Bakterienphagen

Bakterienphagen sind Viren, die Bakterien infizieren, die häufigsten biologischen Einheiten auf der Erde, und sie dienten als grundlegende Werkzeuge für die Molekularbiologie, während sie mikrobielle Gemeinschaften formten.

Definition

Bakterienphagen, oder Phagen, sind Viren, die spezifisch Bakterien infizieren und sich in ihnen replizieren, wobei sie lytische und in einigen Fällen lysogene Lebenszyklen aufweisen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur und Diversität von Phagen; den lytischen Zyklus, bei dem der Phage repliziert und die Wirtszelle lysiert; den lysogenen Zyklus, bei dem das Phagengenom als Prophage erhalten bleibt; den regulatorischen Schalter zwischen diesen Zuständen; die Transduktion als Weg des Gentransfers; und die ökologischen und angewandten Rollen von Phagen, einschließlich der Phagentherapie. Es behandelt Phagen sowohl als Modellsysteme als auch als ökologische Akteure.

Core questions

• Wie infizieren und replizieren sich Phagen in Bakterien?
• Was unterscheidet den lytischen vom lysogenen Zyklus?
• Wie entscheidet ein temperenter Phage zwischen Lyse und Lysogenie?
• Welche Rolle spielen Phagen in der mikrobiellen Ökologie und Biotechnologie?

Key concepts

• Phagenstruktur und -diversität
• Der lytische Zyklus
• Der lysogene Zyklus und Prophage
• Die Lyse-Lysogenie-Entscheidung
• Transduktion und Phagenökologie

Mechanisms

Ein Phage bindet an spezifische Oberflächenrezeptoren und injiziert sein Genom in den Wirt. Im lytischen Zyklus lenkt der Phage die Zelle um, um neue Phagenpartikel zu produzieren, die durch Lyse freigesetzt werden. Temperente Phagen können stattdessen in den lysogenen Zyklus eintreten, ihr Genom als Prophage integrieren, der mit dem Wirt repliziert wird, bis Bedingungen einen Wechsel zum lytischen Weg auslösen. Während der Verpackung können Phagen gelegentlich Wirts-DNA transportieren und so die Transduktion vermitteln.

Clinical relevance

Phagen waren zentral für die frühe Molekularbiologie, einschließlich des Nachweises, dass DNA genetische Informationen trägt, und sie bleiben wichtig als Akteure des Gentransfers, als Gestalter mikrobieller Gemeinschaften und globaler Nährstoffkreisläufe sowie als potenzielle therapeutische Werkzeuge gegen bakterielle Infektionen.

History

Bakterienphagen wurden unabhängig voneinander von Frederick Twort und Félix d'Hérelle in den 1910er Jahren entdeckt. Ab den 1940er Jahren nutzte die von Max Delbrück und Salvador Luria geführte Phagengruppe diese Viren als Modellsysteme und gewann dabei wichtige Erkenntnisse über Mutation, Genetik und die molekulare Grundlage der Vererbung.

Key figures

• Félix d'Hérelle
• Frederick Twort
• Max Delbrück
• Salvador Luria

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem lytischen und einem lysogenen Phagen?

Ein lytischer Phage repliziert sich sofort und zerstört die Wirtszelle, um neue Partikel freizusetzen. Ein temperenter Phage kann stattdessen in einen lysogenen Zustand eintreten, sein Genom in den Wirt integrieren und sich still replizieren, bis Bedingungen einen Wechsel zum lytischen Zyklus auslösen.