Bacteriophages là "kẻ ăn vi khuẩn" ở chỗ chúng là vi rút lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn . Đôi khi được gọi là phage, những sinh vật cực nhỏ này có mặt khắp nơi trong tự nhiên. Ngoài việc lây nhiễm vi khuẩn, thực khuẩn còn lây nhiễm sang các sinh vật nhân sơ cực nhỏ khác được gọi là vi khuẩn cổ . Nhiễm trùng này đặc trưng cho một loài vi khuẩn hoặc vi khuẩn cổ cụ thể. Ví dụ, một phage lây nhiễm vi khuẩn E. coli sẽ không lây nhiễm vi khuẩn bệnh than. Vì vi khuẩn không lây nhiễm vào tế bào người , nên chúng đã được sử dụng trong các liệu pháp y tế để điều trị các bệnh do vi khuẩn gây ra . Vì thực khuẩn là vi rút, chúng bao gồm một axit nucleic ( DNA hoặc RNA ) được bao bọc trong một vỏ protein hoặc capsid . Xạ khuẩn cũng có thể có đuôi protein gắn vào capsid với các sợi đuôi kéo dài từ đuôi. Các sợi đuôi giúp phage bám vào vật chủ và phần đuôi giúp tiêm các gen virus vào vật chủ. Xạ khuẩn có thể tồn tại dưới dạng:
Làm thế nào để vi-rút lắp được vật liệu di truyền khổng lồ của chúng vào mũ của chúng? Các đại thực khuẩn RNA, vi rút thực vật và vi rút động vật có cơ chế tự gấp lại cho phép bộ gen của vi rút nằm gọn trong vật chứa capsid. Dường như chỉ có bộ gen RNA của virus mới có cơ chế tự gấp này. Virus DNA lắp bộ gen của chúng vào capsid với sự trợ giúp của các enzym đặc biệt được gọi là enzym đóng gói. Bacteriophages có khả năng sinh sản theo chu kỳ sống lysogenic hoặc lytic. Chu trình lysogenic còn được gọi là chu trình ôn hòa vì vật chủ không bị giết. Virus tiêm các gen của nó vào vi khuẩn và các gen của virus được đưa vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn . Trong chu trình lytic của thực khuẩn , vi rút nhân lên trong vật chủ. Vật chủ bị giết khi các vi rút mới sao chép mở ra hoặc làm chết tế bào vật chủ và được giải phóng. Bacteriophages giúp chuyển gen giữa các vi khuẩn bằng phương pháp tái tổ hợp gen . Loại chuyển gen này được gọi là chuyển gen. Sự chuyển nạp có thể được thực hiện thông qua chu trình lytic hoặc lysogenic. Ví dụ, trong chu trình lytic, phage tiêm DNA của nó vào vi khuẩn và các enzym sẽ tách DNA của vi khuẩn thành nhiều mảnh. Các gen của phage chỉ đạo vi khuẩn tạo ra nhiều gen virus hơn và các thành phần của virus (capsid, đuôi, v.v.). Như những con virus mớibắt đầu lắp ráp, DNA của vi khuẩn có thể vô tình được bao bọc trong một capsid của virus. Trong trường hợp này, phage sở hữu DNA của vi khuẩn thay vì DNA của virus. Khi thể thực khuẩn này lây nhiễm vi khuẩn khác, nó sẽ tiêm DNA từ vi khuẩn trước đó vào tế bào chủ. Sau đó, DNA của vi khuẩn hiến tặng có thể được đưa vào bộ gen của vi khuẩn mới bị nhiễm bằng cách tái tổ hợp. Kết quả là, các gen từ vi khuẩn này được chuyển sang vi khuẩn khác. Vi khuẩn có vai trò gây bệnh cho người bằng cách biến một số vi khuẩn vô hại thành tác nhân gây bệnh. Một số loài vi khuẩn bao gồm E. coli , Streptococcus pyogenes (gây bệnh ăn thịt), Vibrio cholerae (gây bệnh tả), và Shigella (gây bệnh kiết lỵ) trở nên có hại khi các gen sản xuất chất độc hại được chuyển sang chúng thông qua vi khuẩn. Những vi khuẩn này sau đó có thể lây nhiễm sang người và gây ngộ độc thực phẩm và các bệnh chết người khác. Các nhà khoa học đã phân lập được vi khuẩn tiêu diệt siêu vi khuẩn Clostridium difficile (C. diff) . C. diff thường ảnh hưởng đến hệ tiêu hóa gây tiêu chảy và viêm đại tràng. Điều trị loại nhiễm trùng này bằng vi khuẩn cung cấp một cách để bảo tồn vi khuẩn đường ruột tốt trong khi chỉ tiêu diệt vi trùng C. diff . Vi khuẩn được coi là một giải pháp thay thế tốt cho thuốc kháng sinh . Do lạm dụng kháng sinh, các chủng vi khuẩn kháng thuốc ngày càng phổ biến hơn. Vi khuẩn cũng đang được sử dụng để tiêu diệt các siêu vi khuẩn khác bao gồm cả vi khuẩn E. coli và MRSA kháng thuốc . Bacteriophages là loại virus phong phú nhất trong đại dương. Các phage được gọi là Pelagiphages lây nhiễm và tiêu diệt vi khuẩn SAR11. Những vi khuẩn này chuyển đổi các phân tử carbon hòa tan thành carbon dioxide và ảnh hưởng đến lượng carbon có sẵn trong khí quyển. Pelagiphages đóng một vai trò quan trọng trong chu trình carbon bằng cách tiêu diệt vi khuẩn SAR11, vi khuẩn này sinh sôi với tốc độ cao và thích nghi rất tốt để tránh nhiễm trùng. Pelagiphages luôn kiểm soát số lượng vi khuẩn SAR11, đảm bảo rằng không có sự dư thừa của việc sản xuất carbon dioxide toàn cầu. Nguồn:
Thể thực khuẩn là tên gọi của một tập hợp các loài virus chuyên kí sinh vi khuẩn.[1], [2]  Thuật ngữ này trong tiếng Anh là bacteriophage xuất sứ từ tiếng Hy Lạp: bacterium (vi khuẩn) ghép với φαγεῖν (phagein nghĩa là ăn, nuốt), nghĩa đen là loại vật thể ăn vi khuẩn. Ở Việt Nam, thuật ngữ này còn được gọi là "thể thực khuẩn" hoặc "thể ăn khuẩn".[3] Các tài liệu chuyên ngành thường gọi tắt là "phage".
Thể thực khuẩn là một trong những thực thể sống phổ biến và đa dạng nhất trong sinh quyển[4]. Thể thực khuẩn là những virus phổ biến, được tìm thấy ở bất cứ nơi đâu có vi khuẩn. Người ta ước tính có hơn 1031 thể thực khuẩn trên hành tinh, nhiều hơn tất cả các sinh vật khác trên trái đất, bao gồm vi khuẩn.[5] Các thể thực khuẩn được tìm thấy tại các địa điểm tập trung đông vi khuẩn chủ như đất hoặc trong ruột động vật. Một trong những nguồn tự nhiên lớn nhất cho các loại vi rút gây bệnh và các loại virut khác là nước biển, nơi có tới 9 × 10^8 virion / ml được tìm thấy trong thảm vi sinh vật[6], và tới 70% vi khuẩn biển có thể bị nhiễm virut.[7] Chúng đã được sử dụng trong hơn 90 năm để thay thế cho kháng sinh ở Liên Xô cũ và Trung Âu, cũng như ở Pháp.[8] Chúng được xem như một liệu pháp có hiệu quả đối với nhiều chủng vi khuẩn kháng thuốc.[9] Tuy nhiên, các thể của Inoviridae đã cho thấy sự phức tạp của các màng sinh học liên quan đến viêm phổi và xơ nang, giữ cho vi khuẩn an toàn khỏi các loại thuốc có tác dụng diệt trừ bệnh và thúc đẩy sự nhiễm trùng liên tục.[10] Thể thực khuẩn xuất hiện nhiều trong sinh quyển, với các virion, bộ gen và lối sống khác nhau. Các thể thực khuẩn được phân loại bởi Ủy ban Quốc tế về Phân loại Virus (ICTV) dựa trên hình thái học và axit nucleic. Mười chín họ hiện đang được ICTV công nhận nhiễm khuẩn và vi khuẩn. Trong số này, chỉ có hai họ có bộ gen RNA, và chỉ có năm gia đình có vỏ bao bọc. Trong số những họ virus có bộ gen DNA, chỉ có hai bộ gen đơn. Tám phần trăm các họ có bộ gen DNA có bộ gen hình vòng, trong khi 9 có bộ gen tuyến tính. Chín họ chỉ lây nhiễm vi khuẩn, chỉ có 9 vi khuẩn cổ và chỉ có một (Tectiviridae) nhiễm cả vi khuẩn và Vi khuẩn cổ. Thể thực khuẩn P22, một thành viên của Podoviridae theo hình thái học do đuôi ngắn, không bị co bóp. Năm 1896, Ernest Hanbury Hankin báo cáo rằng một cái gì đó trong vùng sông Ganges và Yamuna ở Ấn Độ đã đánh dấu hành động kháng khuẩn chống lại bệnh tả và có thể đi qua một bộ lọc sứ rất tốt.[11] Năm 1915, nhà nghiên cứu vi khuẩn học người Anh, Frederick Twort, Tổng giám đốc Tổ chức Brown ở London, phát hiện ra một bộ phận nhỏ đã nhiễm và giết chết vi khuẩn. Ông tin rằng nguyên nhân phải là một trong những tác nhân sau đây:
Nghiên cứu của Twort bị gián đoạn bởi sự khởi đầu của Chiến tranh thế giới lần thứ nhất và sự thiếu hụt tài chính. Sau đó, nhà vi sinh vật học người Pháp - Canada Félix d'Hérelle, làm việc tại Viện Pasteur ở Paris, công bố vào ngày 3 tháng 9 năm 1917 rằng ông đã phát hiện ra "một vi khuẩn đối kháng vô trùng của bệnh kiết lị". Đối với d'Hérelle, không có câu hỏi gì về bản chất của phát hiện của ông: "Trong nháy mắt tôi đã hiểu: những gì gây ra các điểm sáng của tôi thực sự là một vi khuẩn vô hình.[13]... một vi khuẩn ký sinh trùng trên vi khuẩn." D'Hérelle gọi loại vi khuẩn này là vi khuẩn ăn thực vật hoặc người ăn vi khuẩn (từ phagein Hy Lạp có nghĩa là ăn). Ông cũng ghi lại một bài diễn văn kịch liệt về một người đàn ông mắc chứng kiết đã được phục hồi sức khoẻ bằng các vi khuẩn[13] (trang 44-59). Đó là D'Herelle, người đã tiến hành nhiều nghiên cứu về thể thực khuẩn và đưa ra khái niệm về liệu pháp gây mê.[14] Năm 1969, Max Delbrück, Alfred Hershey và Salvador Luria được trao giải Nobel về Sinh lý học hoặc Y khoa cho những khám phá về sự sao chép của virus và cấu trúc di truyền của chúng.[15] Các thể thực khuẩn được phát hiện là các chất kháng khuẩn và được sử dụng ở Cộng hòa Xô Viết cũ của Gruzia (do Giorgi Eliava tiên phong với sự trợ giúp của đồng phát hiện ra vi khuẩn Felix d'Herelle) và Hoa Kỳ trong những năm 1920 và 1930 để điều trị vi khuẩn nhiễm trùng. Họ đã sử dụng rộng rãi, bao gồm cả việc điều trị những người lính trong Hồng quân. Tuy nhiên, chúng đã bị quên lãng ở phương Tây vì một số lý do:
Việc sử dụng của họ đã tiếp tục kể từ khi Chiến tranh Lạnh kết thúc ở Georgia và các nơi khác ở Trung và Đông Âu. Cuộc thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên mù đôi đã được công bố trên tạp chí Journal of Wound Care vào tháng 6 năm 2009 đánh giá tính an toàn và hiệu quả của một loại cocktail vi khuẩn để điều trị loét chân tĩnh mạch ở bệnh nhân là con người.[17] FDA chấp thuận nghiên cứu như một thử nghiệm lâm sàng Giai đoạn I. Các kết quả nghiên cứu chứng minh sự an toàn của việc áp dụng các liệu pháp điều trị vi khuẩn nhưng không cho thấy hiệu quả. Các tác giả giải thích rằng việc sử dụng một số hóa chất nhất định là một phần của việc chăm sóc vết thương tiêu chuẩn (ví dụ lactoferrin hoặc bạc) có thể đã can thiệp vào khả năng sống sót của vi khuẩn. Một thử nghiệm lâm sàng được kiểm soát ở Tây Âu (điều trị nhiễm trùng tai do Pseudomonas aeruginosa) được báo cáo ngay sau khi đăng trên tạp chí Clinical Otolaryngology vào tháng 8 năm 2009[18]. Nghiên cứu kết luận rằng các chế phẩm thể thực khuẩn là an toàn và hiệu quả trong điều trị nhiễm trùng tai mạn tính ở người. Ngoài ra, đã có rất nhiều động vật và các thử nghiệm lâm sàng thực nghiệm khác đánh giá hiệu quả của thể thực khuẩn đối với các bệnh khác nhau, như bỏng và vết thương do nhiễm khuẩn, và chứng xơ phổi liên quan đến xơ phổi.[18] Trong khi đó, các nhà nghiên cứu vi khuẩn đang phát triển các loại virut có khả năng vượt qua sự kháng thuốc và thiết kế các gen gây bệnh cho các enzyme mã hoá làm suy giảm ma trận của màng sinh học, các protein cấu trúc của thể và các enzyme chịu trách nhiệm phân lập thành tế bào vi khuẩn. Đã có kết quả cho thấy rằng các thể T4 có kích thước nhỏ và đuôi ngắn có thể hữu ích trong việc phát hiện các vi khuẩn E.coli trong cơ thể người.[19] D'Herelle đã nhanh chóng tìm hiểu được rằng thể thực khuẩn được phát hiện ở bất cứ nơi nào vi khuẩn phát triển: trong cống rãnh, trong các dòng sông chảy xuống dòng chảy của chất thải từ đường ống, trong các phân của bệnh nhân hồi phục,...[20] Điều này cũng bao gồm các dòng sông được cho là có khả năng chữa bệnh, như sông Ganges của Ấn Độ.
|
