Špecifickú morfológiu majú vírusy, ktoré ako svojho hostiteľa napádajú výlučne prokaryotické bunky (baktérie). Tieto vírusy sa nazývajú bakteriofágy alebo skrátene fágy. Spomedzi všetkých vírusov majú práve bakteriofágy tú najzložitejšiu stavbu, ktorá sa označuje ako komplexný tvar.
Ich virión pozostáva z pravidelnej mnohostenovej proteínovej hlavičky (kapsid), ktorá chráni a obaľuje nukleovú kyselinu (vírusový genóm). Nukleová kyselina môže zaberať až 50 % celkového objemu vírusu. Z hlavičky vychádza zložitý pripájací aparát tvorený bičíkom (alebo stopkou), ktorý však nemá pohybovú funkciu. Na jeho konci sa nachádzajú bičíkové vlákna, ktorými fág priľne na povrch hostiteľskej bunky.
Bakteriofágy slúžia ako mimoriadne dôležité modelové organizmy v molekulárnej biológii a genetike. V slávnom experimente z roku 1952, ktorý uskutočnili ALFRED HERSHEY a MARTHA CHASEOVÁ, sa práve pomocou fágov s definitívnou platnosťou dokázalo, že nositeľom genetickej informácie je skutočne DNA, a nie bielkoviny.
Reprodukčný cyklus bakteriofágov link
Existuje niekoľko stratégií, ktorými sa môžu vírusy rozmnožovať v hostiteľských bunkách. Základný a najtypickejší proces fágovej infekcie prebieha v piatich krokoch:
- prichytenie (adsorpcia) – fág sa bičíkovými vláknami naviaže na špecifické receptory baktérie
- prienik (penetrácia) – bičík zafunguje ako striekačka a do cytoplazmy vstrekne výlučne vírusovú nukleovú kyselinu (prázdny kapsid zostáva vonku na povrchu)
- zmnoženie a syntéza (eklipsa) – bunka je donútená zastaviť vlastné procesy a začať replikovať vírusovú nukleovú kyselinu a syntetizovať fágové proteíny
- kompletizácia (maturácia) – z novovytvorených zložiek sa v cytoplazme poskladajú kompletné fágové virióny
- uvoľnenie (lýza) – pôsobením fágových enzýmov (napríklad lyzozým) bunka praská a masívne uvoľňuje nové infekčné častice
Na základe toho, ako presne sa vírus správa po prieniku do bunky, rozlišujeme tri hlavné životné stratégie fágov:
Lýza link
Lytické fágy sú agresívne typy vírusov, ktoré priamo nasledujú vyššie opísaný päťkrokový cyklus. Spôsobujú lytickú infekciu, ktorá bezprostredne po syntéze a kompletizácii viriónov končí smrťou bunky (lýza) a ich masívnym uvoľnením do prostredia. Medzi typické lytické fágy patria napríklad fágy s označením T4 a T7. Zaujímavým modelovým organizmom s takýmto agresívnym životným cyklom je aj fág R-17, ktorého genetická výbava je mimoriadne malá a obsahuje len tri gény.
Lyzogénia link
Lyzogénne fágy sú mierne fágy, ktoré nespôsobujú bezprostrednú smrť bunky, ale vyvolávajú takzvanú latentnú infekciu (skrytú infekciu). Po kroku prieniku (penetrácia) nedochádza k okamžitej syntéze nových častíc. Fágová DNA sa inkorporuje (včlení) priamo do bakteriálneho chromozómu. V takomto štádiu sa vírus nazýva profág. V teórii eukaryotických retrovírusov sa podobný stav nazýva provírus.
Baktéria sa následne normálne delí, pričom pri každom bunkovom delení sa tento profág nepozorovane dostáva do dcérskych buniek ako prirodzená súčasť ich genetickej výbavy. Tento latentný stav však netrvá večne. Na určitý vonkajší podnet (napríklad hladovanie bunkovej kolónie alebo iný stres, ktorý by mohol ohroziť existenciu vírusu) dochádza k vyštiepeniu fágovej DNA z hostiteľského chromozómu. Vírus sa vráti k aktívnym krokom zmnoženia a prechádza do lytického cyklu, ktorý končí smrťou bunky. Známy experimentálny objekt, ktorý spôsobuje takúto latentnú infekciu, je fág λ (lambda) a ďalším významným zástupcom je takzvaný Mu-fág.
Pseudolyzogénia link
Pseudolyzogénia je špeciálny prechodný stav medzi lýzou a lyzogéniou. Nastáva typicky vtedy, keď sa hostiteľská baktéria nachádza vo veľmi nepriaznivých podmienkach (trpí extrémnym nedostatkom živín) a nemá dostatok energie na replikáciu fága alebo jeho včlenenie do genómu. Fágová DNA prenikne do bunky, ale zostáva voľne v cytoplazme v neaktívnom tvare, často ako kruhový plazmid. Keď sa podmienky prostredia zlepšia, fágová DNA sa „prebudí“ a vstúpi buď do lytického, alebo lyzogénneho cyklu.
V iných prípadoch pseudolyzogénie môže bunka produkovať fágové častice, ktoré ju postupne opúšťajú bez toho, aby zlyzovala. Infikovaná bunková kolónia vtedy rastie pomalšie, pretože väčšinu energie míňa na stavbu viriónov. Tento jav je extrémne dôležitý pre prežívanie vírusov v prirodzenom, na živiny chudobnom prostredí (napríklad v oceánoch). Typickým príkladom vírusu, ktorý využíva takýto spôsob života, je vláknitý fág M13.
Fágová terapia link
Už krátko po objave bakteriofágov sa začalo uvažovať o ich využití v medicíne. Vírusy objavil britský bakteriológ FREDERICK TWORT (v roku 1915) a nezávisle od neho francúzsko-kanadský mikrobiológ FÉLIX D'HÉRELLE (v roku 1917). Využitie bakteriofágov ako biologického „lieku“ na bakteriálne infekcie (fágová terapia alebo fagoterapia) sa prvýkrát testovalo už v roku 1919.
Princíp fágoterapie vychádza z prirodzenej biológie vírusov, ktoré majú úzky rozsah hostiteľov. Cieľavedome napádajú a prostredníctvom lytického cyklu ničia výlučne bakteriálne bunky, pričom pre bunky človeka sú úplne neškodné. Z dôvodu vtedajších nedostatočných vedomostí o životnom cykle (lyzogénia), úzkej druhovej špecializácii a po masovom objave antibiotík v roku 1928 (s ich širším spektrom účinku) prešla táto terapia do úzadia.
V súčasnosti, keď v nemocniciach rapídne narastá počet patogénnych bakteriálnych kmeňov multirezistentných na dostupné antibiotiká, zažíva fagoterapia veľkú renesanciu. V porovnaní s klasickou antibiotickou liečbou má cielené nasadenie fágov niekoľko nezanedbateľných výhod:
- každá baktéria môže byť infikovaná určitým špecifickým fágom
- u ľudí neexistuje alergia na fágy
- metóda má len veľmi málo vedľajších účinkov
- často postačuje aplikácia jednej dávky
- vírusy samotné neinfikujú bunky zvierat ani ľudí
- pri kontrolovanej liečbe je veľmi nízka pravdepodobnosť vzniku rezistencie
- príprava fágov je vo všeobecnosti lacnejšia ako vývoj nových antibiotík
Pri orálnom podaní fágového preparátu je nevyhnutné neutralizovať žalúdočnú kyselinu, ktorá by vírusové častice inak zničila. Komplikáciou je aj prirodzená tvorba protilátok ľudským imunitným systémom, ktorý reaguje na každý cudzorodý antigén. Napriek týmto prekážkam predstavuje liečba bakteriofágmi veľmi perspektívnu a sofistikovanú metódu boja proti infekciám, ktorá môže zachraňovať životy tam, kde štandardné antibiotiká zlyhávajú.
