Vad är bakteriofagen phi29?

Virus som infekterar bakterier kallas bakteriofager. Margarita Salas studerade bakteriofagen phi29. Hon upptäckte ett enzym som kan katalysera DNA-amplifiering vid höga hastigheter.

Margarita Salas var en spansk biokemist som fick European Inventor Award 2019. Hon ägnade större delen av sin vetenskapliga karriär åt studier av ett bakteriofagvirus som heter phi29. Idag har detta virus betydande biotekniska tillämpningar.

För att ge dig en bättre uppfattning om vad detta virus är, är det bäst att börja med att förklara ordet bakteriofag. Detta ord kommer från en kombination av “bakterier” och “fag.” Fage betyder “att äta” på grekiska. Så det vi pratar om är i grunden ett virus som “äter” bakterier.

I den här artikeln berättar vi på enklast möjliga vis allt om Salas stora upptäckt och dess användbarhet i forskningsvärlden.

Ett virus struktur

Ett virus är en mikroskopisk form som kan infektera många organismer, såsom djur, växter, svampar och bakterier. Virus har inte sin egen entitet i den bemärkelsen. Detta innebär att det är beroende av andra celler för att reproducera sig. Därför anser man att det är en typ av parasit.

Inuti ett virus finns det genetiskt material. Detta material – DNA eller RNA – är nödvändigt för att koda dess proteiner. Det genetiska materialet förpackas externt. Därefter binder celladhesionsmolekyler (CAM) detta material till ytan av andra celler.

Termen bakteriofag och dess betydelse

Bakteriofager (eller fager) är virus som infekterar bakterier. Å ena sidan finns det virus som implanterar sina genom i värdcellens kromosom, och dessa kallas lysogena fager. De ger bakterierna gener för att koda nya proteiner. Å andra sidan finns det virus som replikerar i bakterierna. Dessa virus kallas litiska fager.

Bakteriofagers användningsområde är kopplat till deras förmåga att minska populationen av vissa bakterier.

Forskare har använt bakteriofager sedan 1920-talet. Under den här tiden gav en mikrobiolog som heter Felix d’Herelle en bakteriofag till en 12-årig pojke för att behandla dysenteri. Barnet återhämtade sig inom några dagar. Läkarna Richard Bruynoghe och Joseph Maisin behandlade en hudsjukdom orsakad av stafylokocker med bakteriofager redan 1921. Patienterna behandlades med fager och kunde uppvisa klara förbättringar i hälsan på 24 till 48 timmar. Läkare har också använt bakteriofager för att behandla tusentals människor med kolera eller böldpest.

För närvarande använder livsmedelsindustrin fagterapi för att kontrollera e-colibakterier. Läkare använder också denna terapi för att behandla smittsamma sjukdomar, bukhinnesjukdomar och till exempel “simmaröra” (Otitis externa). Man använder även denna terapi för att eliminera vissa bakterier hos personer som lider av cystisk fibros.

Margarita Salas och bakteriofagen phi29

Margarita Salas var en av de främsta forskarna i Spanien och hon innehade bland annat en examen i biokemi. Forskarkollegorna Margarita Salas och Severo Ochoa hade ett nära samarbete. Den senare erhöll till och med ett Nobelpris i medicin. De två arbetade nära tillsammans i USA. Ochoa tillbringade 45 år med att studera bakteriofagen phi29 under 1960-talet. Han förlitade sig på tre egenskaper hos denna unika bakteriofag under sina studier:

• Dess storlek – den är mycket liten med endast 20 gener
• Dess komplexa morfologi
• Det var en tidigare relativt okänd bakteriofag

Bakteriofagen phi29 är ett lytiskt virus som tillhör familjen Podoviridae. Den består av dubbelsträngade DNA-molekyler. Dessutom infekterar den en typ av bakterier som kallas bacillus subtilis och andra bakterier från bacillus-släktet.

Många experter anser att man kan använda denna bakteriofag som modell för studier av molekylärbiologi. Den kan användas för att förstå kontrollen av genuttryck och olika biologiska mekanismer, som DNA-replikering.

Även om Salas genomförde en grundläggande forskning, har hennes upptäckt idag viktiga bioteknologiska tillämpningar. Forskare upptäckte att bakteriofagen phi29 fungerar som ett DNA-enzym för DNA-amplifiering.

Så vad betyder det här? Låt oss titta närmare på det. Enzymer är proteiner som påskyndar kemiska reaktioner – de typer som förekommer i alla organismer. I detta fall är till exempel DNA-polymeras ett enzym som syntetiserar DNA. De är väsentliga för DNA-replikering.

Vad är DNA-amplifiering?

DNA-amplifiering sker genom ett förfarande som kallas PCR (Polymerase Chain Reaction). I grund och botten, om forskare vill titta närmare på en specifik del av ett DNA, kan de göra miljoner kopior av just den sekvensen. Detta gör det möjligt för forskare att bättre analysera och identifiera denna del av DNA. En biokemist vid namn Kary Mullis var den som uppfann processen. Faktum är att han vann Nobelpriset i kemi 1993 genom sin forskning på detta område.

Salas upptäckt av bakteriofagen phi29 gör det möjligt för forskare att förstärka ännu mindre fragment av DNA. De kan till exempel titta på DNA i en enda liten cell! Experter kallar denna procedur MDA (Multiple Displacement Amplification). Detta har gjort att man kan göra DNA-tester snabbare och att de är mer tillförlitliga.

Slutligen bör vi nämna att Salas teknik har tillämpningar inom många olika vetenskapliga områden, som onkologi, arkeologi och rättsmedicin. Till exempel, om rättsmedicinska experter hittar ett hår på en brottsplats, låter denna process dem identifiera vem det tillhör. Dessutom kan onkologer titta på ännu mindre cellgrupper som orsakar tumörer.

Margarita Salas ägnade hela sitt liv åt forskning. Forskare anser att hennes upptäckt är ett riktmärke i den vetenskapliga världen. Den kommer att öppna många dörrar för nya vetenskapliga framsteg.