Bakteriofágy

Profágy sú genómy bakteriofágov, bakteriálnych vírusov. Bakteriofágy sú obligatórne parazity, samy nemajú vlastný metabolizmus a nemôžu sa rozmnožovať mimo bakteriálnej bunky. Obsahujú iba jeden druh nukleovej kyseliny (DNK alebo RNK), ktorá je uzatvorená v bielkovinovom plášti - kapside. Niektoré fágy majú bičíky s koncovou doštičkou a bičíkovými vláknami. Infekcia bakteriálnej bunky bakteriofágom začína adhéziou na receptory povrchu bakteriálnej bunky. Potom bakteriofág vpraví do bunky svoju nukleovú kyselinu, zatiaľ čo bielkovinný obal zostáva mimo baktérie. V bakteriálnej bunke dochádza k replikácii profága, k syntéze zložiek kapsidy a ďalších bielkovín, k lýze buniek a uvoľneniu zrelých infekčných bakteriofágov (lytická infekcia bakteriálnej bunky). Takéto fágy sa označujú ako fágy virulentné.

Okrem fágov virulentných existujú aj fágy temperované. U nich sa fágová DNK vbuduje (integruje) do chromozómu bakteriálnej bunky a chová sa ako normálny stavebný kameň bakteriálnej DNK. Baktéria sa stáva lyzogénnou. Ak pri tom dôjde k zmene fenotypu baktérie hovorí sa o lyzogénnej konverzii. Prirodzený výskyt lyzogénnych kmeňov je častý predovšetkým u druhov salmonel, E . coli, P. aeruginosa, S. aureus a iných. Profágy prítomné v lyzogénnych baktériách bránia superinfekcii rovnakými alebo príbuznými bakteriofágmi, čo je podstatou špecifickej identifikácie baktérií - fagotypizácie bakteriálnych kmeňov, ktorá je založená na tom, že lyzogénne kmene s integrovaným bakteriofágom sú nevnímavé voči štandardným bakteriofágom používaným pri fagotypizácii. Metóda sa využíva pre bližšiu identifikácii izolovaných kmeňov pri nozokomiálnych infekciách alebo hromadných intoxikáciách z potravín, lebo napomáha poznať proces šírenia sa daného kmeňa v populácii a identifikovať cesty jeho prenosu.

Prenos genetickej informácie. Genetická informácia sa môže prenášať vertikálne (na priame potomstvo, keď sa pri delení bakteriálnej bunky do dcérskych buniek prenášajú kópie chromozómu, plazmidov alebo profágov), alebo horizontálne (medzi bunkami toho istého druhu alebo medzi bunkami rôznych rodov a druhov). Medzibunkový prenos genetickej informácie zabezpečujú transdukcia, konjugácia a transformácia.

Transdukcia je prenos genetickej informácie sprostredkovaný bakteriofágmi tak, že bakteriofág infikujúci jednu bunku sa uvoľní do prostredia a pri infekcii ďalšej bakteriálnej bunky do nej vnáša aj príslušný gén.

Konjugácia je prenos genetickej informácie plazmidmi. U gram- baktérií umožňujú konjugačné pili (F fimbrie) prepojenie darcovskej a recipientnej bunky a prenos plazmidovej DNK. Keďže plazmidy môžu byť nositeľmi akéhokoľvek génu a môžu sa aj integrovať do chromozómu, predstavujú najrozšírenejší prirodzený vektor prenosu génov. Pri konjugácii g+ baktérií sa kontakt buniek realizuje pomocou „sexferomónu“, ktorý vytvára recipient.

Transformácia je prenos genetickej informácie priamo DNK, ktorá vnikla do bunky z vonkajšieho prostredia. Zvláštnym prípadom transformácie je transfekcia, kedy je do bunky vnesený purifikovaný genóm fága, ktorý sa rozmnoží a vznikajú tak kompletné bakterifágy. Baktérie sa po vnesení cudzorodej DNK do bunky bránia, preto účinná transformácia je možná iba za stavu kompetencie bunky, ktorý sa navodí umelo alebo môže vzniknúť spontánne počas rastového cyklu baktérie. Ku zmenám genotypu bakteriálnej bunky môže dôjsť buď rekombináciou alebo mutáciou.

Rekombinácia vzniká prerušením a opätovným spájaním molekúl DNK sprevádzaným výmenou ich častí. Dochádza k nej v prípadoch, keď do recipientnej bakteriálnej bunky prenikne parasexuálnym procesom fragment chromozómu donorskej baktérie a jeho časť sa vbuduje do chromozómu recipienta. Rekombinantná bunka má vlastnosti oboch rodičov, zachováva si genotyp recipienta a získava vlastnosti donora.

Mutácie sú dedičné zmeny genómu, ktorých podstatou je zmena v poradí nukleotidových sekvencií, ktoré vedú k zmene funkcií a k zmenám fenotypu bunky – vitálne mutácie, alebo vedú k uhynutiu – letálne mutácie. Podľa pôvodu sa mutácie delia na spontánne a indukované. Ku spontánnym mutáciám dochádza príležitostne v každej bunke. Ide o zmeny genetického základu, ktoré vznikajú vplyvom žiarenia (radiáciou), chemickým vplyvom zložiek prostredia alebo chybami v replikácii genómu. Vyskytujú sa v nízkej frekvencii približne jedna na 107 – 1011 buniek.

Indukované mutácie vznikajú v dôsledku zámerného vonkajšieho zásahu. Činitele, ktoré tieto mutácie spôsobujú sa označujú ako mutagény a delia sa na fyzikálne a chemické. Fyzikálne mutagény sú všetky druhy žiarenia. Chemické mutagény pôsobia tak, že môžu nahradzovať prírodné nukleové bázy (sú ich analógmi), meniť DNK deamináciou alebo depurináciou, viazať sa na DNK (akriflavínové farbivá, aktinomycín B) alebo spôsobiť zlomy reťazcov DNK. Podľa rozsahu sa mutácie delia na bodové (zmena jednej nukleovej bázy) a segmentové (zmena úseku DNK).