Pemakan bakteria

Pemakan bakteria

Konstantin Miroshnikov,
dan kira-kira Kepala Laboratorium Bioengineering Molekul Institut Kimia Bioorganik. Shemyakin dan Ovchinnikov RAS
"Mekanik Popular" №10, 2013

Konstantin Miroshnikov

Semua makhluk yang hidup di bumi mempunyai parasit mikroskopik – virus. Terdapat virus dalam bakteria mereka. Kitaran pembiakan virus bakteria tidak dapat dielakkan berakhir dengan kematian mikrob. Untuk menekankan ciri ini, salah satu penemuan kesan ini, Felix D'Erel, datang dengan nama khusus – "bacteriophages", diterjemahkan dari bahasa Yunani – "pemakan bakteria."

Pada akhir abad kedua puluh, menjadi jelas bahawa bakteria tidak pasti akan menguasai biosfera bumi, yang membentuk lebih daripada 90% biomassa. Setiap spesies mempunyai banyak jenis virus tertentu. Mengikut anggaran awal, jumlah spesies bakteroporosis adalah kira-kira 1015. Untuk memahami skala angka ini, kita boleh mengatakan bahawa jika setiap orang di Bumi akan membuka bakteria baru setiap hari, maka ia akan mengambil masa 30 tahun untuk menggambarkan semuanya.

Oleh itu, bacteriophages adalah makhluk paling kurang dikaji dalam biosfera kita. Kebanyakan bakterfof yang diketahui hari ini tergolong dalam perintah Caudovirales – virus ekor. Zarah mereka mempunyai saiz antara 50 hingga 200 nm.Ekor panjang dan bentuk yang berbeza memastikan pelekatan virus ke permukaan bakteria hos, kepala (kapsid) berfungsi sebagai repositori untuk genom. DNA genomik menyusun protein struktur yang membentuk bakterisida "badan" dan protein yang membolehkan phage untuk membiak di dalam sel semasa jangkitan.

Kita boleh mengatakan bahawa bacteriophage adalah nanoobject berteknologi tinggi semulajadi. Sebagai contoh, ekor phage adalah "jarum suntikan molekul" yang menembusi dinding bakteria dan, dengan memendekkan, menyuntikkan DNAnya ke dalam sel. Dari saat ini bermula kitaran berjangkit. Tahap-tahap selanjutnya terdiri daripada menukar mekanisme aktiviti penting bakterium kepada penyelenggaraan bakteriofag, pembiakan genomnya, membina beberapa salinan sampul surat virus, membungkus DNA virus ke dalamnya, dan akhirnya, kemusnahan (lisis) sel tuan rumah.

Bakteriofag bukanlah makhluk hidup, tetapi mekanisme nano molekul yang dihasilkan oleh alam semula jadi. Ekor bakteriophage adalah jarum suntikan yang menembusi dinding bakteria dan menyuntik DNA virus, yang disimpan dalam kapsid, ke dalam sel.

Setiap peringkat mempunyai banyak nuansa yang mempunyai makna evolusi dan ekologi yang mendalam. Lagipun, bakteria dan parasit virus mereka hidup berdampingan untuk beratus-ratus juta, jika tidak berbilion-bilion tahun.Dan perjuangan ini untuk bertahan hidup tidak berakhir dengan pemusnahan total unicellulars, ataupun pemerolehan jumlah penentangan terhadap phages dan pembiakan bakteria yang tidak terkawal.

Sebagai tambahan kepada persaingan evolusi konstan mekanisme pertahanan dalam bakteria dan serangan virus, penyebab keseimbangan yang berlaku dapat dianggap sebagai fakta bahwa bakteropian khusus dalam tindakan berjangkit mereka. Sekiranya ada koloni bakteria yang besar, di mana generasi akan datang akan menemui mangsa mereka, maka pemusnahan bakteria melalui phishing litik (membunuh, harfiah – membubarkan) akan berjalan dengan cepat dan berterusan.

Sekiranya tidak mencukupi potensi mangsa atau keadaan luaran tidak sesuai untuk pembiakan semula secara berkesan, maka phages dengan kitar pembangunan lysogenic akan memberi manfaat. Dalam kes ini, selepas pengenalan DNA phage ke dalam bakteria, ia tidak segera memulakan mekanisme jangkitan, tetapi pada masa ia wujud di dalam sel dalam keadaan pasif, seringkali menembusi genom bakteria.

Bagaimanakah bacteriophage

Dalam apa-apa keadaan prophage, virus itu boleh wujud untuk masa yang lama, melalui kromosom bakteria kitaran pembahagian sel.Dan hanya apabila bakteria memasuki alam sekitar yang sesuai untuk pembiakan, kitaran litik jangkitan diaktifkan. Pada masa yang sama, apabila DNA phage dilepaskan dari kromosom bakteria, bahagian-bahagian genom bakterial yang sering ditangkap, dan kandungannya kemudiannya akan dipindahkan ke bakterium seterusnya yang akan menjangkiti bakteria. Proses ini (transduction gen) dianggap sebagai cara yang paling penting untuk memindahkan maklumat antara prokariote – organisma tanpa nukleus sel.

Semua subtleties molekul ini tidak diketahui pada dekad kedua abad kedua puluh, apabila "ejen berjangkit yang tidak dapat dilihat yang memusnahkan bakteria" ditemui. Tetapi tanpa mikroskop elektron, dengan bantuannya, untuk kali pertama pada akhir 1940-an, mungkin untuk mendapatkan imej bakteria, jelas bahawa mereka dapat memusnahkan bakteria, termasuk patogen. Harta ini segera dituntut oleh ubat.

Percubaan pertama untuk merawat phyla disentri, jangkitan luka, kolera, kepialu dan juga wabak dilakukan secara tepat, dan kejayaan itu kelihatan agak meyakinkan. Tetapi selepas permulaan pengeluaran besar-besaran dan penggunaan persediaan phage, euforia digantikan dengan kekecewaan.Sangat sedikit diketahui tentang bagaimana bacteriophages, bagaimana menghasilkan, membersihkan dan memohon bentuk dos mereka. Cukuplah untuk mengatakan bahawa, sebagai hasil pemeriksaan yang dijalankan di Amerika Syarikat pada akhir 1920-an, banyak persiapan phage industri tidak benar-benar mengandungi bacteriophages.

Masalah antibiotik

Separuh kedua abad kedua puluh dalam bidang perubatan boleh dipanggil "era antibiotik." Walau bagaimanapun penemu penisilin, Alexander Fleming, dalam kuliah Nobelnya memberi amaran bahawa rintangan mikrob terhadap penisilin timbul agak cepat. Pada masa ini, rintangan antibiotik diimbangi oleh perkembangan jenis ubat anti-mikrob baru. Tetapi sejak tahun 1990-an, telah menjadi jelas bahawa kemanusiaan kehilangan "perlumbaan senjata" terhadap mikrob.

Pertama sekali, penggunaan antibiotik yang tidak terkawal adalah bersalah, bukan sahaja untuk tujuan perubatan, tetapi juga untuk tujuan prophylactic, bukan sahaja dalam bidang perubatan, tetapi juga dalam bidang pertanian, industri makanan dan kehidupan seharian. Hasilnya, penentangan terhadap ubat-ubatan ini mula dihasilkan bukan sahaja dalam bakteria patogen, tetapi juga dalam mikroorganisma yang paling biasa yang hidup di dalam tanah dan air, menjadikannya "patogen bersyarat".

Bakteria sedemikian selesa di institusi perubatan, memelihara barang kebersihan, perabot, peralatan perubatan, dan kadang kala membasmi penyelesaian. Di kalangan orang yang tidak imunisasi, yang berada di kebanyakan hospital, mereka menyebabkan komplikasi yang teruk.

Tidak menghairankan bahawa komuniti perubatan membunyikan penggera. Pada masa lalu, 2012, Ketua Pengarah WHO, Margaret Chan membuat kenyataan meramalkan penghujung era antibiotik dan kelemahan manusia terhadap penyakit berjangkit. Walau bagaimanapun, kemungkinan praktikal kimia combinatorial – asas sains farmakologi – jauh dari keletihan. Satu lagi perkara adalah bahawa pembangunan agen antimikrobial adalah proses yang sangat mahal yang tidak mendatangkan keuntungan seperti banyak ubat lain. Jadi cerita-cerita seram tentang "superbugs" lebih mungkin memberi amaran yang mendorong orang mencari penyelesaian alternatif.

Bakteria dan Kekebalan

Oleh kerana terdapat bakteria yang tidak terkira banyaknya dan mereka sentiasa memasuki tubuh manusia dengan air, udara dan makanan, imuniti mereka hanya mengabaikan mereka. Terdapat juga hipotesis mengenai simbiosis bacteriophage dalam usus yang mengawal mikroflora usus.Untuk mencapai beberapa jenis tindak balas imun adalah mungkin hanya dengan pengenalan panjang ke dalam tubuh dosis besar phages.

Tetapi dengan cara ini, anda boleh mendapat alahan terhadap hampir semua bahan. Akhirnya, sangat penting bahawa bakteria adalah murah. Pengembangan dan pengeluaran satu persiapan yang terdiri daripada bakteria yang tepat dipilih dengan genom yang telah diuraikan sepenuhnya, ditanam mengikut piawaian bioteknologi moden pada beberapa bakteria tertentu dalam media kimia yang murni dan sangat dibersihkan, jauh lebih murah daripada antibiotik kompleks moden.

Ini membolehkan anda dengan cepat menyesuaikan ubat phagotherapeutic untuk menukar set bakteria patogen dan menggunakan bacteriophages dalam perubatan veterinar, di mana ubat mahal tidak dibenarkan secara ekonomi.

Dalam perkhidmatan perubatan

Gambar yang diambil dengan mikroskop elektron menunjukkan proses penetapan bacteriophages (coliphages T1a) di permukaan bakteria E. coli

Nampaknya agak logik untuk memulihkan minat dalam penggunaan bakteria – musuh semulajadi bakteria – untuk merawat jangkitan. Malah, sejak beberapa dekad "era antibiotik," bakteria telah aktif berkhidmat sains, tetapi bukan perubatan, tetapi biologi molekul asas.Adalah cukup untuk menyebut penyahkodan "triplet" kod genetik dan proses penggabungan DNA. Kini diketahui tentang bakteria untuk memilih phages yang sesuai untuk tujuan terapeutik.

Kelebihan bakteria sebagai ubat berpotensi banyak. Pertama sekali – ia adalah segudang dari mereka. Walaupun mengubah radas genetik bacteriophage juga lebih mudah daripada bakteria, dan lebih-lebih lagi dalam organisma yang lebih tinggi, ini tidak perlu. Anda sentiasa dapat mencari sesuatu yang bersesuaian. Ia adalah pilihan, penyatuan sifat-sifat yang diingini dan pembiakan bakteria yang dikehendaki.

Ini boleh dibandingkan dengan baka anjing pembiakan – sled, penjaga, memburu, kucing, berjuang, hiasan … Semua mereka masih anjing, tetapi dioptimumkan untuk tindakan tertentu yang diperlukan oleh seseorang. Kedua, bacteriophages adalah sangat spesifik, iaitu, mereka hanya memusnahkan jenis mikrob tertentu, sementara tidak menghalang mikroflora normal manusia.

Ketiga, apabila bakteriophase mendapati bakteria akan dimusnahkan, ia mula berkembang biak semasa kitaran hidupnya.Oleh itu, isu dos menjadi kurang akut. Keempat, bacteriophages tidak menyebabkan kesan sampingan. Semua kes tindak balas alahan dengan penggunaan bakteria terapeutik disebabkan oleh kekotoran yang mana penyediaannya tidak cukup dimurnikan, atau oleh toksin yang dikeluarkan semasa kematian bakteria. Fenomena terakhir, "kesan Herxheimer," sering diperhatikan dengan penggunaan antibiotik.

Dua belah duit syiling

Malangnya, bakteria perubatan juga mempunyai banyak kelemahan. Masalah utama berpunca dari maruah – kekhususan tinggi phages. Setiap bacteriophage menjejaskan jenis bakteria yang ketat, bukannya spesies taksonomi, tetapi beberapa spesies yang sempit, strain. Secara relatifnya, seolah-olah anjing pengawal itu mula menyalak hanya pada preman dua meter yang berpakaian jas hujan hitam, mereka tidak bertindak sama sekali kepada remaja yang masuk ke dalam seluar pendek.

Oleh itu, untuk persediaan phage semasa, terdapat kes penggunaan yang tidak berkesan. Ubat yang dibuat terhadap satu set strain tertentu dan dengan sempurna merawat angina streptokokus di Smolensk boleh menjadi tidak berdaya terhadap semua tanda-tanda sakit tekak yang sama di Kemerovo.Penyakit yang sama disebabkan oleh mikrob yang sama, dan strim streptokokus di rantau yang berbeza adalah berbeza.

Untuk penggunaan bacteriophage yang paling berkesan, diagnosis yang tepat terhadap mikrob patogen, sehingga ketegangan, adalah perlu. Kaedah diagnostik yang paling biasa hari ini ialah penanaman budaya, yang memerlukan banyak masa dan tidak memberikan ketepatan yang diperlukan. Kaedah yang cepat – menaip menggunakan PCR atau spektrometri massa – sedang diperkenalkan dengan perlahan kerana kos tinggi peralatan dan keperluan kelayakan yang lebih tinggi untuk juruteknik makmal. Idealnya, pemilihan komponen phage dari ubat boleh dilakukan terhadap jangkitan setiap pesakit individu, tetapi ini mahal dan dalam praktiknya tidak boleh diterima.

Satu lagi kekurangan phages penting ialah sifat biologi mereka. Sebagai tambahan kepada fakta bahawa bacteriophage memerlukan penyimpanan khas dan keadaan pengangkutan untuk mengekalkan infektivitas, kaedah rawatan ini membuka ruangan untuk banyak spekulasi mengenai subjek "DNA luaran dalam manusia". Dan walaupun diketahui bahawa bakteriofag, pada dasarnya, tidak dapat menjangkiti sel manusia dan menyuntikkan DNA ke dalamnya, mengubah pendapat umum tidak mudah.

Keterbatasan ketiga berikut dari segi biologi dan agak besar berbanding dengan ubat molekul rendah (antibiotik yang sama), masalah penyebaran bakteria ke tubuh. Jika jangkitan mikroba berkembang di mana bacteriophage boleh digunakan secara langsung dalam bentuk titisan, semburan atau enema – pada kulit, luka terbuka, luka bakar, membran mukus nasofaring, telinga, mata, usus besar – maka tidak ada masalah.

Tetapi jika jangkitan berlaku di organ dalaman, keadaan lebih rumit. Kes-kes rawatan yang berjaya terhadap jangkitan buah pinggang atau limpa dengan pentadbiran lisan biasa penyediaan bakteriofage diketahui. Tetapi mekanisme penembusan zarah phage yang agak besar (100 nm) dari perut ke dalam aliran darah dan ke dalam organ dalaman tidak difahami dan sangat berbeza dari pesakit ke pesakit. Bacteriophages juga tidak berkuasa terhadap mikrob yang membangunkan sel-sel di dalamnya, sebagai contoh, agen penyebab tuberkulosis dan kusta. Bacteriophage tidak boleh melalui dinding sel manusia.

Harus diingat bahawa untuk menentang penggunaan bakteroid dan antibiotik untuk tujuan perubatan tidak seharusnya.Dengan tindakan bersama mereka, peningkatan mutu kesan antibakteria diperhatikan. Ini membolehkan, contohnya, untuk mengurangkan dos antibiotik kepada nilai-nilai yang tidak menyebabkan kesan sampingan yang diucapkan. Oleh itu, mekanisme penghasilan bakteria untuk kedua-dua komponen ubat gabungan hampir mustahil.

Pengembangan senjata antimikrobial memberikan lebih banyak darjah kebebasan dalam memilih kaedah rawatan. Oleh itu, pembangunan berasaskan saintifik konsep penggunaan bacteriophage dalam terapi antimikrob adalah arah yang menjanjikan. Bacteriophages berkhidmat tidak begitu banyak sebagai alternatif, sebagai tambahan dan keuntungan dalam memerangi jangkitan.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: