Prophage er navnet gitt til fag-DNA av tempererte bakteriofager når det er tilstede i den bakterielle vertscellen. Bakteriofager ble oppdaget av Félix Hubert d'Hérelle i 1917. Det er de virus som har tilpasset seg spesifikke bakterie. Senere forskning skilte mellom den lytiske fagen med høy virulens og den tempererte fagen med stille profag og lysogen syklus.
Hva er profager?
Profilen til den tempererte bakteriofagen kan være til stede som et plasmid i vertscellen eller integreres i det bakterielle DNA. For dette må den tempererte fagen vedta den lysogene syklusen ved injeksjon av fag-DNA. Det skilles mellom den lytiske syklusen og den lysogene syklusen. Mens den lytiske syklusen forårsaker rask replikasjon og påfølgende lysis av vertscellen etter injeksjon av det genetiske materialet, i den lysogene syklusen, injiseres repressorgener i fagen i vertscellen for å undertrykke den lytiske syklusen, dvs. den raske oppløsningen av celle. Den tempererte fagen kan veksle mellom lytisk og lysogen syklus, avhengig av miljøet tilstand tilstede. Den lytiske syklusen refererer til den konvensjonelle tilnærmingen til faggenene i vertscellen. Det er rask replikasjon i vertscellen etter injeksjon av viralt DNA. Etter kapsid og halefiber proteiner har blitt replikert i tillegg til viralt DNA og mange nye viruspartikler er samlet fra de enkelte delene, blir celleveggen til vertscellen oppløst av lysozym. Oppløsningen av celleveggen frigjør de nye fager, og de kan nå injisere DNA sitt i ytterligere bakterieceller. Denne prosessen er fullført på omtrent en time. På grunn av det høye antallet nye virale partikler kalles denne prosessen “virulent form”. Siden vertscelleveggen er ødelagt av lysozymbrukes begrepet "lytisk syklus". I den tempererte fagen trer ikke rask replikering og etterfølgende lysis av vertscellen i kraft. Avhengig av eksisterende miljøfaktorer, kan den tempererte fagen veksle mellom lytiske og lysogene sykluser. Den lytiske syklusen kan undertrykkes ved injeksjon av repressorgener og den lysogene syklusen kan begynne på ubestemt tid. I den lysogene syklusen settes fagets genetiske materiale inn i bakteriens genetiske materiale og kan vedvare her på ubestemt tid. Det injiserte genetiske materialet blir referert til som "still", og definert som "profage". Profilen kan ligge som et plasmid i cytoplasmaet til vertscellen eller være integrert i det genetiske materialet til bakterien. Integreringen av det virale genetiske materialet krever en høy grad av spesialisering. Det genetiske materialet til tempererte fager kan bare festes til spesifikke posisjoner av bakterielt DNA. Omvendt kan det genetiske materialet til individuelle tempererte fagstammer alltid identifiseres i de samme posisjonene til bakterien. På grunn av den vellykkede tilpasningen blir profager begunstigede av bakteriecelledeling. Under delingsprosessen av vertscellemitosen videreføres virusgenomet. Videre overføring til andre bakterie kan forekomme ved bøyning. Profager kan dermed spre seg gjennom hele bakteriestammer ved forskjellige overføringsveier. Miljøpåvirkninger som UV-lys eller visse kjemikalier kan føre til at profagen bytter tilbake til lytisk syklus og søker aggressiv replikasjon. Videre utnytter profagen også transkripsjonsprosessene til vertscellen: De injiserte repressorgenene i fagen blir anerkjent som DNA-skade av visse enzymer av bakterien og nedbrytes. Nedbrytningen av repressorgenene har en selvdestruktiv effekt i vertscellen. Den lytiske syklusen kan nå ikke lenger undertrykkes, og profagen bytter fra den lysogene tilstanden til aggressiv replikasjon, som ender med den påfølgende oppløsningen av bakteriecelleveggen.
Forekomst, distribusjon og egenskaper
Fager er høyt spesialiserte virus som har tilpasset seg individuelle bakteriestammer. Dermed kan ikke alle bakteriofager få tilgang til alle bakterier. Formering uten den spesifikke vertscellen er ikke mulig for bakteriofagen. Den sterke spesialiseringen fører til at bakteriofager finnes i samme terreng som vertscellene. Det samme gjelder i enda større grad for profater, siden profater ikke er konvensjonelle virus og bare presentere seg selv som viral genetisk materiale i vertsorganismen, de kan ikke bli funnet utenfor de tildelte cellene, ikke bare per definisjon. I tillegg må det nevnes at bakteriofager har et antall (10 til kraften 30) i sjøvann alene, og dermed er det flere fager enn levende organismer på hele planeten. Dette står i kontrast til et forsvinnende lite antall nitten offisielt undersøkte bakteriofager, noe som gjør det vanskelig å gi en nøyaktig uttalelse om deres forekomst.
Betydning og funksjon
Fage terapi ble utviklet på 1920-tallet og brukes fremdeles med suksess i Øst-Europa for å bekjempe forskjellige Smittsomme sykdommer. Fordelene med fag terapi er åpenbare: bakteriofager skader bare individuelle stammer av bakterie mens antibiotika har en generell skadelig effekt på kroppens bakterier. Oppdagelsen av penicillin på 1940-tallet førte til massiv antibiotika bruk i Vesten og som et resultat av en opphør av fagforskning. Den påfølgende oppbyggingen av mange antibiotika motstand utløste igjen økt interesse for bakteriofager på 1990-tallet. Imidlertid fokuset på fag terapi er på bakteriofager med aggressiv virulens og utelukkende lytisk syklus, mens tempererte bakteriofager og profager bare har spilt en mindre rolle hittil.
Sykdommer og plager
Litt patogener kan bare etablere sin virulens gjennom symbiose med profager. Clostridium botulinum kan produsere den fryktede botulinumtoksin bare ved hjelp av integrert fag-DNA. Streptokokker pyogener kan bare forårsake scarlet feber i kombinasjon med profag-DNA. Vibrio cholerae produserer kolera bare gjennom spesielle profater. Dette viser også betydningen av fager for humanmedisin. Hele bakteriestammer kan miste sitt patogene potensial hvis de ansvarlige profagene kunne bli eliminert spesielt.
