Bakteriyofaj Nedir? Bakteryofajların Çoğalması ve Çeşitleri

Virüsler dış ortamda –hiçbir şekilde- yaşamlarını sürdüremezler. Bu nedenler canlı bir organizmaya ihtiyaçları vardır. Bu özelliklerinden dolayı virüsler mutlak hücre içi paraziti olarak bilinirler. Virüsler farklı canlılardaki bakterileri enfekte etme özelliğine sahiptir.  Bu virüslerden bakterileri enfekte ederek yaşamlarını devam ettiren virüslere bakteriyofaj denir. Terim genelde kısaltılmış hali olan faj olarak kullanılır. Bakteriyofajlar büyüklük olarak 20 ila 200 nm (nanometre) arasında olurlar.

Virüs konak canlıya girdiğinde konak canlının DNA’sı virüsün hesabına çalışmaya başlar. Yani virüs girdiği canlıyı yönetimi altına alır. Artık konak canlı kendi eşlenmesi yerine virüsün yönetici maddesini eşler. Ribozomlarıyla virüsün proteinlerini sentezler. Konak canlıda sayısı hızla artar. Konak canlının hücre zarı parçalanarak virüsler açığa çıkar. Kendilerine yeni konak canlı ararlar. Eğer canlı bir hücre yoksa kristaller meydana getirir. Devamlı üreyen virüslere litik virüs denir. Bazı hâllerde virüs girdiği konak canlıya zarar vermeden kalabilir. Virüsün yönetici maddesi konak canlının yönetici maddesine yapışırsa konak canlı virüsün yönetimine girmez. Konak canlının yönetici maddesinin bir parçası hâline gelebilir. Virüs çoğalamadığı içinde konak canlıya zarar veremez. Böyle virüslere lizogenik virüs denir. Virüslerin nükleik asitlerinde mutasyonlar meydana gelebilir. Biyolojik açıdan en iyi incelenen virüsler bakteriyofaj’lardır. Bunlara bakteri yiyen virüsler de denir. Bir de kuyrukları vardır. Kuyruk bakteriye değdiğinde bakterinin o bölgesini eritir. Yönetici molekülü böylece bakteriye geçer. 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.

Lizogenik virüs ise bakteri kromozomuna yapışır, orada profajı oluşturur (Girdiği bakterinin kromozomuna yapışarak üremeden kalabilen lizogenik virüs kromozomuna profaj denir.)

Fajlar her yerde mevcutturlar ve bakterilerin yaşadığı ortamlarda, örneğin toprakta veya hayvan bağırsaklarında bulunabilirler. Faj ve diğer virüslerin en yoğun doğal kaynaklarından biri deniz suyudur.

Ökaryotları (hayvan, bitki ve mantarları) enfekte eden virüsler gibi fajlarda da büyük bir yapısal ve işlevsel çeşitlilik vardır. Tipik olarak proteinden oluşan bir kabuk ve içinde yer alan genetik malzemeden oluşurlar.

Bakteriyofajlar virusların genel özelliklerini taşırlar. DNA veya RNA’dan sadece birine sahiptirler ama genelde 5 – 500 kilo baz çifti uzunluğunda çift sarmallı DNA’dan oluşur. Ayrıca etrafını çevreleyen protein karakterindeki kapsid’den oluşmaktadır.

1913’te Britanyalı bakteriyolog Frederick Twort bakterileri enfekte edip öldüren bir etmen keşfetmiş ama konuyu daha fazla takip etmemiştir. Fransız-Kanadalı mikrobiyolog Felix d’Hérelle 1917’de “dizanteri basilinin düşmanının, görünmez bir mikrobunu” keşfettiğini açıklayıp ona bakteryofaj adını verdi.

Günümüzde morfolojisi bilinen 6000 den fazla izolat ile fajlar en büyük virus grubunu oluşturmaktadır. Bakteriyofajlar, bakteri ve virüs genetiği ile ilgili bilgilerin elde edilmesine olanak sağlamışlar; gerek bakterilerin gerekse virüslerin genomik özellikleri ve repliksyonlarının aydınlatılmasında önemli bir model teşkil etmişlerdir.

Tipine göre kapsid gibi viral yapılara da sahip olabilirler.

Fajların ortak temel yapısı, tek tip nükleik asit ve onu çevreleyen protein kılıfından oluşur. Bakteriyofajlar yapılarına, şekillerine, nükleik asit içeriklerine göre çeşitli şekillerde sınıflandırılırlar. Buna göre zarflı/zarfsız fajlar; DNA fajları/RNA fajları (tek iplikçikli/çift iplikçikli) bulunmaktadır.

Diğer bir sınıflandırmaya göre, tip A’dan tip F’ye kadar faj sınıflaması da mevcuttur. Kapsid ve zarf gibi yapılara sahip fajlar antijenik özelliğe de sahiptir.

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.

Bakteriyofajlar’ın Çoğalması

Fajlar çoğalmak için bakteri hücresi içinde bulunmak zorundadırlar. Fajın bakteriyi enfekte etmesi ve çoğalması 4 aşamada gerçekleşmektedir.

1- Adsorbsiyon: Fajın bakteri hücresi üzerine bağlanma aşamasıdır. Bakterilerin yüzey yapısı türe spesifik olduğundan çoğu faj sadece belli bir türü enfekte edebilir.

2- Penetrasyon: Fajın genetik materyalini ya da kendisini bakteri hücresi içine sokması aşamasıdır.

3- Latent dönem: Bu dönemde fajın genetik materyali çeşitli yollar ve mekanizmalar ile çoğalır ve faj yapıları sentezlenip monte edilir.

4- Lysis: Bu aşama tüm fajlarda görülmez. Bazı fajlar olgun faj partikülleri şekillendikten ve belirli sayıya ulaştıktan sonra bakteri hücresini parçalayarak dışarı çıkar. Bazı fajlar ise hücreyi parçalamadan dışarı çıkabilir. Bazıları da bakteri DNA’sına entegre olur ve nesilden nesile aktarılır.

Bakteriyofajlar’ın İnfeksiyon Tipleri

Fajlar duyarlı bakterilerde genellikle 3 tip infeksiyon oluşturur:

1- Lytic İnfeksiyon: Bu tip fajlar infekte ettikleri bakteriyi parçalarlar. Bunlara virulent faj da denir. Bu tip fajlar katı besiyerinde üretilen bakterinin üzerine faj sıvısı damlatılarak saptanır. Faj damlatılan alanlarda plaklar oluşur.

2- Non-lytic İnfeksiyon: Bu tip infeksiyonlarda bakteri faj tarafından istila edilmesine karşın fajlar bakterinin parçalanmasına neden olmazlar, beslenme ve çoğalmasını etkilemezler. Bu tip fajlara temperate fajlar da denir.

3- Latent İnfeksiyon: bazı fajlarda faj genetik materyali bakteri genomuna entegre olur ve onun bir devamı haline gelir. Buna profaj da denir. Bakteri DNA’sı ile birlikte replike olur. Bu duruma lysogeny, bu durumdaki bakteriye lysogenic bakteri denir. Bu durumdaki fajlar bazı özel etkiler altında (uv ışınları, mitomisin) aktif hale geçip bakteriyi parçalayabilir ve bakteri dışına çıkabilir.

Bakteryofajlar’da Bağlanma ve Giriş

Konak hücreye girmek için bakteryofajlar bakterinin yüzeyindeki özgül reseptörlere bağlanırlar, bunlar arasında lipopolisakkaritler, teikoik asitler, proteinler sayılabilir. Bu nedenle bir bakteryofaj ancak bağlanabileceği reseptörler taşıyan bakterileri enfekte edebilirler. Faj virionları kendi kendilerine hareket etmedikleri için kendi reseptörleriyle solüsyondayken rassal olarak buluşup bağlanırlar.

Karmaşık bakteryofajlar, örneğin T-çift fajları, genetik malzemelerini hücrenin içine enjekte etmek için şırınga benzeri bir hareket kullanırlar. Uygun reseptörle temas kurduktan sonra kuyruk lifleri taban plakasını hücre yüzeyine yaklaştırırlar. İyice bağlandıktan sonra, kuyruk büzülür, bu da genetik malzemenin dışarı itilmesine neden olur. Bazı fajlar nükleik asiti hücre zarından içeri iter, bazıları hücre yüzeyine birakır. Başka yöntemlerle genetik malzemlerini içeri sokan bakterifajlar da vardır.

Bakteriyofajlar’da Protein ve Nükleik Asit Sentezi

Kısa süre, bazen dakikalar içinde, bakteri ribozomları viral mRNA’nın proteine çevirimine (translasyonuna) başlarlar. RNA-fajlarında RNA-replikaz bu sürecin başlarında sentezlenir. Erken sentezlenen proteinler ve virionla gelen bazı proteinler bakterinin RNA polimerazını modifiye edip onun viral mRNA’yı tercihen çevirmesine neden olabilirler. Konağın kendi protein ve nükleik asit sentezi de bozularak viral ürünlerin sentezine yönlendirilir. Bu ürünler ya hücreyi parçlamaya yarayacaklaklar, ya yeni virionların oluşmasına yardımcı olacaklar veya yeni virionları oluşturacalardır.

Kaynak:

• https://acikders.ankara.edu.tr
• http://www.wikizero.net
• http://www.erzurum.edu.tr