Nye tegninger viser den mærkelige skønhed af fag, bakterieslagterne

Hvordan fejrer du Phage Year? Selv hvis du aldrig har hørt om disse små bakteriedræbende vira, har du bestemt stødt på dem. Billioner af bakteriofager eller fager og lignende vira findes på planeten, og mange steder overgår de endda de lokale bakterier.

Relateret indhold

• Blodpropper, leverceller og fugleinfluenza er overraskende smukke under et mikroskop

Fagene er specialiserede i infektion af bakterier og bytte af gener, så de kan bruge deres værter til at replikere. I deres forskellige former driver fag i sidste ende biologiske processer inde i kroppen og på tværs af økosystemer. Nu, et århundrede efter deres opdagelse, er der stadig meget at lære om disse bittesmå væsener og deres forbløffende muligheder - som hvordan man konstruerer konstruerede fagvira, der kan myrde selv de mest medicinresistente bakterieinfektioner.

San Diego State University's Forest Rohwer, medforfatter af Life in Our Phage World, forklarer, hvorfor han ønsker, at verden markerer 2015 som året for faget:

Hvorfor fejre fag nu?

Det er 100 år nu, at vi virkelig har kendt til disse ting. Afhængigt af nøjagtigt, hvem du vil sige de første opdagede fager, var det første temmelig konkrete eksempel i 1915. [Den britiske bakteriolog Frederick W. Tort krediteres generelt opdagelsen.] Og nu, efter en reel afmatning i antallet af mennesker i Jeg vil sige, at der har været en genopblussen i de sidste ti år eller deromkring. Folk anerkender, at disse ting er store aktører i økosystemer, mikrobiel diversificering, gendeling - overalt. Så du kan virkelig blive involveret og bidrage på dette felt og opdage nogle nye, store og vigtige ting. Fra en biologs synspunkt er det meget sjovt.

At de er så allestedsnærværende er næsten lidt foruroligende.

Der er ligesom 10 millioner fager i en enkelt milliliter havvand og tæt på 100 millioner af dem i et gram jord. De er virkelig overalt, i det væsentlige alt hvad du kan tænke på, og de er utroligt forskellige. Men de er bare en del af systemet. De er totalt uskadelige for os i de fleste tilfælde. Faktisk hjælper de sandsynligvis os for det meste.

Hvilke slags ting gør de?

Nå, en zombie-sammenligning er korrekt for en adfærd. Fager går ind, og de gør deres DNA til en del af bakteriens DNA, og det får ofte bakterier til at gøre andre ting, end de ellers ville have gjort. En god måde at tænke på, hvordan det fungerer, er at forestille sig symbiose over en lang række fra patogener til gensidighed. I ethvert sådant system, du ser på, ser det ud til, at de gener, der laver de lokale tilpasninger, erhverves ved overførsel. I den menneskelige tarm har du for eksempel et vist sæt bakterier, der lever med dig, men hvad der sker i løbet af en levetid er, at disse bakterier vil erhverve gener [fra fag], som enten kan være nyttige, skadelige eller neutrale over for værten.

Så denne DNA-udveksling kan have en enorm række af resultater?

Ret. Det er faktisk det område, hvor fager undertiden kan være skadelige for mennesker, når generne, der forårsager en sygdom, bæres af en fag. Så mange patogener findes kun, fordi en bakterie, der normalt ikke er patogen, har forskellige gener tilføjet af en fag. Det mest berømte eksempel er kolera, hvor de virkelig ved godt, hvordan fagen forårsager denne sygdom. Det sker også med mange E. coli- stammer, der forårsager madforgiftning.

Livet i vores fagverden

Hvad med den hjælpsomme side?

Hvis du ser på tværs af et koralrev, har du dybest set de samme typer bakterier, der er forbundet med revet. Men så ser man forskellige steder, er der erhvervet forskellige gener, der giver bakterier mulighed for at tilpasse sig deres lokale forhold. Og i dette tilfælde er det en god ting, for så vidt angår fremme af revets generelle sundhed. Den anden side er bare at dræbe bakterier, for det er deres madvare. Det er virkelig den anden vigtigste ting, de gør.

Hvordan kan dette bakteriemord arbejde med at målrette sygdomme?

Det har været en tanke i 100 år. Oprindeligt troede folk, at de havde fundet en magisk kugle, mikrober til at dræbe mikrober. Men så begyndte vi at bruge antibiotika, og for det meste er det, hvad vi stadig bruger i dag. De steder, hvor de muligvis bruger fagterapi, ville være i Rusland eller Polen. Men der er en slags bevægelse for at bruge dem igen i den vestlige verden, især da mange bakterier er blevet resistente over for antibiotika.

Hvorfor er deres potentiale til at bekæmpe sygdom så stort?

Der er et par fordele. Antibiotika dræber dybest set alle bakterier, eller en stor del af dem, og det vil du ikke i mange tilfælde. Du ønsker ikke at dræbe alle bakterier i din tarm hver gang du har den infektion. Derfor er fagene så interessante: De målretter mod og jager en bestemt stamme patogen. En fag bliver også en million på et par timer. Et antibiotikum vil aldrig forstærke, du skal fortsætte med at lægge dem i din krop. Men med fager, hvis målbakterien er der, vil den tiltrække flere af disse ting, der dræber den, og det er det, du håber på. Og når målbakterierne er væk, skal de fager, der lever af dem, også være væk.

Kan vi oprette fager kunstigt, så de vil målrette nøjagtigt til de skadelige bakterier, vi er efter?

Ja. Jeg synes, at det at isolere dem fra de mange forskellige fager i naturen har en smule uhyggelig historie - nogle gange fungerer det, nogle gange gør det ikke - og ud fra et lovgivningsmæssigt synspunkt, der altid vil være lidt overskueligt. Jeg tror, ​​at syntese er den vej, vi skal gå. Vi har konstrueret dem i et stykke tid siden 1970'erne eller måske endda tidligere, og vi ved lidt om dem. Du kan bare tage et specifikt stykke DNA, tilføje det til et reagensglas, der har de proteindele, der udgør en fag, og du får en levedygtig fag ud af det. DNA'et initierer oprettelsen af ​​en levedygtig fag, så det er virkelig en slags magisk nanomachine.

Det lyder ideelt, så hvad er historien om nye fagbehandlinger?

Vi bruger hundreder af millioner af dollars på at udvikle et antibiotikum. Indtil videre har der virkelig ikke været den slags investering, som du har brug for for at udvikle fager til det niveau, hvor de fleste af os ville have det godt med at bruge dem. Hvis jeg har en bakterieinfektion, vil jeg stadig bruge antibiotika lige nu.

Hvor meget har vi stadig brug for at lære efter et århundrede med fagundersøgelse?

Vi ved meget om nogle af dem, fordi de var de værktøjer, der blev brugt til at udvikle molekylærbiologi, finde ud af, hvordan DNA fungerer og virkelig lære, hvordan man studerer ting på molekylært niveau. Så i dette tilfælde ved vi meget. Når det kommer til hvad der foregår i miljøet, ved vi i meget brede streger, hvilke slags ting de laver, men om det særlige ved hvad der foregår, selv i den menneskelige krop, ved vi meget lidt.

Deres genetiske mangfoldighed, som for det meste er ukendt, er utrolig. I de fleste felter kan vi sige, at vi ikke ved, hvad et bestemt gen gør, men i det mindste har vi set det før. Med phag-ting kan du gå ind i ethvert miljø, du vil vælge, og de fleste af de gener, de bærer, måske 80 procent, vi ved ikke kun noget om disse gener, men vi har aldrig engang set dem før. Det er en begyndende videnskab på dette tidspunkt, og der er nye opdagelser, der sker hele tiden. Det er et af de steder, alle kan gå, og du er dybest set garanteret at finde noget cool.