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Bacteriofaag
Struktur eines Bakteriophagen mit Schwanz (unten)

EIN Bakteriophage oder kurz Phagen ist ein kleiner Virus das nur ein konkretes Bakterien infiziert. Wie andere Viren auch diese Bakterien und Eukaryoten infizieren, bestehen sie aus einer äußeren Proteinhülle, die genetisches Material enthält, das in 95 % der bekannten Phagen exprimiert wird DNA existiert. Diese DNA ist zwischen 5 und 300 kbp groß. Die meisten Phagen (95%) haben einen Schwanz, der es ihnen ermöglicht, genetisches Material in ihren Wirt zu injizieren. Die Länge eines Bakteriophagen - einschließlich Kopf und Schwanz - beträgt zwischen 4 und 250 Nanometer. Das ist weniger als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts, was bedeutet, dass ein Phagen nicht mit einem gewöhnlichen wechselwirken kann Mikroskop ist sichtbar.

In dem Liste der Viren Es gibt 200 Phagenarten, von denen 133 zu den AuftragCaudovirales.

Bewerbungen erfolgen in der Medizin und in der Nahrungsmittelindustrie.

Geschichte

Phagen wurden 1915 vom britischen Bakteriologen entdeckt Frederick Twort und 1917 vom Französisch-Kanadier MikrobiologeFelix d'Hérelle selbstständig entdeckt.

1915 entdeckte Twort einen kleinen Erreger, der Bakterien infizierte und abtötete. Er nahm an, dass dieser Agent einer der folgenden sein muss:

  1. eine Stufe im Lebenszyklus der Bakterien
  2. ein von den Bakterien selbst produziertes Enzym produced
  3. ein Virus, das auf Bakterien wuchs und sie zerstörte

Tworts Arbeit wurde unterbrochen durch die Erster Weltkrieg und Geldmangel.

Unabhängig davon, D'Hérelle, die Pasteur-Institut im Paris arbeitete am 3. September 1917, dass er "eine unsichtbare, antagonistische Mikrobe der RuhrbazillusFür D'Hérelle bestand kein Zweifel an seiner Entdeckung: "Im Nu verstand ich: Was die Lichtblicke verursacht hatte, war tatsächlich eine unsichtbare Mikrobe... ein Virus, das Bakterien parasitiert."[1] D'Hérelle nannte das Virus einen Bakteriophagen (aus dem Griechischen Phagen, was Essen bedeutet). Er berichtete auch über einen Fall eines Mannes, der Ruhr als Folge der Bakteriophagentherapie gelitten und geheilt.[2]

1923 studierte George Eliava, Leiter des bakteriologischen Zentrallabors in Tiflis im Georgia die Cholera-Bakterien in Proben, die er aus dem Fluss nahm Mtkvari. Nach drei Tagen waren die Bakterien verschwunden und Eliava stellte die Verbindung zu den von d'Hérelle entdeckten Bakteriophagen her. D'Hérelle arbeitete dann mit Eliava in einem neuen Institut in Tiflis, das später nach Eliavas Ehren benannt wurde. 1919 behandelte D'Hérelle erfolgreich einen Ausbruch von Hühnertyphus mit Phagen, die er aus Hühnerkot isoliert hatte. Ein Jahr später wurde der erste Mensch mit Ruhr erfolgreich behandelt. Innerhalb weniger Jahre hatten die Wissenschaftler mehr als ein Dutzend Phagen gefunden, die viele bakterielle Infektionen bekämpfen könnten. Trotzdem war Eliava Stalin zum Volksfeind erklärt und 1937 hingerichtet. Nach einem Besuch in Paris im Jahr 1935 wurde D'Hérelle als ungewollter Ausländer ein Visum verweigert und er konnte nie wieder nach Georgien zurückkehren.

Bakteriophagen wurden in der Sowjetrepublik Georgien Teil der Schulmedizin. In den USA wurde das Interesse des Pharmakonzerns geweckt Eli Lilly, die sie für den Markt entwickelt hat. Die Ergebnisse waren zunächst nicht eindeutig; Forschung und Produktion wurden eingestellt, sobald die Antibiotika ergab sich. In dem Sovietunion die Therapie blieb in Mode und Bakteriophagen wurden nach wie vor regelmäßig zur Wundversorgung russischer Soldaten in den USA eingesetzt Zweiter Weltkrieg. Sie wurden auch erfolgreich eingesetzt gegen Ruhr und Gangrän. Auch nach dem Krieg hielten russische Wissenschaftler an dieser Therapie fest, aber die Kalter Krieg verhindert, dass die Forschungsergebnisse in den Westen gelangen.

Trotz des Aufstiegs der Krankenhausbakterien ("Superbug") begann die Erforschung von Bakteriophagen in der Sowjetunion nachzulassen, und Mitte der 1970er Jahre hatte sie Eliava-Institut Türen sind praktisch geschlossen. Die Phagenproben bewahrten die Forscher zu Hause in den Kühlschränken auf, damit sie nicht verloren gehen. 1993 wurde das Institut geschlossen. Zu Beginn des einundzwanzigsten Jahrhunderts[(seit wann?] Die Bakteriophagentherapie wird nur in Georgien und in geringerem Maße in Polen eingesetzt.

Im Westen begann mit dem Aufkommen antibiotikaresistenter Bakterien das Interesse an der Bakteriophagentherapie zu steigen. Eine Reihe von Unternehmen produzieren derzeit massenhaft Phagen für die kommerzielle Nutzung bei Nutztieren. Im Jahr 2006 hat die Firma Intralytix (die mehrere ehemalige Mitarbeiter des Eliava-Instituts eingestellt hat) Food and Drug Administration eine Lizenz zur Verwendung der von ihnen entwickelten Phagen zur Vorbeugung von Listeriose bei Geflügel (ListShield).

Mechanismus

Die Virus-DNA wird durch den Schwanz des Phagen in das Bakterium injiziert. Die Interaktion mit dem Bakterium öffnet ein Ventil, das zur Dekompression und Austreibung der DNA führt. Faktoren wie Druck, Leistung, Oberfläche, idealer Frühling, Federrate und osmotischer Druck eine Rolle.

Phagen infizieren nur bestimmte Zielbakterien, denn sie müssen die richtigen Anheftungsfaktoren und die richtigen stoffwechselbeeinflussenden Eigenschaften haben.

Lytischer Phagenzyklus: Der Phagen injiziert sein Genom, was die Bakterienzelle dazu veranlasst, neue Phagenkomponenten zu produzieren und schließlich neue Phagenpartikel aufzubauen.
Lysogener Phagenzyklus: Das injizierte Phagengenom wird als Prophagen in das Bakterienchromosom eingebracht. Wenn sich das Bakterium vermehrt, vermehrt sich der Prophagen mit ihm.

Abhängig von ihrem Fortpflanzungszyklus sind Phagen in lytisch und lysogen klassifiziert sind.Lytisch vermehren sich explosionsartig, wodurch die Wirtsbakterien schnell platzen (Lyse), während lysogen Phagen integrieren sich zunächst in das Genom des Bakteriums (Prophage), sodass sie sich bei jeder bakteriellen Zellteilung vermehren.

Biene StressBedingungen für das Bakterium können die Prophagen reaktiviert werden (der Mechanismus beruht auf unspezifischen Signalstoffen). Ein Beispiel ist Phagen λ von E coli. Durch lysogene Umwandlung diese Prophagen können die Eigenschaften von Bakterien verändern. Ein bekanntes Beispiel ist die vibrio Bakterienstamm, der in . umgewandelt wird Vibrio cholerae durch Gene eines Phagen, so dass sie Cholera-Toxine produzieren und erst dann für die öffentliche Gesundheit gefährlich werden.

In dem Molekularbiologie werden sie wie? Klonierungsvektor verwendet, um fremde DNA in Bakterien einzuführen.

Phagen-Display ist eine Methode, mit der Produkte einer großen Anzahl von Genen auf Proteininteraktionen getestet werden können, indem diese eingeführt werden Genbank bei Phagen.

Anwendungen

Bakteriophagen als Alternative zu Antibiotika

Bakteriophage: Deutlich sichtbar sind der „Kopf“ mit DNA und der „Schwanz“. Linienskalierung ist 200 nm groß.

Phagentherapie wird als Alternative zu gesehen Antibiotika bei der Bekämpfung von bakteriellen Infektionen.[3]

Der Hauptnachteil der Bakteriophagentherapie besteht darin, dass der Bakteriophage wirtsspezifisch ist. Zum Beispiel gibt es eine spezifische Escherichia coli Bakteriophage benötigt, um E coliBakterien zerstören. Ein Arzt muss zunächst wissen, welche Bakterien die Infektion verursacht haben, bevor er den Patienten behandeln kann. Es gibt keine "Breitspektrum-Bakteriophagen" wie bei Antibiotika. Dieser Nachteil ist aber auch ein Vorteil: Es wird nur das eine Bakterium abgetötet, das gegenüber dem betreffenden Phagen empfindlich ist. Es werden keine anderen Organismen geschädigt, keine Giftstoffe abgegeben.

Welcher Bakteriophage für ein bestimmtes Bakterium geeignet ist, wird durch Kultur im Labor bestimmt. Standardmäßig werden sechs Bakteriophagen verwendet. Dies kann innerhalb von drei Tagen zu Ergebnissen führen, in Einzelfällen kann es aber auch länger dauern, da man im Rahmen der Möglichkeiten der Bibliothek von Bakteriophagen zu den entsprechenden Bakteriophagen.

Der große Vorteil von Bakteriophagen ist ihre Fähigkeit, Mutation, damit sie so schnell wie ihr Wirt laufen können entwickeln. Infolgedessen gibt es keine für Bakteriophagen Superbug der sie überlistet - zumindest nicht für lange -, indem der Phagen auch so lange mutiert, bis er die Oberhand gewinnt; das nennt man evolutionäres Wettrüsten.

Therapie

In den USA, Russland, Georgien und Polen wird seit langem behandelt.

Es ist nicht in den Niederlanden und Belgien registriert Medizin, daher sollte es nicht ohne weiteres angewendet werden. Nur in äußerster Not kann die Arzneimittelgesetz gemäß Artikel 37 des umgangen werden Deklaration von Helsinki. Sowohl die experimentelle Erforschung als auch die lehramtliche Herstellung von Bakteriophagen ist in den Niederlanden grundsätzlich möglich.

In Belgien wurde die Verwendung von Bakteriophagen als lehramtliche Vorbereitung auf Einzelrezept.[4] Die Betreuung erfolgt durch die Bundesernährungsbehörde Und durch sciensano. Jeder Phagen hat seinen eigenen Pass.

Eine experimentelle Behandlung mit guten Ergebnissen fand im März 2017 in der Militärkrankenhaus Königin Astrid im Brüssel an einem niederländischen Patienten, bei dem mit Antibiotika keine Heilung erreicht werden konnte. Im Jahr 2019 lieferte dasselbe Krankenhaus auch die Phagen, mit denen ein Baby während eines Leber-Transplantation wurde von multiresistenten geheilt Blutvergiftung.

Entwicklungen

In den Niederlanden hinkt die Entwicklung von Phagen hinterher, weil ein Phagen (Lebensmechanismus) nicht patentiert werden kann und die Pharmaindustrie zögern, in eine Phagentherapie zu investieren und diese zu entwickeln.[Quelle?] Im Labor des Tu Delft jedoch werden neue Phagen gezüchtet.[5] Im Februar 2018 wurde die Radboudumc eingereichte Forschungsvorschläge, um mit wissenschaftlichen Beweisen zu belegen, dass der Bakteriophage a Medizin ist.

Auch in Belgien findet die Entwicklung und der Anbau in der Militärkrankenhaus Königin Astrid im Brüssel in Zusammenarbeit mit dem George Eliava Institut und der Eliava Phagentherapiezentrum im Georgia für Patienten, die keine Antibiotikatherapie erhalten, und für kontrollierte Studien. Im Jahr 2017 hat der Belgier Gesundheitsminister Es wurde die Erlaubnis erteilt, auch Apotheken in Belgien die Abgabe von Phagen zu erlauben.

Gemeinsame Phagen

1. Kopf, 2. Schwanz, 3.Nukleinsäure, 4. Eiweißhülle, 5. Kragen, 6. Scheide, 7. Schwanzfasern, 8. Grundplatte mit Stacheln
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