Profag je naziv koji se daje fagovoj DNK umjerenih bakteriofaga kada je prisutan u bakterijskoj stanici domaćinu. Bakteriofage je otkrio Félix Hubert d'Hérelle 1917. Oni su virusi koji su se prilagodili određenim bakterija. Kasnija istraživanja razlikovala su litički fag s velikom virulencijom i umjereni fag s tihim profagom i lizogeni ciklus.
Što su profagi?
Profag umjerenog bakteriofaga može biti prisutan kao plazmid u stanici domaćina ili integriran u bakterijsku DNA. U tu svrhu umjereni fag mora usvojiti lizogeni ciklus nakon injekcije DNA faga. Razlikuju se litički ciklus i lizogeni ciklus. Dok litički ciklus uzrokuje brzu replikaciju i naknadnu lizu stanice domaćina nakon ubrizgavanja genetskog materijala, u lizogenom ciklusu represivni geni faga ubrizgavaju se u stanicu domaćina radi suzbijanja litičkog ciklusa, tj. Brzog otapanja stanica. Umjereni fag može se prebacivati između litičkog i lizogenog ciklusa, ovisno o okolišu stanje predstaviti. Litički ciklus odnosi se na konvencionalni pristup genima faga unutar stanice domaćina. Postoji brza replikacija unutar stanice domaćina nakon ubrizgavanja virusne DNA. Nakon kapsidnog i repnog vlakna proteini replicirane su uz virusnu DNA i brojne su virusne čestice sastavljene iz pojedinih dijelova, stanična stijenka stanice domaćina dezintegrirana je lizozim. Otapanjem stanične stijenke oslobađaju se novi fagi i oni sada mogu ubrizgati svoju DNA u daljnje bakterijske stanice. Ovaj se postupak dovršava za otprilike jedan sat. Zbog velikog broja novih virusnih čestica, ovaj se proces naziva "virulentni oblik". Budući da je stanični zid domaćina uništen lizozim, koristi se izraz "litički ciklus". U umjerenom fagu brza replikacija i naknadna liza stanice domaćina ne mora nužno stupiti na snagu. Ovisno o postojećim okolišni čimbenici, umjereni fag može se izmjenjivati između litičkog i lizogenog ciklusa. Litički ciklus može se suzbiti ubrizgavanjem represorskih gena i lizogeni ciklus može započeti unedogled. U lizogenom ciklusu, genetski materijal faga umetnut je u genetski materijal klice i ovdje može postojati neograničeno vrijeme. Ubrizgani genetski materijal naziva se "još uvijek" i definira se kao "profag". Profag može boraviti kao plazmid u citoplazmi stanice domaćina ili biti integriran u genetski materijal bakterije. Integracija virusnog genetskog materijala zahtijeva visok stupanj specijalizacije. Genetski materijal umjerenih faga može se vezati samo za određene položaje bakterijske DNA. Suprotno tome, genetski materijal pojedinih umjerenih sojeva faga uvijek se može identificirati na istim položajima bakterijskog genoma. Zahvaljujući uspješnoj adaptaciji, profagi postaju korisnici dijeljenja bakterijskih stanica. Tijekom procesa diobe mitoze stanice domaćina, virusni genom se prenosi dalje. Daljnji prijenos na druge bakterija može nastati konjugacijom. Profagi se tako mogu širiti kroz cijele bakterijske sojeve raznim putovima prijenosa. Utjecaji okoline poput UV svjetla ili određenih kemikalija mogu dovesti do toga da se profag prebaci natrag u litički ciklus i da traži agresivnu replikaciju. Nadalje, profag također koristi prednosti procesa transkripcije stanice domaćina: ubrizgani represivni geni faga prepoznaju se kao oštećenje DNA od strane određenih enzimi bakterije i razgrađena. Razgradnja gena represora ima samouništavajući učinak unutar stanice domaćina. Litički ciklus sada se više ne može suzbiti i profag se iz lizogenog stanja prebacuje u agresivnu replikaciju, koja završava naknadnim otapanjem bakterijske stanične stijenke.
Pojava, distribucija i svojstva
Fagi su visoko specijalizirani virusi koji su se prilagodili pojedinim bakterijskim sojevima. Dakle, ne može svaki bakteriofag pristupiti svakoj bakteriji. Razmnožavanje bez određene stanice domaćina nije moguće za bakteriofag. Snažna specijalizacija dovodi do činjenice da se bakteriofagi nalaze na istom terenu kao i njihove stanice domaćina. Isto vrijedi u još većem stupnju za profage. Budući da profagi nisu uobičajeni virusi i samo se predstavljaju kao virusni genetski materijal u organizmu domaćina, ne mogu se naći izvan dodijeljenih stanica, makar samo po definiciji. Uz to, mora se spomenuti da bakteriofagi imaju broj (10 do snage 30) u morska voda sami, a samim time na cijelom planetu ima više faga nego živih organizama. To je u suprotnosti s nestajuće malim brojem od devetnaest službeno istraženih bakteriofaga, što otežava davanje točne izjave o njihovoj pojavi.
Značaj i funkcija
fag terapija razvijen je 1920-ih i još uvijek se uspješno koristi u istočnoj Europi za borbu protiv raznih zarazne bolesti. Prednosti faga terapija očigledni su: bakteriofagi oštećuju samo pojedine sojeve bakterija dok antibiotici imaju općenito štetno djelovanje na bakterije u tijelu. Otkriće penicilin četrdesetih godina doveli do masovnih antibiotik uporaba na Zapadu i, kao rezultat, prestanak istraživanja faga. Naknadna izgradnja brojnih antibiotik otpor je pak potaknuo povećani interes za bakteriofage u 1990-ima. Međutim, fokus faga terapija je na bakteriofazima s agresivnom virulencijom i isključivo litičkim ciklusom, dok su umjereni bakteriofagi i profagi do danas imali samo manju ulogu.
Bolesti i tegobe
Fotograf patogeni svoju virulenciju mogu uspostaviti samo simbiozom s profazima. Clostridium botulinum može stvoriti strah botulinum toksin samo uz pomoć integrirane fage DNA. Streptococcus piogeni mogu samo uzrokovati Scarlet groznica u kombinaciji s DNK profaga. Vibrio kolera proizvodi kolera samo kroz posebne profage. To također pokazuje važnost faga za humanu medicinu. Čitavi sojevi bakterija mogli bi izgubiti svoj patogeni potencijal ako se odgovorni profagi mogu posebno eliminirati.
