BAKTERYOFAJLAR Prof Dr Mehmet KIYAN Bakteriyofajlar Bakteriyofajlar faj
BAKTERİYOFAJLAR Prof. Dr. Mehmet KIYAN
Bakteriyofajlar • Bakteriyofajlar ( faj ) zorunlu hücre içi parazitleridir. • Bakterileri infekte eden virüsler olarak bilinirler • Konağın biyosentetik mekanizmasını kullanarak yaşamlarını devam ettirirler.
Tarihçe n n Frederick Twort (1915) ve Felix d'Herelle (1917) bakteriyofajları ilk defa tanımlayan kişilerdir. Bakteriyofaj (bakteri yiyenler) 1930 yıllardan sonra virüs genetiği, yapısı, replikasyonu için model olarak incelenmiştir İnsan virüsleri ile bilgilerin ortaya konmasında büyük katkı sağlamışlardır
• Bakteriler gibi çevrede yoğun olarak bulunurlar. • Çevrede bulunan en yüksek sayıdaki biyolojik canlılardır. • Su ve toprakta yoğun olarak bulunur. • Bakteriyofajlar belirli tip veya türdeki bakterilere özgüllük gösterir. o Yani bir bakteriyofaj tipi yalnızca kendisine uygun olan bakteri türünü enfekte edebilir.
Endüstri / Ekonomi: n n Lactobacillus fajları süt ve süt ürünleriyle ilgili problem oluşturmaktadır. Tıp n n n Faj tiplendirmesi Faj tedavisi Rekombinant DNA vektör - klonlama, ekspression, enzim (T 4 DNA ligase)
Bakteriyofaj yapısı kapsit DNA kasılabilir kılıf baş kuyruk lifleri taban plakası
Bakteriyofaj yapısı • Fajlar çeşitli tip ve görünümde olabilir • Kompleks bir fajda baş, boyun, kuyruk ve kuyruk fibrilleri bulunmaktadır. • Baş kısmı yaklaşık 80 x 110 nm boyutlarında olup ortada nükleik asitten oluşmuş bir faj genomu vardır. • Nükleik asit o çoğunda DNA, az bir kısmında ise RNA o memeli virüslerinde olduğu gibi tek veya çift iplikçikli olabilirler. o etrafında virüslerde olduğu gibi kapsid adı verilen protein bir kılıf bulunur. o Kapsid ve nükleik asitten oluşan yapıya nükleokapsid adı verilir.
Bakteriyofaj yapısı • Nükleik asid: o DNA veya nadiren RNA (aynı fajda ikisi birden olmaz) • çs DNA, ts RNA, ts DNA o Farklı veya değişik nükleotid o 3 -100 gen arası ürün protein: • enfeksiyon ve nükleik asit’lerin korunması
Bakteriyofaj yapısı • Fajlarda baş kısmını kuyruk kısmına bağlayan kısa bir boyun kısmı bulunur. • Kuyruk yapısı bakteriyofaj tipine göre farklılık gösterir. • Bazı faj türlerinde o hiç kuyruk bulunmazken, yani yalnızca baş kısmından oluşurken, o bazılarında çok kısa ve basit yapılar şeklinde bir kuyruk, o bazılarında ise oldukça kompleks görünümde kuyruk bulunabilir
Bakteriyofaj yapısı • Kompleks fajlarda kuyruk o yüzeyde kasılabilir bir örtü o kuyruğun alt kısmında taban organeline bağlı kuyruk fibrilleri yer alır. • Kuyruk yaklaşık 25 x 110 nm boyutlarındadır. • Kuyruk bakteriye adsorbsiyon (yapışma)’dan sorumludur. • Genetik maddenin bakteriye transferinde kanal (köprü) vazifesi görür. • Kuyruk kılıfının kasılması sonucunda
Bakteriyofaj grupları n n En az 12 farklı bakteriyofaj grubu var Bunlar yapısal ve genetik olarak farklılık gösterirler
Fajların Sınıflandırılması n n Elektron mikroskopla yapılan çalışmalarda fajların morfolojik yapıları hakkında ayrıntılı bilgiler elde edilmiştir. Bu amaçla genellikle E. coli’ye ait bakteriyofajlardan yararlanılmıştır. Bakteriyofajlar morfolojik ve diğer karakterleri göz önüne alınarak çeşitli sınıflandırmalara tabi tutulmuşlardır. Bu sınıflandırmalardan en önemlileri Bradley veya Ackermann sınıflandırmasıdır.
Ackermann Sınıflandırması § Bu sınıflandırmada fajların morfolojik özellikleri yanında diğer bazı özellikleri de dikkate alınır. § Buna göre fajlar 4 temel gruba ayrılır § Kuyruklu fajlar § Kübik simetrili fajlar § Flamentöz fajlar § Pleomorfik fajlar
Bradley Sınıflandırması Bu sınıflamada fajlar baş ve kuyruk özelliklerine göre 6 grup altında toplanmışlardır. n A tipi faj : Kasılabilen kılıflı, kuyruklu fajlar n B tipi faj : Uzun kuyruklu, kılıflı fajlar n C tipi faj : Kısa kuyruklu, kılıfsız fajlar n D tipi faj : Kuyruksuz, büyük kapsomerli fajlar n E tipi faj : Kuyruksuz, küçük kapsomerli fajlar n F tipi faj : Başsız, ipliksi ya da filamentöz fajlar
Çoğalma n n n Bakteriyofajlar konak bakteri yönünden oldukça seçicidir Her fajın içinde çoğalabileceği spesifik bir bakteri (konak) bulunur. Virüslerde olduğu fajların da gibi çoğalma safhaları bulunur. Bunlar: n adsorbsiyon, n penetrasyon, n gelişme dönemi, n fajların olgunlaşması n serbest kalması
Bakteriyofaj tipleri • Litik (Virulan) fajlar • Lizojenik (Temperate, Ilımlı) fajlar
Litik (Virulan) fajlar Lizojenik (Temperate, Ilımlı) fajlar § konak kromozomuna entegre § sadece bakteri olup Lizojeniye sebep olurlar içerisinde çoğalabilirler ve bunun sonucunda bakteriyi lizise uğratarak konağın ölümüne sebeb olurlar § kendi genetik materyelleri bakteri kromozomuna entegre olmaz
Litik (Virulan) Bakteriyofajlar n n Virülan fajlara en önemli örnek E. Coli fajı olan T 4 fajıdır. Linear DNA’ya sahip 173 kb büyüklüğünde Endonükleaz sentezletip bakteri kromozomunu degrede eder ve ortaya çıkan nükleotidleri kendi DNA’sının sentezi için kullanır n Sentezlenen endonükleazın kendi DNA’sını parçalamaması için cytosin yerine 5 hydroxymethylcytosin kullanarak enzimin etkisinden kendini korur. Faj ile enfekte olmuş E. coli bakterisi de kendini korumak için 5 -hydroxymethylcytosini parçalayan endonükleaz sentezleyerek hücreye giren faj DNA’larını parçalar
Virulan Bakteriyofaj Yaşam döngüsü o Adsorpsiyon o Penetrasyon o Biyolojik sentez o Maturasyon ve salınım
Adsorbsiyon n n n Kuyruklu fajlar kuyruklarındaki fibriller, kuyruk iğneleri ve kuyruk tabanı ile adsorbe olurlar. Bu bağlanmada önce fibriller, sonra iğneler ve kuyruk tabanı bakteriye tutunur. Kuyruksuz olanlar veya ipliksi fajlar bakteriye direkt temasla adsorbe olurlar. Bakteri yüzeyindeki faj reseptör bölgeleri kendi fajı ile antijenik ilişkiye sahip olduğundan ancak kendisine bu yönden homolog olan fajları adsorbe edebilirler. Bu durum gerek bakteri gerekse faj tiplendirmesinde işe yarar. Adsorbsiyonun ilk basamağında bakteri yüzeyi ile faj arasındaki ilişki geriye dönüşümlüdür. Adsorbsiyondan sonra zaman geçtikçe bu bağlanma kuvvetlenerek geriye dönüşümsüz hale gelir.
https: //cns. utexas. edu/news/explaining-the-science-a-look-at-the-potential-of-bacteriophages-in-a- post-antibiotics-world
Penetrasyon n n n Bakteri yüzeyine adsorbe olan fajların nukleer materyali çeşitli şekillerde bakteri hücresi içine enjekte edilirler. Kasılabilir kılıflı kuyruklu fajlarda kuyruk etrafındaki kılıf kasılarak kuyruk kısmının hücre duvarına girmesini sağlar. Bu sayede nukleik asitlerini sitoplazmaya enjekte ederler. Kapsid içindeki genetik materyal kuyruk içindeki kanaldan geçerek periplazmik boşluğa gelir ve buradan kısa süre sonra sitoplazmaya geçer. Açılan delik bakteri tarafından hemen tamir edilir. Kapsid ve kuyruk dışarıda kalır, içeri giremez.
8/figures/2
Biyolojik Sentez • Bu dönem fajı oluşturacak çeşitli yapıtaşlarının sentezlendiği dönemdir. • Bu dönemde baş, kuyruk ve diğer faj yapıları oluşur. • Yani tam olarak faj yapısı meydana gelir. • Latent dönem olarak da adlandırılan bu dönem fajların genetik materyallerinin bakteri sitoplazmasına girmesinden olgun fajların oluşumuna kadar geçen süreyi içine alır. • Bu dönemde ilk önce faja ait yapıtaşları ayrı sentezlenir. • Faja ait nükleik asit kısmı replike olur. • Daha sonra ayrı sentezlenen bu yapı
Maturasyon ve Salınım n n n Bakteri içerisinde bol miktarda gelişen ve olgunlaşan fajlar belirli bir sayıya ulaştıktan sonra n bakteriyofaj lizin üretir, n lizin bakteriyi parçalar n bakteriyofajlar serbest hale gelirler. Serbest hale geçen fajlar, yeni bakterileri enfekte ederek hayat sikluslarını devam ettirirler. Bakteriyofajların serbest hale gelmesi bakteriyofajların enfeksiyon tiplerine göre farklılık gösterir.
Litik bakteriyofaj döngüsü için aşağıdaki link seyredebilirsiniz • https: //www. youtube. com/watch? v=NNfize 9 Gcm 4
Litik faj testi • Litik faj miktarı plak testi ile belirlenebilir. • Testin değerlendirilmesi Bakterilerin lizise uğramaları ile yapılır • Plak Forming Unit (pfu) Plak deneyi
Lizojenik (Temperate, Ilımlı) fajlar
Lizojenik (Temperate) faj • Litik siklüste olduğu gibi çoğalarak hücre lizisine neden olabildikleri gibi sessiz duruma da geçebilirler. • Sessiz evrede genelde transkripsiyon olmaz. Baskılanmış bu duruma profaj adı verilir • Bu evrede faj özelliği yoktur ama faj olma potansiyeli vardır. • Daha sık olarak faj genomu bakteri kromozumuna entegre olarak onunla birlikte replike olur ve bir sonraki kuşağa geçer • İçinde profaj bulunduran hücrelere lizojenik bakteri denir • İndüksiyon sonucu bakterinin barçalanması
Litik ve Lizojenik fajlarda yaşam döngüsü https: //journals. plos. org/plospathogens/article? id=10. 1371/journal. p pat. 1007878
Litik ve Lizojenik bakterilerin yaşam döngüsü için aşağıdaki linkleri izleyebilirsiniz • Konu Başlığı Viral replication: lytic vs lysogenic | Cells | MCAT | Khan Academy ohttps: //www. youtube. com/watch? v=J 4 BN 4 d. ARpio Link
Lizojenik değişim • Bakteri hücresi lizojenik olduğunda faj bakteriye farklı genler kazandırabilir. • Bu değişim bakteriyi değiştirebilir buna lizojenik değişim adı verilir. • Difteri toksinin kazanımı • V. cholera toksininin kazanımı
transdüksiyon
Ilımlı bakteriyofaj ile özel transdüksiyon
s)
Bakteriyofajların tıpta kullanım alanları • Bakteri identifikasyonu (faj tiplendirme) • Bakteriyel infeksiyonların tedavisi • Molekular biyoloji
- Slides: 36