Hoe vier je het jaar van de faag? Zelfs als je nog nooit van deze kleine, bacteriedodende virussen hebt gehoord, ben je ze zeker tegengekomen. Triljoenen bacteriofagen of fagen en soortgelijke virussen bestaan op de planeet en op veel plaatsen zijn ze zelfs groter dan de lokale bacteriën.
gerelateerde inhoud
- Bloedstolsels, levercellen en vogelgriep zijn verrassend mooi onder een microscoop
Fagen zijn gespecialiseerd in het infecteren van bacteriën en het uitwisselen van genen, zodat ze hun gastheren kunnen gebruiken om te repliceren. In hun verschillende vormen sturen fagen uiteindelijk biologische processen in het lichaam en in ecosystemen aan. Nu, een eeuw na hun ontdekking, valt er nog veel te leren over deze kleine wezens en hun verleidelijke mogelijkheden - zoals het ontwerpen van gemanipuleerde faagvirussen die zelfs de meest resistente bacteriële infecties kunnen vermoorden.
Forest Rohwer, co-auteur van Life in Our Phage World, legt uit waarom hij wil dat de wereld 2015 markeert als het jaar van de faag:
Waarom nu fagen vieren?
Het is nu 100 jaar geleden dat we echt iets van deze dingen wisten. Afhankelijk van precies wie je het eerst ontdekte fagen wilt zeggen, was het eerste mooie concrete voorbeeld in 1915. [Britse bacterioloog Frederick W. Tort wordt over het algemeen gecrediteerd met de ontdekking.] En nu, na een echte vertraging in het aantal mensen in de veld, zou ik zeggen dat er de afgelopen tien jaar een heropleving is geweest. Mensen erkennen dat deze dingen belangrijke spelers zijn in ecosystemen, microbiële diversificatie, het delen van genen - overal ter wereld. U kunt dus echt betrokken worden en een bijdrage leveren op dit gebied en een aantal nieuwe, grote en belangrijke dingen ontdekken. Vanuit het oogpunt van een bioloog is dat heel leuk.
Het feit dat ze zo alomtegenwoordig zijn, is bijna een beetje verontrustend.
Er zijn ongeveer 10 miljoen fagen in een enkele milliliter zeewater en bijna 100 miljoen fagen in een gram grond. Ze zijn echt overal, in wezen alles wat je maar kunt bedenken, en ze zijn ongelooflijk divers. Maar ze zijn slechts een deel van het systeem. Ze zijn in de meeste gevallen volkomen onschadelijk voor ons. In feite helpen ze ons waarschijnlijk grotendeels.
Wat voor soort dingen doen ze?
Nou, een zombievergelijking is correct voor één gedrag. Fagen gaan naar binnen en ze maken hun DNA deel van het DNA van bacteriën, en dat zorgt er vaak voor dat bacteriën andere dingen doen dan ze anders zouden doen. Een goede manier om na te denken over hoe het werkt, is het voorstellen van symbiose over een breed bereik, van ziekteverwekkers tot mutualisme. In zo'n systeem waar je naar kijkt, lijkt het erop dat de genen die de lokale aanpassingen doen door overdracht worden verkregen. In de menselijke darm, bijvoorbeeld, heb je een bepaalde set bacteriën die bij je leven, maar wat er in de loop van je leven gebeurt, is dat die bacteriën genen verwerven [uit fagen] die nuttig, schadelijk of neutraal kunnen zijn voor de gastheer.
Dus deze DNA-uitwisseling kan een enorm scala aan resultaten hebben?
Rechts. Dat is eigenlijk het gebied waar fagen soms schadelijk kunnen zijn voor mensen, wanneer de genen die een ziekte veroorzaken door een faag worden gedragen. Dus veel pathogenen bestaan alleen omdat een bacterie die normaal geen pathogeen is, verschillende genen heeft die door een faag worden toegevoegd. Waarschijnlijk is het beroemdste voorbeeld cholera, waar ze echt goed weten hoe de faag die ziekte veroorzaakt. Het gebeurt ook met veel van de E. coli- stammen die voedselvergiftiging veroorzaken.
Leven in onze faagwereld
KopenHoe zit het met de nuttige kant?
Als je over een koraalrif kijkt, heb je in principe dezelfde soorten bacteriën die bij het rif horen. Maar dan zie je op verschillende plaatsen dat er verschillende genen zijn verkregen waarmee bacteriën zich kunnen aanpassen aan hun lokale omstandigheden. En in dat geval is het een goede zaak, voor zover het de algehele gezondheid van het rif bevordert. De andere kant doodt gewoon bacteriën, want dat is hun voedselproduct. Dat is echt het andere belangrijkste dat ze doen.
Hoe kan deze bacteriële moord werken om ziekte te bestrijden?
Dat is al 100 jaar een gedachte. Oorspronkelijk dachten mensen dat ze een magische kogel hadden gevonden, microben om microben te doden. Maar toen begonnen we antibiotica te gebruiken en voor het grootste deel zijn dat wat we vandaag de dag nog steeds gebruiken. De plaatsen waar ze vaak faagtherapie kunnen gebruiken, zijn in Rusland of Polen. Maar er is een soort beweging om ze opnieuw te gebruiken in de westerse wereld, vooral omdat veel bacteriën resistent zijn geworden voor antibiotica.
Waarom is hun potentieel om ziekten te bestrijden zo groot?
Er zijn een paar voordelen. Antibiotica doden in principe alle bacteriën, of een groot deel ervan, en dat wil je in veel gevallen niet. Je wilt niet alle bacteriën in je darmen doden elke keer dat je die infectie hebt. Daarom zijn de fagen zo interessant: ze richten zich op en jagen op een bepaalde ziekteverwekker. Ook wordt een faag een miljoen in een paar uur. Een antibioticum zal nooit versterken, je moet ze in je lichaam blijven steken. Maar met fagen, als de doelbacteriën er zijn, zal het meer van deze dingen aantrekken die het doden, dat is waar je op hoopt. En wanneer de doelbacteriën verdwenen zijn, moeten de fagen die zich eraan voeden ook verdwenen zijn.
Kunnen we fagen kunstmatig maken zodat ze zich precies richten op de schadelijke bacteriën waarnaar we op zoek zijn?
Ja. Ik denk dat ze isoleren van de vele verschillende fagen in de natuur een beetje een smerige geschiedenis heeft - soms werkt het, soms niet - en vanuit een regelgevend standpunt dat altijd een beetje vaag zal zijn. Ik geloof dat synthese de manier is waarop we gaan. We zijn ze al een tijdje aan het engineeren, sinds de jaren 1970 of misschien zelfs eerder, en we weten heel wat over ze. Je kunt gewoon een specifiek stuk DNA nemen, het toevoegen aan een reageerbuis met de eiwitdelen waaruit een faag bestaat, en daar krijg je een levensvatbare faag uit. Het DNA initieert het creëren van een levensvatbare faag, dus het is echt een soort magische nanomachine.
Het klinkt ideaal, dus wat is het nadeel van nieuwe faagbehandelingen?
We besteden honderden miljoenen dollars aan het ontwikkelen van een antibioticum. Tot dusverre is er echt niet zo'n investering geweest die je nodig hebt om fagen te ontwikkelen tot het niveau waarop de meesten van ons comfortabel zouden zijn om ze te gebruiken. Als ik een bacteriële infectie heb, ga ik nu nog steeds met de antibiotica.
Hoeveel moeten we nog leren na een eeuw faagstudie?
We weten veel over sommigen van hen, omdat zij de instrumenten waren die werden gebruikt om moleculaire biologie te ontwikkelen, uit te vinden hoe DNA werkt en echt leren hoe dingen op moleculair niveau te bestuderen. Dus in dat geval weten we veel. Als het gaat om wat er in de omgeving gebeurt, weten we in zeer brede streken wat voor soort dingen ze doen, maar over de bijzonderheden van wat er gaande is, zelfs in het menselijk lichaam, weten we heel weinig.
Hun genetische diversiteit, die meestal onbekend is, is ongelooflijk. In de meeste gebieden kunnen we zeggen dat we niet weten wat een bepaald gen doet, maar we hebben het tenminste eerder gezien. Met faagspullen kun je naar elke omgeving gaan die je wilt kiezen en de meeste genen die ze dragen, misschien 80 procent, we weten niet alleen niets over die genen, maar we hebben ze nog nooit eerder gezien. Het is op dit moment een beginnende wetenschap en er zijn voortdurend nieuwe ontdekkingen aan de gang. Het is een van die plaatsen waar iedereen kan gaan en je bent in principe gegarandeerd iets cools te vinden.
