|
#تغییرمسیر [[فاژ]]
[[پرونده: Phage.png|250px|farme|thumb|left|ساختمان یک باکتریو فاژ]]
'''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==
در سال‌های 1915و 1917 دو دانشمند به نام هایFrederick Twort (1915) و Felix d'herelle (1917) در ضمن آزمایشات خود به طور اتفاقی به وجود این فاژها پی بردند.این دو دانشمند ضمن رشد باکتریهای مختلف در محیط‌های 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 محیط‌های حاوی فاژ توسط فیلتر‌های باکتریولوژی وجود این باکتریوفاژها را اثبات کردند.
تعریف:
باکتروفاژها ویروس هائی هستند که باکتریها را آلوده میکنند. انواع بسیار مختلفی از باکتریوفاژها وجود دارند که به گونه خاصی متمایل میباشند و فقط میزبان باکتریائی خاص را آلوده میکنند. مشابه سایر ویروسها آنها نیز شامل یک اسید نوکلئیک درونی هستند که این ژنوم توسط یک پوشش پروتئینی حفاظتی در خارج احاطه شده‌است.
تقسیم بندی باکتریوفاژها:
مبنای طبقه بندی باکتریوفاژها نوع اسید نوکلئیک آنها و بعد از آن، شکل و ساختار آنها میباشد.
ساختار: سه نوع ساختار در باکتروفاژها مشاهده شده‌است:
Icosahydral: یا بیست وجهی که در آن ملکول‌های 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: رشته‌ای یا مارپیچی که در آن واحد‌های پلی پپتیدی به صورت یک مارپیچ برای ایجاد ساختار میله ئی منظم شده‌اند 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 فاژها T4و λ در باکتری E.coli هستند.
باکتریوفاژها بر اساس ماده ژنتیکی:
اساس تقسیم بندی فاژها بر اساس ساختار و همچنین نوع اسید نوکلئیک آنها میباشد. از نظر شکلی باکتریو فاژها به سه شکل: Icosahydral , Filamentus or Helical و Head and tail میباشند. از نظر ماده وراثتی باکتریوفاز می‌تواند 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 فاژهای ssDNA وجود دارند. بیست وجهی و رشته ئی که از هرکدام مثال هائی آمده‌است.
o Icosahedral single-stranded DNA phages
ϕX174 and S-13,
o Filamentous single-stranded DNA Phages
Fspecific filamentous (Ff) phages:M13, fd and f1
فاژهای ssDNA ایکوزا هیدرال(بیست وجهی):
مطالعات بر روی این فاژها منجر به کشف همانند سازی به روش حلقه غلتان و همچنین تعین هویت پروتئین‌های درگیر در همانند سازی میزبان شد. از این گروه ϕX174 بیش از همه مورد مطالعه قرار گرفته‌است. ژنوم این فاژ یک ssDNA حلقوی است که شامل 5386 نوکلئوتید است و 11 ژن را کد میکند. 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 شده‌است.
فاژهای ssDNA فیلامنتوس(رشته ئی):
از این گروه M13, fd and f1 بیش از همه مورد مطاله قرار گرفته‌اند. این گروه از فاژها Mail specificهستند و سویه هائی از E.coli را که دارای پیلی جنسی هستند را توسط جذب در پیلی F «که توسط پلاسمید کد میشود» آلوده میکنند. اینها بر خلاف خیلی از فاژهای دیگر DNAشان را به میزبان تزریق نمی‌کنند بلکه به صورت کامل وارد میزبان میشوند و پوشش برداری داخل میزبان انجام میشود. به علاوه این گروه میزبان خود را لیز نمی‌کنند بلکه ویریون‌های حاصله به طور مداوم در طول ژندگی میزبان آزاد میشوند. با این حال سرعت رشد این سلول‌ها نسبت به سلول‌های آلوده نشده کمتر میشود.
Double-stranded DNA phages:
این گروه از فاژها دارای تنوع زیادی میباشند.در این گروهeven T- فاژها و λ به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. فاژهای T2 و T4 و T6 از خانواده Myoviridae «از myos به معنی عضله که به خاطر دم قابل انقباض این گروه می‌آید» و T1 و T5 به همراه λ در خانواده Syphoviridae «از یونانی siphon به معنی لوله به خاطر دم غیر قابل انقباض» بر می‌گردد به فاژ هائی با دم غیر قابل انقباض و بلند و T3 و T7 از خانواده Podoviridae " از یونانی podus به معنی پاً بر می‌گردد به فاژ هائی با دم غیر قابل انقباض و کوتاه، در این خانواده قرار میگیرند.
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، فیبر‌های دمی و خارها میباشد. فیبر‌های دمی T4 پین‌ها و صفحه پایه در اتصال به لیپوپلی ساکارید باکتری میزبان درگیر هستند. بعد از اتصال غلاف دمی منقبض میشود و به کمک آنزیم لیزوزیم «محصول ژن gp5 یا gene product 5» لایه‌های پپتیدوگلایکان را هضم نموده و اسید نوکلئیک فاژ را به میزبان تزریق میکند. ژنوم داری باز‌های تغییر یافته 5-هیدروکسی سیتوزین است که باعث حفاظت DNA فاژ در مقابل آنزیم‌های 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 میشود. ژنهای فوری و میانی فعالیت‌های لازم برای همانند سازی را کد میکنند و ژنهای فاز ناخیری اجزاء سر و دم و همچنین لیز سلول میزبان را کد میکنند.
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 فاژها ویروس‌های کوچک ایکوزاهیدرال هستند که دارای بیشترین میزان موتاسیون هستند و به عنوان کوچکترین ژنوم‌های RNA شناخنه شده‌اند. این فاژها Plus strand virus هستند یعنی ژنوم آنها به عنوان mRNA عمل میکند و فقط شامل تعداد کمی ژن است و باکتریهای گرم منفی «E.coli و سودوموناس» را از طریق پیلی جنسی آلوده میکند. نماینده رسمی Levivirus serogroup I : MS2 and f2 و Allolevivirus serogroup III : Qbeta, Qβ میباشند.
Double-stranded RNA phages:
باکتریوفاژ Phi6 (ϕ6) اولین عضو این خانواده بود که جداسازی شد و دارای ژنوم dsRNA قطعه قععه شده میباشد 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 رشته‌های جدید توسط RNApol وابسته به RNA فاژ انجام میشود و رشته مکمل (اضافی یا Plus) به عنوان الگوی همانند سازی برای ساختن mRNA قرار میگیرد. ترجمه قطعه L تولید پروتئین‌های فاز سریع را میکند که تشکیل کمپلکس پلیمراز را میدهد. قطعه M تولید پروتئین‌های ساختاری برای غشاء و اسپایک‌ها را میدهد و قطعه S تولید پروتئین‌های ساختاری برای کپسید، سر هم شدن غشاء و لیز شدن میزبان و یک پروتئین غیر ساختاری برای پوشش کپسید را میدهد. باکتریوفاژ ϕ6 میزبانش Pseudomonas syringae را از طریق پیلی جنسی آلوده میکند ویریون را به طور کامل وارد سلول میکند و پرشش برداری آنجا انجام میشود و سپس پلیمراز آزاد میشود. نسخه برداری از ژنوم به طور وابسته به زمان کنترل شده و ویریون‌ها داخل سیتوپلاسم به همراه پوششی که از میزبان مشتق میشود، سر هم میشوند.
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 پروتئین‌های سلول میزبان متوقف میشود DNA سلول میزبان دپلیمریزه شده و این نوکلئوتید‌ها برای همانند سازی DNA فاژ مورد استفاده قرار میگیرند. پروتئین‌های 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:
فاژهای 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 میگیرد 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 میماند 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 محرک‌های شیمیائی یا فیزیکی القاء میشود و شاید علامت نزدیک بودن مرگ باشد. در پاسخ به این محرک‌ها , DNA فاژ با انجام یک نوترکیبی ملکولی از کروموزوم جدا میشود. ژنهای فاژ بیان شده و پروتئین‌های 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:
فاژها درجات مختلفی از تنظیم بیان ژن را نشان میدهند. معمولا همانند سازی ژنوم قبل از سنتز پروتئین‌های کپسید انجام میشود و لیزوزیم «آنزیمی که باعث تخریب سلولی میشود» در انتهای چرخه لیتیک تولید میشود. در فاژهای 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 رونوشت‌ها انجام میشود. مثل اغلب فاژهای دیگر در فاژهای 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 ژنهای زودرس رونویسی میشوند که خود مسئول فعالسازی بیان ژنهای دیررس هستند. در T4 ژنهای زودرس به وسیله RNApol میزبان با استفاده از توالی‌های راه انداز فاژ که در ژنهای طبیعی E.coli حضور دارند، رونویسی میشود. با رونویسی بعضی از این ژن‌ها پروتئین هائی را کد میکنند که ویژگی RNApol را تغییر میدهند تا دیگر راه انداز‌های میزبان را نشناسد. این امر باعث میشود بیان ژن در میزبان خاموش شود. اما در عوض منجر به رونویسی سری دوم ژنهای فاژ میشود. برخی از این ژن‌ها پروتئین هائی را رمز میکنند که مجددا ویژگی پلیمراز را عوض میکنند و بنابر این پلیمراز سری سوم ژن‌ها را نیز رونویسی میکند. به این ترتیب بیان ژنهای فاژ طی مراحل سازمان یافته صورت میگیرد که در آن محصولات ژنهای زودرس، ژنهای دیگر را فعال میکنند.
بیان ژن در آلودگی لیزوژنیک:
باکتریوفاژ λ به عنوان مدلی از بیان ژن در فاژ بسیار مورد مطالعه قرار گرفته‌است. 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 ژنهای 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 ژنهای زودرس و دیررس مهار میشود و مرحله لیزوژنی ادامه پیدا میکند.انتخاب میان مسیر‌های لیتیک و لیزوژنیک به عهده یکی از پروتئین‌های لامبدا به نام CRO میباشد که به عنوان مهارکننده رونویسی ژن ci عمل میکند. بعد از آلودگی RNApol میزبان ژنهای λ را با تعدادی از راه انداز‌های λ آغاز میکنند که در نتیجه آنها ci بیان میشود و از رونویسی ژنهای 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 پرتو‌های یونیزان به راه انداخته میشود. این پرتو‌ها 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 ژنهای 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.
== فاژدرمانی ==
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.
به علاوه، فاژها خود محدودکننده هستند به نحوی که بعد از نابود کردن باکتریهای مضر، خود نیز از بین می‌روند. آنها به خصوص برای عفونتهای موضعی با منبع خونی کم، مانند عفونتهای استخوان یا زخمهای ناشی از [[مرض قند|دیابت]] مفید هستند. آنتی بیوتیکها نمی‌توانند به این نواحی دسترسی پیدا کنند اما فاژها با تکثیر از طریق باکتریها میتوانند به نواحی عفونی عمقی نیز نفوذ کنند. به علاوه، تولید فاژها آسان و ارزان است، [[آلرژی]] را تحریک نمی‌کنند و اثرات جانبی کمی دارند.
کارآمدی و اثرات جانبی کم فاژدرمانی سبب شده‌است که یکی از محققان بچه‌های خود را فقط با این شیوه درمان کند. البته، برخی محققان معتقدند که در این زمینه باید مطالعات بیشتری انجام شود.فاژها در مقابل مزایای بیان شده نقطه ضعفهای خاص خود را دارند. ویژگی بالای آنها به این مفهوم است که بیماران به شدت بد حال مجبور خواهند بود ۴۸ ساعت منتظر بمانند تا عفونت باکتریایی شان مشخص شود و فاژ ویژه آن تجویز شود. محلولی که تجویز میشود حاوی مخلوط فاژهای مختلف است.
برای مثال، پیوفاژ که برای درمان زخمهای عفونی استفاده میشود حاوی فاژهایی است که [[سودوموناس]]ها، [[اشریشیا کلی]]ها، [[استرپتوکوک|استرپتوکوکها]] و [[استافیلوکوک|استافیلوکوکها]] را مورد هدف قرار میدهد.
== منابع ==
<div dir="ltr">
New Scientist, Apr. 2003
</div>
[[رده:زیست‌شناسی]]
[[رده:ویروس‌شناسی]]
[[رده:باکتری‌شناسی]]
[[ar:عاثية]]
[[bg:Бактериофаг]]
[[bn:ব্যাক্টেরিওফাজ]]
[[ca:Bacteriòfag]]
[[cs:Bakteriofág]]
[[da:Bakteriofag]]
[[de:Bakteriophage]]
[[el:Φάγος]]
[[en:Bacteriophage]]
[[eo:Bakteriofago]]
[[es:Bacteriófago]]
[[et:Bakteriofaagid]]
[[eu:Bakteriofago]]
[[fi:Bakteriofagi]]
[[fr:Bactériophage]]
[[gl:Bacteriófago]]
[[he:בקטריופאג']]
[[hi:जीवाणु भोजी]]
[[hr:Bakteriofag]]
[[hu:Bakteriofág]]
[[id:Bakteriofag]]
[[is:Bakteríuveira]]
[[it:Batteriofago]]
[[ja:ファージ]]
[[ka:ბაქტერიოფაგები]]
[[kk:Бактериофагтар]]
[[ko:박테리오파지]]
[[ku:Bakteriyofaj]]
[[la:Bacteriophagus]]
[[lt:Bakteriofagas]]
[[lv:Bakteriofāgi]]
[[mk:Бактериофаг]]
[[nl:Bacteriofaag]]
[[no:Bakteriofag]]
[[oc:Bacteriofag]]
[[pa:ਬੈਕਟੀਰਿਓਫੇਜ਼]]
[[pl:Bakteriofag]]
[[pt:Fago]]
[[ro:Bacteriofag]]
[[ru:Бактериофаги]]
[[simple:Bacteriophage]]
[[sk:Bakteriofág]]
[[sl:Bakteriofag]]
[[sv:Bakteriofag]]
[[ta:நுண்ணுயிர்த் தின்னி]]
[[tr:Bakteriyofaj]]
[[uk:Бактеріофаги]]
[[zh:噬菌体]]
| 