Wenn wir vom Mikrobiom sprechen, dann meinen wir in erster Linie die Bakterien- und Pilzbesiedlung (Hefe-) unseres Darmes. Dass auch Viren, Archäen, und Protozoen dazugehören ist weniger bekannt. Unser Mikrobiom ist somit eine Art Wohngemeinschaft aus den unterschiedlichsten Mikroorganismen (ca. 100 Billionen – im Vergleich dazu haben wir nur etwa 30 Billionen Körperzellen), die symbiotisch miteinander leben und für uns von grosser Bedeutung sind, was unsere Gesundheit anbelangt.

Was wir heute wissen….in unserem Darm wimmelt es von unzähligen (ca. 150’000) Virenarten, darunter zahlreiche Bakteriophagen.

Unser Körper wird von einer Vielzahl von Bakterien besiedelt, deren Diversität weitgehend durch unser Viriom beeinflusst wird. Dabei spielen die Bakteriophagen eine grosse Rolle.

 

Was sind Bakteriophagen?
Bakteriophagen sind sogenannte Bakterienfresser, sie sind auch bekannt als „Phagen“. Es handelt sich um Viren, die ausschliesslich Bakterien und Archäen infizieren.

Sie bestehen aus einer Art Kopf in dem die Erbinformation oder der Bauplan (DNA/RNA) enthalten ist, einer Art Kragen an dem sich ein Schwanz befindet, der sich zusammenziehen und ausdehnen kann. Am Ende des Schwanzes befindet sich eine Endplatte oder weitere Scheibe an der sich nach untergerichtete „Spikes“ (bekannt von SARS-CoV 2 – mit Hilfe dessen, haftet sich das Virus u.a. an die ACE2 (Angiotensin Converting Enzyme) Rezeptoren an um in die Zelle zu gelangen), also Stachelproteine befinden, die zum Andocken an die Wirtszelle oder in diesem Fall die Bakterien und Archäen benutzt werden. Zusätzlich haften an den Aussenrändern der Endplatte Fasern, die wie Spinnenbeine aussehen.

Kurz zusammengefasst bestehen sie (Viren allgemein) also aus nichts Weiterem als dem genetischen Bauplan (DNA), einer Hülle und zusätzlichen Werkzeugen um sich an Bakterien anzuhängen und die DNA in die Bakterien (bei anderen Viren Wirtszellen) zu injizieren.

Bakteriophagen besitzen im Gegensatz zu Bakterien und Pilzen somit keinen eigenen Stoffwechsel. Sie brauchen keine Nahrung, müssen keine Stoffwechselprodukt ausscheiden, um sich zu vermehren und zu verbreiten, sie brauchen lediglich ein Bakterium.

 

Vorgehen (gilt allgemein für Viren)
Bakteriophagen haften sich mit Hilfe ihrer an den äusseren Rändern der Endplatte befindenden Fasern, an sogenannte Proteine, die sich an der Zelloberfläche von Bakterien befinden, an. Die Schwänze der Bakteriophagen können sich zusammen ziehen (siehe oben), sodass sich die Köpfe mit der Erbinformation den Bakterien nähern können. Mit Hilfe der Spike-Proteine injizieren dann die Bakteriophagen ihr Erbgut in die Bakterien.

Die nun funktionslosen Bakteriophagenhüllen bleiben aussen auf dem Bakterium (auf der Wirtszelle – bei einer Infektion mit dem SARS-CoV2 hat man herausgefunden, dass Splitter der Spike Proteine in den nAChR (α7-nikonotinische Acetylcholinrezeptoren – auch bekannt als „Nikotinrezeptoren“) stecken bleiben und diese dadurch blockiert werden, was zu Störungen der cholinergen Neurotransmission führen kann).

Sind Bakterien (Wirtszellen) infiziert folgt die Inkubationszeit in der die Replikation (die DNA-Replikation ist der Prozess, bei dem die in einem DNA-Molekül enthaltene genetische Information auf ein anderes DNA-Molekül kopiert wird) , die Transkription (der Prozess, durch den DNA in RNA umgeschrieben wird) und die Translation (Der Prozess, bei dem RNA in Proteine übersetzt wird) der viralen DNA statt findet. Das heisst aus der injizierten DNA werden nun transportfähige Kopien der DNA (Replikation) hergestellt, es findet also eine Vervielfältigung statt.

Da Bakterien im Gegensatz zu Wirtszellen keinen Zellkern haben, findet dieser Prozess direkt im Innern der Bakterien statt, währen bei Wirtszellen von Menschen und Tieren dieser Prozess im Zellkern stattfindet.

Die Inkubationszeit bei einem befallenen Bakterium beträgt einige Stunden, während die Inkubationszeit bei uns Menschen je nach Virus zwischen ca. 1 bis 10 Tagen dauern kann.

Nach der Inkubationszeit tritt die Wirkung ein, indem die Erbinformation der Viren zu den Ribosomen gelangt (gilt für alle viralen Infektionen). Die Ribosomen sind sogenannte Proteinfabriken, in denen Protein hergestellt werden, die ein Organismus braucht. Dieser Prozess wird auch als Proteinsynthese bezeichnet. In diesem Prozess werden die replizierten viralen Baupläne und die Proteinherstellung der Bakterien (Wirtszellen) eingeschleust, damit diese nun nicht mehr ihre eigenen Proteine sonder diejenigen der Viren herstellen. Dadurch entstehen neue Virenbestandteile, die dann im Bakterium (oder der Wirtszelle) selber noch zu einem neuen Virus zusammengebaut werden.

Danach werden die Viren von den befallenen Bakterien (Wirtszellen) freigesetzt indem es sich selber auflösen.

 

Auf den Menschen bezogen
Viren dringen in die Zellen ein und verwenden diese als Wirtszellen, damit sie sich vermehren und verbreiten können. Sie nutzen so zusagen die Strukturen der Zellen, um ihre Virusbestandteile zu produzieren und lassen den Stoffwechsel für sich arbeiten. 

Ist das Erbgut der Viren erst einmal freigesetzt, sind die Zellen gezwungen, zahlreiche Viruspartikel herzustellen und zu neuen Viren zusammen zu bauen. Danach sterben die Zellen ab (programmierter Zelltod – Apoptose) und es werden tausende Viren freigesetzt, die sich sofort auf die Suche nach einer neuen Zelle machen. Sie sind also hochinfektiös.

Viren können sich ständig verändern, das erschwert es Deinem Immunsystem darauf zu reagieren und sie kommen an Deiner körpereigenen Abwehr vorbei. Sie können so auch nach durchgemachter akuter Infektion im Körper bleiben.

 

Im Zeitalter der Antibiotikaresistenz könnten Bakteriophagen eine wichtige Rolle spielen
Wenn wir chronische Krankheiten, im speziellen des Magen-Darm-Traktes, in Zukunft besser verstehen wollen, müssen wir auch den Einfluss der Virioms, im speziellen der Bakteriophagen, miteinbeziehen.

So kann sich ein zu viel an Bakteriophagen in unserem Darm negativ auf unsere Gesundheit auswirken, wenn sie die guten Bakterien, die unsere Verdauung und Gesundheit fördern zu stark befallen.

Umgekehrt könnten Sie aber auch gezielt verabreicht werden, um bakterielle Infektionen zu therapieren, die antibiotikaresistent sind.

_____________________________________________________________________________________________________________

Referenzen:
https://www.medmedia.at/im-fokus/corona/covid-19-und-rauchen/
https://www.unibas.ch/de/Aktuell/Uni-Nova/Uni-Nova-134/Uni-Nova-134-Bakterien-mit-Viren-bekaempfen.html
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3109452/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK493185/
https://kids.frontiersin.org/articles/10.3389/frym.2019.00146
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC2670874/
https://mybacteriophage.net/