INFECTIOUS DISEASE

ENGLISH

 

BAKTERİYOLOJİ - BÖLÜM YEDİ

VİROLOJİ - BÖLÜM YİRMİDÖRT

 

BAKTERİYOFAJ 

Gene Mayer, PhD  
Professor Emeritus
Department of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina School of Medicine
Columbia  

Çeviren
Prof. Dr. Mustafa Demirci
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji A.D.

 

SPANISH

FRENCH

ALBANIAN

  
BAKTERIYOLOJİ

Virology

BAKTERIYOLOJİ

Virology
 

Logo image © Jeffrey Nelson, Rush University, Chicago, Illinois  and The MicrobeLibrary

ÖĞRENİM HEDEFLERİ
Bakteriyofajın genel bileşimi ve yapısını açıklamak,
İnfeksiyon süreci ve litik çoğalma döngüsünü tartışmak,
Lizojenik döngü ve düzenlenmesini açıklamak
 

  © CellsAlive - James A. Sullivan

Kompozisyon
Farklı bakteriyofajlar farklı maddeler içeriyor olsalar da hepsi nükleik asit ve protein içerir. Faja bağlı olarak, nükleik asitleri çeşitli formlarda olabilir ve her ikisi birlikte olmamak üzere DNA veya RNA içerirler. Faj nükleik asitleri sık sık olağan dışı veya modifiye edilmiş bazlar içerirler. Bu modifiye bazlar faj enfeksiyonu sırasında ev sahibi nükleik asitleri parçalayan nükleazlardan faj nükleik asidini korur. Nükleik asidin boyutu faja bağlı olarak değişir. Basit fajlar sadece 3-5 ortalama boyutlu gen ürünleri kodlamak için nükleik aside sahipken, daha karmaşık fajlar 100'den fazla gen ürünleri için kodlayabilir.
Faj partikülünde, farklı tür proteinin sayısı ve proteinin her tür miktarı faja bağlı olarak değişecektir. Basit faj sadece bir ya da iki farklı tür proteinin birçok kopyası varken, daha karmaşık fajlarda birçok farklı tür olabilir. Proteinler enfeksiyonda ve çevrede bulunan nükleazlardan nükleik asitleri koruma işlevi görürler.

Yapı
Bakteriofajlar çok farklı boyutlarda ve şekillerde bulunabilirler. Bakteriyofajların temel yapısal özellikleri, T4 fajının tasvir edildiği, Şekil 1 'de gösterilmiştir.

• Boyut - T4 en büyük fajlar arasındadır; yaklaşık 200 nm uzunluk ve 80-100 nm genişliğindedir. Diğer fajlar daha küçüktür. En çok bulunan fajların boyutu 24-200 nm uzunluğundadır.
   

ANAHTAR KELİMELER
Bakteriyofaj, Faj tipleme, Kapsid, Kuyruk, Kontraktil kılıf, Taban plakası, Kuyruk lifleri, Öldürücü faj, Tutulma, Erken ve geç m-RNA, Plaque, Pfu, Lizojeni, Ilıman faj, Profaj, Lizojen, Yapışkan uçlar, Yer-spesifik rekombinasyon, Baskılanma, İndüksiyon, Lizojenik dönüşüm.
 

 
T4 Bacteriophage  (TEM x390,000)   © Dennis Kunkel Microscopy, Inc.  Used with permission

  
T4 bacteriophage Negative stain electron micrograph  © ICTV.

Şekil 1; T4 bakteriyofajın yapısı
 

• Kafa veya kapsid - Bütün fajlar, boyutu ve şekli değişebilir bir baş (kapsid) yapısı içerir. Bazıları ikosahedral (20 taraflı) diğerleri ipliksidirler. Baş ya da kapsid bir ya da daha farklı proteinin çok sayıda kopyasından oluşmaktadır. Baş yapısının içinde nükleik asit bulunur. Baş nükleik asit için koruyucu kaplama olarak görev yapar.
• Kuyruk - Tüm fajlarda olmamakla birlikte birçok fajda baş yapısına bağlı kuyruk yapısı vardır. Kuyruk enfeksiyon sırasında nükleik asidin içinden geçtiği içi boş bir borudur. Kuyruk boyutu değişebilir ve hatta bazı fajlar bir kuyruk yapısına sahip değildir. T4 gibi daha karmaşık fajlarda, kuyruk bakterinin enfeksiyonu sırasında kasılarak nükleik asidi bakteriye aktarma işlevi gören bir kılıf ile çevrilidir. Kuyruğun sonunda T4 gibi daha karmaşık fajlarda, bir taban plakası vardır ve buna tutunmuş bir ya da daha fazla kuyruk lifleri vardır. Taban plakası ve arka lifleri fajın bakteri hücresine bağlanmasına katılmaktadırlar. Tüm fajların taban plakaları ve kuyruk lifleri bulunmaz. Bu gibi durumlarda diğer yapılar faj partikülünün bakteriye bağlanmasında görev almaktadır.
   

KONAK HÜCRELERİN ENFEKSİYONU

Tutunma (Adsorpsiyon)
Enfeksiyon sürecindeki ilk adım, bakteri hücresi yüzeyine tutunma basamağıdır. Bu adım kuyruk lifleri veya kuyruk lifleri olmayan fajlarla bazı benzer yapıların aracılığı ile olmaktadır ve geri dönüşümlüdür. Kuyruk lifleri bakteride spesifik reseptörlere bağlanırlar ve fajın konak seçiciliği,(örneğin; bakteriyi enfekte edebilir.) genellikle kuyruk lifi bulunan fajlarda, kuyruk lifleri göre belirlenir. Bakteriyel reseptör yapısı farklı bakterilerde değişir. Bu resöptör yapılarının incelendiği örneklerde bakteride dış yüzey üzerinde LPS, pili ve lipoprotein içerdiği görülmüştür. Bu reseptörlerin bakteride başka işlevleri bulunmaktadır ve faj bu reseptörleri kullanarak enfeksiyon yapmak için gelişmiştir.

Geri dönüşümsüz bağlanma
Kuyruk lifleri aracılığıyla fajın bakteriye bağlanması zayıftır ve geri dönüşümlüdür. Bir fajın bakteriye geri dönüşümsüz bağlanması için taban plakası bileşenlerinin bir ya da daha fazlasın olaya katılması gerekir. Baz plakaları eksik olan fajlarda bakteri hücresine sıkı bağlanma için başka mekanizmalar vardır.

Kılıf kasılması
Fajın bakteriye geri dönüşsüz bağlanması, kılıfın kasılmasıyla sonuçlanır (bir kılıfa sahip olan fajlar için) ve içi boş kuyruk yapısı bakteriyel zarfa (Şekil 2) itilir. Kasılma kılıfları olmayan fajlar bakteriyel zarfın içine faj parçacığı geçirebilmek için başka mekanizmalar kullanır. Bazı fajların bakteriyel zarfın çeşitli bileşenleri sindirmek için enzimleri vardır.

Nükleik Asit Enjeksiyonu
Faj, bakteriyel zarf yoluyla baş kısmında bulunan nükleik asidi içi boş kuyruk aracılığıyla bakteriye aktarır ve bakteri hücresi içine girer. Genel olarak, hücre içine giren faj bileşeni sadece nükleik asididir. Fajın geri kalan yapıları bakterinin dışında kalır. Bu kuralın bazı istisnaları vardır. Bu virüs partikülünün genellikle hücre içine alındığı, hayvan hücre virüslerinde farklıdır. Bu fark muhtemelen, karmaşık yapıları yutmak için, bakterilerin yetersizliği nedeniyledir.

 

MOVIE 
Bacteriophage
Requires Quicktime
© Mondo Media
San Francisco, California 94107 USA  and The MicrobeLibrary

FAJ ÇOĞALMA DÖNGÜSÜ

Litik (parçalayıcı) veya Virülan (öldürücü) Fajlar

Tanım
Litik veya öldürücü fajlar, yalnızca bakteri içinde çoğalma ve fajın tekrar bakteriyi terk edeceği zaman (yaşam döngüsünün sonunda) bakterini parçalanması ile hücreyi öldürürler.

Yaşam döngüsü
Litik bir fajın yaşam döngüsü, Şekil 3'te gösterilmiştir.
 

  Şekil 4; Litik faj deneyi

Tutulma (Eclipse) dönemi
Tutulma aşamasında, hiç bir enfekte faj parçası, bakteri hücresi dışında yada içinde bulunmaz. Faj nükleik asidi konak biyosentetik organlarını devralır ve fajın spesifik m-RNA ve proteinleri yapılır. Fajın, hayvan virüs enfeksiyonlarında göründüğü gibi, makromolekülerin sentezine yönelik düzenli bir ekspresyonu vardır. Erken faj m-RNA sı, faj DNA sentezi ve ev sahibi DNA, RNA ve protein biyosentezinin kapatılması için, gerekli olan erken proteinleri kodlar. Bazı durumlarda, erken proteinler gerçekte konak kromozomunun bozulmasına yol açar. Faj DNA yapıldıktan sonra faj m-RNA yapılır ve faj geç dönem proteinleri yapılır. Geç proteinler fajın toplanması için gerekli olduğu gibi bakteriyel hücre parçalanması için gerekli yapısal proteinlerdir.

Hücre içi birikim fazı
Bu aşamada, yapılan nükleik asit ve yapısal proteinler toplanır ve bulaştırıcı faj partikülleri hücre içinde birikir.

Lizis ve salınma fazı
Bir süre sonra bakteriler, ortama salınan faj litik proteinleri ve hücre içi faj birikimi nedeniyle, parçalanmaya başlar. Enfekte edilen bakteri başına salınan faj taneciklerinin sayısı 1000 kadar yüksek olabilir.

Litik fajın test edilmesi

Agar pleyt deneyi
Litik faj bir agar pleyt deneyi ile belirlenebilir. Üzerine faj ve bakteri ekilmiş agar pleytinin temiz olması bakterilerin lizise uğradığını gösterir (Şekil 4). Her temiz plak bir bulaşıcı fajdan büyür. Her bakterinin üremediği alana (plak) yol açan infeksiyöz faj parçacığı, bir pfu (plak oluşturma birimi) olarak adlandırılır.
 

  Şekil 6; Bölgeye özgü rekombinasyon

Lizojenik veya ılımlı faj

Tanım

Lizojenik veya ılıman fajlar hem litik döngü yoluyla çoğalabilirler hem de hücrede suskun bir duruma girebilirler. Bu suskun (uyur) halde bulunan faj genlerinin çoğunda transkripsiyon olmaz; faj genomu bastırılmış bir durumda bulunmaktadır. Bu durumda ortada bir faj olmadığı fakat bir fal üretme potansiyeli olduğu için, bastırılmış halde bulunan faj DNA'sına profaj denir. Çoğu durumda faj DNA'sı gerçekten konak kromozomuna bütünleşmiş olur ve konak kromozomu ile birlikte çoğalır ve yavru hücrelere aktarılır. Bir profaj barındıran hücre profajının varlığından olumsuz etkilenmez ve lizojenik durum süresiz devam edebilir. Bir profaj barındıran hücre lizojen olarak adlandırılır.

Lizojeniye yol açan olaylar

Prototip Faj: Lambda

Faj kromozomun daire halinde olması

Lambda DNA, 5 'ucunda küçük tek iplikçikli bölgeleri de içeren iki iplikçikli doğrusal bir moleküldür. Bu tek iplikçikli uçlar tamamlayıcıdırlar (yapışkan uçlar) böylece baz çifti ve dairesel molekül üretilebilir. Hücrede dairenin serbest uçları, Şekil 5'te gösterildiği gibi, kovalent olarak kapalı bir daire oluşturacak şekilde bağlanabilir.

Şekil 8A; Hücrelerin dış kısmında (küçük beyaz noktalar gibi) faj partikülleri ile birlikte Escherichia coli hücrelerinin tarama elektron mikrografıdır (SEM). © ScottKachlany, Cornell UniversityIthaca, New York, ABD ve MicrobeLibrary

  Şekil 8B;
SEM, muhtemelen faj salınması nedeniyle parçalanan hücre zarfı ile E. coli hücreleri. Faj konak hücre içinde çoğaldığı zaman, konak hücreden serbest bırakılması gerekir. Bu genellikle hücrenin parçalanmasyla meydana gelir. © ScottKachlany, Cornell UniversityIthaca, New York, ABD ve MicrobeLibrary
 

Bölgeye özgü rekombinasyon
Bir fajın kodladığı enzim tarafından katalize edilen bir rekombinasyon olayı, daireselleşmiş faj DNA üzerinde belirli bir yer ile ana kromozom üzerinde belirli bir yer arasında gerçekleşir. Şekil 6'da gösterildiği gibi sonuç konak kromozomuna faj DNA entegrasyonudur.
 

Faj genomunun bastırılması (represyonu)
Represör olarak adlandırılan, bir faj tarafından kodlanan protein, faj DNA üzerinde, operatör denilen, belirli bir yere bağlanır ve represör geni HARİÇ bir çok faj geninin transkripsiyonunu kapatır. Sonuçta, konakçı kromozomuna entegre edilmiş, bir sabit bastırılmış faj genomu olur. Her ılıman faj sadece kendi DNA'sını baskılayabildiği ve diğer fajları baskılayamadığı için represyon çok özeldir (aynı faj ile süper enfeksiyona bağışıklık).

Lizojeninin sonlandırılmasına yol açan olaylar
Herhangi bir zamanda bir lizojenik bakteri olumsuz koşullara maruz kaldığında, lizojenik durum sona erdirilebilir. Bu süreç indüksiyon olarak adlandırılır. Lizojeninin sona erdirilmesine yol açan durumlar; kuruma, UV maruziyeti veya iyonize radyasyon, mutajenik kimyasallara maruz kalma v.b. gibi olumsuz koşullarda, represör proteini imha eden, proteazların (rec A protein) üretimine yol açar. Bu da, entegrasyon sürecinin tersine çevrilmesi ve litik çoğalma faj genlerinin ekspresyonuna yol açmaktadır. Şekil 7.
 

Litik veya Lizojenik Döngü
Lambda fajının litik veya lizojenik döngüye girme kararı, bir hücreye ilk girdiğinde hücre represör ve hücrede cro adı verilen başka bir faj proteini konsantrasyonu ile belirlenir. Cro proteini represör sentezini kapatır ve böylece lizojeninin oluşmasını engeller. Cro üretimini destekleyen çevresel koşullar litik döngüye yol açarken, represör üretimini destekleyenler lizojenik döngünün oluşmasına yol açacaktır.

Lizojeninin önemi

Hayvan virüs transformasyonu için model
Lizojeni hayvan hücrelerinin virüs transformasyonu için bir model sistemdir

Lizojenik dönüşüm
Hücre lizojenik olduğu zaman, faj hücrede exprese olduğunda bazen ilave genler taşınır. Bu genler bakteri hücresinin özelliklerini değiştirebilir. Bu süreçe lizojen veya faj dönüşümü denir. Bu klinik öneme sahip olabilir. Örneğin, Lizojenikfajların, bağışıklığı etkileyen önemli antijenlerden biri olan, Salmonella O antijeni yapısını değiştirebilecek genleri taşıyabileceği gösterilmiştir. Corynebacterium diphtheriae'da toksin üretimine, bir faj tarafından taşınan bir gen aracılık eder. Yalnızca faj ile lizojen olan suş patojenikdir.
 

Mikrobiyoloji ve İmmünoloji On-line Kitabı Bakteriyoloji Bölümüne dön

Mikrobiyoloji ve İmmünoloji On-line, Viroloji Bölümüne Dönünüz

This page last changed on Wednesday, November 23, 2016
Page maintained by Richard Hunt