Bakteriophagen und Viren Flashcards
Bakteriophagen
“Bakterienfresser” = Viren, die Bakterien befallen von griechisch βακτήριον (baktērion) “Stäbchen” φαγεῖν (phagein) “fressen”
-10^-6 - 10^-8
-modern:
Phagen und Viren sind genetische Elemente
- infektiöse Einheiten
- intrazelluläre Parasiten
- ohne zelluläre Organisation
- ohne eigenen Stoffwechsel
- Stoffwechsel der Wirtszelle wird umprogrammiert
- extrachromosomal oder Integration in das Wirtsgenom
- Replikation: Cytoplasma oder Kern—- > mobile(s) Gen(e) in einer Schutzhülle
Viren und Bakteriophagen
- DNA/RNA
- 2474 kb
- 2->500 nm
Phagen-/ Virusaufbau
Minimum - Nukleinsäure (DNA oder RNA) - Proteine
Beispiele: Rhinoviren, Bakteriophage T4, Tabakmosaik-Virus
Fakultativ
- Lipide ( —> Membran) und Glycoproteine
Beispiele: HIV, Pocken, Herpes etc.
T4 Aufbau
Minimum
- Nukleinsäure (DNA oder RNA)
- Proteine
Beispiele: Rhinoviren, Bakteriophage T4,
HIV: Aufbau eines Viruspartikels mit Mebranhülle
Siehe Folie
Viren und subvirale Partikel
Wichtigstes Merkmal: Art der Nukleinsäure
- ds DNA - ss DNA
- (+) ss RNA - (-) ss RNA - ds RNA
- Mischformen
- Proteine (chromosomale DNA)davon abgeleitet:
- Art der Replikation — > direkt oder wechselnd zw. DNA/RNA
- Länge des Genoms, Segmentierung
- linear oder zirkulär
- Sequenz
HIV: Klassifikation eines Viruspartikels mit Membranhülle
- Klasse: (Genom) + ssRNA, revers transkribierend
- Familie (-viridae) Retroviridae
- Subfamilie (-virinae) Orthoretrovirinae
- Genus, Gattung Lentivirus(-virus)
- Spezies HIV-1
Bakteriophage T4: Klassifikation
- Klasse: (Genom) dsDNA, kein RNA Stadium
- Ordnung Caudovirales
- Familie (-viridae) Myoviridae
- Subfamilie (-virinae) Tevenvirinae
- Genus, Gattung T4virus (-virus)
- Spezies Enteropacteria phage T4 sensu lato
T4 sensu lato
Viren und subvirale Partikel
Viren, Art der Nukleinsäuren
- ds DNA - ss DNA
- (+) ss RNA - (-) ss RNA - ds RNA - Mischformen
Satellitenviren
- ds DNA - (+) ss RNA
Viroide
- ss RNA
Prionen
Satellitenviren
- Plasmide und unvollständige Viren/Phagen, die nur verbreitet werden, wenn ein Helfervirus die Vermehrung übernimmt
- DNA/RNA
- 183 kb
- 10-100 nm
- 0- >12 Proteine im Virion
Satellitenviren/-phagen
Bsp
Sattelit : P4 -> Helfer P2 -> Wirt Ecoli
Satellt: Hepatitis Delta Virus -> Helfer: Hepatitis B virus-> Wirt: Mensch
Viroide
-RNA
246-434 nt
Subvirale Agentien: Viroide
- nur bei Gefäßpflanzen, lösen Pflanzenkrankheiten aus - bei Tieren und Bakterien unbekannt
- systemische Ausbreitung
- kleine, ringförmige RNA-Moleküle, 246-401 nt - ≤ 10 nm
- “nackt”
- keine Proteinhülle
- keine Gene kodiert
- hochgradig selbst-komplementär
- RNase-resistent
- Replikation im Nukleolus oder Chloroplast
- Rolling-circle replication - Selbst-schneidendes Ribozym (ASBVd)
Beispiele Subvirale Agentien: Viroide
Beispiele
- Potato Spindle Tuber Viroid - Avocado Sunblotch Viroid
- Apple Dimple Fruit Viroid
- Chrysanthemum stunt viroid
Prionen
- Infektiöse Proteine, keine Nukleinsäure nachweisbar oder notwendig
- Kein gentisches Matrial -> Prionproteine chromosomal codiert (glykosyliert, Kupfer-bindend, geordneter und ungebordneter Bereich)
- ~ 5 nm
- 1 Protein im Virion
Beispiele Prionen
Scrapie (Traberkrankheit, Schafe)
Bovine Spongiform Enzephalopathy (BSE, Rinderwahn)
Creutzfeld-Jacob Krankheit (CJD, Mensch) Kuru Kuru
Prionenerkrankung
- spontane, gelenkte oder durch Mutationen erzeugte Fehlfaltungen chromosomal codierter Proteine
- “Amyloid”
Lyse von E.coli durch T4
- Phagensuspension + Suspension von Bakterienzellen -> Weichagar,48°
- MIschen, auf Agarplatte gießen
- Petrischale mit Nähragar
- Topagar auf Nähragar
- Bebrüten,37° über nacht
- Phagen Plaques, Bakterienrasen
T4 Infektionszyklus
a) Ungebundener Phage
b) Bindung der Schwanzfasern
c) Irreversible Rezeptorbindung
d) Kontraktion und anschl. Aufnahme der DNA
T4: späte Genexpression, Replikation, Morphogenese
- Kopf-Schwanz Phage
- 25 min Zykluszeit
- burst size ≈ 50 Phagen/Zelle
- keine Integration der Phagen-DNA in das Bakterienchromosom
- Komplexe DNA, 169 kbp
- Adsorption an Outer Membrane Protein OmpC
- Frühe, mittlere, späte Transkription
- Modifikation der E. coli RNA Polymerase
- Eigener σ-Faktor für späte Transkription
- Abbau der Wirts-DNA
- Autoassembly der Phagenproteine
- Freisetzung durch Zelllyse
Virulente und Temperente Bakteriophagen
T4: Adsorption -> Penetration ->Replikation -> Morphogenes -> Freisetzung
Lambda:
Adsorption ->Penetration ->teilt sich in Integration und Replikation
Integration -> teilt sich in Prophage und Induktion
Induktion -> Excision -> Replikation
Replikation -> Morphogenese ->Freisetzung
Lambda Infektionszyklen: Lytischer zyklus
1) Adsorption udn Penetration
2) Replikation
3) Synthese von Virusprotein
4) Zelllyse -> dann wieder 1
Lambda Infektionszyklen: Lytsognerzyklus
Nach der Adsorption:
1) Integration und Zelteiulung
2) UV Struhlung
3) Induktion
4) Excision dann Synthes von Virus Protein (lytischer Zyklus)
Temperenter Bakteriophage Lambda
lytisch
• Replikation, keine Integration in das Chromosom
• 45 min Zykluszeit
• “burst size” ≈ ca. 100 Phagen/Zelle
lysogen
• Integration in das Chromosom (“Prophage”),
• Wirtszellen werden “lysogen”
• —> Immunität gegen Neuinfektion
• Weitergabe an Tochterzellen bei Teilung
Induktion:
Erneuter Übergang in den lytischen Zyklus (z.B. durch UV-Bestrahlung)
Regulation:
durch 6 regulatorische Proteine, cI, cII, cIII, Cro, N, Q
—-> Lambda ist ein “temperenter Phage”
T4 ist “virulent”
Temperenter Bakteriophage Lambda
- Wirt: E. coli K12
- Kopf/Schwanz Phage - Lytisch/Lysogener Zyklus
- DNA linear, 48.502 bp
Lambda
1) Adsorption -> Bindung an Maltoporin (LamB, äußere Membran
2) Injektion der DNA-> nach unbekanntem Mechanismus, Co-Rezeptor erforderlich
3) Zirularisierung der DNA -> Zirkularisierung, 5)Superspiralisierung der Gyrase
Lambda Transkription
siehe Folie
Lambda Genregulation lytischer Zyklus
Lytische Vermehrungsphase von Lambda
• Transkriptionskontrolle durch gpN- und gpQ-vermittelte Antitermination • Repressorbindung (Cro) an eine Operatorsequenz erst spät
Lambda: Lysogener Zyklus
Lysogener Zustand
• vermehrte Expression von cII und Integrasegenen — > Expression des cI Gens (Lambda-Repressor)
• ausreichend für Etablierung / Aufrechterhaltung des lysogenen Zustandes
Lambda Übersicht
- Temperenter Phage mit lytischem und lysogenem Zyklus
- Komplexe DNA, 48,5 kbp, linear im Phagen, zirkulär im Bakterium
- cos Site
- Adsorption an outer-membrane-protein LamB = Maltoporin
- Frühe, mittlere, späte Transkription
- Transkriptionsregulation durch Antitermination (N und Q)
- Autoassembly der Phagenpartikel mit DNA
- Ortsspezifische Integration in das Wirtschromosom (att)
- Lambda Repressor zur Aufrechterhaltung des lysogenen Zustands
Phagentherapie
Verstrahlt: Strahlungsverbrennungen und ihre Behandlung
Selbst-auflösende Pflaster
— > Freisetzung von Bakteriophagen gegen Staphylococcus spp.
Vor– und Nachteile Phagentherapie
+ Effektiv, wo Antibiotika versagen + Spezifisch isolierte Bakteriophagen kommerziellen Präparaten überlegen + Anwendung in Nahrungsmittelindustrie zugelassen
– Aufwändige, zeitraubende Suche nach Kombination Wirt/Bakteriophage – Sicherheitsrisiken durch bakterielles Endotoxin
–> Wachsendes Interesse wegen multipler AB Resistenz speziell von Hospitalkeimen
Phagenlysine
- Hochgradig spezifisch • Hitzestabil bis 60˚C • Überwiegend gegen Gram-positive Keime • Geeignet für Therapie/Prophylaxe von Schleimhautkeimen • Geeignet für Therapie/Prophylaxe multiresistenter Keime (z.B. MRSA)
- Können zusammen mit Antibiotika gegeben werden
–> siehe Folien
