Paulina Smaruj
Wiceprezes, Koło Naukowe Biologii Molekularnej UW
Zacznijmy od słowniczka najistotniejszych pojęć:
Bakteriofag (lub fag) – wirus infekujący bakterie.
DNA (ang. deoxyribonucleic acid) – kwas deoksyrybonukleinowy, materiał genetyczny wszystkich organizmów komórkowych oraz wielu wirusów, w tym bakteriofagów ogonkowych.
HGT (ang. Horizontal Gene Transfer) – horyzontalny transfer genów, czyli całokształt mechanizmów skutkujących przeniesieniem cząsteczki DNA między komórkami bakteryjnymi niebędącymi w relacji przodek-potomek.
Liza – rozpad komórki w wyniku dezintegracji błony (i ściany) komórkowej.
Kapsyd – białkowa część osłonki wirusowej.
Bakteriofagi (w skrócie fagi, od greckiego phagein – pożerać) to wirusy atakujące komórki bakteryjne. Co może być zaskakujące, na każdą pojedynczą bakterię w biosferze przypada 10 cząstek fagowych zdolnych do jej zainfekowania. Bakteriofagi stanowią najliczniejszą i najbardziej zróżnicowaną grupę poznanych dotąd cząstek biologicznych [1].
Na lekcjach biologii poznaliście dwa cykle namnażania fagów w komórkach gospodarza: cykl lityczny oraz cykl lizogenny. Bakteriofagi, które mogą wejść w cykl lizogenny określa się jako łagodne, z kolei te, które tego nie potrafią – jako fagi wirulentne.
Fagi wirulentne, krótko po wprowadzeniu własnego DNA do bakterii, zaczynają wytwarzać cząstki potomne, a ich cykl reprodukcyjny prowadzi do lizy komórki gospodarza. W cyklu litycznym wyróżnia się kilka etapów, które możemy dla przypomnienia wymienić:
- adsorpcja (ang. attachment) – wirus specyficznie wiąże się z powierzchnią komórki gospodarza,
- wejście, penetracja – wprowadzenie kwasu nukleinowego faga do wnętrza komórki,
- synteza wirusowego materiału genetycznego i ekspresja kodowanych przez niego polipeptydów,
- składanie kapsydów oraz pakowanie do ich wnętrza powielonych genomów wirusa, oraz
- uwolnienie (ang. release) dojrzałych cząsteczek wirusów, zdolnych do infekcji kolejnych komórek [2].
Wiele bakteriofagów ma zdolność integracji swojego materiału genetycznego z chromosomem gospodarza (wchodzenia w cykl lizogenny). Zainfekowana bakteria wchodzi w stan określany jako lizogenia, a DNA faga (profag) jest biernie powielany wraz z chomosomem i przekazywany każdej komórce potomnej. Wejście w cykl lityczny jest warunkowane wycięciem profaga z chromosomu i replikacją jego genomu [3].
Powtórzymy jeszcze raz – cykl lityczny kończy się zawsze lizą, natomiast cykl lizogenny jest wynikiem umieszczenia materiału genetycznego wirusa w genomie gospodarza.
A co, jeśli w kapsyd bakteriofaga zostanie zapakowany jakiś inny fragment DNA? Taki mały błąd przy produkcji milionów cząstek musi wkradać się od czasu do czasu… Mam nadzieję, że pomyśleliście w tym momencie o pojęciu ze słowniczka u góry „HGT”. Przypomnijcie sobie przed maturą, czym była transdukcja :)
Warto jednak być świadomym, że integracja materiału genetycznego wirusa w genom gospodarza nie dotyczy wyłącznie bakteriofagów. Ludzki wirus niedoboru odporności (HIV) potrafi wejść w stan latencji, czyli stan odwracalnej nieproduktywnej infekcji. Jego materiał genetyczny (po przepisaniu na DNA) ulega „wklejeniu” w losowe miejsce w genomie komórki i od tego momentu można go określać jako prowirus.
Nie pozostaje mi nic innego, jak życzyć Wam wszystkim połamania ołówków! Trzymamy kciuki!
2. Landy A. 1989. Dynamic, structural, and regulatory acpects of λ site-specific recombination. Annu. Rev. Biochem. 58: 913–41
3. Stark WM. 2017. Making serine integrases work for us. Curr. Opin. Microbiol. 38: 130–36