رتبها

ودي اتكلم في ثريد عن استخدام البيكتروفيج ( الفيروسات الاكلة لبكتريا) كحل لمشكلة مقاومة البكتيريا لمضادات الحيوية واهم المشاكل اللتي تواجه ذلك الاستخدام والتطبيق
لكن الثريد راح يكون طويل شوي وراح نتعمق حبتين ??
ايش رايكم ؟!
@SA_Microbiology

البكتيروفيج هو فيروس اجباري التطفل في الخلايا البكتيرية ،اكتشفه العالم Frederick William Twort البكتروفيج او كما يسمى الفيج يعد اكثر الكائنات الحية(مع ان بعض العلماء لايعتبروالفيروس كائن حي)وفرة ع سطح الارض وداخل البحار والمحطيات
خٌلِق لحكمه هو الحد من ثكاثر البكتيريا وطغيانها

دام انه فيروس ، فا اكيد جينومه يا DNA يا RNA ويعد الفيج اللي جينومه DNA اكثر وفره من RNA فيج وتوجد عائلات مختلفة من الفيج كما هو الحال في الفيروس
اغلب الثريد راح يكون على DNA فيج اللي يتمني لعائلة Caudovirales

زي ماذكرنا ان الفيج وحده من وظائفه الحد من تكاثر البكتيريا ، عشان نعرف كيفية هذا الحد اللي يمارسه الفيج ع البكتيريا ، دعونا نتكلم سريعا عن دورة حياة الفيج
الفيج اللي ينتمي لعائلة Caudovirales له ثلاث دورات حياة مختلفة داخل خلية العائل ( البكتريا )

كل دوره من هذه الدورات الثلاث لها اثر على البكتريا ، اما ان يكون هذا الاثر قاتل ويؤدي الى تحلل البكتريا بعد عدوى الفيج لها او قد يكون مفيد لبكتيريا بمنحها جين اضافي ( مثلا جين مقاومة لمضاد حيوي معين ) اما الدوره الثالثة فهي مرحلة سكون ، راح ياتي دورها في الحديث.

في الدوره الاولى لما يكون الفيج قاتل ومسؤول عن تحلل الخلية البكترية تسمى هذه الحالة ب lytic phage او virulent phage ويقوم بها بعض انواع الفيج دون غيرها ، يعني عندما يصادف lytic phage بكتريا ما ، يبدا بالالتصاق بمستقبلات سطح الخلية البكترية ،هذا الالتصاق ينشط ..

بعض البروتيات في تركيبه اللي تساهم في قذف inject مادته الوراثية DNA الى داخل الخلية البكترية ، مجرد وصول هذا DNA داخل خلية البكتريا ، يقوم الفيج بتوظيف مصانع الخلية لتكاثر DNA الفيج ومن ثم تصنيع اجزاءه الاخرى مثل الكبسول والذيل وتكاثره لفيجات (?)عديدة داخل الخلية البكترية

بعد انتاج هذا العدد الكبير من الفيج داخل البكتريا ، يقوم الفيج بفراز بروتين يسمى endolysin ، هذا الانزيم يحلل bacterial peptidoglycan (PG) مما يؤدي الى تحلل الخلية البكتريا وخروج العدد الكبير من الفيج الناتج من دخول فيج واحد فقط

تستمر الدورة هذه ودخول كل فيج من هذا العدد الناتج لخلية بكترية جديدة حتى يتم القضاء على جميع الخلايا البكتريا الموجودة في بيئة ما ( زي مثلا staph aureus في جرج مريض)
النوع الثاني من الفيج اللي يتميز بقدرته ع الدوره الثانية اللي تمسى lysogeny

في lysogeny الفيج يسمى temperate phage لذلك بعد مايدخل الفيج البكتريا بنفس طريقة lytic phage ، لا يتسبب دخوله في تحلل البكتريا وانما مجرد مايوصل DNA of temperate phageداخل الخلية البكترية يقوم بدمج نفسه مع bacteriaDNA ويتكاثر بتكاثر البكتريا دون تحللها ويسمى ف هذه الحالةprophage

طيب لو كانت المادة الوارثية ل temperate phage تحمل جين مقاومة لمضاد الحيوي معين ، فبمجرد هذا الاندماج مع DNA لبكتريا ممكن يمكنها هذا الفيج من مقاومة المضاد الحيوي هذا
طيب عشان يتمكن الفيج من ادماج DNA حقه مع DNA البكتريا لابد من ان يمتلك الفيج انزيم يعرف ب integrase

Temperate phage لا يملك فقط انزيم الاندماج integrase ، وانما يملك انزيم اضافي يمسى excisionase ؟ ايش فائدة هذا الانزيم
فائدته المساعدة في ازالة temperate phage من جنيوم البكتريا في الحالة الطارئة SOS زي الحالات اللي يتم فيها bacterial DNA damage لذلك في هذه الحالة يتحول ...

Temperate phage الى lytic phage ويبدا بتكاثر وتحطيم الخلية بنفس الطريقة اللي ذكرتها في lytic phage life cycle ومن ثم يضمن الفيج نجاة نفسه وتحطيم البكتيريا

يعني temperate phage يقدر يكون temperate و lytic في نفس الوقت كيف ؟
السبب هو ان هذا النوع من الفيج يملك مايسمى
phage-encoded repressors and
regulators (e.g., λ phage CI protein),
هذه البروتنات ثبت انزيمات excisionase في حالة ان البكتريا لم تتعرض لخطر زي المضاد الحيوي ..

اللي مثلا يستهدف DNA تبعها زي rifampicin مايعني سلامه الفيج وضمان تواجده مندمجا مع DNA البكتريا ، لكن مجرد ما تتعرض البكتريا لخطر ،هذه البروتنات اللي تطلعها البكتريا في حالة DNA damage تبطل مفعول temperate phage repressors واللي يعني بداية lytic cycle وتكاثره ومن ثم ضمان هروبه

الدوره الثالثة اللي تختلف عن lytic cycle و lysogeny هي ما يعرف ب Pseudolysogeny وهي من الاسم شبيه ب lysogeny حقت temperate phage ولكن بدال مايندمج الفيج مع bacteria DNA بعد دخوله ، يبقى داخل الخلية لكن ع شكل episome مستقل اللي يشبه plasmid ، دراسات ذكرت ان Pseudolysogeny هي...

مرحلة مؤقته يمكن ان يمر فيها كل من lytic phage و temperate phage عندما تكون الخلية البكترية غير جاهزه لتضمان تكاثر او اندماج احدهما
كيف يعني الخلية البكتيرية غير جاهزه ؟، دراسات ذكرت يعني لما تكون في حالة خمول زي Persister cell اللي يفشل ضدها حتى المضاد الحيوي

وقد ناقشت persistence في البكتريا سابقا في ثريد phenotypic antibiotic resistance ، لذلك مجرد خروج البكتريا من هذا الخمول يمكن لفيج بدا دورته اللي يحددها نوع يا lytic يا temperate

طيب هدف هذا الثريد هو هل الفيج يعتبر حل لازمة مقاومة المضادات الحيوية في البكتريا زي MDR ، MRSA,VRE,CRE
طيب لو كان حل ، اي واحد من الثلاثة النواع ممكن استخدامه ؟
اكيد lytic phage بسبب المميزات اللي يملكها واللي من ضمنها تحلل الخلية البكتريا بعد دخول وتكاثر الفيج منها وانتاج ..

عدد كبير من الفيج ، اللي تطارد الخلايا البكترية في مكان العدوى والقضاء عليها بنفس الطريقة lysis
لذلك استخدام phage therapy ليس وليد السنوات السابقة وانما موجود من قبل ماتعرف البشرية المضادات الحيوية الا انه قل استخدامه بعد اكتشاف المضادات

لكن ازمة مقاومة المضادات الحيوية ساهم في اعادة phage therapy لمشهد وبحث في جودة استخدامه كحل لهذه الازمة
اذا قارنا الفيج بمضاد الحيوي فيه مميزات وفيه عيوب كا اي علاج اخر
راح نناقش اهم المفاهيم حول phage therapy والمشكلات اللي تواجه هذا العلاج

اول نقطة من مميزات phage therapy هي specificity لفيج مقارنة بالمضاد الحيوي اللي صعب التحكم في نوع البكتيريا اللي يستهدفها، كيف؟ نعرف ان المضاد الحيوي لا يفرق بين البكتيريا النافع والضاره بينما الفيج عنده مدى دقيق في استهداف نوع واحد من البكتريا دون غيرها

يعني لو عزلت بكتيريا staph aureus من wound وعزلت فيج من اي مصدر( مثلا مياه المجاري) وتم تجربته ضد هذه البكتريا وقدر الفيج ع عدوتها وتحليلها ، في الجرح لو تم العلاج بهذا الفيج سيقوم فقط بستهداف staph aureus دون غيرها زي normal flora

كذلك من ضمن المميزات ل phage therapy هو قدرته ع ازالة biofilm اللي تم مناقشته في ثريد سابق وصعوبة ازالته بمضادات الحيوية بسبب تكون طبقات من البكتريا اللي مغلفه ب matrix exopolysaccharides (المادة الصفراء? )اللي تعمل كحاجز يمنع نفاذ المضادات الحيوية وايضا وجود persistence cell

الفيج قادر ع اختراق matrix exopolysaccharides بسبب امتلاكه لنزيمات depolymerase اللي تحلل هذه matrix ومن ثم وصوله داخل الخليه وبدا عملية التكاثر والتحلل لخلايا الموجودة داخل هذا biofilm، كذلك يكمن ان يتم تدعيم phage therapy بستخدام المضادات الحيوية اللي راح يفسح لها الطريق يتبع

المشكلة الثانية اللي تجعل ازالة biofilm صعبه بمضادات الحيوية هي وجود خلايا نائمة Persister cell الخلايا الخضراء في الصوره، الفيج كذلك يصداف نفس المشكلة في القضاء ع هذه الخلايا ، هو قادرة ع عدوتها لكن لايمكن ان يحللها حتى ترجع ل active status ومن ثم يبدا الفيج lytic cycle

الميزة الاخرى في phage therapy هو وفرة وسهولة عزله من environment مقارنة بمضادات الحيوية اللي تحتاج سنوات من الاكتشاف والتصنيع

طيب ايش المشاكل او العيوب اللي تتعلق ب phage therapy
اول مشكلة تتعلق بطريقة مفعوله الا هو lytic effect لذلك لازم يتم الاخذ في الاعتبار phage titter و القدرة ع التكاثر multiplicity of infection MOP لضمان مفعوله يعني لازم يصادف growing cell

يعني لو ارتبط الفيج ب dormant and dead cells or cellular debris ممكن تضعف phage titter ومن ثم MOP

النقطة الثانية اللي تاثير ع phage titration هي موقع العدوى داخل وخارج الجسم ، مثلا لو كانت العدوى داخلية ،يتاثر تركيز الفيج بعوامل اخرى قبل الوصول لبكتريا الممرضة ، اهما ازالته بواسطه الجهاز المناعي من قبل reticuloendothelial system زي الكبد والطحال

المشكله الثانية الامانsafetyاللي مهم ف اي علاج يستخدم في الانسان
اللي يخوف في نقطة الامان فphage therapy هو السرعة في التكاثر اللي يخلف وراه كم كبير من الخلايا البكتريا المتحلله اللي ممكن تحتوي ع endotoxinsواللي ممكن تسببcellular and tissues damageلو كان العلاج اعطي داخل الجسم

ناهيك عن ردة فعل المناعة اللي ممكن تصدر ضد هذه bacterial intracellular antigens واللي ممكن ان تنتهي بseptic shock
النقطة الثانية في safety of phage therapy هو احتمالية Horizontal gene transfer في الحالات اللي يعطى فيها phage cocktail لضمان فعاليتة العلاج ..

فممكن ان فيج واحد من ضمن هذا cocktail يكون temperate phage ويحمل جين مقاومة وبالتالي امكانية اكتساب البكتريا لهذا الجين الضار
النقطة الثالثة في موضوع الامان ان بعض انواع الفيج قادره ع immune modulation اي انها قد تقلل الاستجابة المناعية لضد الميكروب

المشكلة الثالثة هي تحضير الفيج لغرض العلاج واللي يتم عادة بفصل اكثر م فيج من البيئة وتنقيته purificationوتحضير phag cocktail ومن ثم اختباره ع البكتريا واذا تبين مقاومة البكتريا لهذا الفيج يتم البحث عن فيج اخر وتجربته
ونقطةpurificationممكن تسمح بدخول مركب غير مرغبوب فيه من البيئة

هذه المركبات زي bacterial metabolism products و cell debris اللي ممكن تحتوي على bactrial endotoxin (LPS)

المشكلة الرابعة في phage therapy هي resistance ، ممكن ان تكون البكتريا مقاومة لفيج
ولمقاومه هذه عدة وجوه
اول اما بتغير المستقبل ع سطح الخلية البكتريا ومن ثم عدم تمكن الفيج من الالتصاق adhesion
الشكل الثاتي وجود superinfection اللي هي بكتيريا تحمل ع جينومها prophage ...

Prophage هذا ينتمي لنفس العائلة اللي ينتمي لها الفيج المستخدم في العلاج وبتالي يمنع دخوله
الشكل الثالث لمقاومة هو امتلاك البكتريا CRISPR/Cas system اللي يعتبر زي adaptive immunity ضد الفيج ويتم فيه حفظ كل جنيوم فيج تعرضت له البكتيريا في السابقة ومجرد دخول هذا الفيج مره اخرى...

لبكتريا ، يقوم CRISPR/Cas system بفراز انزيم يتعرف ع جنيوم هذا الفيج ثم يقطعه ويمنع تكاثره
الشكل الرابع هو مايعرف bacteriophage exclusion system (BREX) الا يكون بمرصاد لاي جنيوم او DNA جديد يدخل لبكتريا ومن ضمنها جنيوم الفيج

الشكل الخامس من مقاومة البكتريا لفيج يسمى abortive infection systemواللي تقوم فيه البكتريا بنتحار بعد دخول الفيج لها وهذا راح يمنع من تكاثر الفيج داخلها وبالتالي انتشاره لخلية بكترية جديدة

كل انواع هذه المقاومة السابقة ممكن ان يتم التغلب عليها بستخدام phage cocktailاللي يحتوى ع اكثر م نوع م الفيج

للحد من اغلب هذه المشاكل السابقة المتعلقة ب phage therapy اللي تتراوح مابين safety ورد فعل المناعة وانتاج endoxtins وshock و خطوات التحضير الطويلة و purification ومخاطره ، يتم دراسة ما يسمي ب phage derived enzymes بدل استخدام الفيج كامل

وايضا يتم تجربة الفيج المعدل جينيا genetically modified phages وتحميل جينات تساعد ع انتاج انزيمات قادرة ع اختراق وتحليل biofilm وايضا الاستغناء عن عزل الفيج من البيئة وتوسيع host range ، اي ان يعمل هذا الفيج المعدل ضد اكثر من بكتيريا

اعتذر ع الثريد الطويل جدا ?
لكن حاولت ان اغطي الموضوع قدر المستطاع الا الموضوع طويل ومتشعب
اشكر كل من تفاعل مع الثريد ??

التصنيفات

المزيد من هذا الكاتب

مواضيع ذات صلة

الأكثر اعجابا

التصنيفات

المزيد من هذا الكاتب

مواضيع ذات صلة

الأكثر اعجابا

نسخ سلسلة