Bacteriofaag

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
De structuur van een bacteriofaag met 'staart'eiwitten (onderkant).

Een bacteriofaag of kortweg faag is een klein virus dat enkel bacteriën infecteert. Net als andere virussen, die eukaryoten besmetten, bestaan ze uit een buitenste eiwitmantel met daarin genetisch materiaal dat bij 95% van de bekende fagen uit DNA bestaat. Dit DNA is tussen 5 en 300 kbp groot. De meeste fagen (95%) hebben een "staart" die hen toelaat genetisch materiaal in hun gastheer te injecteren.

In de Lijst van virussen staan 200 soorten fagen, waarvan 133 soorten behoren tot de orde Caudovirales.

Geschiedenis[bewerken]

Fagen werden onafhankelijk van elkaar door Frederick Twort in 1915 en Félix d’Hérelle in 1917 ontdekt.

In 1915 ontdekte de Britse bacterioloog Frederick Twort een klein agens dat bacteriën infecteerde en doodde. Hij ging er van uit dat dit agens één van de volgende zaken moest zijn:

  1. een stadium in de levenscyclus van de bacteriën;
  2. een enzym dat door de bacteriën zelf werd geproduceerd; of
  3. een virus dat op bacteriën groeide en ze vernietigde.

Tworts werk werd onderbroken door het begin van de Eerste Wereldoorlog en gebrek aan geld.

Onafhankelijk daarvan meldde de Frans-Canadanese microbioloog Félix d'Hérelle, die op het Pasteur-instituut in Parijs werkte, op 3 september 1917 dat hij "een onzichtbare, antagonistische microbe van de dysenterie bacil" had ontdekt. Voor d’Hérelle was er geen twijfel aan wat hij had ontdekt: "In een flits begreep ik het: wat de heldere vlekken had veroorzaakt, was in feite een onzichtbare microbe ... een virus dat parasiteert op bacteriën."[1] D'Hérelle noemde het virus een bacteriofaag oftewel bacterie-eter (van het Griekse phagein, wat "eten" betekent). Hij meldde ook een geval van een man die aan dysenterie leed en die genas als gevolg van therapie met bacteriofagen.[2]

In 1923 bestudeerde George Eliava, hoofd van het centraal bacteriologisch laboratorium in Tbilisi, Georgië de cholerabacterie in monsters die hij nam uit de rivier de Mtkvari. Na drie dagen bleek de bacterie verdwenen en Eliava legde de link met de door d’Hérelle ontdekte bacteriofagen. d’Hérelle ging vervolgens met Eliava samenwerken in een nieuw instituut in Tbilisi, dat later ter ere van Eliava naar hem werd genoemd. d’Hérelle behandelde in 1919 met succes een uitbraak van kippentyfus met fagen die hij had geïsoleerd uit de uitwerpselen van kippen. Een jaar later werd de eerste mens met dysenterie met succes behandeld. Binnen een paar jaar hadden de wetenschappers meer dan twaalf fagen gevonden die vele bacteriële infecties konden bestrijden. Niettemin werd Eliava door Stalin tot vijand van het volk uitgeroepen en in 1937 geëxecuteerd, waarna d’Hérelle terug naar Parijs vluchtte.

Bacteriofagen werden onderdeel van de reguliere geneeskunde in de sovjetrepubliek Georgië. In de Verenigde Staten was de interesse gewekt van het farmaceutisch bedrijf Eli Lilly, die ze voor de markt ging ontwikkelen. Aanvankelijk waren de resultaten niet overtuigend en onderzoek en productie stopte zodra de antibiotica opkwamen. In de USSR bleef de therapie nog in zwang, en bacteriofagen werden nog regelmatig gebruikt voor wondbehandeling bij Russische soldaten in de Tweede Wereldoorlog. Ook werd zij succesvol ingezet tegen dysenterie en gangreen. Ook na de oorlog hielden Russische wetenschappers nog vast aan deze therapie, maar de Koude Oorlog verhinderde dat de onderzoeksresultaten hiervan het Westen bereikten.

Ondanks de opkomst van de superbacterie begon het onderzoek naar bacteriofagen in de USSR te verflauwen en tegen het midden van de jaren zeventig had het Eliava-instituut zijn deuren praktisch gesloten. De onderzoekers bewaarden de faagmonsters in de koelkasten thuis om te voorkomen dat ze verloren zouden gaan. In 1993 werd het instituut gesloten. Tegenwoordig is bacteriofaagtherapie alleen nog in zwang in Georgië en in mindere mate ook in Polen.

In het Westen begon door de opkomst van antibioticaresistente bacteriën de belangstelling voor bacteriofaagtherapie toe te nemen. Een aantal bedrijven werkt momenteel aan de massaproductie van fagen voor commerciële toepassing bij vee. Het bedrijf Intralytix (dat diverse ex-medewerkers van het Eliava-instituut in dienst heeft genomen) heeft in 2006 van de Food and Drug Administration een vergunning gekregen voor het toepassen van de door hen ontwikkelde faag voor de preventie van listeriose bij pluimvee (ListShield).

Mechanisme[bewerken]

Fagen infecteren slechts bepaalde doelwitbacteriën, omdat ze de juiste aanhechtingsfactoren en de juiste metabolisme-beïnvloedende eigenschappen moeten hebben. Afhankelijk van hun vermeerderingscyclus, kunnen fagen in lytische en lysogene worden ingedeeld. Lytische vermenigvuldigen explosief, waardoor de gastheerbacterie snel barst (lysis), terwijl lysogene fagen zich eerst gaan integreren in het genoom van de bacterie (profaag), waardoor ze bij elke bacterieceldeling mee vermenigvuldigd worden.

Bij stress-omstandigheden voor de bacterie, kunnen de profagen gereactiveerd worden (het mechanisme berust op niet-specifieke signaalstoffen). Een voorbeeld is faag λ van E. coli. Door lysogene conversie kunnen deze profagen de eigenschappen van bacteriën wijzigen. Een bekend voorbeeld is de Vibrio bacteriestam die omgezet wordt in Vibrio cholerae door genen van een faag, zodat ze cholera-toxines produceren en dan pas gevaarlijk worden voor de volksgezondheid.

In de moleculaire biologie worden ze als cloning vector gebruikt om vreemd DNA in bacteriën in te brengen.

Faagdisplay is een methode waarbij producten van grote aantallen genen getest kunnen worden op eiwit-interacties door het inbrengen van deze genbank in fagen.

De faag injecteert zijn genoom, dat de bacteriecel aanzet tot aanmaak van nieuwe faagonderdelen en uiteindelijk tot assemblage ervan.

Het geïnjecteerde faaggenoom wordt als een profaag in het bacteriechromosoom gebracht. Als de bacterie zich deelt, deelt de profaag zich mee. Bacteriofaag: duidelijk te zien zijn het 'hoofdje' met DNA en de 'staart'eiwitten. Lijnschaal is 200 nm groot.

Bacteriofagen als alternatief voor antibiotica[bewerken]

Faagtherapie wordt aangezien als een alternatief voor antibiotica bij het bestrijden van bacteriële infecties.

Het grootste nadeel van bacteriofaagtherapie is dat de bacteriofaag gastheerspecifiek is. Er is bijvoorbeeld één specifieke Escherichia coli bacteriofaag nodig om de E. coli-bacterie te vernietigen. Een arts moet eerst weten welke bacterie de infectie heeft veroorzaakt voordat hij de patiënt kan behandelen. Er bestaat geen "breed spectrum" bacteriofaag, zoals bij antibiotica.

Het grote voordeel van bacteriofagen is echter hun vermogen tot evolutie door even snelle mutatie als hun prooi. Daardoor bestaat er voor bacteriofagen geen "superbacterie" die hen te slim af is - in elk geval niet voor lang - omdat de faag ook blijft muteren totdat hij weer de overhand heeft.

Vaak voorkomende fagen[bewerken]

1: hoofd, 2: staart, 3: nucleïnezuur, 4: eiwitmantel, 5: kraag, 6: schede, 7: staartvezels, 8: grondplaat met stekels
Synechococcus faag S-PM2
Cyanofagen
Mycobacteriofaag Bxb1
Bronnen, noten en/of referenties
  1. Félix d'Hérelles (1917). Sur un microbe invisible antagoniste des bacilles dysentériques (PDF). Comptes rendus Acad Sci Paris. 165: 373–5 . Geraadpleegd op 2010-09-05.
  2. Félix d'Hérelle (1949). The bacteriophage (PDF). Science News 14: 44–59 . Geraadpleegd op 2010-09-05.