Bakteriyofaj


Bakteriyofaj (bakteri ve Yunanca phagein, 'yemek' fiilinden tUretme), bakterileri enfekte eden bir virustur. Terim genelde kısaltılmış hali olan faj olarak kullanılır.

Okaryotları (hayvan, bitki ve mantarları) enfekte eden virusler gibi fajlarda da buyuk bir yapısal ve işlevsel ceşitlilik vardır. Tipik olarak proteinden oluşan bir kabuk ve icinde yer alan genetik malzemeden oluşurlar. Genetik malzeme DNA veya RNA olabilir, ama genelde 5 - 500 kilo baz cifti uzunluğunda cift sarmallı DNA'dan oluşur. Bakteriyofajlar genelde 20 ila 200 nm arası buyuklukte olurlar.

Fajlar her yerde mecutturlar ve bakterilerin yaşadığı ortamlarda, orneğin toprakta veya hayvan bağırsaklarında bulunabilirler. Faj ve diğer viruslerin en yoğun doğal kaynaklarından biri deniz suyudur. Deniz yuzeyinde mililitrede 109 etkin faj taneciği (virion) bulunmuştur ve deniz bakterilerinin %70'i fajlar tarafından enfekte olmuş olabilirler.


Tarihce


1913'te Britanyalı bakteriyolog Frederick Twort bakterileri enfekte edip olduren bir etmen keşfetmiş ama konuyu daha fazla takip etmemiştir. Fransız-Kanadalı mikrobiyolog Felix d'Hérelle 3 Eylul 1917'de "dizanteri basilinin duşmanının, gorunmez bir mikrobunu" keşfettiğini acıklayıp ona bakteryofaj edını verdi.

Coğalması


akteriyofajların litik veya lizogenik hayat donguleri olabilir, bazılarında her ikisi de olur. T4 fajı gibi oldurucu fajlarda gorulen litik dongude virionun coğalmasının hemen ardından konak hucre parcalanır ve olur. Hucre olur olmez virionların kendilerine yeni bir konak bulmaları gerekir.

Lizogenik dongu, buna aaaat olarak, konak hucrenin parcalanmasına neden olmaz. Lizogenik olabilen fajlara ılımlı fajlar (temperate phage) denir. Viral genom konak genoma dahil olur ve oldukca zararsız bir şekilde onunla beraber eşlenir. Konak hucrenin sağlığı yerinde olduğu surece Virus sessiz bir şekilde varlığını surdurur, ama konağın şartları bozulursa, orneğin besin kaynaklarının tukenmesi durumunda, endojen fajlar (profaj olarak adlandırılırlar) etkinleşirler. Bir coğalma sureci başlar, sonucunda konak hucre parcalanır. İlginc bir şekilde lizogenik dongu konak hucrenin coğalmasına izin verdiği icin hucrenin yavrularında da virus varlığını devam ettirir.

Bazen profajlar inaktif oldukları donemde bakteri genomuna yeni işlevler kazandırarak konak bakteriye fayda sağlarlar, bu olguya lizogenik donuşum (lysogenic conversion) denir. Bunun iyi bilinen bir orneği Vibrio cholera 'nın zararsız bir suşunun bir faj tarafından enfekte edilerek kolera hastalığı etmenine donuşumudur.


Bağlanma ve giriş

Konak hucreye girmek icin bakteryofajlar bakterinin yuzeyindeki ozgul reseptorlere bağlanırlar, bunlar arasında lipopolisakkaritler, teikoik asitler, proteinler sayılabilir. Bu nedenle bir bakteryofaj ancak bağlanabileceği reseptorler taşıyan bakterileri enfekte edebilirler. Faj virionları kendiliklerinde hareket etmediklerinden dolayı kendi reseptorleriyle solusyondayken rassal olarak buluşup bağlanırlar.

Karmaşık bakteryofajlar, orneğin T-cift fajları, genetik malzemelerini hucrenin icine enjekte etmek icin şırınga benzeri bir hareket kullanırlar. Uygun reseptorle temas kurduktan sonra kuyruk lifleri taban plakasını hucre yuzeyine yaklaştırırlar. İyice bağlandıktan sonra, kuyruk buzulur, bu da genetik malzemenin dışarı itilmesine neden olur. Bazı fajlar nukleik asiti hucre zarından iceri iter, bazıları hucre yuzeyine birakır. Başka yontemlerle genetik malzemlerini iceri sokan bakterifajlar da vardır.


Protein ve Nukleik asit senaaai

Kısa sure, bazen dakikalar icinde, bakteri ribozomları viral mRNA'nın proteine cevirimine (translasyonuna) başlarlar. RNA-fajlarında RNA-replikaz bu surecin başlarında senaaalenir. Erken senaaalenen proteinler ve virionla gelen bazı proteinler bakterinin RNA polimerazını modifiye edip onun viral mRNA'yı tercihen cevirmesine neden olabilirler. Konağın kendi protein ve nukleik asit senaaai de bozularak viral urunlerin senaaaine yonlendirilir. Bu urunler ya hucreyi parclamaya yarayacaklaklar, ya yeni virionların oluşmasına yardımcı olacaklar veya yeni virionları oluşturacalardır.

Virion oluşumu

T4 fajları durumunda yeni fajların inşası ozel yardımcı molekulleri gerektiren karmaşık bir surectir. Once taban plakası oluşur, kuyruk onun uzerinde buyur. Kafa kapsidi, ayrı olarak oluşup kendiliğinden kuyruk ile birleşir. Henuz bilinmeyen bir şekilde DNA kafanın icine sıkı bir şekilde yerini alır. Butun surec yaklaşık 15 dakika alır.


Virionların salınımı


Fajlar ya hucre parcalanması (lizis) veya salgılanma yoluyla salınırlar. T4 fajları durumunda, hucre icine girmelerinden 20 dakikadan biraz sonra hucre parcalanması yoluyla sayıları 300'u bulabilen faj salınır. Bunun gercekleşmesi, hucre duvarındaki peptidoglikanı parcalayan endolizin adlı enzim sayesinde olur. Bazı viruler ise parazite donuşup konak hucrenin surekli olarak yeni virus tanecikleri salgılamasına neden olabilirler. Yeni virionlar hucre zarından tomurcuklanarak koparlar, beraberlerinde hucre zarının bir kısmını da goturen bu fajlar ortulu viruse olarak ortama salınırlar. Salınan virionların her biri yeni bir bakteriyi enfekte edebilir.


Faj terapisi


Keşiflerinin ardında fajlar anti-bakteriyel etmen olarak denenmişlerdir. Ancak antibiyotikler keşfedilince bunların fajlardan daha kullanışlı oldukları gorulmuştur ve Batı'da faj tedavisi uzerine yapılan araştırmalar bırakılmıştır. Bun karşın Sovyetler Birliği'nde 1940'lardan beri antibiyotiklere alternatif olarak kullanımı devam etmiştir.

Bakteri suşlarında doğal seleksiyon yoluyla antibiyotik direncinin oluşması bazı tıbbi araştırmacıları faj tedavisini antibiyotik tedavisine bir alternatif olarak tekrar değerlendirmeye sevketmiştir. Antibiyotiklerden farklı olarak fajlar, milyonlarca yıldır suregeldiği gibi, bakterilerle beraber evrimleştikleri icin, surekli bir direncin oluşma olasılığı yok sayılabilir. Ayrıca, etkili bir faj, ozgul bakterisini tamamen bitene kadar enfekte etmeye devam edecektir.

Belli bir faj genelde ancak belli bir bakteri tipini enfekte edebildiği icin, ki bu birkac bakteri turu olabileceği gibi bir turun sadece bazı alt turleri de olabilir, bakteri tipinin doğru tanımlandığından emin olmak gerekebilir, bu da 24 saat surebilir. Faj terapisinin bir diğer avantajı başka bakterilere zarar gelmeyeceğinden dar spektrumlu antibiyotik terapisine benzemesidir. Ancak, sıkca olduğu gibi, birden fazla bakterinin beraberce neden oldukları enfeksiyonlarda bu bir dezavantaj oluşturabilir. Bakteryofajların bir diğer sorunu vucudun bağışıklık sisteminin saldırısına uğramalarıdır.

Fajlar enfeksiyonla doğrudan temas durumunda etki gosterirler, onun icin acık bir yaraya uygulanmaları en iyi sonuc doğurur. Sistemik enfeksiyonlarda bu pratik olarak mumkun değildir. Sovyetler birliğinde diğer tedavilerin calışmadığı durumlarda gozlenen başarılı sonuclara rağmen coğu araştırmacı faj terapisinin tibbi bir gecerliliğe ulaşacağına şuphe ile bakmaktadır. Faj tedavisinin etkinliğini belirlemek icin buyuk olcekli klink testler yapılmamıştır ama antibiyotik direncli bakteri turlerinin coğalmasından dolayı bu konuda araştırmalar surmektedir.

Ağustos 2006'da ABD Gıda ve İlac İdaresi (Food and Drug Admnistration) bazı etlerde Listeria monocytogenes bakterisinin oldurulmesi icin bakteryofaj kullanımını onaylamıştır