Tyto bakteriofágy , nebo fágy ( Greek , phageton prostředky spotřeba potravy /), řidčeji bakteriální viry , jsou viry nakazí pouze bakterie . Jsou všudypřítomné v celé biosféře . Vyskytují se všude, zejména proto, že prostředí je bohaté na bakterie, zejména ve velkém množství ve výkalech, půdě a odpadních vodách; v jednom mililitru mořské vody je téměř 50 milionů bakteriofágů. Nosičem genetické informace ( genomu ) bakteriofágů může být DNA nebo RNA . Fágy jsou svými kapsidy kvalifikovány jako komplexní viry.
Objev aktivity bakteriofágů provedl v roce 1897 Félix d'Hérelle, když si všiml děr v těchto bakteriálních kulturách pro boj proti rojům kobylky ve Střední Americe, ale jehož význam pochopil až v roce 1917, když provedl stejné pozorování ve stolici u pacientů trpících bacilární úplavicí (onemocnění tlustého střeva ) izolovali první fágy a vyvinuli první fagoterapeutické aplikace .
V roce 1915 si Frederick W. Twort (z Londýna ) také všiml, že kolonie mikrokoků někdy získávají skelný vzhled kvůli destrukci bakteriálních buněk a že tato vlastnost je přenosná na normální kolonie jednoduchým kontaktem.
Fágy jsou základními nástroji pro výzkum a studium molekulární genetiky . Slouží mimo jiné pro vektory pro klonování a přenos genů (nazývaných také transdukce). V letech 1940–1960 umožnily práce na bakteriofágech dosáhnout mnoha pokroků v oblasti molekulární biologie (pokroky, které učinil Max Delbrück v rámci „ fágové skupiny “), a zejména umožnily objevte, že nukleové kyseliny byly nositelem genetické informace (experiment Hershey-Chase v roce 1952).
Bakteriofágy se ve Francii používaly k léčebným účelům přibližně od roku 1920 do roku 1990 a stále se používají v bývalém východním bloku , kde lze bakteriofágy koupit v lékárnách bez lékařského předpisu. Ve Francii se potýkají s neschopností zdravotnických orgánů k urychlení znovuzavedení fágové terapie pro regulační a administrativních důvodů, sdružení a skupin pacientů a lékařů jsou s důrazem na významné výhody, které může přinést pacientům infikovaným bakteriemi. Rezistentní v situacích terapeutické slepá ulička nebo recidivující chronická infekce a nedostatek rizika vidět během 70 let používání ve Francii v XX -tého století.
Stejně jako viry, které infikují eukaryoty , má fág genetický materiál zapouzdřený ve složité proteinové struktuře, která se obvykle skládá z hlavy a ocasu. U více než 95% známých fágů je tento materiál dvouřetězcovou molekulou DNA o délce 5 až 650 kbp ( kilobáze ) a jejich velikost se pohybuje od 24 do 200 nm . Bakteriofágy s genomem větším než 200 kbp se nazývají „jumbo fágy“.
Fágy jsou charakterizovány přítomností „ lyzačních plaků “ . Infekce bakteriální buňky jediným fágem může způsobit jeho lýzu asi po dvaceti minutách s uvolněním několika desítek nebo dokonce stovek fágových částic. V laboratoři každá takto uvolněná částice infikuje novou bakterii a zahájí lytický cyklus znovu. V důsledku těchto kaskádových mikroskopických lýz se v bakteriální podložce na povrchu agarů tvoří „lyzační plaky“ , které umožňují číst výsledky testu pouhým okem. Velikost a vzhled těchto lyzačních plaků tvoří fenotyp, který přispívá k charakterizaci fágů.
Bakteriofágy, které se samy nemohou množit, vstříknou svůj genetický materiál do hostitelských bakterií. Díky hostitelským enzymům a ribozomům (a určitým virovým proteinům podle případu) lze virový genom replikovat a překládat za vzniku mnoha kopií viru, které se uvolňují pomocí lýzy hostitelských bakterií: mluvíme o lytickém cyklu nebo výrobního cyklu.
Některé bakteriofágy se chovají odlišně, jejich genetický materiál je replikován a integruje se s chromozomem bakterie (nebo existuje jako plazmid ), ale není exprimován za vzniku virionů. Virus se pak označuje jako profág , který se přenáší na potomky infikovaných bakterií (lysogenní linie) a mluvíme o lysogenii nebo lysogenním cyklu . V reakci na indukci (např. Stres bakterií) se lysogenní infekce přepne do lytického cyklu.
Od jednoho druhu k druhému může cyklus replikace fága v buňce sledovat několik vzorů:
Fágy, stejně jako jiné viry, jsou citlivé na sluneční UV záření , o nichž je známo, že pomáhají ničit viry, a to alespoň v horní části vodního sloupce a více či méně hluboko v závislosti na zákalu vody.
Ve více eutrofních nebo dokonce dystrofických vodách se další příčinou virové destrukce (stále špatně pochopené) jeví přítomnost rozpuštěných, tepelně labilních a vysokomolekulárních (více než 30 kDa ) antivirových molekul , jako jsou proteázy nebo jiné bakteriální enzymy pravděpodobně které během experimentů prováděných Noble & al. v roce 1997 se zdálo, že je zodpovědné za přibližně 1/5 maximálního rozpadu virů; kromě slunečního záření, které eliminuje maximálně 1/3 až 2/3 (pokud jde o nepůvodní viry) a 1/4 až 1/3, pokud jde o nativní viry, což naznačuje společné evoluční jevy evoluční adaptace mezi bakterie a viry a podle rychlosti pronikání slunečního UV záření do vodního sloupce.
Subjekt odpovědný za nomenklaturu a taxonomii virů se nazývá Mezinárodní výbor pro taxonomii virů (ICTV). V současné době existuje v ICTV asi dvacet různých morfologií bakteriálních virů. V roce 2000 bylo pozorováno a popsáno více než 5 000 různých bakteriofágů. Více než 95% z nich mělo ocas zapojený do vstupu fágové DNA do bakteriální buňky (rodina Caudovirales ). Morfologie ocasu umožňuje tuto velkou rodinu rozdělit do 3 skupin :
Jelikož fágy mohou nést ve svém genomu geny, které jsou doplňkem jejich životního cyklu, účastní se horizontálních přenosů genů mezi bakteriálními populacemi. Je to transdukce . Když tyto doplňkové geny kódují faktory virulence, infikovaná bakterie vidí, že se zvýšila její patogenita - to je fenomén „lysogenní přeměny“.
Známým příkladem jsou geny toxinu Stx pro enterohemoragickou Escherichia coli ( EHEC ). Tyto geny stx jsou lokalizovány v sekvencích lambdoidních bakteriofágů integrovaných do chromozomu. EHEC by proto vznikly lysogenní přeměnou. Je známo mnoho dalších příkladů tohoto typu, například cholerový toxin Vibrio cholerae, který je přenášen fágem CTX.
Lysogenní bakteriofágy jsou často integrovány do chromozomu v lokusu kódujícím přenosové RNA (tRNA). Například fág ¨PhiR73 z Escherichia coli je vložen do lokusu selC . Získání cizích genů horizontálním přenosem díky bakteriofágům integrujícím se na takových „horkých místech“ je pravděpodobné, protože sekvence kódující tRNA jsou mezi různými bakteriálními druhy vysoce konzervativní. Konečně perzistence genů virulence ve fágových genomech naznačuje, že poskytují selektivní výhodu, pravděpodobně kvůli většímu množení a difúzi hostitelské bakterie.
V 60. letech 20. století získal výzkum prováděný americkými biology Maxem Delbrückem , Alfredem Hersheyem a Salvadorem Luriem na interakcích mezi hostitelem a fágem těmto vědcům Nobelovu cenu za fyziologii medicíny v roce 1969 .
Fágy umožnily různé objevy:
Studium fágů má důležité důsledky v medicíně a genetice , zejména pro pochopení virových infekcí, genetických abnormalit, lidské embryologie, příčin rakoviny a bakteriální rezistence na antibiotika.
Fágy se v molekulární biologii používají mnoha způsoby. Používají se jako klonovací vektory k vložení DNA do bakterií. Metoda fágového displeje je metoda, která umožňuje výběr peptidu díky jeho prezentaci na povrchu fága. Zobrazení fágu je technika pro DNA konstrukci knihovny nebo komplementární DNA. Tyto 2 hlavní Fágy použité v této technice jsou M13 (vláknitého fága) a lambda fágů, které oba Infect E. coli . Vezměme si příklad fága M13, což je vláknitý fág schopný infikovat pouze gram (-) bakterie, které mají zabudovaný faktor F a jejichž infekce vede k lysogenii. Jeho kapsida obsahuje mimo jiné proteiny P8 a P3 nezbytné pro navázání bakteriofága na bakterie prostřednictvím sexuální pili. Tyto 2 proteiny budou použity k prezentaci sledovaných molekul (peptid, fragment protilátky nebo celý protein) na povrchu fága: sledovaná molekula je fúzována s proteiny P8 a P3 vložením genu kódujícího sledovanou molekulu blízko 5 Konec genů P3 a P8 při respektování čtecího rámce. Jeden nebo druhý z proteinů se používá podle typu molekuly a množství molekul, které mají být vystaveny na povrchu fága. Rozlišují se polyvalentní / homogenní fágy, kde jsou fúzovány všechny proteiny P3 a P8, od monovalentních / heterogenních fágů, kde je fúzována pouze část proteinů. Tato technika umožňuje získat knihovny DNA, které lze snadno uchovat a vybrané klony se množí za nízkou cenu. Tato technika umožní produkci protilátek, aniž by bylo nutné podstoupit imunizaci zvířete. Omezení techniky: některé molekuly nelze vyjádřit jako molekuly toxické pro hostitelskou buňku. Existuje tedy omezená schopnost transformovat E. Coli .
Sekvenování z genomu nestane najednou, ale pozvolna na fragmenty genomů. Za tímto účelem mohou být tyto fragmenty DNA skladovány a množeny v organismech sloužících jako banky DNA. Fágy jako klonovací vektory to umožňují.
Fágy, které se používají hlavně v potravinářském průmyslu a poté ve veterinární medicíně, se také studují v medicíně jako alternativa k rezistenci na antibiotika. V Holandsku se na trh také uvádí fágový koktejl, který bojuje proti kontaminaci Listeria v potravinářských výrobcích.
Konzervant potravinV roce 2006 , ve Spojených státech , je příprava bakteriofágu na základě šesti bakteriofágu virů byl povolen jako konzervační prostředek , zejména v boji proti listeriózy .
Veterinární medicínaVíce než polovina vyrobených antibiotik se používá při chovu zvířat. Přípravky založené na fágech nabízejí zajímavou alternativu pro kontrolu a prevenci infekcí. V Norsku se klinické studie provádějí v akvakultuře.
Lidská medicínaLytické fágy lze použít k boji proti bakteriálním infekcím, tyto fágové terapie byly představitelné a byly použity, jakmile byly tyto viry objeveny. Toto se nazývá léčba bakteriofágy . Používali se nejprve ve Francii, v Německu, poté v nezávislém Gruzii , v SSSR, v Polsku , ve Spojených státech a nakonec na celém světě, s nebo bez přidání antibiotické léčby .
Ve Francii jejich použití a marketing zmizely na začátku 80. let (byly nalezeny ve Vidalu do roku 1978 a byly stále používány roky v některých nemocnicích, jako v Montpellier), jejich účinnost nebyla zpochybňována, ale jejich použití bylo méně praktické než u antibiotik a zůstávají docela empirické (žádné hodnocení specificity fágů, žádná titrace roztoků atd.). Stejným způsobem přestává Eli Lilly uvádět na trh fagiky ve Spojených státech s vývojem antibiotik.
Na druhé straně bylo užívání bakteriofágových drog v zemích sovětského bloku zachováno a stále se běžně používá v Gruzii a Rusku. Bakteriofagické léky se v Rusku běžně používají jako první přístup k léčbě určitých infekcí, jako je shigelóza . Spotřeba v Rusku je více než 1 000 000 000 (jedna miliarda) krabic fága ročně.
Fágová terapie je v současné době předmětem obnoveného zájmu, protože představuje řešení léčby infekcí bakteriálními kmeny rezistentními na antibiotika. Bakteriofágy představují vážnou cestu k objevu trvalé léčby bakteriálních infekcí.
Několik společností po celém světě pracuje na vývoji řešení bakteriofágů podle západních standardů. Ve Francii společnost Pherecydes Pharma vyvíjí „fágové koktejly“ k léčbě / prevenci infekcí velkých obnažených ran (zejména popálenin) a plicních infekcí.
Phage terapie je nyní možné ve Francii v rámci dočasného povolení pro použití registrována, to znamená, že v každém případě, a v mezích stanovených podle ANSM:
Přidávají se následující omezení:
Tváří v tvář problémům s léčbou bakteriofágů v právním rámci byly ve Francii založeny pacientské organizace, které usnadňují přístup k fágové terapii ve Francii i v zahraničí.
Několik francouzských asociací se zaměřuje na bakteriofágy:
Phages.fr : Francouzská vědecká síť národního rozsahu, jejímž cílem je podporovat, koordinovat a integrovat studie interakcí bakteriofága-bakterie napříč různými vědeckými obory a současně podporovat navazování spolupráce a synergií mezi laboratořemi.
AVIBEP : Sdružení obětí zákazu cizích bakteriofágů a jejich příbuzní si klade za cíl pomoci pacientům v přístupu k francouzským a zahraničním fagikům, aby již nebyl odsouzen k smrti nebo amputaci pacienta, aniž by byl dříve léčen fágovou terapií pokud je to možné, v případě potřeby i s cizím bakteriofágem. Sdružení požaduje, aby na jedné straně byly léky schválené v zahraničí automaticky povoleny ve Francii v rámci stávajících soucitných předpisů a na druhé straně bylo ve Francii znovu zřízeno centrum pro výrobu bakteriofágů, obdobně jako Instituts Pasteur v Paříži, Lyonu a Štrasburku dělali padesát let práci pro městské lékaře a nemocnice. Spoléhá na studii Burden BMR, že každý rok je ztraceno přibližně 10 000 životů, které by mohly zachránit cizí bakteriofágy.
Le Lien : Sdružení na obranu pacientů a uživatelů zdraví. Jejím hlavním posláním je obrana obětí nozokomiálních infekcí a lékařských nehod, ať už jde o chyby, omyly nebo nebezpečí. Kampaň za znovuzavedení bakteriofágu ve Francii.
Phag Espoirs : Cílem je podporovat na jedné straně výzkum a použití bakteriofágů v diagnostické a terapeutické oblasti a na druhé straně podporovat pacienty, kteří chtějí o bakteriofágech vědět více. Sdružení tvoří hlavně lékaři.
Phages sans frontières : Fundraising a rady, které mají pacientům pomoci vyhledat léčbu v Gruzii.
PHELIX France: ve spolupráci s University of Leicester ve Velké Británii provádí projekt detekce chronických infekcí borrelií (lymskou boreliózu) pomocí bakteriofágových virů.