ANGLISHT

BAKTERIOLOGJIA – KAPITULLI 7

BAKTEROFAGU

 

Dr Gene Mayer

Përktheu: Dr. Lul Raka
Asistent i Mikrobiologjisë në Fakultetin e Mjekësisë të Universitetit të Prishtinës dhe Mikrobiolog në Departamentin e Mikrobiologjisë të Institutit Kombëtar të Shëndetësisë Publike të Kosovës- Prishtinë, Kosovë

 

SPANJOLLISHT

E-MAIL DR LUL RAKA

Universiteti i Prishtinës

OBJEKTIVAT MËSIMORË
Përshkrimi i përbërjes dhe strukturës së bakterofagut

Diskutimi i procesit infektiv dhe ciklit shumëzues litik

Sqarimi i ciklit lizogjen dhe rregullimi i tij  

  © CellsAlive - James A. Sullivan

Përkufizimi – Bakterofag quhet virusi që infekton bakteret. Ai është parazit obligativ brendaqelizor që shumëzohet në brendi të qelizës bakterore duke shfrytëzuar makinerinë biosintetike të strehuesit të vet.

Bakterofagjet kanë shumë ngjashmëri me virusët e qelizave shtazore. Prandaj, ato mund të merren si model për njohjen e vetive të virusëve animal. Gjithashtu, njohja e ciklit jetësor të bakterofagut mundëson sqarimin e njërit nga mekanizmat e transferit të gjeneve nga një baktere në tjetrën (transdukcioni).

Në fillim të zbulimit të tyre, u mendua se bakterofagu mund të jetë efikas në trajtimin e infeksioneve bakterore. Por, shumë shpejt u bë e qartë se fagjet hiqen shpejt prej trupit dhe kanë pak vlerë në aplikimin klinik. Megjithatë, bakterofagjet përdoren në diagnostikën laboratorike për identifikimin e baktereve patogjene (tipizimi i fagut), sidomos në laboratoret referente që merren me kërkime shkencore epidemiologjike. Kohëve të fundit, përsëri është aktualizuar çështja e përdorimit të fagjeve në trajtimin dhe parandalimin e infeksioneve bakterore, që mbetet për t’u definuar në të ardhmen e afërt.

FJALËT KYÇE
Bakterofag
Tipizimi i fagut
 Kapsida
Bishti
Këllëfi kontraktil
Pllaka mbështetëse
Fibrat e bishtit
Fagu virulent
Eklipsa
ARNi i hershëm dhe i vonshëm
Pllaku
Npf
 Lizogjenia
Fagu i butë
Profagu
Lizogjen
Skajet kohezive
Rekombinimi specifik
Represioni
Induksioni
Konversioni lizogjen

  Bakterofagu T4  (TEM x390,000)   © Dennis Kunkel Microscopy, Inc.  Me leje

   Bakterofagu T4 mikrografia elektronike-ngjyrosja negative  © ICTV.

Figura 1 Struktura e bakterofagut T4

PËRBËRJA DHE STRUKTURA E BAKTEROFAGUT

Përbërja – të gjithë fagjet përmbajnë acid nukleik dhe proteinë.

Në përbërjen e fagut mund të ketë ADN ose ARN (por vetëm njëri lloj i tyre), që mund të ekzistojë në forma të ndryshme. Acidet nukleike të fagjeve shpesh përmbajnë baza azotike të pazakonshme apo të modifikuara. Këto acide nukleike e mbrojnë fagun nga veprimi i nukleazave, të cilat e zbërthejnë acidin nukleik të strehuesit gjatë infektimit me fag. Madhësia e acidit nukleik të fagjeve është e ndryshueshme. Fagjet më të thjeshta kanë acid nukleik që kodon vetëm 3-5 prodhime mesatare të gjeneve, kurse fagjet më komplekse mund të kodojnë mbi 100 prodhime gjenesh.

Numri i proteinave dhe sasia e tyre te fagjet është e ndryshueshme. Fagjet e thjeshtë kanë shumë kopje të vetëm një apo dy proteinave të ndryshme, kurse ato më të përbërë mund të kenë numër më të madh. Proteinat luajnë rol në procesin e infeksionit dhe në mbrojtjen e acidit nukleik nga nukleazat e ambientit.

Struktura – Bakterofagu ka formë dhe madhësi të ndryshme. Veçoritë kryesore strukturore të fagut janë dhënë në Figurën 1, në të cilën përshkruhet fagu i quajtur T4.

1. Madhësia – Fagu T4 është ndër fagjet më të mëdhenj; gjatësia mesatare e tij është 200 nm, kurse gjerësia 80-100 nm. Fagjet tjera janë më të vegjël dhe shumica e tyre kanë madhësi prej 24-200 nm.

2. Koka ose kapsida – të gjitha fagjet përbëhen nga koka që mund të ketë formë dhe madhësi të ndryshme. Disa janë ikozaedrikë (20 faqe), kurse të tjerët janë filamentozë. Koka apo kapsida është e përbërë nga shumë kopje të një apo më shumë llojesh të proteinave. Në brendi të kokës gjendet acidi nukleik. Koka ka funksion mbrojtës për acidin nukleik.

3. Bishti – shumica e fagjeve kanë edhe bishtin që është i ngjitur për koke. Bishti është një gyp i zbrazët nëpër të cilin kalon acidi nukleik gjatë infeksionit. Madhësia e bishtit ndryshon dhe disa fagje nuk e kanë bishtin shumë të zhvilluar. Në fagjet më komplekse, si T4, bishti është i mbështjellë me këllëf kontraktil që kontraktohet gjatë infeksionit të baktereve. Në skajin e bishtit këto fagje kanë pllakën mbështetëse dhe një apo më shumë fibra të ngjitur për të. Pllaka mbështetëse dhe fibrat e bishtit marrin pjesë në lidhjen e fagut për qelizën bakterore. Të gjitha fagjet nuk kanë bazë mbështetëse dhe fibra të bishtave. Në këto raste në lidhjen e fagut për baktere marrin pjesë struktura të tjera. 

INFEKTIMI I QELIZËS STREHUESE

Adsorbimi – Hapi i parë në procesin e infektimit është adsorbimi i fagut në qelizën bakterore. Ky hap ndërmjetësohet nga fibrat e bishtit apo nga struktura të tjera analoge dhe është proces kthyes (reversibil). Fibrat e bishtit ngjiten për receptorët specifikë në qelizën bakterore. Specifiteti i fagut për strehues, d.m.th. bakteret që është i aftë t’i infektojë, zakonisht përcaktohet me llojin e fibrave bishtorë që ka fagu. Struktura e receptorëve ndryshon tek bakteret e ndryshme. P.sh. proteinat në sipërfaqen e  jashtme të baktereve, LPS, piliet dhe lipoproteina. Këta receptorë janë të lokalizuar në baktere për qëllime të tjera dhe fagu ka evoluar për t’i shfrytëzuar këta receptorë për infeksion.

Ngjitja e pakthyeshme – Ngjitja e fagut për baktere me anë të fibrave bishtorë është e dobët dhe kthyese. Lidhja e pakthyeshme e fagut me bakteren ndodh me ndërmjetësimin e një apo më shumë komponentave të pllakës mbështetëse. Fagjet që nuk i posedojnë këto struktura shfrytëzojnë rrugë të tjera për t’u lidhur fort me qelizën bakterore.

FILM 
Bakterofagu
Kërkon Quicktime
© Mondo Media
San Francisco, California 94107 USA  and The MicrobeLibrary

Kontraksioni i këllëfit – Lidhja e pakthyeshme e fagut për bakteren rezulton në kontraksionin e këllëfit (për ato fagje që kanë këllëf) dhe pastaj fibri i ngushtë bishtor futet nëpër membranën bakterore (figura 2). Fagjet që nuk kanë këllëf kontraktil përdorin mekanizma të tjerë për futjen e thërmizave të fagut nëpër membranën bakterore. Disa fagje kanë enzime që zbërthejnë komponime të ndryshme në membranën bakterore. 

Injektimi i acidit nukleik – Pas futjes së fagut nëpër membranën bakterore, acidi nukleik nga koka e fagut kalon nëpër këllëf dhe futet në brendi të qelizës bakterore. Zakonisht, përbërësi i vetëm i fagut që futet në qelizë është acidi nukleik. Pjesa tjetër e fagut mbetet jashtë qelizës bakterore. Kjo dallon nga virusët qelizor animal, në të cilët përbrenda qelizës futet pjesa më e madhe e thërmizës virale. Ky dallim, si duket shkaktohet nga pamundësia e baktereve që të gëlltisin materialet nga jashtë.

  Figura 4 Testi i fagut litik

Fagjet litike apo virulente

1. Përkufizimi – janë ato fagje të cilat shumëzohen vetëm në brendi të baktereve dhe në fund të ciklit të tyre jetësor e shkatërrojnë qelizën me anë të lizës.

2. Cikli jetësor – është përshkruar në figurën 3.

a. Faza e eklipsës – gjatë kësaj faze nuk mund të vërehen thërmiza infektuese të fagut as brenda e as jashtë qelizës bakterore. Acidi nukleik i fagut e okupon makinerinë biosintetike të strehuesit, e cila tashmë prodhon ARNi dhe proteina specifike të fagut. Ekziston një rradhë e ekspresionit të fagut drejt sintezës së makromolekulave, sikurse në infeksionet e qelizave animale me virusë. ARNi i hershëm kodon për proteinat e hershme që nevojiten në sintezën e ADN-së së fagut, për biosintezën e ARN-së dhe të proteinave. Njëkohësisht ARNi i hershëm e bën çkyçjen e prodhimit të ADN-së së strehuesit. Në disa raste proteinat e hershme e zbërthejnë kromosomin e strehuesit. Pas prodhimit të ADN-së së fagut, prodhohen edhe ARNi dhe proteinat e mëvonshme. Proteinat e vonshme janë proteina strukturore që e përbëjnë fagun dhe ato janë të nevojshme për lizën e qelizës bakterore.

b. Faza e akumulimit brendaqelizor- në këtë fazë acidi nukleik dhe proteinat strukturore të formuara rigrupohen në atë mënyrë që thërmizat e fagut infektiv mblidhen në brendi të qelizës.

c. Faza e lizës dhe e lirimit – në këtë fazë qeliza bakterore fillon të zbërthehet (liza) për shkak të grumbullimit të proteinave litike të fagut. Me këtë rast fagu brendaqelizor lirohet në ambient. Numri i thërmizave të liruara nga një qelizë bakterore mund të shkojë në mbi 1000.

3. Testi i fagut litik

a. Testi i pllakut – fagjet litike numërohen me testin e pllakut. Pllaku është një zonë e pastër që rezulton nga liza e baktereve (figura 4). Secili pllak vjen nga një fag i vetëm infektiv. Thërmizat infektive që i japin rritje pllakut quhen npf/pfu (njësi pllakë-formuese/ plaque forming unit).

  Figura 6 Rekombinimi specifik

Fagu lizogjen apo i butë

1. Përkufizimi – fagu lizogjen ose i butë është fagu që mund të shumohet gjatë ciklit litik ose të futet në gjendje qetësie në qelizë. Në këtë gjendje, shumica e gjeneve të fagjeve nuk transkriptohen; gjenomi i fagut ekziston në gjendje represore. ADN-ja e fagut në këtë gjendje të represuar quhet profag, sepse ai nuk është fag por mund ta prodhojë atë. Në shumicën e rasteve ADN-ja e fagut integrohet në kromosomin e strehuesit dhe shumëzohet bashkë me kromosomin e strehuesit dhe kalohet në qelizën bijë. Qeliza që posedon profagun nuk është e prekur nga prania e profagut dhe gjendja lizogjenike mund të perzistojë përherë. Qeliza që e përmban profagun quhet qelizë lizogjene.

2. Ecuria e lizogjenisë – prototipi i fagut: Lambda

a. Cirkularizimi i kromosomit të fagut - Lambda ADN është një molekulë dyvargore lineare me një regjion të vogël në skajin e vargut 5’. Këto skaje janë komplementare (skajet kohezive) prandaj ato mund të çiftëzojnë baraz dhe të prodhojnë një molekulë rrethore. Skajet e lira të rrethit mund të lidhen për të formuar një qark të lidhur me lidhje kovalente, sikurse në figurën 5.

b.  Rekombinimi specifik – është rekombinim që katalizohet nga enzimi i koduar prej fagut dhe shfaqet në një vend të caktuar në ADN-në cirkulare të fagut dhe në vend të caktuar të kromosomit të strehuesit. Si rezultat kemi integrimin e ADN-së së fagut në kromosomin e strehuesit sikur në figurën 6.

c. Represioni i gjenomit të fagut – fagjet kodojnë prodhimin e një proteine që quhet represor. Ajo lidhet në vende të caktuara të ADN-së së fagut të quajtura operator dhe e çkyç (bllokon) transkriptimin e shumicës së gjeneve të fagut PËRVEÇ gjenit represor. Si rezultat vjen deri te represioni stabil i gjenomit të fagut që është i integruar në kromosomin e strehuesit. Secili fag i butë e bën represionin e ADN-së së vet dhe jo atë të fagjeve të tjera, prandaj represioni është shumë specifik ( imunitet ndaj superinfeksionit me të njejtin fag).

Figura 8A   Elektromikrografia skanuese (EMS) e qelizave të Escherichia coli me thërmizat e fagut (që duken si pika të vogla të bardha) të ngjitura në pjesën e jashtme të qelizës. © Scott Kachlany, Cornell University Ithaca, New York,  USA and The MicrobeLibrary

  Figura 8B
EMS e E. colit me mbështjellës qelizor të shkëputur, për shkak të lirimit të fagut. Pasi të shumëzohet përbrenda qelizës, fagu duhet të dalë nga qeliza strehuese. Kjo shpesh ndodh përmes  lizimit të qelizës. © Scott Kachlany, Cornell University Ithaca, New York,  USA and The MicrobeLibrary

3.  Përfundimi i lizogjenisë

Çdoherë kur bakteret lizogjene i nënshtrohen kushteve të papërshtatshme jetësore, mund të vijë deri te terminimi (përfundimi) i stadit lizogjen. Ky proces quhet induktim. Gjendjet që favorizojnë terminimin e gjendjes lizogjene janë: tharja, ekspozimi ndaj rrezeve UV apo jonizuese, ekspozimi ndaj kemikalieve mutagjene etj. Kushtet e pafavorshme nxisin prodhimin e proteazave (rec a proteina) që e shkatërrojnë proteinën represore. Kjo çon në ekspresionin e gjeneve të fagut, anulimin e procesit integrues dhe shumëzimit litik.

4. Cikli litik ndaj atij lizogjen 

Vendimi i lambdas për të hyrë në ciklin litik apo atë lizogjenik pasi të futet në qelizë, varet nga përqëndrimi i represorit dhe proteinës tjetër të fagut që quhet cro. Proteina cro e ndal sintezën e represorit duke e parandaluar kështu krijimin e lizogjenisë. Kushtet e ambientit që e favorizojnë prodhimin e proteinës cro do të çojnë në ciklin litik, kurse ato që e favorizojnë prodhimin e represorit e favorizojnë lizogjeninë.

5. Roli i lizogjenisë

a. Model i transformimit të virusëve animal – lizogjenia është një model studimi për transformimin e  virusëve në qelizat animale.

b. Konversioni lizogjenik – pas lizogjenimit, nganjëherë gjenet që barten nga fagu mund të ekspresohen në qelizë. Këto gjene mund t’i ndërrojnë vetitë e qelizave bakterore. Ky proces quhet konversion lizogjenik ose konversion i fagut dhe mund të ketë rëndësi klinike. P.sh. fagjet lizogjene mund të bartin gjene, të cilat e modifikojnë antigjenin “O” të Salmonellës (një ndër antigjenet kryesore ndaj të cilëve drejtohet sistemi ynë imunitar). Prodhimi i toksinës nga C.diphteriae ndërmjetësohet me gjenin që e bart fagu. Vetëm shtamet që janë konvertuar me lizogjeni janë patogjene për njerëz.

Kthehu në Seksionin e Bakteriologjisë të Mikrobiologjia dhe Imunologjia On-line

Kthehu në Udhëzuesin e Departamentit të Mikrobiologjisë dhe Imunologjisë

Faqja e përditësuar më  Sunday, February 15, 2015
Faqja mbahet nga  Richard Hunt