ویروس باکتری خوار / باکتریوفاژ / درمان مقاوت در برابر آنتی بیوتیک / فاژ درمانی / انواع باکتریوفاژ

سلامت ۰۶ خرداد ۱۳۹۷ بدون دیدگاه

ویروس باکتری خوار / باکتریوفاژ / درمان مقاوت در برابر آنتی بیوتیک / فاژ درمانی / انواع باکتریوفاژ bacteriophage

احتمالا تا الان درباره ویروس باکتری خوار ، باکتریوفاژ و مشکلات مربوط به مقاون آنتی بیوتیک ها شنیده اید. یعنی بسیاری از باکتری های بدن در مقابل داروها و آنتی بیوتیک هایی که امروزه مصرف می کنیم مقاوم تر می شوند. با این حال، امید تازه ای هم وجود دارد که از تلاش های انجام شده در سال های پیش، پشت پرده آهنین شوروی سابق بدست آمده است.

دهه هاست ما با مصرف داروهایی که واقعا نیاز به آنها نداریم، با تمام نکردن دوره تجویز شده داروها، به باکتری ها در ایجاد مقاوت در برابر آنتی بیوتیک ها کمک کردیم. در حال حاضر، مقاومت دارویی، موجب مرگ بیش از ۷۰۰ هزار نفر در جهان می شود. این اتفاق باعث جستجو راهی جدید برای مقابله با این بیماری ها شده است.


در این مطلب می خوانید: (برای مراجعه به بخش مورد نظر کلیک کنید)

باکتریوفاژ یا باکتری خوار چیست ؟

فاژ درمانی یا درمان باکتری خوار

تاریخچه باکتری خوار و باکتریوفاژ

نحوه عملکرد باکتری خوار یا باکتریوفاژ

کاربرد باکتریوفاژ یا باکتری خوار

درمان با باکتری خوار یا فاژ درمانی در دنیا

مشکلات باکتریوفاژ و باکتری خوار

انواع باکتری خوار یا باکتریوفاژ

نحوه تکثیر و تولید باکتری خوار یا باکتریوفاژ

چرخه زندگی باکتری خوار یا باکتریوفاژ


ویروس باکتری خوار / باکتریوفاژ / درمانی مقاوت در برابر آنتی بیوتیک / فاژ درمانی / انواع باکتریوفاژ (bacteriophage)

باکتریوفاژ یا باکتری خوار چیست ؟

باکتری خوار یا باکتریوفاژ (bacteriophage) که مختصرا آن را phage می نامیم، ویروسی می باشد که به آلوده کردن باکتری و تکثیر درون آن می پردازد. منشاء لغوی باکتری خوار یا باکتریوفاژ کلمه bacteria و کلمه یونانی phagein که به معنی بلعیدن می باشد. نوعی ویروس یا شبه ویروس ماوراء میکروسکوپی و صافی‌گذر که متشکل از اسید دی اکسید ریبونوکلئیک (DNA) و یک پوشش پروتئینی است. این ویروس سویه‌ها یا گونه‌های مخصوصی از باکتری‌ها را مورد تهاجم (عفونت) قرار می‌دهد و معمولاً موجب تجزیه یا انحلال انفجاری باکتری عفونی شده می‌شود. باکتریوفاژها به قیمت نابودی کامل تا از بین رفتن یاخته باکتری‌ها تکثیر می‌شوند و هیچ آنزیمی از خود ندارند. ژنوم ان ها می تواند به رمزگذاری حداقل ۴ ژن  و حداکثر بیش از صدها ژن بپردازد. باکتریوفاژ به دنبال تزریق ژنوم خود درون سیتوپلاسم، درون باکتری تکثیر می شود. باکتری خوار به عنوان رایج ترین و متنوع ترین موجودات در زیرست کره می باشند.

فاژ درمانی یا درمان باکتری خوار

درمان باکتری خوار یا به عبارت دیگر فاژ درمانی، یکی از روش های جدید بوده و در آن از ویروس هایی که به صورت طبیعی ایجاد میشوند به نام باکتری فاژها، برای مبارزه با عفونت استفاده میشه. یکی از کشورهای پیشرو در درمان و استفاده از این روش، کشور گرجستان و شهر تفلیس می باشد.

ویروس های باکتری خوار، شیوه جدید و جایگزین برای آنتی بیوتیک ها در درمان عفونت های باکتریایی مقاوم به آنتی بیوتیک می باشد که در آن از ویروس های طبیعی موسوم به باکتریوفاژ یا باکتری خوار و یا به طور خلاصه فاژها استفاده می شود. ویروس‌ها در اصل خود عامل بیماری هستند اما دانشمندان با تغییر و ویرایش ژن ویروس‌ها ویژگی‌های آنها را تغییر داده و آنها را به باکتری‌خوار تبدیل کرده‌اند.

درمان مقاومت به باکتری با باکتری خوار یا فاژ درمانی، با جمع آوری نمونه از باکتری توسط پزشکان آغاز شده تا آنها بتوانند نوع باکتری که باعث ایجاد عفونت در داخل بدن بیمار شده را شناسایی کنند. این کار اهمیت بسیاری دارد. زیرا بر خلاف آنتی بیوتیک ها که انواع بسیاری داشته و بسیاری از باکتری ها را از بین می برند، هر باکتریوفاژ فقط می تواند نوع مشخصی از باکتری را از بین ببرد. بنابراین بسیار اهمیت دارد که پزشکان به صورت دقیق بفهمند که با چه باکتری سروکار دارند تا بتوانند باکتری خوار مناسب آن باکتری خاص را پیدا و تولید کنند.

این فرایند مهم و حیاتی در آزمایشگاه باکتری خوار الیاوا در تفلیس گرجستان انجام می شود. جایی که متخصصین یاد گرفتند چطور موثرترین باکتریوفاژ ها را تولید کنند. زمانی که یک باکتری خوار با آزمایش های دقیق مشخص شد، محققین شروع به تولید آن نوع باکتری خوار می کنند. این دارو می تواند به صورت نوشیدنی یا استنشاقی باشد و یا به صورت خارجی بر روی بدن اعمال کرد.

دانش درمان از طریق باکتری خوار ها بسیار دقیق می باشد. اما از طرفی گستره بیماری های بالینی که توسط این روش درمان می شوند، بسیار گسترده است.

تاریخچه باکتری خوار و باکتریوفاژ

تاریخچه این ویروس ها به ۱۰۰ سال پیش و جنگ جهانی اول برگشته و در دهه های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰میلادی گسترش یافتند. در سال‌های ۱۹۱۵و ۱۹۱۷ دو دانشمند به نام‌های فردریک تاوورت (Frederick Twort) و فلیکس دهرله (Félix d’Hérelle) در ضمن آزمایش‌های خود به‌طور اتفاقی به وجود این فاژها پی بردند. این دو دانشمند با رشد باکتری‌های مختلف در محیط‌های کشت مایع متوجه از بین رفتن خود به خود این باکتری‌ها شدند. این دانشمندان پس از مطالعات خود و با صاف نمودن این محیط‌های حاوی فاژ توسط فیلترهای باکتری شناسی، وجود باکتریوفاژها را اثبات کردند. در آن زمان، در شوروی سابق، آنتی بیوتیک ها کمیاب بودند. بنابراین دانشمندان به استفاده از باکتریوفاژ و باکتری خوار ادامه دادند و در سال ۱۹۲۳، فردی به نام جورج الیاوا، موسسه ای را برای درمان با باکتری خوار در تفلیس تاسیس کرد (Eliava Foundation). در دهه ۱۹۵۰، زمانی که آنتی بیوتیک ها رایج شدند، این ویروس ها تحت الشعاع قرار گرفته و فراموش شدند. در حقیقت در سال ۱۹۲۸، کشف پنی سیلین توسط الکساندر فلمینگ باعث شد تا فاژها فراموش شوند اما این فراموشی زیاد طول نکشید. استفاده وسیع از آنتی بیوتیک‌ها و افزایش مقاومت به آنه، ا پزشکان را مجبور کرد حتی برای عفونتهای معمولی نیز آخرین نسل آنتی بیوتیک ها را تجویز کنند. این امر سبب شد تا توجه محققان دوباره به فاژ درمانی (phage therapy) یا درمان با ویروس های باکتری خوار جلب شود. فاژ درمانی جذابیت‌های خود را دارد. برخلاف بیشتر آنتی بیوتیک‌ها، فاژها اسلحه‌های هوشمندی هستند که اختصاصی عمل می‌کنند.

نحوه عملکرد باکتری خوار یا باکتریوفاژ

باکتری خوار، زمانی که با باکتری روبه رو می شود، به آنها چسبیده و DNA خود را وارد آنها می کنند. بدین ترتیب، DNA درون سلول باکتری تکثیر می شود. سپس باکتری خوارهای جدید، از درون سلول بیرون زده و این چرخه ادامه پیدا می کند تا عفونت از بین برورد. باکتری خوارها یا باکتریوفاژ خود محدودکننده هستند به نحوی که بعد از نابود کردن باکتریهای مضر، خود نیز از بین می‌روند. آن‌ها به خصوص برای عفونتهای موضعی مانند عفونتهای استخوان یا زخمهای ناشی از 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.

ویروس های باکتریوفاژ برای نابود کردن باکتری های مقاوم در برابر آنتی بیوتیک باید به آنها متصل شوند. درمان با این روش معمولاً برای چند هفته طول می کشد و عموماً نسبت به آنتی بیوتیک های خط آخر که ممکن است هزینه ای ده ها هزار دلاری داشته باشند، ارزان تر هستند.

کاربرد باکتریوفاژ یا باکتری خوار

باکتری خوار یا باکتریوفاژ برای عفونت های مختلف منجمله، عفونت گوش و حلق تا سوختگی و زخم های عفونتی موثر است. فراوانی و تنوع می تواند یکی از دلایل موفقیت این داروها باشد. موفقیت این روش نه به این چند سال، بلکه به دهه ها تلاش محققان برای جمع آوری باکتریوفاژها برمیگردد. در واقع بعضی از باکتری خوارها، قدمتشان به دهه ۱۹۳۰ بر میگردد.

باکتریوفاژ در واقع فراوان ترین گونه زنده بر روی زمین هستند و تخمین زده می شود در حدود ۱۰ میلیون و حتی ترلیون نوع مختلف از آنها وجود داشته باشد. این بیشتر از تعداد مجموع تمامی ارگانیسم های زنده دیگر می باشد که شامل باکتری ها هم می شود.

بنابراین اگر باکتری تکامل پیدا کند و در برابر یک باکتری خوار مقاوم شود، محققین می توانند به سادگی باکتری خوار جدیدی پیدا کنند. و همچنین می توانند با ساخت ترکیبی از باکتری خوار برای حمله به باکتری، از زاویه های مختلف، به توقف فرآیند مقاومت باکتری هم کمک کنند. این یکی از دلایلیست که باعث می شود ما مطمئن شویم باکتری خوار می توانند نقش مهمی در درمان داشته باشند.

امروزه می توان بسیاری از بیماری های عفونی را که توسط آنتی بیوتیک ها نمیتوان ریشه کن کرد را توسط باکتری خوار از بین برد. بنابراین استفاده ترکیبی از آنتی بیوتیک ها و باکتری خوار می تواند بسیار امیدبخش باشد.

درمان با باکتری خوار یا فاژ درمانی در دنیا

با وجود موفقیت های بسیار این روش در گرجستان، اما بیش از این که درمان به وسیله این روش را در غرب بکار گرفت، باید مورد تایید قرار بگیرد. تحقیقات بالینی بر روی این کار همکنون در اروپا در دست انجام بوده و امیدواریم به زودی افراد مختلف در کشور خود بتوانند درمان شوند.

اتحادیه اروپا یک کار آزمایی بالینی به نام Phagoburn را شروع کرده تا کارایی درمان های بر اساس ویروس بر روی افراد دچار سوختگی شدید را آزمایش کند. نیمی از گروه ۲۰۰ نفری شرکت کننده با شیوه های معمول و نیم دیگر با فاژ درمانی معالجه می شوند. کارشناسان می گویند این شیوه جایگزین درمان آنتی بیوتیکی نیست، بلکه می تواند مکمل آن باشد.

دکتر دوبلانش نیز درباره انتشار احتمالی ویروس های درمانی در محیط  هشدار داده و گفت استفاده پزشکی از آن ها باید به صورت کامل نظارت شده باشد. در بررسی های آزمایشگاهی این ویروس ها در برابر خطرناک ترین نوع این باکتری، ۹۰ درصد موفق عمل کردند.

درمان به وسیله باکتری خوار یا باکتریوفاژ در آینده نقش بسیار مهمی در مبارزه ما در برابر عفونت های باکتری بازی می کند. ما برای مبارزه با باکتری ها، نیازمند سلاح های بسیاری در انبار محماتمان داریم و شاید حالا ۱۰۰ بعد از کشف باکتری خوارها، زمان آن رسیده باشد که بالاخره به آنها توجهی که لایق آن هستند را بکنیم.

مشکلات باکتریوفاژ و باکتری خوار

مشکل ویروس های باکتری خوار، این است که شرکت های داروسازی علاقه ای به این شیوه درمانی نشان نمی دهند. عمدتا به این خاظر که نمی توان برای ویروس ها حق انحصاری، اختراع یا پتنت به دست آورد. از طرف دیگر بازده سرمایه گذاری بر روی این شیوه کم است.

گرچه چند شرکت تازه تاسیس در اروپا سرمایه گذاری بر روی فاژ درمانی را آغاز کرده اند، اما چرخه کار آزمایی بالینی ممکن است دست کم یک دهه به طول انجامد، بنابراین این سرمایه گذاری در درازمدت و شاید با احتمال موفقیت کم بازده خواهد داشت.

ویروس باکتری خوار / باکتریوفاژ / درمانی مقاوت در برابر آنتی بیوتیک / فاژ درمانی / انواع باکتریوفاژ (bacteriophage)

انواع باکتری خوار یا باکتریوفاژ

مبنای طبقه‌بندی باکتریوفاژها نوع اسید نوکلئیک آن‌ها (DNA یا RNA) و بعد از آن، شکل و ساختار آن‌ها می‌باشد. آن‌ها بر اساس ساختار به سه شکل بیست وجهی (به لاتین: Icosahydral) مانند MS2، رشته‌ای (Filamentus) یا مارپیچی (Helical) مانند M13 و فاژهای دارای سر و دم (Head and tail) مانند فاژهای T4و λ طبقه‌بندی می‌شوند.

فاژهای دم دار دارای دو رشته DNA یعنی کادوویرال‌ها (Caudovirales)، بیش از ۹۵% فاژهای موجود در متون علمی را به خود اختصاص داده‌اند و به نظر می‌رسد فراوان‌ترین نوع فاژ بر روی کره زمین باشند. فاژها توسط کمیته بین‌المللی تاکسونومی ویروس‌ها (International Committee on Taxonomy of Viruses) طبقه‌بندی می‌شوند. تاکنون ۱۹ خانواده از فاژها شناخته شده‌اند که فقط ۲ خانواده دارای ژنوم RNA و ۵ خانواده دارای انولوپ (پوشش پروتئینی) هستند. در فاژهای دارای ژنوم DNA، فقط ۲ خانواده دارای ژنوم تک رشته‌ای، ۸ خانواده دارای ژنوم حلقوی و ۹ خانواده دارای ژنوم خطی می‌باشند. ۹ خانواده فقط باکتری‌ها را آلوده می‌سازند. ۹ خانواده آرکئا (آرکی باکترها) را آلوده می‌کنند و یک خانواده یعنی تکتی ویریده (Tectiviridae) هم باکتری‌ها و هم آرکئا (آرکی باکترها) را آلوده می‌سازد.

مهمترین خانواده‌های فاژها عبارتند از:

میوویریده (Myoviridae): در راسته کادوویرال‌ها قرار گرفته‌اند. فاقد انولوپ (پوشش پروتئینی) بوده و دم منقبض شونده دارند. آن‌ها دارای DNA دو رشته‌ای خطی هستند مانند فاژ T4.
سیفوویریده (Siphoviridae): در راسته کادوویرال‌ها قرار گرفته‌اند. فاقد انولوپ (پوشش پروتئینی) بوده و دم غیر منقبض شونده طویل دارند. آن‌ها دارای DNA دو رشته‌ای خطی هستند مانند فاژ λ و فاژ T5.
پودوویریده (Podoviridae): در راسته کادوویرال‌ها قرار گرفته‌اند. فاقد انولوپ (پوشش پروتئینی) بوده و دم غیر منقبض شونده کوتاه دارند. آن‌ها دارای DNA دو رشته‌ای خطی هستند مانند فاژ T7.
لیپوتریکس ویریده (Lipothrixviridae): در راسته لیگامن ویرال‌ها (به لاتین: Ligamenvirales) قرار دارند. آن‌ها طویل بوده، دارای انولوپ هستند و DNA دو رشته‌ای خطی دارند.
رودی ویریده (Rudiviridae): در راسته لیگامن ویرال‌ها (به لاتین: Ligamenvirales) قرار دارند. آن‌ها طویل بوده، فاقد انولوپ هستند و DNA دو رشته‌ای خطی دارند.
آمپولاویریده (Ampullaviridae): بطری شکل، دارای انولوپ و DNA دو رشته‌ای خطی دارند.
بی کاداویریده (Bicaudaviridae): لیمویی شکل، فاقد انولوپ و DNA دو رشته‌ای حلقوی دارند.
کلاواویریده (Clavaviridae): طویل، فاقد انولوپ و DNA دو رشته‌ای حلقوی دارند.
کورتیکوویریده (Corticoviridae): متقارن، فاقد انولوپ و DNA دو رشته‌ای حلقوی دارند.
سیستوویریده (Cystoviridae): کروی، دارای انولوپ و RNA دو رشته‌ای چند قطعه‌ای دارند.
فوسلوویریده (Fuselloviridae): لیمویی شکل، فاقد پوشش و DNA دو رشته‌ای حلقوی دارند.
گلوبولوویریده (Globuloviridae): متقارن، دارای انولوپ و DNA دو رشته‌ای خطی دارند.
گوتاویروس (Guttavirus): بیضوی، فاقد انولوپ و DNA دو رشته‌ای حلقوی دارند.
اینوویریده (Inoviridae): رشته‌ای (فیلامنتی)، فاقد پوشش و DNA تک رشته‌ای حلقوی دارند.
لوی ویریده (Leviviridae): متقارن، فاقد پوشش و RNA تک رشته‌ای خطی دارند مانند فاژهای MS2 و Qβ.
میکروویریده (Microviridae): متقارن، فاقد پوشش و DNA تک رشته‌ای حلقوی دارند مانند ΦX174.
پلاسماویریده (Plasmaviridae): پلئومورف (چند شکلی)، دارای انولوپ و DNA دو رشته‌ای حلقوی دارند.
تکتی ویریده (Tectiviridae): متقارن، فاقد انولوپ و DNA دو رشته‌ای خطی دارند.

فاژهای دارای DNA

فاژهای دارای DNA تک رشته‌ای (ssDNA) بیست وجهی:

مطالعات بر روی این فاژها منجر به کشف همانند سازی به روش حلقه غلتان (به انگلیسی: rolling circle) و همچنین تعین هویت پروتئین‌های دخیل در همانندسازی میزبان شد. از این گروه، فاژ ϕX۱۷۴ بیش از همه مورد مطالعه قرار گرفته‌است. ژنوم این فاژ، ssDNA حلقوی است که شامل ۵۳۸۶ نوکلئوتید است و ۱۱ ژن را کد می‌کند. این فاژ، اولین ژنوم دست نخورده‌ای بود که تعیین توالی شد. طول ژنوم کوتاه‌تر از ظرفیت کدگذاری است که آن نیز به علت هم پوشانی ژنی ایجاد شده‌است.

فاژهای دارای DNA تک رشته‌ای (ssDNA) رشته‌ای:

از این گروه، فاژهای f1، fd و M13 بیش از همه مورد مطاله قرار گرفته‌اند. این گروه از فاژها، سویه‌هایی از E.coli را که دارای پیلی جنسی هستند را از طریق همان پیلی آلوده می‌کنند. اینها بر خلاف بسیاری از فاژهای دیگر، DNA خود 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 به‌طور مداوم در طول زندگی میزبان آزاد می‌شوند. با این حال، سرعت رشد این باکتری‌ها نسبت به باکتری‌های آلوده نشده کمتر می‌شود.

فاژهای دارای DNA دو رشته‌ای:

این گروه از فاژها دارای تنوع زیادی می‌باشند. در این گروه، T7 و λ به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. فاژ T4 در خانواده میوویریده «از myos به معنی عضله که به خاطر دم قابل انقباض این گروه می‌آید» قرار گرفته‌است. فاژهای T1 و T5 به همراه λ در خانواده سیفوویریده «از یونانی siphon به معنی لوله به خاطر دم غیر قابل انقباض» قرار دارند. فاژهای خانواده پودوویریده دارای دم غیر منقبض شونده کوتاه هستند مانند T7.

فاژ T4، یکی از بزرگترین فاژ هاست که شکل پیچیده‌ای دارد که شامل یک سر بیست وجهی پیچیده و یک دم قابل انقباض به همراه پایه، فیبرهای دمی و خارها می‌باشد. فیبرهای دمی، خارها و صفحه پایه در اتصال به لیپوپلی ساکارید باکتری میزبان به فاژ کمک می‌کنند. پس از اتصال، غلاف دمی منقبض می‌شود و به کمک آنزیم لیزوزیم «محصول ژن gp5 یا gene product ۵»، دیواره باکتری را هضم نموده و اسید نوکلئیک فاژ را به میزبان تزریق می‌کند. ژنوم فاژ داری بازهای تغییر یافته ۵-هیدروکسی سیتوزین است که باعث حفاظت DNA فاژ در مقابل آنزیم‌های محدودالاثر (به انگلیسی: restriction enzymes) میزبان می‌شود. ژنوم دارای ۳۰۰ ژن است که که توسط سه نوع راه انداز (به انگلیسی: promoter) تنظیم بیان می‌شود. ژن‌های فوری (به انگلیسی: early)و میانی (به انگلیسی: middle) فعالیت‌های لازم برای همانندسازی را کد می‌کنند و ژن‌های تاخیری (به انگلیسی: late)، اجزای سر و دم و همچنین لیز سلول میزبان را کد می‌کنند.
فاژهای دارای RNA

فاژهای دارای RNA تک رشته‌ای:

این گروه از فاژها، ویروس‌های کوچک بیست وجهی هستند که دارای بیشترین میزان جهش ژنتیکی (موتاسیون) هستند و به عنوان کوچکترین ژنوم‌های RNA شناخته شده‌اند. این فاژها، ویروس‌های رشته مثبت (به انگلیسی: plus strand) هستند یعنی ژنوم آن‌ها به عنوان mRNA عمل می‌کند و فقط شامل تعداد کمی ژن است. آن‌ها باکتری‌های گرم منفی مانند E.coli و سودوموناس را از طریق پیلی جنسی آلوده می‌کند.

فاژهای دارای RNA دو رشته‌ای:

باکتریوفاژ ϕ۶، اولین عضو این خانواده بود که جداسازی شد. این فاژ دارای ژنوم dsRNA قطعه قععه شده می‌باشد که شامل سه قطعه با نام‌های (L:large) حدود ۶۴۰۰ نوکلئوتید، (M:medium) حدود ۴۰۰۰ نوکلئوتید و (S:small) حدود ۳۰۰۰ نوکلئوتید می‌باشد. نسخه برداری (رونویسی)از ژنوم دو رشته‌ای برای سنتز رشته‌های جدید توسط آنزیم RNApol وابسته به RNAی فاژ انجام می‌شود و رشته مکمل (اضافی یا Plus) به عنوان الگوی همانندسازی برای ساختن mRNA قرار می‌گیرد. ترجمه قطعه L، تولید پروتئین‌های فاژ را سرعت می‌بخشد که در تشکیل کمپلکس پلیمراز نقش دارد. قطعه M، تولید پروتئین‌های ساختاری برای غشاء و خارها را بر عهده دارد. قطعه S تولید پروتئین‌های ساختاری برای کپسید، سر هم شدن غشاء و لیز شدن میزبان و یک پروتئین غیر ساختاری برای پوشش کپسید را بر عهده دارد.

نحوه تکثیر و تولید باکتری خوار یا باکتریوفاژ

برای این ویروس ها از فناوری “کریسپر” (CRISPR)استفاده شده است و ویروس‌هایی تولید شدند که اصطلاحا باکتری خوار نامیده می‌شوند. تناوب‌های کوتاه پالیندروم فاصله منظم خوشه‌ای یا “Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats” که به اختصار “CRISPR” نامیده می‌شود، بخش‌هایی از DNA پروکاریوت هستند که حاوی تناوب‌های کوتاه توالی‌های بنیادین می‌باشند.
کریسپر نوعی سیستم ایمنی تطابق پذیر در باکتری‌ها است که آنها را قادر به کشف DNA ویروس و بعد نابودی‌شان می‌کند. بخشی از سیستم کریسپر، پروتئینی به نام Cas9است، که قابلیت جستجو، برش زدن و سرانجام استحاله DNA ویروس را به روشی خاص دارد. فناوری کریسپر به دانشمندان اجازه می‌دهد، تغییراتی در DNA سلول‌ها ایجاد کنند.
علاقه دوباره به این شیوه، تا حدی ناشی از معضلی افزایش سویه های باکتریایی مرگبار مقاوم به آنتی بیوتیک ها یا «ابرمیکروب ها» است که سازمان جهانی بهداشت اخیراً آن را یک «بحران جهانی بهداشتی» اعلام کرد. رئیس سازمان جهانی بهداشت نیز اخیرا درباره یک «عصر پسا آنتی بیوتیکی» هشدار داده که در آن عفونت های عادی دوباره به عواملی مرگبار تبدیل می شوند.

چرخه زندگی باکتری خوار یا باکتریوفاژ

فاژها بر اساس چرخه زندگی به دو شکل لیتیک (lytic cycle) و لیزوژنی (lysogenic cycle) وجود دارند. در مثال‌های زیر، این چرخه‌ها توضیح داده شده‌اند:

مسیر لیتیک فاژ T4:

فاژ T4 باعث آلودگی لیتیک E.coli می‌شود. ذرات فاژ به پروتئین گیرنده‌ای به نام OMPc واقع در سطح باکتری متصل می‌شوند. سپس DNA فاژی از طریق ساختار دمی T4 به سلول تزریق می‌شود. در داخل سلول، رونویسی از داخل ژنهای فاژی آغاز شده و سنتز DNA، RNA و پروتئین‌های سلول میزبان متوقف می‌شود DNAی باکتری، دپلیمریزه شده و این نوکلئوتیدها برای همانندسازی DNA فاژ مورد استفاده قرار می‌گیرند. پروتئین‌های کپسید فاژ سنتز می‌شوند و ذرات جدید فاژی به تعداد زیادی افزایش می‌یابند. در نهایت، ۲۰۰ تا ۳۰۰ ذره فاژی جدید با تخریب میزبان آزاد می‌شوند.

چرخه زندگی لیزوژنی (λ) لامبدا:

فاژهای معتدل (temperate phages) مثل لامبدا می‌توانند E.coli را دچار آلودگی لیتیک کنند اما مسیر لیزوژنیک، بسیار معمول تر است. پس 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 ۱۵ جفت باز همولوگ با توالی موجود در کروموزوم E.coli است. ادغام همیشه در یک جایگاه روی می‌دهد. به این شکل از ادغام، پروفاژ (Prophage) می‌گویند. پروفاژ تا چندین نسل آرام باقی می‌ماند و همراه با کروموزوم میزبان، همانندسازی می‌کند. در نهایت، پس از تقسیمات متعدد سلولی، یک تحریک موجب روشن شدن سیکل آلودگی لیتیک می‌شود. این روشن شدن توسط برخی 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 همانندسازی شده و در کپسیدها بسته بندی می‌شود. در نهایت، باکتری تخریب و ذرات فاژی جدید آزاد می‌شوند.

بیان ژن در آلودگی لیتیک:

فاژها، درجات مختلفی از تنظیم بیان ژن را نشان می‌دهند. بطور معمول همانندسازی ژنوم قبل از سنتز پروتئین‌های کپسید انجام می‌شود. لیزوزیم (آنزیمی که باعث تخریب سلولی می‌شود) در انتهای چرخه لیتیک تولید می‌شود. در فاژهای ساده مثل ϕX۱۷۴، تنظیم بیان ژن به صورت حداقلی صورت می‌گیرد. تمام یازده ژن آن در زمان آلودگی به وسیله آنزیم RNA پلی مراز میزبان رونویسی می‌شود. با این حال، تولید لیزوزیم که در آخر مورد نیاز است با تاخیر صورت می‌گیرد چراکه ترجمه رونوشت آن بسیار کند تر از دیگر رونوشت‌ها انجام می‌شود. در فاژهای ساده نیز مانند اغلب فاژهای دیگر دو مرحله بیان ژن معروف به زودرس (early) و دیررس (late) وجود دارد. بیان ژن زودرس بطور معمول با همانندسازی 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 فاژ T4، ژن‌های زودرس به وسیله RNA پلی مراز میزبان با استفاده از توالی‌های راه انداز فاژ که در ژن‌های طبیعی E.coli حضور دارند، رونویسی می‌شود. با رونویسی بعضی از این ژن‌ها، پروتئین‌هایی کد می‌شوند که ویژگی RNA پلی مراز را تغییر می‌دهند تا 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 پروتئین‌هایی را رمز می‌کنند که مجدداً ویژگی پلیمراز را عوض می‌کنند و بنابراین 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: مرحله زودرس سریع، مرحله زودرس با تاخیر و مرحله 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 هنگامیکه این پروتئین به PR منتقل می‌شود با راه انداز ci همپوشانی کرده و در این صورت بیان خود را نیز تحریک می‌کند. تازمانیکه 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. پس از آلودگی، RNA پلی مراز میزبان، ژن‌های λ را با تعدادی از راه اندازهای λ آغاز می‌کند که در نتیجه، ci بیان می‌شود و از رونویسی ژن‌های زودرس جلوگیری می‌کند. پس مانع پیشرفت مسیر لیتیک می‌شود. ژن cro نیز بیان می‌شود و اگر تجمع پروتئین محصول ژن cro به حد کافی برسد، پروتئین CI مهار شده 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 کدام پروتئین زودتر افزایش یابد بستگی دارد. تا زمانی‌که CI به اندازه کافی موجود باشد سلول در حالت لیزوژنیک باقی می‌ماند اما اگر سطح CI پایین بیاید، عمل لیز شدن (چرخه لیتیک) به‌طور خودبه خود القاء خواهد شد. فعال شدن چرخه لیتیک توسط عواملی از جمله تابش پرتوهای یونیزان یا فرابنفش صورت می‌گیرد. 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. این پروتئین، CI را تجزیه و غیر فعال می‌کند. وقتیکه CI به این روش غیر فعال شد ژن‌های زودرس فعال می‌شوند. در این هنگام، مرحله لیزوژنیک به پایان رسیده و مسیر لیتیک آغاز می‌شود.