Bakteriophage

Ein Bakteriophage ist grundsätzlich aus mehreren Komponenten zusammengesetzt, die sich zwischen den verschiedenen Phagenarten unterscheiden können. Am besten wurden die sog. T-Phagen untersucht.

Ein Phage der T-Subgruppe besteht aus folgenden Teilen:

• Kopf, in dem sich die Nukleinsäure befindet
• Kragen
• Schwanz
• Schwanzfaser an der Endplatte
• Spikes (zum Anheften an das Wirtsbakterium)

Aufgrund der hohen Spezifität befallen Bakteriophagen fast immer nur Stämme innerhalb einer Bakterienart, selten werden von ihnen Artgrenzen überschritten.

Die Vermehrung eines Phagen läuft in mehreren Schritten ab, wobei das Auffinden einer potentiellen Wirtszelle immer am Anfang steht:

• Anheftung des Phagen an das Bakterium
• Übertragung der DNA oder RNA in das Bakterium mit Hilfe der Spikes. Die außen angedockten Komponenten sind nun nur noch eine funktionslose Hülle.
• In der Latenzphase findet nun die Transkription, Translation und Replikation der viralen Nucleinsäure statt.
• Aufbau neuer Phagenhüllen und gleichzeitig Bildung von Lysozymen, die für die folgende Auflösung der Bakterienzellwand unerlässlich sind
• Freisetzung der Phagen unter Auflösung der Bakterienzellwand

Ein solcher Vermehrungszyklus dauert ca. 0,5 - 4 Stunden.

Phagen und Bakterien unterliegen einer ständigen Evolution und gemeinsamen Co-Evolution in natürlichen Habitaten, auch im menschlichen oder tierischen Mikrobiom.

Eine besondere Gruppe von Phagen sind die so genannten temperenten Phagen. Diese Phagen lösen nach der Vermehrung das Bakterium ggf. nicht sofort auf und setzen sich frei, sondern bauen ihre DNA oftmals in die Bakterien-DNA ein und lassen somit eine Replikation beider Nukleinsäuren zu.

Diesen Vorgang bezeichnet man als Lysogenie. Die Phagen können jederzeit wieder aus ihrem latenten Status austreten und dann den "normalen" Vermehrungszyklus fortsetzen.

Um ihre eigene DNA vor der Zerstörung durch Phagen zu schützen, haben Bakterien einen Weg gefunden, die virale DNA/RNA vor Einbau in ihr Genom aufzufinden und zu zerstören.

So methylieren viele Bakterien ihre DNA, um sie vor Restriktionsendonukleasen zu schützen. Hierbei werden die Methylgruppen auf die Purinbase Adenin und die Pyrimidinbase Cytosin übertragen. Es entstehen 6-Methyladenin und 5-Methylcytosin.

Auf der anderen Seite hat die Evolution die Viren ebenso mit ausgeklügelten Tricks ausgestattet, die Verteidigung der Bakterien zu überlisten. Die virale DNA nutzt die bakterieneigene Methyltransferase zu ihren eigenen Zwecken und tarnt sich somit vor der Restriktionsendonuklease. Die Restriktionsendonuklease wird von dem Virus so weit gehemmt, dass eine ausreichende Vermehrung stattfinden kann. Es wird eine eigene Methyltransferase synthetisiert, welche die virale DNA selber methylieren kann und somit vor einem Abbau schützt.

Phagen spielen heutzutage besonders in der Gentechnik eine wichtige Rolle. So können Phagen als Vektoren genutzt werden, welche in Bakterien oder Körperzellen modifizierte DNA übertragen. Diese Übertragung kann der Gewinnung von Arzneistoffen oder der Therapie von Gendefekten dienen.

Phagen sind darüber hinaus ein möglicher Ansatz für die Therapie bakterieller Infektionen. Diese Behandlungsmethode wird als Phagentherapie bezeichnet.