แบคเทอริโอเฟจ

แบคเทอริโอเฟจเป็นไวรัสที่เข้าทำลายแบคทีเรีย ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีจำนวนมากที่สุดบนโลก และได้ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือพื้นฐานสำหรับอณูชีววิทยา ในขณะเดียวกันก็มีบทบาทในการกำหนดรูปแบบของชุมชนจุลินทรีย์

Definition

แบคเทอริโอเฟจ หรือ ฟาจ เป็นไวรัสที่เข้าทำลายและเพิ่มจำนวนภายในแบคทีเรียโดยเฉพาะ โดยแสดงวัฏจักรชีวิตแบบไลติก และในบางกรณีเป็นแบบไลโซจีนิก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและความหลากหลายของฟาจ; วัฏจักรไลติก (lytic cycle) ซึ่งฟาจเพิ่มจำนวนและทำให้เซลล์เจ้าบ้านแตกออก; วัฏจักรไลโซจีนิก (lysogenic cycle) ซึ่งจีโนมของฟาจจะคงอยู่เป็นโปรฟาจ (prophage); กลไกการควบคุมการเปลี่ยนผ่านระหว่างสถานะเหล่านี้; การถ่ายทอดยีน (transduction) ในฐานะเส้นทางการถ่ายทอดยีน; และบทบาททางนิเวศวิทยาและการประยุกต์ใช้ของฟาจ รวมถึงการบำบัดด้วยฟาจ (phage therapy) โดยจะพิจารณาฟาจทั้งในฐานะระบบต้นแบบและตัวแทนทางนิเวศวิทยา

Core questions

• ฟาจเข้าทำลายและเพิ่มจำนวนภายในแบคทีเรียได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างวัฏจักรไลติกกับวัฏจักรไลโซจีนิก?
• ฟาจอุณหภูมิปานกลางตัดสินใจเลือกระหว่างการสลายตัว (lysis) กับการเป็นไลโซจีนี (lysogeny) ได้อย่างไร?
• ฟาจมีบทบาทอย่างไรในนิเวศวิทยาจุลินทรีย์และเทคโนโลยีชีวภาพ?

Key concepts

• โครงสร้างและความหลากหลายของฟาจ
• วัฏจักรไลติก
• วัฏจักรไลโซจีนิกและโปรฟาจ
• การตัดสินใจระหว่างการสลายตัว (lysis) กับการเป็นไลโซจีนี (lysogeny)
• การถ่ายทอดยีน (transduction) และนิเวศวิทยาของฟาจ

Mechanisms

ฟาจจะเกาะติดกับตัวรับจำเพาะบนพื้นผิวและฉีดจีโนมของมันเข้าไปในเซลล์เจ้าบ้าน ในวัฏจักรไลติก ฟาจจะเปลี่ยนทิศทางของเซลล์ให้สร้างอนุภาคฟาจใหม่ ซึ่งจะถูกปล่อยออกมาโดยการสลายตัว (lysis) ฟาจอุณหภูมิปานกลาง (temperate phages) อาจเข้าสู่วัฏจักรไลโซจีนิกแทน โดยรวมจีโนมของมันเข้าเป็นโปรฟาจซึ่งจะถูกจำลองแบบไปพร้อมกับเซลล์เจ้าบ้าน จนกว่าเงื่อนไขจะกระตุ้นให้เปลี่ยนไปสู่เส้นทางไลติก ในระหว่างการบรรจุ ฟาจอาจนำพา DNA ของเซลล์เจ้าบ้านไปได้เป็นครั้งคราว ซึ่งเป็นตัวกลางในการถ่ายทอดยีน (transduction)

Clinical relevance

ฟาจมีบทบาทสำคัญในยุคแรกของอณูชีววิทยา รวมถึงการแสดงให้เห็นว่า DNA เป็นตัวนำข้อมูลทางพันธุกรรม และยังคงมีความสำคัญในฐานะตัวกลางในการถ่ายทอดยีน ในฐานะผู้กำหนดรูปแบบของชุมชนจุลินทรีย์และวัฏจักรสารอาหารทั่วโลก และในฐานะเครื่องมือบำบัดที่มีศักยภาพในการต่อสู้กับการติดเชื้อแบคทีเรีย

History

แบคเทอริโอเฟจถูกค้นพบโดย Frederick Twort และ Félix d'Hérelle อย่างอิสระในช่วงทศวรรษ 1910 ตั้งแต่ทศวรรษ 1940 กลุ่มฟาจที่นำโดย Max Delbrück และ Salvador Luria ได้ใช้ไวรัสเหล่านี้เป็นระบบต้นแบบ ซึ่งนำไปสู่ความเข้าใจที่สำคัญเกี่ยวกับการกลายพันธุ์ พันธุศาสตร์ และพื้นฐานทางโมเลกุลของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

Key figures

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

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

อะไรคือความแตกต่างระหว่างฟาจแบบไลติกกับฟาจแบบไลโซจีนิก?

ฟาจแบบไลติกจะเพิ่มจำนวนทันทีและทำลายเซลล์เจ้าบ้านเพื่อปล่อยอนุภาคใหม่ ฟาจอุณหภูมิปานกลางสามารถเข้าสู่สถานะไลโซจีนิกได้แทน โดยรวมจีโนมของมันเข้ากับเซลล์เจ้าบ้านและเพิ่มจำนวนอย่างเงียบๆ จนกว่าเงื่อนไขจะกระตุ้นให้เปลี่ยนไปสู่วัฏจักรไลติก