Bakterio- und Virophagen

Die Gruppe der Bakteriophagen hat sich darauf spezialisiert, Bakterien zu infizieren. Die Bezeichnung »Phage« leitet sich von dem griechischen Wort »Phagos« (»Fresser«) ab und bedeutet nichts anderes, als dass die Viren die Bakterien »auffressen«, was sie natürlich nicht wirklich tun. Ähnlich wie die humanpathogenen Viren heften sich die Phagen mit Spikes an die Zellmembran, injizieren ihr Erbmaterial in das Bakterium und benutzen dessen Syntheseapparat zu ihrer Vermehrung. Sind genügend Virionen entstanden, lösen sie die Bakterienwand einfach auf, ihr Wirt stirbt ab.

Im Unterschied zu den virulenten Phagen bauen die temperenten Phagen ihre DNA in das bakterielle Erbgut ein oder deponieren sie in Plasmiden im Zellplasma und fallen, vergleichbar zum Beispiel mit den Humanen Herpesviren, in einen Ruhezustand, die sogenannte Latenz. Bei jeder Zellteilung des Bakteriums erhalten die Tochterzellen auch das virale Erbgut. Es kann jederzeit wieder in den aktiven Zustand übergehen und seinen Vermehrungszyklus fortsetzen. Die neu gebildeten Virionen zerstören dann ebenfalls ihren Wirt, indem sie seine Zellwand sprengen. So gelangen sie wieder in die Umwelt, wo sie ihren nächsten bakteriellen Wirt finden. So erwecken sie den Eindruck, dass sie sich von den Bakterien ernähren. Selbstverständlich betreiben sie keinen Stoffwechsel, aber das war zum Zeitpunkt ihrer Entdeckung und der Namensgebung noch nicht bekannt.

Die Bakterien haben im Laufe der Evolution Abwehrsysteme gegen die Phagen entwickelt. Sie schützen ihre DNA, indem sie an die Purinbase Adenin und die Pyrimidinbase Cytosin Methylgruppen anheften, die sie vor den viralen Genscheren, den Restriktionsenzymen, schützen. Andererseits sind die Viren in der Lage, die bakteriellen Abwehrmechanismen zu umgehen und lassen ihre DNA von der Methyltransferase des Bakteriums ebenfalls methylieren.

Phagen kommen überall dort vor, wo Bakterien sind, also weltweit und überall. Sie sind meist auf ein bestimmtes Bakterium spezialisiert. So infizieren beispielsweise die Coliphagen Escherichia coli, Salmonellaphagen Salmonellen und Cyanophagen Cyanobakterien. Ihr Genom kann aus einem Einzel- oder Doppelstrang einer DNA oder RNA bestehen, linear oder ringförmig sein. Die am besten untersuchten Bakteriophagen sind die Caudovirales. Sie bestehen aus dem Kopf, einem Proteinkapsid, das die doppelsträngige DNA enthält, dem Kragen und dem Schwanz mit Schwanzfasern zum Anheften an die Wirtsmembran. Ihr Vermehrungszyklus im Bakterium dauert zwischen 30 Minuten und vier Stunden.