Bakteriofag phi29 – czym dokładnie jest ten wirus?
Wirusy infekujące bakterie nazywane są bakteriofagami. Margarita Salas badała bakteriofag phi29 i odkryła enzym zdolny do katalizowania amplifikacji DNA z dużą prędkością.
Margarita Salas była hiszpańską biochemiczką, która w 2019 roku otrzymała Nagrodę Europejskiego Wynalazcy. Większość swojej kariery naukowej poświęciła badaniu wirusa bakteriofaga o nazwie phi29. Obecnie wirus ten ma znaczące zastosowania biotechnologiczne.
Aby lepiej zrozumieć, czym jest ten wirus, wyjaśnimy, czym jest bakteriofag. To słowo pochodzi od połączenia słów „bakteria” i „fag”. Fag oznacza po grecku „jeść”. Mówimy więc w zasadzie o wirusach, które „zjadają” bakterie.
W tym artykule w możliwie najprostszy sposób opowiemy o wielkim odkryciu Salas i jego przydatności w świecie badań.
Struktura wirusa
Wirus to mikroskopijny czynnik, który może zakażać wiele organizmów, takich jak zwierzęta, rośliny, grzyby i bakterie. Wirusy nie mają własnej jednostki. Oznacza to, że rozmnażanie się ich zależy od innych komórek. W rezultacie są uważane za rodzaj pasożyta.
Wewnątrz wirusa znajduje się materiał genetyczny. Ten materiał – DNA lub RNA- jest niezbędny do kodowania jego białek. Materiał genetyczny jest zawijany zewnętrznie. Następnie białka adhezyjne wiążą ten materiał z powierzchnią innych komórek.
Pojęcie bakteriofag i jego znaczenie
Bakteriofagi (lub fagi) to wirusy, które infekują bakterie. Z jednej strony istnieją wirusy, które wszczepiają swoje genomy do chromosomu komórki gospodarza. Nazywane są fagami lizogennymi.
Fagi te dostarczają bakteriom genów do kodowania nowych białek. Zaś z drugiej strony istnieją wirusy, które replikują się w bakteriach. Wirusy te nazywane są fagami litowymi.
Znaczenie bakteriofagów wynika z ich zdolności do zmniejszania populacji niektórych bakterii.
Naukowcy używali bakteriofagów od lat dwudziestych XX wieku. W tym czasie mikrobiolog Felix d’Herelle podał 12-letniemu chłopcu faga w celu leczenia czerwonki. W ciągu kilku dni dziecko wyzdrowiało.
Następnie, w 1921 roku, lekarze Richard Bruynoghe i Joseph Maisin leczyli bakteriofagami chorobę skóry zwaną gronkowcem. U leczonych pacjentów nastąpiła poprawa w ciągu 24 do 48 godzin. Lekarze używali również fagów w leczeniu tysięcy ludzi z cholerą lub dżumą dymieniczą.
Obecnie, przemysł spożywczy stosuje terapię fagową do zwalczania E.coli. Lekarze stosują tę terapię również w leczeniu chorób zakaźnych, chorób otrzewnej i ucha pływaka. Używają go również do eliminacji niektórych bakterii u osób cierpiących na mukowiscydozę.
Margarita Salas i bakteriofag phi29
Margarita Salas, absolwentka biochemii, była jednym z najwybitniejszych naukowców w Hiszpanii. Salas ściśle współpracowała z Severo Ochoa, który zdobył nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny.
Oboje ściśle ze sobą współpracowali w Stanach Zjednoczonych. Ochoa spędził 45 lat na badaniu bakteriofaga phi29 w latach sześćdziesiątych XX wieku. Podczas studiów oparł się na trzech cechach tego wyjątkowego faga:
- Jego mały rozmiar – ma tylko 20 genów
- Złożoność jego morfologii
- Był to w dużej mierze nieznany fag
Fag phi29 to wirus lityczny należący do rodziny Podoviridae. Składa się z dwuniciowych cząsteczek DNA. Dodatkowo infekuje rodzaj bakterii o nazwie Bacillus subtilis i inne bakterie z rodzaju Bacillus.
Wielu ekspertów uważa tego bakteriofaga za model do badań biologii molekularnej. To model pozwalający zrozumieć kontrolę ekspresji genów i różne mechanizmy biologiczne, takie jak replikacja DNA.
Chociaż Salas prowadziła podstawowe badania, dziś jej odkrycie ma ważne zastosowania biotechnologiczne. Naukowcy odkryli, że bakteriofag phi29 działa jako enzym DNA do amplifikacji DNA.
Co to więc znaczy? Rozłóżmy to na części. Enzymy to białka, które przyspieszają reakcje chemiczne – takie, które występują we wszystkich organizmach. Na przykład, w tym przypadku polimeraza DNA jest enzymem syntetyzującym DNA. W rzeczywistości są one niezbędne do replikacji DNA.
Czym jest amplifikacja DNA?
Amplifikacja DNA zachodzi poprzez procedurę zwaną PCR (reakcja łańcuchowa polimerazy). Zasadniczo, jeśli naukowcy chcą przyjrzeć się bliżej określonej części DNA, mogą wykonać miliony kopii tej sekwencji.
Następnie pozwala to naukowcom na lepszą analizę i identyfikację tej części DNA. Proces ten stworzył biochemik Kary Mullis. Właśnie dzięki temu zdobył w 1993 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.
Odkrycie przez Salas bakteriofaga phi29 umożliwia naukowcom amplifikację nawet mniejszych fragmentów DNA. Na przykład, mogą spojrzeć na DNA wielkości komórki! Eksperci nazywają tę procedurę MDA (ang. Multiple Displacement Amplification). W rezultacie testy DNA są szybsze i bardziej wiarygodne.
Na przykład, jeśli eksperci medycyny sądowej znajdą włos na miejscu zbrodni, proces ten pozwala im zidentyfikować, do kogo należy. Ponadto onkolodzy mogą przyjrzeć się nawet mniejszym grupom komórek, które powodują nowotwory.
Margarita Salas poświęciła całe swoje życie badaniom. Badacze uważają jej odkrycie za punkt odniesienia w świecie naukowym. Otworzy wiele drzwi do nowych osiągnięć naukowych.
Wszystkie cytowane źródła zostały gruntownie przeanalizowane przez nasz zespół w celu zapewnienia ich jakości, wiarygodności, aktualności i ważności. Bibliografia tego artykułu została uznana za wiarygodną i dokładną pod względem naukowym lub akademickim.
- 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.