Was ist ein Bakteriophage?
- Das DUDEN Wrterbuch gibt folgende Definition:
Bakteriophage (maskulines Substantiv) – Ein Virus, das sich innerhalb eines Bakteriums vermehrt und es dabei zerstört.
Bakteriophagen, auch Phagen genannt, sind Viren, die Bakterien infizieren. Sie gelten als natürliche Feinde von Bakterien und spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung ihrer Population.
Ein Bakteriophage hat eine relativ einfache Struktur, bestehend aus einem DNA- oder RNA-Genom, das von einer Proteinhülle (Kapsid) umgeben ist. Einige Bakteriophagen besitzen zudem eine zusätzliche Proteinhülle, die sie schützt, während sie die Zellwand der Bakterien durchdringen.
Bakteriophagen haben eine enge Beziehung zu ihrem bakteriellen Wirt, da sie sich nur innerhalb dieses vermehren können. Wenn ein Bakteriophage ein Bakterium infiziert, bindet er sich an dessen Oberfläche und injiziert sein genetisches Material in die Bakterienzelle. Einmal im Inneren nutzt das virale genetische Material die Zellressourcen des Bakteriums zur Reproduktion und produziert Hunderte neuer Bakteriophagen. Anschließend wird die Bakterienzelle zerstört, und die neu gebildeten Phagen werden freigesetzt, um weitere Bakterien zu infizieren.
Ein Bakteriophage ist ein Virus, das Bakterien infiziert. Sie besitzen eine einfache Struktur und sind hochspezifisch in ihrer Wahl der Wirtsbakterien. Bakteriophagen sind die natürlichen Jäger von Bakterien und spielen eine zentrale Rolle bei der Regulation der Bakterienpopulation. Sie wurden vor über 100 Jahren entdeckt und erleben derzeit eine Renaissance als therapeutische Mittel.
Der lytische und der lysogene Zyklus
Der lytische Zyklus beginnt mit der Anheftung des Phagen an die Oberfläche des Wirtsbakteriums. Danach dringt das genetische Material in die Zelle ein. Sobald es sich im Inneren befindet, nutzt das genetische Material des Phagen die Zellstruktur des Bakteriums, um sich schnell zu vermehren. Die in der Wirtszelle zusammengesetzten neuen Phagen vermehren sich in großer Anzahl. Dies führt zum Platzen der Zellmembran Das Bakterium wird dadurch zerstört. Diese Zerstörung wird als ‚bakterielle Lyse‘ bezeichnet. Sobald das Bakterium zerstört und geöffnet ist, werden neue Phagen freigesetzt, die weitere Bakterien infizieren.
Der lysogene Zyklus hingegen beinhaltet die Integration des viralen genetischen Materials in das bakterielle Genom, wodurch ein Prophage entsteht. Dieser wird an Tochterzellen weitergegeben, ohne eine Lyse (Zerstörung des Bakteriums) zu verursachen.
Bei Umweltstress kann der Prophage jedoch herausgeschnitten werden und den lytischen Zyklus einleiten, was zur Freisetzung neuer Viren führt. Die Wahl zwischen den beiden Replikationsmodi hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Art des Phagen, der Art des Wirtsbakteriums, den Umweltbedingungen und genetischen Ereignissen, die den Wechsel zwischen den Modi auslösen können.
Vermehrung von Bakteriophagen
Die Vermehrung von Bakteriophagen ist ein entscheidender Prozess für ihr Überleben und ihre Verbreitung. Jeder Schritt in diesem Prozess ist wichtig, um eine erfolgreiche virale Replikation sicherzustellen.
Schritt 1: Adsorption
Der erste Schritt ist die Adsorption. Während dieses Schrittes bindet sich der Bakteriophage an die Oberfläche des Wirtsbakteriums, indem er spezifische Rezeptoren erkennt. Jeder Phagentyp hat eine unterschiedliche Affinität zu den Oberflächenrezeptoren der Bakterien. Dies bestimmt die Wirtsspezifität des Phagen und ermöglicht ihm zu erkennen, mit welchem Bakterium er verbunden ist. Dieser Prozess ist für die Vermehrung der Bakteriophagen entscheidend, da er es dem Virus ermöglicht, sich gezielt an das Wirtsbakterium zu heften.
Schritt 2 Penetration
Der zweite Schritt der Vermehrung von Bakteriophagen ist die Penetration. Sobald sich der Bakteriophage an die Oberfläche des Wirtsbakteriums geheftet hat, muss er in dessen Inneres eindringen, um sich zu vermehren. Dazu verankert er seinen Schwanz, der die Zellwand und die Zellmembran durchdringt. Dadurch kann er sein genetisches Material (DNA oder RNA) in das Wirtsbakterium injizieren. Einige Phagen können auch durch Aufnahme in das Bakterium eindringen. Dieser Schritt ist entscheidend, da er es dem genetischen Material des Phagen ermöglicht, in das Wirtsbakterium einzudringen, wo es sich replizieren kann.
Schritt 3 Replikation
Der dritte Schritt im Vermehrungsprozess von Bakteriophagen ist die Replikation. Sobald sich das genetische Material des Phagen in der Bakterienzelle befindet, übernimmt es die Kontrolle über die zelluläre Maschinerie, um sich selbst zu vervielfältigen. Das Bakterium steht nun unter der Kontrolle des Phagen. Dieser nutzt die Ressourcen der Bakterienzelle, um seine eigenen Proteine und DNA zu synthetisieren. Dadurch wird das Bakterium gezwungen, alle Bestandteile neuer Phagen herzustellen. Dieser Prozess kann mehrere Stunden dauern und erfolgt exponentiell. Die Replikation ist ein entscheidender Schritt für die Produktion neuer Phagen und spielt eine zentrale Rolle bei der Verbreitung des Virus.
Schritt 4 Zusammenbau
Im Vermehrungsprozess von Bakteriophagen ist der vierte Schritt der Zusammenbau. Nachdem die Bakteriophagen ihr DNA innerhalb des Bakteriums kopiert haben, nutzen sie diese neuen Phagen-Bausteine, um sich zusammenzusetzen. So entstehen neue Phagen. Die Proteine des Phagenkopfes sammeln sich um die kopierte DNA und bilden die Struktur des reifen Phagen. Der Phage synthetisiert außerdem Schwänze, Fasern und andere Bestandteile, die es ihm ermöglichen, sich an andere Bakterien anzuheften. Sobald der Zusammenbau abgeschlossen ist, ist der Phage bereit, neue Viren freizusetzen.
Schritt 5: Freisetzung
Der finale Schritt im Prozess der Bakteriophagen-Vermehrung ist die Freisetzung. In dieser Phase wird das Wirtsbakterium zerstört, um die neuen Phagen freizusetzen. Die Phagen vermehren sich in großer Zahl innerhalb des Bakteriums und verursachen dessen Lyse, also die Zerstörung seiner Zellwand und Plasmamembran. Die neuen Phagen werden dann in die Umgebung freigesetzt. Sie können folglich neue Bakterien infizieren und den Vermehrungszyklus wiederholen. Einige Phagen können sich auch ohne Zerstörung der Wirtszelle durch Knospung freisetzen. Dieser Schritt ist essentiell für das Überleben und die Verbreitung von Bakteriophagen. Durch die Zerstörung von Bakterien können Bakteriophagen therapeutisch zur Behandlung multiresistenter Bakterien eingesetzt werden: „Zystitis, Osteitis, Lungeninfektionen, etc.“ Diese Therapie wird als Phagentherapie bezeichnet. Um ihre therapeutische Funktion zu verstehen, klicken Sie bitte auf den folgenden Link: „Wie funktioniert die Phagentherapie“ Um die Funktionsweise eines Bakteriophagen in einem Video zu entdecken, klicken Sie bitte auf den folgenden Link: Das tödlichste Wesen auf dem Planeten Erde: der Bakteriophage.
Der letzte Schritt im Vermehrungsprozess von Bakteriophagen ist die Freisetzung. In diesem Stadium wird das Wirtsbakterium zerstört, um die neuen Phagen freizusetzen. Die Phagen vermehren sich in großer Zahl innerhalb des Bakteriums, was zu seiner Lyse führt – also zur Zerstörung seiner Zellwand und Plasmamembran. Anschließend werden die neuen Phagen in die Umgebung freigesetzt. Sie können dann neue Bakterien infizieren und den Reproduktionszyklus wiederholen.
Einige Phagen können sich auch ohne Zerstörung der Wirtszelle durch Knospung freisetzen. Dieser Schritt ist entscheidend für das Überleben und die Verbreitung der Bakteriophagen.
Da sie Bakterien gezielt zerstören, können Bakteriophagen therapeutisch zur Behandlung multiresistenter Bakterien eingesetzt werden, wie z. B. Blasenentzündungen, Osteitis oder Lungeninfektionen.
Diese Therapie wird als Phagentherapie bezeichnet.
➡ Um ihre therapeutische Funktion zu verstehen, klicken Sie auf den folgenden Link: „Wie funktioniert die Phagentherapie?„
➡ Um die Funktionsweise eines Bakteriophagen in einem Video zu entdecken, klicken Sie auf den folgenden Link: „Das tödlichste Lebewesen der Erde: der Bakteriophage“