Bakteriofag phi29 - Hva er det?

20 september, 2020
Nesten alle har hatt et virus på et tidspunkt, men har du noen gang hørt om virus som infiserer bakterier? I denne artikkelen vil vi fortelle deg alt om bakteriofag phi29.

Virus som infiserer bakterier kalles for bakteriofager. Margarita Salas studerte bakteriofag phi29. Hun oppdaget et enzym som var i stand til å katalysere DNA-amplifisering i høye hastigheter.

Margarita Salas var en spansk biokjemiker som mottok den europeiske oppfinnerprisen i 2019. Hun viet det meste av sin vitenskapelige karriere til studien av et bakteriofagvirus kalt phi29. I dag har dette viruset betydelige bioteknologiske bruksområder.

For å gi deg en bedre ide om hva dette viruset er, så skal vi forklare ordet bakteriofag. Dette ordet kommer fra en kombinasjon av “bakterier” og “fag”. Fag betyr “å spise” på gresk. Vi snakker i utgangspunktet om virus som “spiser” bakterier.

I denne artikkelen skal vi fortelle deg alt om Salas store oppdagelse og dens nytte i forskningsverdenen på den enkleste måten mulig.

Strukturen til et virus

Et virus er et mikroskopisk middel som kan smitte mange organismer som planter, dyr, planter, sopp og bakterier. Virus har ikke en egen enhet. Dette betyr at de er avhengige av andre celler for å reprodusere. Som et resultat blir de betraktet som en type parasitt.

Inne i et virus er det genetisk materiale. Dette materialet – DNA eller RNA – er nødvendig for å kode proteiner. Arvematerialet pakkes eksternt. Deretter binder adhesjonsproteiner dette materialet til overflaten til andre celler.

Begrepet bakteriofag og dets betydning

Bakteriofager (eller fager) er virus som infiserer bakterier. På den ene siden finnes det et virus som implementerer genomene sine i kromosomet til vertscellen. Disse kalles lysogene fager. Disse fagene gir bakteriene gener for å kode nye proteiner. På den annen side finnes det virus som fornyer seg i bakteriene. Disse virusene kalles for litiske fager.

Betydningen av bakteriofager kommer fra deres evne til å redusere bestanden av visse bakterier.

En illustrasjon av bakteriofager

Forskere har brukt bakteriofager siden 1920-tallet. I løpet av denne tiden ga en mikrobiolog ved navn Felix d’Herelle en fag til en 12 år gammel gutt for å behandle dysenteri. Barnet kom seg i løpet av få dager. I 1921 behandlet legene Richard Bruynoghe og Joseph Maisin en hudsykdom kalt stafylokokker med bakterier. De behandlede pasientene ble bedre i løpet av 24 til 48 timer. Leger har også brukt fager for å behandle tusenvis av mennesker med kolera eller byllepest.

Nå for tiden bruker matindustrien fagterapi for å kontrollere E. coli. Leger bruker også denne behandlingen for å behandle smittsomme sykdommer, peritonale sykdommer og svømmeøre. De bruker den også for å eliminere visse bakterier hos personer som lider av cystisk fibrose.

Margarita Salas og bakteriofag phi29

Margarita Salas, utdannet innen biokjemi, var en av de største forskerne i Spania. Salas jobbet tett med Severo Ochoa, som vant en nobelpris i medisin. De to jobbet tett sammen i USA. Ochoa brukte 45 år på å studere bakteriofag phi29 i løpet av 1960-årene. Han oppdaget på tre kjennetegn ved denne unike fagen i løpet av studiene:

  • Den er liten – den har bare 20 gener
  • Kompleksiteten i morfologien
  • Det var stort sett en ukjent fag

Fag phi29 er et lytisk virus som tilhører familien Podoviridae. Den består av dobbeltstrengede DNA-molekyler. I tillegg infiserer den en type bakterier kalt høybasiller og andre bakterier fra slekten Bacillus.

Mange eksperter anser denne bakteriofagen som en modell for studeringen av molekylærbiologi. Det er en modell for å forstå kontrollen av genuttrykk og forskjellige biologiske mekanismer, for eksempel DNA-replikasjon.

Selv om Salas utførte grunnleggende undersøkelser, så har oppdagelsen hennes viktige bioteknologiske bruksområder i dag. Forskere oppdaget funksjonene til bakteriofag phi29 som et DNA-enzym for DNA-amplifisering.

Hva betyr det? La oss se nærmere på dette. Enzymer er proteiner som akselererer kjemiske reaksjoner – de typene som dukker opp i alle organismer. For eksempel er DNA-polymerase i dette tilfellet et enzym som syntetiserer DNA. De er faktisk viktige for DNA-replikasjon.

Hva er DNA-amplifisering?

DNA-amplifisering skjer gjennom en prosedyre som kalles PCR (Polymerase Chain Reaction). I utgangspunktet kan forskere lage millioner av kopier av den sekvensen hvis de ønsker å se nærmere på en spesifikk del av DNA. Deretter lar dette forskere analysere og identifiere denne delen av DNA bedre. En biokjemiker ved navn Kary Mullis opprettet denne prosessen. Han vant faktisk Nobelprisen i kjemi i 1993 på grunn av dette.

Laboratorium

Salas’ funn av bakteriofag phi29 lar forskere amplifisere enda mindre fragmenter av DNA. De kan for eksempel se på DNA på størrelse med en celle! Eksperter kaller denne prosedyren for MDA (Multie Displacement Amplification). Som et resultat er DNA-tester raskere og mer pålitelige.

Til slutt skal vi nevne at Salas’ teknikk har bruksområder innen mange forskjellige vitenskapelige felt, som onkologi, arkeologi og rettsmedisin. For eksempel, hvis kriminaltekniske eksperter finner et hår på et åsted, så lar denne prosessen dem identifisere hvem det tilhører. I tillegg kan onkologer se på enda mindre cellegrupper som forårsaker svulster.

Margarita Salas dedikerte hele livet sitt til forskning. Forskere anser funnet hennes som et mål i den vitenskapelige verden. Det vil åpne mange dører for nye vitenskapelige fremskritt.

  • Salas, M. (2012) My life with bacteriophage phi29. Journal Of Biological Chemistry 287,53.
  • Mojardín, L and Salas, M. (2016) Global transcriptional analysis of virus-host interactions between phage ϕ29 and Bacillus subtilis. Journal of Virology 90,20.
  • Blanco, L, Mencía, M, Lázaro, J.M, Salas, M and De Vega, M. (2010) Improvement of ϕ29 DNA polymerase amplification performance by fusion of DNA binding motifs. PNAS 107, 38.