ϕX174 بیش از همه مورد مطالعه قرار گرفته است. ژنوم این فاژ یک ssDNA حلقوی است که شامل 5386 نوکلئوتید است و 11 ژن را کد می کند. این فاژ اولین ژنوم دست نخورده ئی بود که سیکوئنس شد.طول ژنوم کوتاه تر از ظرفیت کد گذاری اش است که به علت هم پوشانی ژنی ایجاد شده است.
فاژ های ssDNA فیلامنتوس(رشته ئی):
از این گروه M13, fd and f1 بیش از همه مورد مطاله قرار گرفته اند. این گروه از فاژ ها Mail specificهستند و سویه هائی از E.coli را که دارای پیلی جنسی هستند را توسط جذب در پیلی F "که توسط پلاسمید کد می شود" آلوده می کنند. اینها بر خلاف خیلی از فاژ های دیگر DNAشان را به میزبان تزریق نمی کنند بلکه به صورت کامل وارد میزبان می شوند و پوشش برداری داخل میزبان انجام می شود. به علاوه این گروه میزبان خود را لیز نمی کنند بلکه ویریون های حاصله به طور مداوم در طول ژندگی میزبان آزاد می شوند. با این حال سرعت رشد این سلول ها نسبت به سلول های آلوده نشده کمتر می شود.
Double-stranded DNA phages:
این گروه از فاژ ها دارای تنوع زیادی می باشند.در این گروهeven T- فاژ ها و λ به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته اند. فاژ های T2 و T4 و T6 از خانواده Myoviridae " از myos به معنی عضله که به خاطر دم قابل انقباض این گروه می آید" و T1 و T5 به همراه λ در خانواده Syphoviridae " از یونانی siphon به معنی لوله به خاطر دم غیر قابل انقباض" بر می گردد به فاژ هائی با دم غیر قابل انقباض و بلند و T3 و T7 از خانواده Podoviridae " از یونانی podus به معنی پا" بر می گردد به فاژ هائی با دم غیر قابل انقباض و کوتاه , در این خانواده قرار می گیرند.
T4 یک فاژ even T- و یکی از بزرگترین فاژ هاست که شکل پیچیده دارد که شامل یک سر بیست وجهی پیچیده و یک دم قابل انقباض به همراه پایه, فیبر های دمی و خارها میباشد. فیبر های دمی T4 پین ها و صفحه پایه در اتصال به لیپوپلی ساکارید باکتری میزبان درگیر هستند. بعد از اتصال غلاف دمی منقبض می شود و به کمک آنزیم لیزوزیم "محصول ژن gp5 یا gene product 5" لایه های پپتیدوگلایکان را هضم نموده و اسید نوکلئیک فاژ را به میزبان تزریق می کند. ژنوم داری باز های تغییر یافته 5-هیدروکسی سیتوزین است که باعث حفاظت DNA فاژ در مقابل آنزیم های محدودالاثر میزبان میشود. ژنوم حدودا دارای 300 ژن است که که توسط سه نوع مختلف پروموتور : early(Pe) و middle(Pm) و late(Pl) تنظیم بیان می شود. ژن های فوری و میانی فعالیت های لازم برای همانند سازی را کد می کنند و ژن های فاز ناخیری اجزاء سر و دم و همچنین لیز سلول میزبان را کد می کنند.
RNA PHAGES:
Single-stranded RNA phages
o Levivirus serogroup I : MS2 and f2
o Allolevivirus serogroup III : Qbeta, Qβ
Double-stranded RNA phages
o Phi6 (ϕ6)
Single-stranded RNA phages:
این گروه از فاژ ها ویروس های کوچک ایکوزاهیدرال هستند که دارای بیشترین میزان موتاسیون هستند و به عنوان کوچکترین ژنوم های RNA شناخنه شده اند. این فاژ ها Plus strand virus هستند یعنی ژنوم آنها به عنوان mRNA عمل می کند و فقط شامل تعداد کمی ژن است و باکتری های گرم منفی "E.coli و سودوموناس" را از طریق پیلی جنسی آلوده می کند. نماینده رسمی Levivirus serogroup I : MS2 and f2 و Allolevivirus serogroup III : Qbeta, Qβ می باشند.
Double-stranded RNA phages:
باکتریوفاژ Phi6 (ϕ6) اولین عضو این خانواده بود که جداسازی شد و دارای ژنوم dsRNA قطعه قععه شده می باشد شامل سه قطعه: (L:large) حدود 6400 نوکلئوتید و (M:medium) حدود 4000 نوکلئوتید و (S:small) حدود 3000 نوکلئوتید میباشد. نسخه برداری از ژنوم دو رشته ئی برای سنتز رشته های جدید توسط RNApol وابسته به RNA فاژ انجام میشود و رشته مکمل (اضافی یا Plus) به عنوان الگوی همانند سازی برای ساختن mRNA قرار می گیرد. ترجمه قطعه L تولید پروتئین های فاز سریع را می کند که تشکیل کمپلکس پلیمراز را می دهد. قطعه M تولید پروتئین های ساختاری برای غشاء و اسپایک ها را می دهد و قطعه S تولید پروتئین های ساختاری برای کپسید, سر هم شدن غشاء و لیز شدن میزبان و یک پروتئین غیر ساختاری برای پوشش کپسید را می دهد. باکتریوفاژ ϕ6 میزبانش Pseudomonas syringae را از طریق پیلی جنسی آلوده می کند ویریون را به طور کامل وارد سلول می کند و پرشش برداری آنجا انجام میشود و سپس پلیمراز آزاد می شود. نسخه برداری از ژنوم به طور وابسته به زمان کنترل شده و ویریون ها داخل سیتوپلاسم به همراه پوششی که از میزبان مشتق می شود, سر هم می شوند.
چرخه زندگی فاژ:
مسیر لیتیک فاژ T4 :
فاژ T4باعث آلودگی لیتیک E.coli میشود. ذرات فاژ به پروتئین گیرنده ئی به نام OMPc واقع در سطح سلول متصل میشوند و DNA فاژی از طریق ساختار دمی T4 به سلول تزریق میشود. در داخل سلول رونویسی از داخل ژنهای فاژی آغاز میشود و سنتز DNA و RNA و پروتئین های سلول میزبان متوقف میشود DNA سلول میزبان دپلیمریزه شده و این نوکلئوتید ها برای همانند سازی DNA فاژ مورد استفاده قرار میگیرند. پروتئین های کپسید فاژ سنتز میشوند و ذرات جدید فاژی به تعداد زیادی افزایش میابند. در نهایت 300-200 ذره فاژی جدید با تخریب میزبان آزاد میشوند.
چرخه زندگی لیزوژنی (λ) لامبدا:
فاژ های معتدل مثل لامبدا میتوانند E.coli را دچار آلودگی لیتیک کنند اما مسیر لیزوژنیک تناوبی بسیار معمول تر است. بعد از اینکه فاژ DNA خود را داخل سلول میزبان تزریق کرد DNA حلقوی میشود . سپس با کروموزوم میزبان ادغام میشود . ادغام به وسیله نوترکیبی صورت می گیرد و شامل یک توالی فاژی دارای 15 جفت باز همولوگ با توالی موجود در کروموزوم E.coli است. ادغام همیشه در یک جایگاه روی میدهد و شکل ادغام شده به Prophage معروف است. پروفاژ تا چندین نسل آرام باقی می ماند و همراه با کروموزوم میزبان همانند سازی آغاز شده و عاقبت بعد از تقسیمات متعدد سلولی یک تحریک سیکل آلودگی لیتیک را روشن میکند این روشن شدن توسط عده ئی از محرک های شیمیائی یا فیزیکی القاء میشود و شاید علامت نزدیک بودن مرگ باشد. در پاسخ به این محرک ها , DNA فاژ با انجام یک نوترکیبی ملکولی از کروموزوم جدا میشود. ژن های فاژ بیان شده و پروتئین های فاژ سنتز میشود. DNA فاژ همانند سازی شده و در کپسیدها بسته بندی میشود. عاقبت سلول تخریب میشود ذرات فاژی جدید آزاد میشوند.
بیان ژن در آلودگی لیتیک:
فاژ ها درجات مختلفی از تنظیم بیان ژن را نشان میدهند. معمولا همانند سازی ژنوم قبل از سنتز پروتئین های کپسید انجام میشود و لیزوزیم "آنزیمی که باعث تخریب سلولی میشود" در انتهای چرخه لیتیک تولید میشود. در فاژ های ساده مثل ϕX174 تنظیم بیان ژن به صورت حداقلی صورت میگیرد. تمام یازده ژن آن در زمان آلودگی به وسیله RNApol میزبان رونویسی میشود با این حال تولید لیزوزیم که در آخر نیاز است با تاخیر صورت میگیرد چراکه ترجه رونوشت آن بسیار کند تر از دیگر رونوشت ها انجام میشود. مثل اغلب فاژ های دیگر در فاژ های ساده نیز دو مرحله بیان ژن معروف به Early و Late (زودرس و دیررس) وجود دارد. بیان ژن زودرس معمولا با همانند سازی ژنوم فاژ و بیان دیررس با تولید پروتئین ساختاری مرتبط است. ابتدا ژن های زودرس رونویسی میشوند که خود مسئول فعالسازی بیان ژن های دیررس هستند. در T4 ژن های زودرس به وسیله RNApol میزبان با استفاده از توالی های راه انداز فاژ که در ژن های طبیعی E.coli حضور دارند, رونویسی میشود. با رونویسی بعضی از این ژن ها پروتئین هائی را کد میکنند که ویژگی RNApol را تغییر میدهند تا دیگر راه انداز های میزبان را نشناسد. این امر باعث میشود بیان ژن در میزبان خاموش شود. اما در عوض منجر به رونویسی سری دوم ژن های فاژ میشود. برخی از این ژن ها پروتئین هائی را رمز میکنند که مجددا ویژگی پلیمراز را عوض میکنند و بنابر این پلیمراز سری سوم ژن ها را نیز رونویسی میکند. به این ترتیب بیان ژن های فاژ طی مراحل سازمان یافته صورت میگیرد که در آن محصولات ژن های زودرس, ژن های دیگر را فعال میکنند.
بیان ژن در آلودگی لیزوژنیک:
باکتریوفاژ λ به عنوان مدلی از بیان ژن در فاژ بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است. در آلودگی E.coli با فاژ λ ممکن است یکی از دو مسیر لیتیک یا لیزوژنیک را دنبال کند.
بیان ژن در لامبدا سه مرحله دارد: زودرس سریع, زودرس با تاخیر و دیررس. بیان ژن های زودرس توسط دو راه انداز PL و PR تنظیم میشود که در دو سمت یک ژن تنظیمی به نام CI قرار دارند. ژن CI یک پروتئین بازدارنده را رمز میکند.در طول مسیر لیزوژنی , رونویسی PL و PR به وسیله پروتئین CI مسدود میشود و وقتیکه این پروتئین به PR منتقل میشود با راه انداز ci همپوشانی کرده و در این صورت بیان خود را نیز تحریک میکند. مادامیکه پروتئین CI حضور دارد بیان ژن های زودرس و دیررس مهار میشود و مرحله لیزوژنی ادامه پیدا میکند.انتخاب میان مسیر های لیتیک و لیزوژنیک به عهده یکی از پروتئین های لامبدا به نام CRO میباشد که به عنوان مهارکننده رونویسی ژن ci عمل میکند. بعد از آلودگی RNApol میزبان ژن های λ را با تعدادی از راه انداز های λ آغاز میکنند که در نتیجه آنها ci بیان میشود و از رونویسی ژن های زودرس جلوگیری میکند و مانع پیشرفت مسیر لیتیک میشود. ژن cro نیز بیان میشود و اگر تجمع پروتئین محصول ژن cro به اندازه کافی برسد CI مهار شده سد رونویسی ژن زودرس برداشته میشود و در نتیجه مسیر لیتیک اجازه پیشرفت پیدا میکند و فعال میشود. به نظر میرسد که رقابت میان CRO و CI یا انتخاب میان مسیر لیتیک و لیزوژنیک فرایندی تصادفی باشد و به اینکه میزان کدام پروتئین زودتر افزایش یابد بستگی دارد. تا زمانیکه CI به اندازه کافی موجود باشد سلول در حالت لیزوژنیک باقی میماند و لیکن اگر سطح CIi پائین بیاید عمل لیز شدن به طور خودبه خود القاء خواهد شد. القاء نیز به دنبال مرحله لیزوژنی به وسیله عواملی از جمله تابش پرتو های یونیزان به راه انداخته میشود. این پرتو ها یک مکانیسم حفاظتی عمومی در E.coli به نام پاسخ SOS را فعال میکنند. این مکانیسم شامل ژن RecA میباشد که پروتئین رمز شده آن , مهارکننده CI میباشد که آن را تجزیه و غیر فعال میکند. وقتیکه CI به این روش غیر فعال شد ژن های زودرس فعال میشوند, مرحله لیزوژنیک به پایان رسیده و مسیر لیتیک آغاز میشود.
 
References:
1. John Carter, Venetia A. Saunders. Virology: principles and applications 2007; 3th Edition; p: 229-255.
2. Knipe, David M.; Howley, Peter M. Fields Virology, 5th Edition 2007; p: 771-780.
3. Jeremy W. Dale, Simon F. Park. Molecular Genetics of Bacteria 4th Edition 2008; p: 103-133 & 178-181.
4. Desmond S. T. Nicholl. An Introduction to Genetic Engineering Third Edition 2008; p: 66-89.
 
== فاژ درمانی ==
۱

ویرایش