Bakteriofag (fag) adalah virus yang secara khusus menginfeksi bakteri. Mereka adalah entitas biologis paling melimpah di Bumi, dengan perkiraan 10^31 partikel. Fag memainkan peran penting dalam ekologi bakteri, evolusi, dan memiliki aplikasi dalam bidang kedokteran dan bioteknologi.

Struktur dan Klasifikasi Fag

Fag terdiri dari asam nukleat (DNA atau RNA, beruntai tunggal atau ganda) yang dibungkus dalam kapsid protein, dan banyak yang memiliki struktur ekor untuk pengenalan inang dan injeksi genom. Kelompok yang paling banyak dipelajari adalah Caudovirales (fag berekor), termasuk Myoviridae (ekor kontraktil panjang, misalnya T4), Siphoviridae (ekor panjang non-kontraktil, misalnya lambda), dan Podoviridae (ekor pendek, misalnya T7). Fag berfilamen (Inoviridae, misalnya M13) berbentuk panjang dan tipis, tidak melisiskan inangnya, dan dikeluarkan dari sel tanpa membunuhnya.

Siklus Litik

Siklus litik dimulai dengan adsorpsi, di mana serat ekor fag atau protein pengikat reseptor mengenali struktur permukaan bakteri tertentu (LPS, porin, pili, flagela). Injeksi genom terjadi saat fag menembus selubung sel dan menyuntikkan asam nukleatnya ke dalam sitoplasma, dengan kapsid kosong tetap menempel secara eksternal. Selama replikasi dan perakitan, fag membajak mesin inang untuk replikasi, transkripsi, dan penerjemahan; protein struktural berkumpul sendiri menjadi prokapsid, dan DNA genom dikemas oleh enzim terminase. Akhirnya, lisis terjadi ketika holin membuat pori-pori di membran bagian dalam, memungkinkan endolisin mendegradasi peptidoglikan, menyebabkan lisis osmotik dan pelepasan virion keturunan (biasanya 50-200 per sel).

Siklus Lisogenik

Fag beriklim sedang (misalnya lambda, P1) dapat mengintegrasikan genomnya ke dalam kromosom bakteri sebagai profag atau bereplikasi sebagai plasmid. Profag direplikasi secara pasif dengan genom inang, dan lisogeni dipertahankan oleh protein penekan (misalnya lambda CI) yang menghambat ekspresi gen litik. Induksi terjadi ketika kerusakan DNA (melalui respons SOS) memicu autocleavage represor yang dimediasi RecA, beralih ke siklus litik. Konversi lisogenik terjadi ketika ramalan membawa gen yang mengubah fenotipe bakteri (toksin, faktor virulensi), seperti toksin Shiga yang dikodekan fag pada E. coli O157:H7, toksin kolera pada Vibrio cholerae, dan toksin difteri pada Corynebacterium diphtheriae.

Terapi Fag

Terapi fag menggunakan fag litik untuk mengobati infeksi bakteri. Keuntungannya mencakup spesifisitas (tidak membahayakan mikrobiota komensal), amplifikasi mandiri di lokasi infeksi, dan aktivitas melawan patogen yang resistan terhadap berbagai obat. Tantangannya meliputi rentang inang yang sempit, resistensi bakteri terhadap fag, farmakokinetik (pembersihan kekebalan tubuh), dan hambatan regulasi. Penerapan yang berhasil mencakup pengobatan infeksi P. aeruginosa pada pasien fibrosis kistik, infeksi sendi prostetik S. aureus, dan koktail fag yang dipersonalisasi untuk penggunaan yang penuh kasih.

Aplikasi Bioteknologi

Tampilan fag menggunakan fag berfilamen (M13) untuk menampilkan peptida asing yang menyatu untuk melapisi protein, memungkinkan penyaringan perpustakaan antibodi dan evolusi protein. Pengetikan fag menggunakan panel fag tertentu untuk mengidentifikasi strain bakteri berdasarkan pola kerentanan, yang digunakan dalam pengawasan epidemiologi. Alat diagnostik mencakup fag reporter yang direkayasa untuk mengekspresikan luciferase atau protein fluoresen, sehingga memungkinkan deteksi dan identifikasi bakteri secara cepat.