Come profago il DNA fagico dei batteriofagi temperati viene chiamato quando è presente nella cellula ospite batterica. I batteriofagi furono scoperti da Félix Hubert d'Hérelle nel 1917. Sono virus che si sono adattati a batteri specifici. Nel corso della ricerca successiva, è stata fatta una distinzione tra fago litico ad alta virulenza e fago temperato con profago silente e ciclo lisogenico.
Cosa sono i profagi?
Il profago del batteriofago temperato può essere presente come plasmide nella cellula ospite o essere integrato nel DNA batterico. Per questo, il fago temperato deve adottare il ciclo lisogenico quando viene iniettato il DNA del fago. Viene fatta una distinzione tra il ciclo litico e il ciclo lisogenico. Mentre il ciclo litico provoca una rapida replicazione e successiva lisi della cellula ospite dopo l'iniezione del materiale genetico, nel ciclo lisogenico i geni repressori del fago vengono iniettati nella cellula ospite per sopprimere il ciclo litico, cioè la rapida dissoluzione della cellula.
Il fago temperato può passare dal ciclo litico a quello lisogenico a seconda delle condizioni ambientali prevalenti. Il ciclo litico si riferisce al modo convenzionale in cui i geni fagici operano all'interno della cellula ospite. La replicazione rapida all'interno della cellula ospite avviene dopo l'iniezione del DNA virale. Dopo che le proteine del capside e delle fibre della coda si sono replicate in aggiunta al DNA virale e numerose nuove particelle virali sono state assemblate dalle singole parti, la parete cellulare della cellula ospite viene scomposta dal lisozima. Quando la parete cellulare si dissolve, i nuovi fagi vengono rilasciati e il loro DNA può ora essere iniettato in altre cellule batteriche. Questo processo è completato in circa un'ora.
A causa dell'elevato numero di nuove particelle virali, questo approccio è chiamato "forma virulenta". Poiché la parete cellulare dell'ospite viene distrutta per mezzo del lisozima, viene utilizzato il termine "ciclo litico". Nel caso del fago temperato, la replicazione rapida e la successiva lisi della cellula ospite non devono necessariamente entrare in vigore. A seconda dei fattori ambientali esistenti, il fago temperato può passare dal ciclo litico a quello lisogenico. Il ciclo litico può essere soppresso mediante l'iniezione di geni repressori e il ciclo lisogenico può iniziare indefinitamente.
Nel ciclo lisogenico, il materiale genetico del fago viene inserito nel materiale genetico del germe e può sopravvivere qui per un periodo di tempo indefinito. Il materiale genetico iniettato viene indicato come "fermo" e definito come "profago". Il profago può trovarsi come un plasmide nel citoplasma della cellula ospite o essere integrato nel materiale genetico del batterio.
L'integrazione del materiale genetico virale richiede un alto grado di specializzazione. Il genoma dei fagi temperati può essere attaccato solo a determinate posizioni nel DNA batterico. Al contrario, il materiale genetico dei singoli ceppi di fago temperato può sempre essere identificato nelle stesse posizioni nel genoma batterico.
Il successo dell'adattamento rende i profagi beneficiari della divisione cellulare batterica. Quando la cellula ospite divide la mitosi, il materiale genetico virale viene trasmesso. L'ulteriore trasmissione ad altri batteri può avvenire attraverso la coniugazione. I profagi possono quindi diffondersi attraverso diverse vie di trasmissione su interi ceppi batterici. A causa di influenze ambientali come la luce UV o alcune sostanze chimiche, il profago può tornare al ciclo litico e sforzarsi per una replicazione aggressiva.
Il profago si avvale anche dei processi di trascrizione della cellula ospite: i geni repressori iniettati del fago vengono riconosciuti come danni al DNA da alcuni enzimi del batterio e vengono scomposti. La degradazione dei geni repressori è autodistruttiva all'interno della cellula ospite. Il ciclo litico non può più essere soppresso e il profago passa dallo stato lisogenico alla replicazione aggressiva, che termina con la successiva dissoluzione della parete cellulare batterica.
Evento, distribuzione e proprietà
I fagi sono virus altamente specializzati che si sono adattati a singoli ceppi di batteri. Quindi non tutti i batteriofagi possono accedere a tutti i batteri. La moltiplicazione senza la specifica cellula ospite non è possibile per il batteriofago. L'alto livello di specializzazione significa che i batteriofagi possono essere trovati nello stesso terreno delle loro cellule ospiti.
Lo stesso vale in misura ancora maggiore per i profagi. Poiché i profagi non sono virus convenzionali e si presentano solo come materiale ereditario virale all'interno dell'organismo ospite, non possono essere trovati al di fuori delle cellule assegnate a causa della sola definizione.
Inoltre, va detto che i batteriofagi da soli nell'acqua di mare hanno un numero di (10 alla potenza di 30) e quindi sono presenti più fagi che esseri viventi su tutto il pianeta. Al contrario, esiste un numero molto piccolo di diciannove batteriofagi ufficialmente ricercati, il che rende difficile fare una dichiarazione precisa sull'evento.
Significato e funzione
La fagoterapia è stata sviluppata negli anni '20 ed è ancora utilizzata con successo nell'Europa orientale per combattere varie malattie infettive. I vantaggi della terapia fagica sono evidenti: i batteriofagi danneggiano solo i singoli ceppi batterici, mentre gli antibiotici hanno un effetto generalmente dannoso sui batteri nel corpo.
La scoperta della penicillina negli anni '40 portò all'uso massiccio di antibiotici in Occidente e, di conseguenza, alla fine della ricerca sui fagi. Il successivo accumulo di numerose resistenze agli antibiotici ha innescato un crescente interesse per i batteriofagi negli anni '90.
La fagoterapia si concentra sui batteriofagi con virulenza aggressiva e un ciclo esclusivamente litico, mentre batteriofagi e profagi temperati hanno finora svolto solo un ruolo subordinato.
Malattie e disturbi
Alcuni patogeni possono sviluppare la loro virulenza solo attraverso la simbiosi con i profagi. Il Clostridium botulinum può produrre la temuta tossina botulinica solo con l'aiuto del DNA fagico integrato. Lo Streptococcus pyogenes può scatenare la scarlattina solo in combinazione con il DNA del profago.
Vibrio cholerae produce il colera solo attraverso speciali profagi. Ciò mostra anche l'importanza dei fagi per la medicina umana. Interi ceppi batterici potrebbero perdere il loro potenziale patogeno se i profagi responsabili potessero essere specificatamente disattivati.
