BAKTERİYOFAJLAR

VİROLOJİ
5. BÖLÜM
BAKTERİYOFAJLAR
• Öbakteri ve arkebakteri hücrelerini enfekte eden
viruslere ‘bakteriyofaj’ yada ‘faj’ denir.
• Günümüzde morfolojisi bilinen 6000 den fazla izolat ile
fajlar en büyük virus grubunu oluşturmaktadır.
Bakteriyofajlar, bakteri ve vrus genetiği ile ilgili
bilgilerin elde edilmesine olanak sağlamışlar; gerek
bakterilerin gerekse viruslerin genomik özellikleri ve
repliksyonlarının aydınlatılmasında önemli bir model
teşkil etmişlerdir.
• Fajların insan sağlığı ile ilgili konularda da olumlu yada
olumsuz dolaylı etkileri vardır.
Bakteriyofajların Yapısı ve
Sınıflandırılması
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Fajların ortak temel yapısı, tek tip nükleik asit ve onu çevreleyen protein kılıfından
oluşur.
Üzerinde en çok çalışmanın yapıldığı fajlar, T ve lamda tipi fajlardır.
T fajları birden 7 ye kadar numaralandırılmış olup, hepsinin konak bakterisi E.Coli
dir.
Fajların sınıflandırlmasında morfolojik yapı ve genom özellikleri dikkate alınır.
Fajların çok büyük bir kısmı kuyruklu yapıya sahiptir; Polihedral, Pleomorfik yada
Flementöz morfolojiye sahip fajların oranı ise düşüktür.
Fajların nükleik asit tipleri de hayvan viruslerinde olduğu gibi büyük çeşitlilik
gösterir.
Kasılabilen uzun kuyruklu fajların, bakteriyi enfeksiyonu sırasında kuyrukta bulunan
kapsomerlerin dizilişleri değişik bir organizasyona girer.
Kuyruk içerisinde bulunan ve öz yapı adı verilen kanal , nükleik asidin bakteriye
enjeksiyonu sırasında iletim yolu olarak görev yapar.
Kuyruk sonunda bulunan tabla, fibrillerin bağlı olduğu ve ek olarark çıkıntıların
bulunduğu bir yapıdır. Bu yapı faj-bakteri özgüllüğünü taşır ve fajın konak bakteriye
tutunmasında ve adsorbsiyonunda önemli rol oynar. Ayrıca faj fibrillerinde lizozim
aktivesi mevcuttur. Bu aktiviteyle bakteri duvarları eritilerek DNA enjeksiyonunun
doğrudan stoplazmaya yapılması sağlanır.
Faj Bakteri İlişkisi
• a. Litik enfeksiyon: virülan fajlar
bu tip fajlar, enfekte ettikleri konak bakteride replike olduktan sonra yeni fajların
oluşmasıyla hücreyi eriterek dışarıya çıkarlar. Replikasyon evreleri:
1. Tutunma ve adsorbsiyon : bu safha, faj replikasyon döngüsünün en önemli
safhası olup fajın konak bakteriye olan özgüllüğünü belirler. Kuyruklu fajlar önce
bakteri hücre duvarındaki özgül reseptörlere fibrilleriyle tutunurlar; bu tutunma
çok güçlü değildir ve geri dönüşebilirler. Daha sonra faj yapısındaki fiziksel
düzenleme sonucu hücre duvarına temas eder ve yapışırlarki bu geri
dönüşümsüz safhadır. Kuyruksuz fajlar ise reseptörlere kapsomerleriyle
tutunmaktadır
2. Nükleik asidin enjeksiyonu ve kılıftan ayrılma: faj nükleik asidi tıpkı bir şırınga ile
enjeksiyon yaparcasına hücre içine verilir. Bazı fajlar bakteri duvarına yapıştıktan
sonra kuyruk tablasında bulunan ve lizozim aktivitesi olan bir protein ile duvar
yapısını parçalarlar. Bazı fajlar da bakteri yüzeyine ulaşabilmek için bakteri
kapsüllerini enzimleriyle parçalamaktadır nükleik asidi hücre içine enjekte edilen
ve hücre duvarında kalan boş faj kılıfına hayalet faj adı verilir. Bakteri hücresi
içine girmiş ve replikasyona hazır olan faj nükleik asidi ise vejetatif faj olarak
adlandırılır.
3. Biyosentez: faj nükleik asidinin hücre içine girmesi, bakteri
makromolekül sentezinin kapatılmasına ve bakteri kromozomunun
nükleazlar tarafından parçalanmasına neden olur. Kromozomun
parçalanmasıyla açığa çıkan ürünlerden faj nükleik asidi öncülleri
sentezlenir. Erken mRNA tarafından oluşturulan erken proteinler ve
nükleik asit öncüllerinin yardımıyla da nükleik asit replikasyonu
gerçekleşir.
4.Faj ürünlerinin bir araya toplanması ve tüm faj partikülünün
oluşması: ayrı ayrı sentez edilmiş olan ürünler tüm faj partikülünü
oluşturmak için bir araya toplanır. Bu safhada faj nükleik asidi ‘sıkıştırıcı
faktör’ yardımıyla yoğunlaşır, kapsid alt üniteleri tarafından sarılır ve
paketlenir. Son olarak da kuyruk yapıları eklenir.
5.Hücre duvarının parçalanması ve projeni fajların salınımı: progeniler,
faj genlerinin kodladığı
holin(stoplazmik membranda harabiyet
oluşturan enzim) ve endolizin (peptidoglikan tabakasını parçalayan
lizozim benzeri) gibi enzimlerle bakteri duvarını parçalar ve dış ortama
salınırlar.
Bakteri hücresinin fajla enfeksiyonundan , bakteri parçalanarak olgun
fajların açığa çıkmasına kadar geçen süreye gizli dönem adı verilir.
Birçok fajın konak hücrede üremesi için optimum ısı dercesi 37 C dir.
• b. lizojenik enfeksiyon: ılımlı fajlar
bazı fajların nükleik asitleri, konak hücre içinde
replikasyon meydana gelmez. Bunun yerine faj
nükleik asidi bakteri kromozomuna entegre olarak,
bakterinin bölünmesiyle yeni jenerasyonlara
aktarılır. Bu fajlar ılımlı faj, nükleik asidine profaj, bu
olaya ise lizojeni ya da lizojenik enfeksiyon
denir.kromozomunda parofaj taşıyan bakteri ise
lizojenik bakteri olarak isimlendirilir. Lizojenik
bakteriler bazı fiziksel ve kimyasal ajanlarla
muamele edilerek lizojenik olmayan forma
dönüştürülebilir. Bu şekilde profajın bakteri
kromozomunda çıkarılması olayına faj indüksiyonu
adı verilir.
Faj Genetiği
a.Komplementasyon
Farklı genlerden defektif ve tek başlarına üreyemeyen iki ayrı faj aynı anda
aynı bakteriyi enfekte ettiklerinden ürün alışverişi yaparak ürerler . Bu
özellik, faj genlerinin sayı ve fonksiyonlarının saptanmasında kullanılır.
b. Rekombinasyon
Rekombinant tiplerin oluşma sıklığı mutasyon noktalarının uzaklığını
gösterdiğinden, bu olay faj genlerinin sırası ve organizasyonunun
belirlenmesinde kullanılmaktadır.
c. Transdüksiyon
Fajlar tarafından bakteriler arasında genetik madde aktarımına
transdüksiyon adı verilir
1. Genelleşmiş transdüksiyon: faj ürünlerinin toplanması sırasında , faj
başı içine bakteri DNA sının paketlenmesi söz konusudur.
2. Özelleşmiş trandüksiyon; entegre olmuş profajın kromozomundan
hatalı çıkış ı sonucunda meydana gelir.
3. Abortif transdüksiyon faj tarafında taşınan bakteri DNA sı kromozoma
entegre olmaz ancak geçici fenotipik değişikliğe yol açar
d.Transpozisyon ve insersiyonel mutagenez
Bazı ılımlı fajlar transpozonlar gibi davranır ve bakteri kromozomunda
yer değiştirir
Litik Fajların titrasyonu
-Agar kat yöntemi
Hazırlanan bakteri ve faj süspansiyonlarının seri sulandırımlarının
kaplayıcı agar içerisinde karıştırılması ve bu karışımın üretme agarı
içeren petri plaklarının üzerine dökülmesiyle kat oluşturması esasına
dayanır. Bakteriler agar üzerini tamamen kaplayacak şekilde ürerken faj
ile enfekte olan bakterilerin bulunduğu bölgelerde üreme olmayacak
ve erime zonu oluşacaktır. Dolayısıyla tek bir fajın enfekte ettiği bir
bakteri ve bunun çevresindeki bakteri hücrelerinin enfeksiyonu
sonunda bir plak meydana gelir.
Bakteriyofajların tıbbi önemi
Fajların tıbbi açıdan en büyük önemi bazı bakterilere
patojenite kazandırma özelliğidir. Örneğin difteri ve kızıl
enfeksiyonları, faj ile enfekte bakterilerde faj genomu
tarafından sentez edilen eksotoksinlerle oluşmaktadır. fajlar
uzun zamandan beridir epidemiyolojik çalışmalarda yaygın
olarak kullanılmaktadır. Bakterilerin tiplendirilmesi ve
salgınların kaynağınnın belirlenmesi için kullanılır. Fajların
bakteriler
üzerindeki
öldürücü
etkisi,
bakteriyel
enfeksiyonların tedavisinde fajların kullanılabileceği umudunu
doğurmuştur. Faj tedavisi uygulamaları ilk kez 1923 yılında
Eliava ve d’Herelle nin ortak çalışmaları sonucunda Tiflisde
kurulan faj enstitüsünde gerçekleştirilmiş ve Tbilisi fajları ile
yapılan tedaviler olumlu sonuç vermiştir. Bakteriyofajlar 1920
den beri çeşitli ülkelerde tedaviler uygulanmış başarılı
sonuçlar alınmıştır. Bu enfeksiyonlar arsında dizanteri, diyare,
peritonit, abse ve diğer süpüratif enfeksiyonlar sayılabilir.