تفاوت میان نسخه‌های «فاژ»

۲۵۸ بایت اضافه‌شده ،  ۸ سال پیش
بدون خلاصه ویرایش
'''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.
 
==پیشینه==
باکتریوفاژها:
در سال هایسال‌های 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 هافاژ‌ها پی بردند.این دو دانشمند ضمن رشد باکتری هایباکتری‌های مختلف در محیط هایمحیط‌های 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 هایمحیط‌های حاوی فاژ توسط فیلتر هایفیلتر‌های باکتریولوژی وجود این باکتریوفاژها را اثبات کردند.
تارخچه:
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.
تعریف:
باکتروفاژ هاباکتروفاژ‌ها ویروس هائی هستند که باکتری هاباکتری‌ها را آلوده می کنندمی‌کنند. انواع بسیار مختلفی از باکتریوفاژها وجود دارند که به گونه خاصی متمایل میباشند و فقط میزبان باکتریائی خاص را آلوده میکنند. مشابه سایر ویروس هاویروس‌ها آنها نیز شامل یک اسید نوکلئیک درونی هستند که این ژنوم توسط یک پوشش پروتئینی حفاظتی در خارج احاطه شده استشده‌است.
تقسیم بندی باکتریوفاژ هاباکتریوفاژ‌ها:
مبنای طبقه بندی باکتریوفاژ هاباکتریوفاژ‌ها نوع اسید نوکلئیک آنها و بعد از آن، شکل و ساختار آنها میباشد.
ساختار: سه نوع ساختار در باکتروفاژها مشاهده شده استشده‌است:
Icosahydral: یا بیست وجهی که در آن ملکول هایملکول‌های 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 ئیرشته‌ای یا مارپیچی که در آن واحد هایواحد‌های پلی پپتیدی به صورت یک مارپیچ برای ایجاد ساختار میله ئی منظم شده اندشده‌اند 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 هافاژ‌ها T4و λ در باکتری E.coli هستند.
باکتریوفاژ هاباکتریوفاژ‌ها بر اساس ماده ژنتیکی:
اساس تقسیم بندی فاژ هافاژ‌ها بر اساس ساختار و همچنین نوع اسید نوکلئیک آنها می باشدمی‌باشد. از نظر شکلی باکتریو فاژ هافاژ‌ها به سه شکل : Icosahydral , Filamentus or Helical و Head and tail می باشندمی‌باشند. از نظر ماده وراثتی باکتریوفاز می تواندمی‌تواند 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:
Single-stranded DNA phages:
دو گروه از باکتریو فاژ هایفاژ‌های ssDNA وجود دارند. بیست وجهی و رشته ئی که از هرکدام مثال هائی آمده استآمده‌است.
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 هایفاژ‌های ssDNA ایکوزا هیدرال(بیست وجهی):
مطالعات بر روی این فاژ هافاژ‌ها منجر به کشف همانند سازی به روش حلقه غلتان و همچنین تعین هویت پروتئین هایپروتئین‌های درگیر در همانند سازی میزبان شد. از این گروه ϕX174 بیش از همه مورد مطالعه قرار گرفته استگرفته‌است. ژنوم این فاژ یک ssDNA حلقوی است که شامل 5386 نوکلئوتید است و 11 ژن را کد می کندمی‌کند. 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 استشده‌است.
فاژ هایفاژ‌های ssDNA فیلامنتوس(رشته ئی):
از این گروه M13, fd and f1 بیش از همه مورد مطاله قرار گرفته اندگرفته‌اند. این گروه از فاژ هافاژ‌ها 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"می‌شود» آلوده می کنندمی‌کنند. اینها بر خلاف خیلی از فاژ هایفاژ‌های دیگر DNAشان را به میزبان تزریق نمی کنندنمی‌کنند بلکه به صورت کامل وارد میزبان می شوندمی‌شوند و پوشش برداری داخل میزبان انجام می شودمی‌شود. به علاوه این گروه میزبان خود را لیز نمی کنندنمی‌کنند بلکه ویریون هایویریون‌های حاصله به طور مداوم در طول ژندگی میزبان آزاد می شوندمی‌شوند. با این حال سرعت رشد این سلول هاسلول‌ها نسبت به سلول هایسلول‌های آلوده نشده کمتر می شودمی‌شود.
Double-stranded DNA phages:
این گروه از فاژ هافاژ‌ها دارای تنوع زیادی می باشندمی‌باشند.در این گروهeven T- فاژ هافاژ‌ها و λ به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته اندگرفته‌اند. فاژ هایفاژ‌های T2 و T4 و T6 از خانواده Myoviridae " «از myos به معنی عضله که به خاطر دم قابل انقباض این گروه می آید"می‌آید» و T1 و T5 به همراه λ در خانواده Syphoviridae " «از یونانی siphon به معنی لوله به خاطر دم غیر قابل انقباض"» بر می گرددمی‌گردد به فاژ هائی با دم غیر قابل انقباض و بلند و T3 و T7 از خانواده Podoviridae " از یونانی podus به معنی پا"پاً بر می گرددمی‌گردد به فاژ هائی با دم غیر قابل انقباض و کوتاه، در این خانواده قرار می گیرندمی‌گیرند.
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 هایفیبر‌های دمی و خارها میباشد. فیبر هایفیبر‌های دمی T4 پین هاپین‌ها و صفحه پایه در اتصال به لیپوپلی ساکارید باکتری میزبان درگیر هستند. بعد از اتصال غلاف دمی منقبض می شودمی‌شود و به کمک آنزیم لیزوزیم "«محصول ژن gp5 یا gene product 5"» لایه هایلایه‌های پپتیدوگلایکان را هضم نموده و اسید نوکلئیک فاژ را به میزبان تزریق می کندمی‌کند. ژنوم داری باز هایباز‌های تغییر یافته 5-هیدروکسی سیتوزین است که باعث حفاظت DNA فاژ در مقابل آنزیم هایآنزیم‌های 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 شودمی‌شود. ژن هایژن‌های فوری و میانی فعالیت هایفعالیت‌های لازم برای همانند سازی را کد می کنندمی‌کنند و ژن هایژن‌های فاز ناخیری اجزاء سر و دم و همچنین لیز سلول میزبان را کد می کنندمی‌کنند.
RNA PHAGES:
Single-stranded RNA phages
o Phi6 (ϕ6)
Single-stranded RNA phages:
این گروه از فاژفاژ‌ها ها ویروس هایویروس‌های کوچک ایکوزاهیدرال هستند که دارای بیشترین میزان موتاسیون هستند و به عنوان کوچکترین ژنوم هایژنوم‌های RNA شناخنه شده اندشده‌اند. این فاژ هافاژ‌ها Plus strand virus هستند یعنی ژنوم آنها به عنوان mRNA عمل می کندمی‌کند و فقط شامل تعداد کمی ژن است و باکتری هایباکتری‌های گرم منفی "«E.coli و سودوموناس"» را از طریق پیلی جنسی آلوده می کندمی‌کند. نماینده رسمی Levivirus serogroup I : MS2 and f2 و Allolevivirus serogroup III : Qbeta, Qβ می باشندمی‌باشند.
Double-stranded RNA phages:
باکتریوفاژ Phi6 (ϕ6) اولین عضو این خانواده بود که جداسازی شد و دارای ژنوم dsRNA قطعه قععه شده می باشدمی‌باشد 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 هایرشته‌های 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 گیردمی‌گیرد. ترجمه قطعه L تولید پروتئین هایپروتئین‌های فاز سریع را می کندمی‌کند که تشکیل کمپلکس پلیمراز را می دهدمی‌دهد. قطعه M تولید پروتئین هایپروتئین‌های ساختاری برای غشاء و اسپایک هااسپایک‌ها را می دهدمی‌دهد و قطعه S تولید پروتئین هایپروتئین‌های ساختاری برای کپسید، سر هم شدن غشاء و لیز شدن میزبان و یک پروتئین غیر ساختاری برای پوشش کپسید را می دهدمی‌دهد. باکتریوفاژ ϕ6 میزبانش Pseudomonas syringae را از طریق پیلی جنسی آلوده می کندمی‌کند ویریون را به طور کامل وارد سلول می کندمی‌کند و پرشش برداری آنجا انجام میشود و سپس پلیمراز آزاد می شودمی‌شود. نسخه برداری از ژنوم به طور وابسته به زمان کنترل شده و ویریون هاویریون‌ها داخل سیتوپلاسم به همراه پوششی که از میزبان مشتق می شود،می‌شود، سر هم می شوندمی‌شوند.
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 هایپروتئین‌های سلول میزبان متوقف میشود DNA سلول میزبان دپلیمریزه شده و این نوکلئوتید هانوکلئوتید‌ها برای همانند سازی DNA فاژ مورد استفاده قرار میگیرند. پروتئین هایپروتئین‌های 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 هایفاژ‌های 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 گیردمی‌گیرد 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 ماندمی‌ماند 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 هایمحرک‌های شیمیائی یا فیزیکی القاء میشود و شاید علامت نزدیک بودن مرگ باشد. در پاسخ به این محرک هامحرک‌ها , DNA فاژ با انجام یک نوترکیبی ملکولی از کروموزوم جدا میشود. ژن هایژن‌های فاژ بیان شده و پروتئین هایپروتئین‌های 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 هافاژ‌ها درجات مختلفی از تنظیم بیان ژن را نشان میدهند. معمولا همانند سازی ژنوم قبل از سنتز پروتئین هایپروتئین‌های کپسید انجام میشود و لیزوزیم "«آنزیمی که باعث تخریب سلولی میشود"» در انتهای چرخه لیتیک تولید میشود. در فاژ هایفاژ‌های 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 هارونوشت‌ها انجام میشود. مثل اغلب فاژ هایفاژ‌های دیگر در فاژ هایفاژ‌های 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 هایژن‌های زودرس رونویسی میشوند که خود مسئول فعالسازی بیان ژن هایژن‌های دیررس هستند. در T4 ژن هایژن‌های زودرس به وسیله RNApol میزبان با استفاده از توالی هایتوالی‌های راه انداز فاژ که در ژن هایژن‌های طبیعی E.coli حضور دارند، رونویسی میشود. با رونویسی بعضی از این ژن هاژن‌ها پروتئین هائی را کد میکنند که ویژگی RNApol را تغییر میدهند تا دیگر راه انداز هایانداز‌های میزبان را نشناسد. این امر باعث میشود بیان ژن در میزبان خاموش شود. اما در عوض منجر به رونویسی سری دوم ژن هایژن‌های فاژ میشود. برخی از این ژن هاژن‌ها پروتئین هائی را رمز میکنند که مجددا ویژگی پلیمراز را عوض میکنند و بنابر این پلیمراز سری سوم ژن هاژن‌ها را نیز رونویسی میکند. به این ترتیب بیان ژن هایژن‌های فاژ طی مراحل سازمان یافته صورت میگیرد که در آن محصولات ژن هایژن‌های زودرس، ژن هایژن‌های دیگر را فعال میکنند.
بیان ژن در آلودگی لیزوژنیک:
باکتریوفاژ λ به عنوان مدلی از بیان ژن در فاژ بسیار مورد مطالعه قرار گرفته استگرفته‌است. 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 هایژن‌های 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 هایژن‌های زودرس و دیررس مهار میشود و مرحله لیزوژنی ادامه پیدا میکند.انتخاب میان مسیر هایمسیر‌های لیتیک و لیزوژنیک به عهده یکی از پروتئین هایپروتئین‌های لامبدا به نام CRO میباشد که به عنوان مهارکننده رونویسی ژن ci عمل میکند. بعد از آلودگی RNApol میزبان ژن هایژن‌های λ را با تعدادی از راه انداز هایانداز‌های λ آغاز میکنند که در نتیجه آنها ci بیان میشود و از رونویسی ژن هایژن‌های 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 هایپرتو‌های یونیزان به راه انداخته میشود. این پرتو هاپرتو‌ها 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 هایژن‌های زودرس فعال میشوند، مرحله لیزوژنیک به پایان رسیده و مسیر لیتیک آغاز میشود.
 
References:
4. Desmond S. T. Nicholl. An Introduction to Genetic Engineering Third Edition 2008; p: 66-89.
 
== فاژ درمانیفاژدرمانی ==
در سال ۱۹۲۸ کشف [[پنی سیلین]] توسط [[الکساندر فلمینگ]] باعث شد تا دو دهه بعد فاژها فراموش شوند. اما این فراموشی زیاد طول نکشید. استفاده وسیع آنتی بیوتیکها و افزایش مقاومت به آنها پزشکان را مجبور کرد حتی برای عفونتهای معمولی نیز آخرین نسل آنتی بیوتیکها را تجویز کنند. این امر سبب شد تا توجه محققان دوباره به فاژدرمانی جلب شود. فاژدرمانی جذابیتهای خود را دارد. برخلاف اکثر آنتی بیوتیک‌ها، فاژها ''اسلحه‌های هوشمندی'' هستند که اختصاصی عمل می‌کنند.
فاژها در رشته‌های دمی خود [[آنزیم|آنزیمی]] به نام ادهزین دارند که فقط با مولکولهای خاصی در سطح باکتریها تعامل می‌کند. این مولکولهای ویژه سطحی برای هرگونه از باکتریهای اختصاصی هستند. این به آن مفهوم است که فاژها به باکتریهای مفید روده آسیب کمی وارد می‌کنند در حالی که آنتی بیوتیکها آنها را از بین می‌برند.
۱۴۳٬۴۵۶

ویرایش