Kuidas tähistate faagi aastat? Isegi kui te pole kunagi neist pisikestest bakterit tapavatest viirustest kuulnud, olete neid kindlasti kohanud. Triljoneid bakteriofaagid ehk faagid ja sarnased viirused eksisteerivad planeedil ja paljudes kohtades ületavad nad isegi kohalike bakterite arvu.
Seotud sisu
- Verehüübed, maksarakud ja linnugripp on mikroskoobi all üllatavalt ilusad
Faagid on spetsialiseerunud bakterite nakatamisele ja geenide vahetamisele, et nad saaksid paljunemiseks kasutada oma peremehi. Erinevates vormides juhivad faagid bioloogilisi protsesse kehas ja ökosüsteemides. Nüüd, sajand pärast nende avastamist, on nende pisikeste olendite ja nende ahvatlevate võimaluste kohta veel palju õppida - näiteks kuidas kujundada konstrueeritud faagi viirusi, mis suudavad mõrvata ka kõige ravimikindlamad bakteriaalsed infektsioonid.
San Diego riikliku ülikooli metsa Rohwer, filmi Elu meie faagimaailmas kaasautor , selgitab, miks ta soovib, et maailm tähistaks 2015. aastat faagiaastaks:
Miks tähistada faage nüüd?
Nüüd on möödas 100 aastat, kui oleme neist asjadest tõesti teada saanud. Sõltuvalt sellest, kellele soovite esimesena avastatud faagid öelda, oli esimene päris konkreetne näide 1915. aastal. [Briti bakterioloog Frederick W. Torti peetakse üldiselt avastuseks.] Ja nüüd, pärast inimeste arvu tõelist aeglustumist valdkonnas, ma ütleksin, et viimase kümne aasta jooksul on toimunud taassünd. Inimesed mõistavad, et need asjad on ökosüsteemide, mikroobide mitmekesistamise ja geenide jagamise olulised tegurid kõikjal. Nii et saate selles valdkonnas tõesti kaasa lüüa ja oma panuse anda ning avastada uusi, suuri ja olulisi asju. Bioloogi seisukohast on see väga lõbus.
See, et nad on nii üldlevinud, on peaaegu pisut segane.
Ühes milliliitris merevees on nagu 10 miljonit faagi ja neist peaaegu 100 miljonit grammis pinnases. Neid on tõesti kõikjal, põhimõtteliselt kõiges, millest võite mõelda, ja nad on uskumatult mitmekesised. Kuid need on vaid osa süsteemist. Enamikul juhtudel on need meile täiesti kahjutud. Tegelikult on nad tõenäoliselt meile enamasti abiks.
Milliseid asju nad teevad?
Noh, zombi võrdlus on ühe käitumise jaoks õige. Faagid lähevad sisse ja nad muudavad oma DNA osa bakterite DNA-st ning see paneb baktereid sageli tegema teistsuguseid asju, kui nad muidu oleksid. Üks hea viis selle toimimiseks mõelda on sümbioosi ettekujutamine laias valikus, alates haigustekitajatest kuni vastastikuse mõistmiseni. Mis tahes sellises süsteemis, mida vaatate, näib, et kohalikke kohandusi tegevad geenid on omandatud ülekandmise teel. Näiteks inimese soolestikus on teil teatud arv baktereid, kes elavad koos teiega, kuid elu jooksul juhtub see, et need bakterid omandavad geene [faagidest], mis võivad olla kasulikud, kahjulikud või neutraalsed võõrustaja.
Nii et sellel DNA-vahetusel võib olla tohutu hulk tulemusi?
Õige. See on tegelikult piirkond, kus faagid võivad inimestele mõnikord kahjulikud olla, kui faagi kannavad haigust põhjustavad geenid. Nii et paljud patogeenid eksisteerivad ainult seetõttu, et bakteritel, mis pole tavaliselt patogeenid, on faagi lisatud erinevad geenid. Ilmselt kõige kuulsam näide on koolera, kus nad tõesti teavad hästi, kuidas faag selle haiguse põhjustab. See juhtub ka paljude toidumürgitust põhjustavate E. coli tüvede puhul.
Elu meie faagimaailmas
OstaAga kasulik pool?
Kui vaadata üle korallrahu, on teil rifiga seotud põhimõtteliselt sama tüüpi bakterid. Kuid siis näete erinevates kohtades, on omandatud erinevad geenid, mis võimaldavad bakteritel kohaneda kohalike tingimustega. Ja sel juhul on see hea asi, kui riffi üldise tervise edendamine. Teine pool on lihtsalt bakterite tapmine, sest see on nende toiduobjekt. See on tõesti teine peamine asi, mida nad teevad.
Kuidas saab see bakterimõrv toimida haiguse sihikule?
See on 100 aastat olnud mõte. Algselt arvasid inimesed, et nad on leidnud võlukilbi, mikroobid, et mikroobid ära tappa. Kuid siis hakkasime kasutama antibiootikume ja enamasti on need need, mida me tänapäevalgi kasutame. Kohad, kus nad võivad faagiteraapiat palju kasutada, asuvad Venemaal või Poolas. Kuid läänemaailmas on liikumine neid taas kasutada, eriti kuna paljud bakterid on muutunud antibiootikumide suhtes resistentseks.
Miks on nende potentsiaal haigustega võidelda nii suur?
Seal on mõned eelised. Antibiootikumid tapavad põhimõtteliselt kõik bakterid või suure osa neist ja te ei soovi seda paljudel juhtudel. Te ei soovi tappa kõiki soolestiku baktereid iga kord, kui teil on see nakkus. Sellepärast on faagid nii huvitavad: nad sihivad ja jahivad teatud patogeeni tüve. Samuti saab ühest faagist paari tunniga miljon. Antibiootikum ei võimendu kunagi, peate neid pidevalt oma kehasse panema. Kui aga faagid on sihtbakterid olemas, meelitab see rohkem neid asju, mis seda tapavad, ja see on see, mida te loodate. Ja kui sihtbakterid on kadunud, peaksid kaduma ka sellest toituvad faagid.
Kas me saame luua faage kunstlikult, et need oleksid suunatud täpselt kahjulikele bakteritele, mida me jälgime?
Jah. Ma arvan, et nende eraldamisel looduse paljudest erinevatest faagidest on natuke jama ajalugu - mõnikord see töötab, mõnikord mitte - ja regulatiivsest seisukohast jääb see alati pisut visandlikuks. Usun, et süntees on tee, kuhu me läheme. Oleme neid juba mõnda aega, alates 1970. aastatest või isegi varem, kavandanud ja teame neist üsna vähe. Võite lihtsalt võtta konkreetse DNA tüki, lisada selle katseklaasi, milles on faagi moodustavad valguosad, ja sellest saate elujõulise faagi. DNA algatab elujõulise faagi loomise, nii et see on tõesti mingi maagiline nanomagin.
See kõlab ideaalselt, nii et mis on uute faagiravi viis?
Me kulutame antibiootikumi väljatöötamiseks sadu miljoneid dollareid. Siiani pole sellist investeeringut olnud, mida oleks vaja, et arendada faagid tasemeni, kus enamikul meist oleks neid mugav kasutada. Kui mul on bakteriaalne infektsioon, lähen praegu veel antibiootikumide juurde.
Kui palju on meil veel vaja õppida pärast sajandi faagide uurimist?
Teame nende kohta palju, sest need olid tööriistad, mida kasutati molekulaarbioloogia arendamiseks, DNA toimimise teada saamiseks ja tegelikult molekulaarsel tasemel asjade uurimiseks. Nii et sel juhul teame palju. Kui rääkida keskkonnas toimuvast, siis me teame väga laialdaselt, milliseid asju nad teevad, kuid isegi inimese kehas toimuva spetsiifikast teame me väga vähe.
Nende geneetiline mitmekesisus, mis on enamasti tundmatu, on uskumatu. Enamikus valdkondades võime öelda, et me ei tea, mida konkreetne geen teeb, kuid vähemalt oleme seda varem näinud. Faagiainete abil saate minna ükskõik millisesse keskkonda, mida soovite valida, ja enamikku geene, mida nad kannavad, ehk 80 protsenti, me mitte ainult ei tea nendest geenidest midagi, vaid me pole neid isegi varem näinud. Praegu on see algav teadus ja kogu aeg toimub uusi avastusi. See on üks neist kohtadest, kuhu igaüks võib minna, ja teile on põhimõtteliselt garanteeritud, et leiate midagi lahedat.
