Prophage on nimi, mis antakse parasvöötme bakteriofaagide faagi DNA-le, kui see esineb bakteriaalses peremeesrakus. Bakteriofaagid avastas Félix Hubert d'Hérelle 1917. aastal viirused mis on kohanenud konkreetsete bakterid. Hilisemates uuringutes tehti vahet kõrge virulentsusega lüütilisel faagil ning vaikse propageerimise ja lüsogeense tsükliga parasvöötme faagil.
Mis on prohhagid?
Parasvöötme bakteriofaagi profaag võib esineda peremeesrakus plasmiidina või integreeruda bakteriaalse DNA-ga. Selleks peab parasvöötme faag faagi DNA süstimisel omistama lüsogeense tsükli. Eristatakse lüütilist tsüklit ja lüsogeenset tsüklit. Kui lüütiline tsükkel põhjustab peremeesraku kiiret paljunemist ja järgnevat lüüsi pärast geneetilise materjali süstimist, siis lüsogeenses tsüklis süstitakse peremeesrakku faagi repressorgeenid, et suruda maha lüütiline tsükkel, st raku kiire lahustumine. kamber. Parasvöötme faag võib sõltuvalt keskkonnast vahetada lüütilise ja lüsogeense tsükli vahel seisund kohal. Lüütiline tsükkel viitab faagigeenide tavapärasele lähenemisele peremeesrakus. Pärast viiruse DNA süstimist toimub peremeesrakus kiire replikatsioon. Pärast kapsiidi ja sabakiudu valgud on lisaks viiruse DNA-le korratud ja üksikutest osadest on kokku pandud arvukalt uusi viirusosakesi, lagundab peremeesraku rakusein lüsosüüm. Rakuseina lahustumisel vabanevad uued faagid ja nad saavad nüüd oma DNA süstida teistesse bakterirakkudesse. See protsess viiakse lõpule umbes ühe tunni jooksul. Uute viirusosakeste suure arvu tõttu nimetatakse seda protsessi virulentseks vormiks. Kuna peremeesraku seina hävitab lüsosüümkasutatakse terminit “lüütiline tsükkel”. Mõõdukas faagis ei pruugi peremeesraku kiire replikatsioon ja sellele järgnev lüüs tingimata mõjuda. Olenevalt olemasolevast keskkonnategurid, võib parasvöötme faag vaheldumisi lüütilise ja lüsogeense tsükli vahel. Lüütilise tsükli saab maha suruda repressorigeenide süstimisega ja lüsogeenne tsükkel võib alata lõpmatuseni. Lüsogeenses tsüklis sisestatakse faagi geneetiline materjal idu geneetilisse materjali ja võib siin püsida määramata aja. Süstitud geneetilisele materjalile viidatakse kui „liikumatule“ ja määratletakse kui „prohhagile“. Prohaas võib paikneda plasmiidina peremeesraku tsütoplasmas või olla integreeritud bakteri geneetilisse materjali. Viirusliku geneetilise materjali integreerimine nõuab kõrget spetsialiseerumist. Parasvöötme faagide geneetilist materjali saab kinnitada ainult bakterite DNA konkreetsetele positsioonidele. Seevastu üksikute parasvöötme faagitüvede geneetilist materjali saab alati tuvastada bakterite genoomi samades positsioonides. Eduka kohanemise tõttu saavad profaagid bakterirakkude jagunemise kasusaajateks. Peremeesrakkude mitoosi jagunemisprotsessi käigus edastatakse viiruse genoom. Edasine edastamine teistele bakterid võib tekkida konjugatsiooni teel. Profaagid võivad seega levida tervete bakteritüvede kaudu erinevatel ülekandeteedel. Keskkonnamõjud, näiteks UV-valgus või teatud kemikaalid, võivad põhjustada prohüüdi üleminekut uuesti lüütilisele tsüklile ja agressiivse replikatsiooni otsimist. Lisaks kasutab prohhaaž ära ka peremeesraku transkriptsiooniprotsesse: teatud faagi süstitud repressorgeenid tunnevad teatud kahjustuste tõttu DNA kahjustust ensüümide ja lagunes. Repressorgeenide lagunemisel on peremeesrakus enesehävitav toime. Lüütilist tsüklit ei saa nüüd enam alla suruda ja profaag lülitub lüsogeensest olekust agressiivsele replikatsioonile, mis lõpeb bakteriraku seina järgneva lahustumisega.
Esinemine, levik ja omadused
Faagid on väga spetsialiseerunud viirused mis on kohanenud üksikute bakteritüvedega. Seega ei pääse iga bakteriofaag kõigile bakteritele ligi. Spetsiifilise peremeesrakuta paljundamine ei ole bakteriofaagi jaoks võimalik. Tugev spetsialiseerumine viib asjaolu, et bakteriofaagid asuvad samal peremees kui nende peremeesrakud. Sama kehtib veelgi enam propaagide kohta. Kuna profaagid pole tavapärased viirused ja lihtsalt esitlevad end peremeesorganismis viirusliku geneetilise materjalina, ei saa neid leida ainult määratud rakkudest, kui ainult määratluse järgi. Lisaks tuleb mainida, et bakteriofaagidel on arv (10 kuni 30 võimsust) merevesi üksi ja seega on kogu planeedil faage rohkem kui elusorganisme. See on vastuolus hävitavalt väikese arvu üheksateist ametlikult uuritud bakteriofaagiga, mis muudab nende esinemise kohta täpse avalduse tegemise keeruliseks.
Tähtsus ja funktsioon
Faag ravi töötati välja 1920. aastatel ja seda kasutatakse Ida-Euroopas siiani edukalt mitmesuguste lahingute vastu võitlemiseks nakkushaigused. Faagi eelised ravi on ilmsed: bakteriofaagid kahjustavad ainult üksikuid tüvesid bakterid kuigi antibiootikumid avaldama üldist kahjulikku mõju keha bakteritele. Avastus penitsilliin 1940ndatel viisid massiliselt antibiootikum kasutamine läänes ja selle tagajärjel faagiuuringute lõpetamine. Järgnev arvukate kogunemine antibiootikum resistentsused põhjustasid omakorda suurenenud huvi bakteriofaagide vastu 1990. aastatel. Kuid faagi fookus ravi on agressiivse virulentsusega ja eranditult lüütilise tsükliga bakteriofaagidel, samas kui parasvöötme bakteriofaagid ja propaagid on seni mänginud vaid vähest rolli.
Haigused ja vaevused
mõned patogeenid saavad oma virulentsi kindlaks teha ainult prophagidega seotud sümbioosi kaudu. Clostridium botulinum võib tekitada kardetud botuliinitoksiin ainult integreeritud faagi DNA abil. Streptococcus püogeenid võivad põhjustada ainult ergav palavik koos profaag-DNA-ga. Vibrio cholerae toodab koolera ainult spetsiaalsete prohhaažide kaudu. See näitab ka faagide tähtsust inimmeditsiinis. Terved bakteritüved võivad kaotada oma patogeense potentsiaali, kui vastutavad propaagid suudetakse konkreetselt kõrvaldada.
