VİROLOJİ 5. BÖLÜM BAKTERİYOFAJLAR • Öbakteri ve arkebakteri hücrelerini enfekte eden viruslere ‘bakteriyofaj’ yada ‘faj’ denir. • Günümüzde morfolojisi bilinen 6000 den fazla izolat ile fajlar en büyük virus grubunu oluşturmaktadır. Bakteriyofajlar, bakteri ve vrus genetiği ile ilgili bilgilerin elde edilmesine olanak sağlamışlar; gerek bakterilerin gerekse viruslerin genomik özellikleri ve repliksyonlarının aydınlatılmasında önemli bir model teşkil etmişlerdir. • Fajların insan sağlığı ile ilgili konularda da olumlu yada olumsuz dolaylı etkileri vardır. Bakteriyofajların Yapısı ve Sınıflandırılması • • • • • • • • • Fajların ortak temel yapısı, tek tip nükleik asit ve onu çevreleyen protein kılıfından oluşur. Üzerinde en çok çalışmanın yapıldığı fajlar, T ve lamda tipi fajlardır. T fajları birden 7 ye kadar numaralandırılmış olup, hepsinin konak bakterisi E.Coli dir. Fajların sınıflandırlmasında morfolojik yapı ve genom özellikleri dikkate alınır. Fajların çok büyük bir kısmı kuyruklu yapıya sahiptir; Polihedral, Pleomorfik yada Flementöz morfolojiye sahip fajların oranı ise düşüktür. Fajların nükleik asit tipleri de hayvan viruslerinde olduğu gibi büyük çeşitlilik gösterir. Kasılabilen uzun kuyruklu fajların, bakteriyi enfeksiyonu sırasında kuyrukta bulunan kapsomerlerin dizilişleri değişik bir organizasyona girer. Kuyruk içerisinde bulunan ve öz yapı adı verilen kanal , nükleik asidin bakteriye enjeksiyonu sırasında iletim yolu olarak görev yapar. Kuyruk sonunda bulunan tabla, fibrillerin bağlı olduğu ve ek olarark çıkıntıların bulunduğu bir yapıdır. Bu yapı faj-bakteri özgüllüğünü taşır ve fajın konak bakteriye tutunmasında ve adsorbsiyonunda önemli rol oynar. Ayrıca faj fibrillerinde lizozim aktivesi mevcuttur. Bu aktiviteyle bakteri duvarları eritilerek DNA enjeksiyonunun doğrudan stoplazmaya yapılması sağlanır. Faj Bakteri İlişkisi • a. Litik enfeksiyon: virülan fajlar bu tip fajlar, enfekte ettikleri konak bakteride replike olduktan sonra yeni fajların oluşmasıyla hücreyi eriterek dışarıya çıkarlar. Replikasyon evreleri: 1. Tutunma ve adsorbsiyon : bu safha, faj replikasyon döngüsünün en önemli safhası olup fajın konak bakteriye olan özgüllüğünü belirler. Kuyruklu fajlar önce bakteri hücre duvarındaki özgül reseptörlere fibrilleriyle tutunurlar; bu tutunma çok güçlü değildir ve geri dönüşebilirler. Daha sonra faj yapısındaki fiziksel düzenleme sonucu hücre duvarına temas eder ve yapışırlarki bu geri dönüşümsüz safhadır. Kuyruksuz fajlar ise reseptörlere kapsomerleriyle tutunmaktadır 2. Nükleik asidin enjeksiyonu ve kılıftan ayrılma: faj nükleik asidi tıpkı bir şırınga ile enjeksiyon yaparcasına hücre içine verilir. Bazı fajlar bakteri duvarına yapıştıktan sonra kuyruk tablasında bulunan ve lizozim aktivitesi olan bir protein ile duvar yapısını parçalarlar. Bazı fajlar da bakteri yüzeyine ulaşabilmek için bakteri kapsüllerini enzimleriyle parçalamaktadır nükleik asidi hücre içine enjekte edilen ve hücre duvarında kalan boş faj kılıfına hayalet faj adı verilir. Bakteri hücresi içine girmiş ve replikasyona hazır olan faj nükleik asidi ise vejetatif faj olarak adlandırılır. 3. Biyosentez: faj nükleik asidinin hücre içine girmesi, bakteri makromolekül sentezinin kapatılmasına ve bakteri kromozomunun nükleazlar tarafından parçalanmasına neden olur. Kromozomun parçalanmasıyla açığa çıkan ürünlerden faj nükleik asidi öncülleri sentezlenir. Erken mRNA tarafından oluşturulan erken proteinler ve nükleik asit öncüllerinin yardımıyla da nükleik asit replikasyonu gerçekleşir. 4.Faj ürünlerinin bir araya toplanması ve tüm faj partikülünün oluşması: ayrı ayrı sentez edilmiş olan ürünler tüm faj partikülünü oluşturmak için bir araya toplanır. Bu safhada faj nükleik asidi ‘sıkıştırıcı faktör’ yardımıyla yoğunlaşır, kapsid alt üniteleri tarafından sarılır ve paketlenir. Son olarak da kuyruk yapıları eklenir. 5.Hücre duvarının parçalanması ve projeni fajların salınımı: progeniler, faj genlerinin kodladığı holin(stoplazmik membranda harabiyet oluşturan enzim) ve endolizin (peptidoglikan tabakasını parçalayan lizozim benzeri) gibi enzimlerle bakteri duvarını parçalar ve dış ortama salınırlar. Bakteri hücresinin fajla enfeksiyonundan , bakteri parçalanarak olgun fajların açığa çıkmasına kadar geçen süreye gizli dönem adı verilir. Birçok fajın konak hücrede üremesi için optimum ısı dercesi 37 C dir. • b. lizojenik enfeksiyon: ılımlı fajlar bazı fajların nükleik asitleri, konak hücre içinde replikasyon meydana gelmez. Bunun yerine faj nükleik asidi bakteri kromozomuna entegre olarak, bakterinin bölünmesiyle yeni jenerasyonlara aktarılır. Bu fajlar ılımlı faj, nükleik asidine profaj, bu olaya ise lizojeni ya da lizojenik enfeksiyon denir.kromozomunda parofaj taşıyan bakteri ise lizojenik bakteri olarak isimlendirilir. Lizojenik bakteriler bazı fiziksel ve kimyasal ajanlarla muamele edilerek lizojenik olmayan forma dönüştürülebilir. Bu şekilde profajın bakteri kromozomunda çıkarılması olayına faj indüksiyonu adı verilir. Faj Genetiği a.Komplementasyon Farklı genlerden defektif ve tek başlarına üreyemeyen iki ayrı faj aynı anda aynı bakteriyi enfekte ettiklerinden ürün alışverişi yaparak ürerler . Bu özellik, faj genlerinin sayı ve fonksiyonlarının saptanmasında kullanılır. b. Rekombinasyon Rekombinant tiplerin oluşma sıklığı mutasyon noktalarının uzaklığını gösterdiğinden, bu olay faj genlerinin sırası ve organizasyonunun belirlenmesinde kullanılmaktadır. c. Transdüksiyon Fajlar tarafından bakteriler arasında genetik madde aktarımına transdüksiyon adı verilir 1. Genelleşmiş transdüksiyon: faj ürünlerinin toplanması sırasında , faj başı içine bakteri DNA sının paketlenmesi söz konusudur. 2. Özelleşmiş trandüksiyon; entegre olmuş profajın kromozomundan hatalı çıkış ı sonucunda meydana gelir. 3. Abortif transdüksiyon faj tarafında taşınan bakteri DNA sı kromozoma entegre olmaz ancak geçici fenotipik değişikliğe yol açar d.Transpozisyon ve insersiyonel mutagenez Bazı ılımlı fajlar transpozonlar gibi davranır ve bakteri kromozomunda yer değiştirir Litik Fajların titrasyonu -Agar kat yöntemi Hazırlanan bakteri ve faj süspansiyonlarının seri sulandırımlarının kaplayıcı agar içerisinde karıştırılması ve bu karışımın üretme agarı içeren petri plaklarının üzerine dökülmesiyle kat oluşturması esasına dayanır. Bakteriler agar üzerini tamamen kaplayacak şekilde ürerken faj ile enfekte olan bakterilerin bulunduğu bölgelerde üreme olmayacak ve erime zonu oluşacaktır. Dolayısıyla tek bir fajın enfekte ettiği bir bakteri ve bunun çevresindeki bakteri hücrelerinin enfeksiyonu sonunda bir plak meydana gelir. Bakteriyofajların tıbbi önemi Fajların tıbbi açıdan en büyük önemi bazı bakterilere patojenite kazandırma özelliğidir. Örneğin difteri ve kızıl enfeksiyonları, faj ile enfekte bakterilerde faj genomu tarafından sentez edilen eksotoksinlerle oluşmaktadır. fajlar uzun zamandan beridir epidemiyolojik çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bakterilerin tiplendirilmesi ve salgınların kaynağınnın belirlenmesi için kullanılır. Fajların bakteriler üzerindeki öldürücü etkisi, bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde fajların kullanılabileceği umudunu doğurmuştur. Faj tedavisi uygulamaları ilk kez 1923 yılında Eliava ve d’Herelle nin ortak çalışmaları sonucunda Tiflisde kurulan faj enstitüsünde gerçekleştirilmiş ve Tbilisi fajları ile yapılan tedaviler olumlu sonuç vermiştir. Bakteriyofajlar 1920 den beri çeşitli ülkelerde tedaviler uygulanmış başarılı sonuçlar alınmıştır. Bu enfeksiyonlar arsında dizanteri, diyare, peritonit, abse ve diğer süpüratif enfeksiyonlar sayılabilir.