Bakteriophagen

sind Viren, die sich auf Bakterien und Archaeen spezialisiert haben. Sie stellen die häufigste „Lebensform“ auf unserem Planeten dar. (Lebensform in Anführungszeichen, da Vieren nicht alle Zeichen des Lebens zeigen.)

Inhalt

• Zeichen des Lebens (bei Viren)
• Aufbau
• Lebenszyklus
  1. Injektion des Erbmaterials
  2. Umprogrammierung & Vervielfältigung des Erbmaterials
  3. Produktion der Hüllproteine
  4. Zusammenbau der neuen Bakteriophagen (Reifung)
  5. Platzen des Bakteriums (Lyse) & Freisetzung der neuen Bakteriophagen

<Einschub>

Zeichen des Lebens sind:

1. Vermehrung – nur mit Hilf eines Wirts
2. Bewegung (aktiv) – nicht vorhanden
3. Stoffwechsel & Energieverbrauch – nur mit Hilfe eines Wirts
4. Wachstum/Entwicklung – Wachstum eigentlich nicht vorhanden/Entwicklung auf molekularer Ebene nur mit Hilfe des Wirts (zufällige Mutationen)
5. Reizbarkeit – reagiert auf das Andocken am Bakterium

</Einschub>

Im Meer ist die ganze Zeit ein Kampf um die Vorherrschaft zwischen Bakterien und Bakteriophagen im Gange. Man geht davon aus, das täglich 15-40% aller Bakterien im Meer durch Bakteriophagen getötet werden.

Es gibt viele verschieden Phagen-Typen, die sich unterscheiden in ihrem Aufbau, in welcher Form ihr Erbmaterial vorliegt (DNA, RNA, doppelsträngig, einzelsträngig) und wie sie in das Bakterium gelangen und wie sie das Bakterium wieder verlassen. Allen gemein ist, das sie zur Vermehrung eine Wirtszelle benötigen. Um den Aufbau von Bakteriophagen euch zu zeigen möchte ich euch zwei der bekanntesten Bakteriophagen vor stellen, T4- und M13-Bakteriophagen.

Aufbau

Der T4-Phage ist der Bakteriophage an dessen Form man immer denkt, wenn man an einen Bakteriophagen denkt. Er sieht so ein bischen aus wie das Mondlandemodul. Der T4-Phage gliedert sich in ein Kopf und einen Schwanz. Die DNA liegt hier in doppelsträngig DNA-Faden (dsDNA – double stranded DNA) vor. Die Größe des T4-Phagen ist ~200 nm, was der Wellenlänge von UV-Licht entspricht.

Der M13 hat keine besonderen Strukturen. Er besitzt 5 verschieden Hüllproteine. Die DNA liegt hier einzelsträngig (ssDNA – single stranded DNA) vor. Die Größe ist hier ~900 nm, 4 mal so groß wie der T4-Phage, was der Wellenlänge von Wärmestrahlung (Infrarot) entspricht.

Lebenszyklus

1) Injektion des Erbmaterials

Hier gelangt die Erbinformation des Bakteriophagen in das Bakterium. Dies kann auf verschiedene Arten geschehen. In Abb. 1 ist am Beispiel des T4-Phagen gezeigt, wie nach dem Andocken des Phagen an die Membran der Phage ein Loch in die Membran des Bakteriums macht und anschließend seine Erbmaterial in den Wirt, das Bakterium, injiziert.

Eine andere Möglichkeit, ist die Endozytose, also die Aufnahme des Viruses durch Einstülpen der Membran. Hier bringt der Virus das Bakterium dazu es aufzunehmen, wie es das zum Teil mit größeren Nahrungspartikeln tut. Im Bakterium löst sich dann die Hülle des Bakteriophagen auf und das Erbmaterial wird freigesetzt.

2) Umprogrammierung & Vervielfältigung des Erbmaterials

In dieser Phase werden erste Teile der Information des Erbmaterial abgelesen. Es kommt zur Übernahme des Bakteriums. Die ganze Maschinerie des Bakteriums wird durch die Information aus dem Erbmaterial des Bakteriophagen dazu gezwungen nichts anderes zu tun, als neue Bakteriophagen zu produzieren. Nach dem diese Umprogrammierung abgeschlossen ist, wird das Erbmaterial des Phagen vervielfältigt.

3) Produktion der Hüllproteine

Das vervielfältigte Erbmaterial wird dazu verwendet, um mit Hilfe von Transkription und Translation die Hüllproteine für neue Phagen herzu stellen.

4) Zusammenbau der neuen Phagen (Reifung)

Hier wird das Erbmaterial in die Hüllproteine verpackt. Die Produktion neuer Phagen läuft die ganze Zeit ab. Die Phasen 2-4 laufen die ganze Zeit parallel nebeneinander her. Die Abfolge zeigt lediglich, in welcher Reihenfolge die Phasen ihren jeweiligen Produktionshöhepunkt erreicht.

5) Platzen des Bakteriums (Lyse) und Freisetzung der neuen Bakteriophagen

Der Lebenszyklus im Wirt endet in der Regel mit dem Platzen des Wirts. Wichtig ist dabei, dass sich nicht wie einen zu voll gewordenen Ballon vorzustellen.

Damit ein Bakterium nicht platzt, ist es notwendig, dass die Maschinerie (die Proteine des Bakteriums) sich regelmäßig um die Membran und die Bakterienwand kümmern. Da aber das Bakterium umprogrammiert wurde, und jetzt alle Proteine des Bakterium und vor allem auch die gesamte im Bakterium gespeicherte Energie dazu verwendet wird neue Bakteriophagen zu produzieren, entstehen mit der Zeit Fehler und Lücken in der Hülle des Bakteriums. Diese Lücken und Fehler führen dann zum Platzen.

Es gibt auch Vieren die nicht zum Platzen der Wirtszelle führen, ähnlich wie die Endozytose (Aufnahme) gibt es auch den umgekehrten Prozess, die Exozytose, die Abgabe. Hier werden Vieren die ganze Zeit abgegeben und die Membran des Bakteriums wird Teil der Virenhülle.

Damit sind neue Bakteriophagen freigesetzt worden und der Lebenszyklus der Bakteriophagen kann erneut mit dem andocken an ein Bakterium beginnen.