پاورپوینت فاژها، اهمیت و کاربرد آنها

Phages, importance and application
1

تاریخچه:
در سال های ۱۹۱۵و ۱۹۱۷
Frederick Twort
Félix d'Hérelle

این دو دانشمند با رشد باکتری های مختلف در محیط های کشت مایع متوجه از بین رفتن خود به خود این باکتری ها شدند.
این دانشمندان پس از مطالعات خود و با صاف نمودن این محیط های حاوی فاژ توسط فیلترهای باکتری شناسی، وجود باکتریوفاژها را اثبات کردند.
2

مقدمه:
ویروس ها یوکاریوت ها
پروکاریوت ها (به این ویروس ها باکتریوفاژ گفته می شود)
این ویروس ها برای باکتری ها اختصاصی هستند و نمی توانند به یوکاریوت ها حمله کنند
انواع بسیار مختلفی از باکتریوفاژها وجود دارند که به گونه های خاصی از باکتری ها تمایل دارند و فقط میزبان باکتریایی خاصی را آلوده می کنند
3

تقسیم بندی باکتریوفاژها:
مبنا اسید نوکلئیک DNA
RNA
Icosahydral MS2
شکل Filamentus (Helical) M13
Head and tail T4و λ
4

5

Major Bacteriophage Families:
6

7
بیش از ۹۵% فاژهای موجود در متون علمی
فراوان ترین نوع فاژ بر روی کره زمین

Ligamenvirales:
Lipothrixviridae
طویل بوده، دارای انولوپ هستند و DNA دو رشته ای خطی
Alphalipothrixvirus
Betalipothrixvirus
Gammalipothrixvirus
Deltalipothrixvirus
Rudiviridae
طویل بوده، فاقد انولوپ هستند و DNA دو رشته ای خطی
Vesiculovirus
Ephemerovirus
Sigmavirus
Tibrovirus
Tupavirus

8
Perhabdovirus
Sprivivirus
Cytorhabdovirus
Lyssavirus
Novirhabdovirus
Nucleorhabdovirus

9

فاژ T4:
آلودگی لیتیک E.coli
ذرات فاژ به پروتئین گیرنده ای به نام OMPc واقع در سطح باکتری متصل می شوند. سپس DNA فاژی از طریق ساختار دمی T4 به سلول تزریق می شود. در داخل سلول، رونویسی از داخل ژنهای فاژی آغاز شده و سنتز DNA، RNA و پروتئین های سلول میزبان متوقف می شود DNAی باکتری، دپلیمریزه شده و این نوکلئوتیدها برای همانند سازی DNA فاژ مورد استفاده قرار می گیرند. پروتئین های کپسید فاژ سنتز می شوند و ذرات جدید فاژی به تعداد زیادی افزایش می یابند. در نهایت، ۲۰۰ تا ۳۰۰ ذره فاژی جدید با تخریب میزبان آزاد می شوند.
10

11

12

بیان ژن در آلودگی لیتیک:
همانند سازی ژنوم قبل از سنتز پروتئین های کپسید
لیزوزیم انتهای چرخه
دو مرحله بیان ژن early همانند سازی ژنوم فاژ
late تولید پروتئین ساختاری
در فاژ T4، ژن های زودرس به وسیله RNA پلی مراز میزبان با استفاده از توالی های راه انداز فاژ که در ژن های طبیعی E.coli حضور دارند، رونویسی می شود. با رونویسی بعضی از این ژن ها، پروتئین هایی کد می شوند که ویژگی RNA پلی مراز را تغییر می دهند تا راه اندازهای میزبان را نشناسد. این امر باعث می شود بیان ژن در میزبان خاموش شود. اما در عوض، منجر به رونویسی سری دوم ژن های فاژ می شود. برخی از این ژن ها پروتئین هایی را رمز می کنند که مجدداً ویژگی پلیمراز را عوض می کنند و بنابراین پلیمراز، سری سوم ژن ها را نیز رونویسی می کند. به این ترتیب، بیان ژن های فاژ طی مراحل سازمان یافته صورت می گیرد که در آن، محصولات ژن های زودرس، ژن های دیگر را فعال می کنند.
13

14
A Map of the T4 Genome

فاژ لامبدا:
temperate phages
E.coli را دچار آلودگی لیتیک
پس از اینکه فاژ، DNA خود را داخل سلول میزبان تزریق کرد، DNA حلقوی می شود. سپس با کروموزوم میزبان ادغام می شود. ادغام به وسیله نوترکیبی صورت می گیرد و شامل یک توالی فاژی دارای ۱2 جفت باز همولوگ با توالی موجود در کروموزوم E.coli است. ادغام همیشه در یک جایگاه روی می دهد. به این شکل از ادغام، پروفاژ می گویند. پروفاژ تا چندین نسل آرام باقی می ماند و همراه با کروموزوم میزبان، همانند سازی می کند. در نهایت، پس از تقسیمات متعدد سلولی، یک تحریک موجب روشن شدن سیکل آلودگی لیتیک می شود. این روشن شدن توسط برخی از محرک های شیمیائی یا فیزیکی القاء می شود و شاید علامت نزدیک بودن مرگ باشد. در پاسخ به این محرک ها، DNA فاژ با انجام یک نوترکیبی مولکولی از کروموزوم جدا می شود. ژن های فاژ بیان شده و پروتئین های فاژ سنتز می شود. DNA فاژ همانند سازی شده و در کپسیدها بسته بندی می شود. در نهایت، باکتری تخریب می شود ذرات فاژی جدید آزاد می شوند.
15

16

Lambda Phage DNA:
17

18

بیان ژن در آلودگی لیزوژنیک:
3 مرحله زودرس سریع
زودرس با تاخیر تنظیم توسط راه انداز PL و PR
دیررس

انتخاب میان مسیرهای لیتیک و لیزوژنیک به عهده یکی از پروتئین های لامبدا به نام CRO می باشد که به عنوان مهارکننده رونویسی ژن ci عمل می کند.

فعال شدن چرخه لیتیک توسط عواملی از جمله تابش پرتوهای یونیزان یا فرابنفش صورت می گیرد.

19

20

اهمیت و کاربرد:
1- از بین بردن ساختار بیوفیلم باکتری ها:

بسیاری از فاژها پلی ساکاریداز یا پلی ساکارید لیازهای بسیار اختصاصی تولید می کنند
دما و غلظت مواد تغذیه ای حساسیت به فاژ را تحت تاثیر قرار نمی دهد
در حذف باکتری ها از سطوح ترکیب دو فاژ یا یک فاژ در ترکیب با ترکیبات آمونیومی 4 ظرفیتی و یا مواد ضد عفونی کننده اثر سینرژیستی مشاهده می شود

21

2- تولید آنتی بادی مونوکلونال با نمایش فاژ:

فناوری نمایش – فاژ یک سلسله ابزار بسیار ارزشمند زیست شناسی را ارائه می دهد که لیگاندهای سریع و ارزان قیمتی را مانند ایمنوگلوبولین ها برای یک هدف معین، فراهم می کنند.
اساس: یک لینک فیزیکی میان ژنوتیپ و فنوتیپ آنتی بادی
استفاده: طب انتقال خون و تولید معرف های سرولوژیک
برتری: اجتناب ترانسفورماسیون لنفوسیت-B و کشت بافت
معایب: بسیار وقت گیر و گران بوده و نیاز به نیروی کار باتجربه داد
نمایش فاژ ژن های آنتی بادی را به جای سلول هایی که ژن ها از آن نشات گرفته اند، نامیرا می سازد
22

دستورالعمل کلی نمایش فاژ برای آنتی بادی های مونوکلونال:
23

3- به عنوان بیوسنسور در شناسایی پاتوژن های منتقله از طریق غذا:
فاژ P22 فعالیت نورآمینیداز به سمت آنتی ژنO در سطح سالمونلا نشان می دهد.

فاژ Sf6 ، شیگلا دیسانتری را مورد هدف قرار می دهد.
24

25

4- شناسایی سرطان:

بیومارکرها اسیدهای نوکلئیک
پپتیدها
پلی ساکاریدها
استفاده وجود سرطان
مرحله سرطان
نوع سرطان

کتابخانه نمایش فاژ به جهت غربالگری الیگوپپتید
کتابخانه DNA تک رشته ای به جهت شناسایی آپتامرها
رایج ترین و قدرتمندترین ابزار

26

پروتئین- پروتئین
پروتئین- پپتید
پروتئین- DNA
کتابخانه نمایش فاژ
سرطان کبد
CA-125 blood test سرطان ریه
سرطان تخمدان
دیگر شرایط: حاملگی، التهاب

BG1 ovarian cancer cells فاژ M13 E.Coli
27

5- فاژ تراپی:

مقدمه: روش استفاده از باکتریوفاژها برای درمان بیماری های باکتریایی قبل از کشف آنتی بیوتیک ها پیشنهاد شد، ولی پس از کشف پنی سیلین و سایر آنتی بیوتیک های وسیع الطیف، کاربرد آنها کم کم به فراموشی سپرده شد.
تعریف: راهکاری جانبی نسبت به آنتی بیوتیک درمانی برای باکترهای مقاوم به آنتی بیوتیک ها
28

29

مزایای استفاده از فاژ تراپی:

روشی بسیار اختصاصی، موثر و توانمند نسبت به درمان با آنتی بیوتیک ها
فاژ درمانی روشی کم هزینه علیه انواع باکتری ها و به ویژه عفونت های مقاوم به درمان می باشد.
فاژ ها برخلاف آنتی بیوتیک ها بسیار ارزان قیمت بوده و فاقد عوارض جانبی شناخته شده هستند.
علیه تمامی باکتری ها قابل تولید هستند
برای درمان از تمام روش های شناخته شده از جمله داخل عروقی، عضلانی، خوراکی و حتی داخل مغزی می توان استفاده نمود
به آسانی با هزینه ای پایین از محیط زندگی انسان قابل جداسازی و تخلیص است.
باکتری ها توانایی مقاومت در برابر آن را ندارند، و یا حداقل مقاومت در برابر آنها پایین است.

30

31

نتیجه گیری:
32

33

منابع:
از بین بردن ساختار بیوفیلم باکتریها با استفاده از فاژها. محمود یلمه، محمد باقر حبیبی نجفی، مژگان یزدی. 1392.
تکنولوژی نمایش فاژ و کاربردهای آن. سعید مروتی، هادی شیرزاد، محمدرضا جهانی و محمد حسین مدرسی. 1385.
Bacteriophage and their potential roles in the humanoral cavity. Anna Edlund, Tasha M. Santiago-Rodriguez, Tobias K. Boehm and David T. Pride., 2015.
Cancer Cell-Specific Oligopeptides Selected by an Integrated Microfluidic System from a Phage Display Library for Ovarian Cancer Diagnosis. Chih-Hung Wang, Chen-Hsun Weng, Yu-Jui Che, Kuan Wang, and Gwo-Bin Lee. 2015.
Ecology of Anti-Biofilm Agents I: Antibiotics versus Bacteriophages. Stephen T. Abedon., 2015.
Recent Advances in Bacteriophage Based Biosensors for Food-Borne Pathogen Detection Amit Singh, Somayyeh Poshtiban and Stephane Evoy., 2013.

34

thanks for your attention
35