Ein Bakteriophage, kurz Phage, ist ein Virus, das Bakterien befällt; sein Name stammt vom griechischen Wort für „verschlingen". Die Abbildung im Explorer zeigt einen Phagen in der Form von T4, einem Virus, das das Bakterium Escherichia coli befällt. T4 ist von der Spitze seines Kopfes bis zum Ende seines Schwanzes etwa 260 Nanometer lang. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter.

Größe

Viren kommen in mehreren Formen vor, und Phagen wie T4 haben das, was Biologen eine komplexe Form nennen. Sie besitzen einen Kopf, der die DNA des Virus enthält, einen Schwanz und Fasern, mit denen sie sich an ein Bakterium heften. T4 dient seit Langem als Modell, um zu untersuchen, wie Viren und Zellen funktionieren, und wurde dabei sehr genau vermessen.

Der Kopf von T4 hat eine gestreckte, 20-seitige Form und ist 120 Nanometer lang sowie 86 Nanometer breit. Er enthält ein DNA-Molekül von etwa 171.000 Basenpaaren Länge – ein Basenpaar ist eine Sprosse der DNA-Leiter. Der Schwanz unterhalb des Kopfes ist etwa 140 Nanometer lang. Seine äußere Hülle ist 92,5 Nanometer lang und 24 Nanometer breit und endet in einer sechseckigen Grundplatte mit einem Durchmesser von etwa 52 Nanometern.

Sechs lange Schwanzfasern, jeweils an einem Gelenk geknickt, breiten sich von der Grundplatte aus wie Beine. Jede Faser ist etwa 144–160 Nanometer lang, etwas länger als der Schwanz selbst.

Größenvergleiche

Das Bakterium E. coli, das T4 befällt, ist etwa 2 Mikrometer lang und 1 Mikrometer breit und damit etwa achtmal so lang wie T4. Ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter.
Wäre T4 auf die Größe einer 1,70 Meter großen Person vergrößert, wäre eine E. coli-Zelle etwa 13 Meter lang und 6,5 Meter breit.
Etwa 300–400 T4-Phagen würden, aneinandergereiht, die Breite eines menschlichen Haares überspannen, das 80–100 Mikrometer breit ist.
Der Kopf von T4 ist weniger als halb so breit wie das feinste Detail, das ein gewöhnliches Lichtmikroskop zeigen kann – etwa 200 Nanometer, die Grenze optischer Mikroskope. Phagen werden stattdessen mit Elektronenmikroskopen fotografiert.
T4 ist etwa 1,8-mal so lang, wie ein HIV-Partikel breit ist. Ein Mimivirus-Partikel mit einem Durchmesser von etwa 750 Nanometern ist fast dreimal so lang wie T4.

Wie ein Phage ein Bakterium befällt

Ein Phage heftet sich zunächst an bestimmte Moleküle auf der Oberfläche eines Bakteriums. Die meisten Phagen können nur eine einzige Bakterienart befallen, manche sogar nur einen bestimmten Stamm. Die Schwanzhülle von T4 zieht sich dann zusammen und wirkt wie eine Injektionsnadel, die die DNA des Virus durch die Zellwand schleust. Der Kopf und der restliche Phage bleiben dabei außerhalb der Zelle.

Im Inneren übernehmen die Gene des Phagen die Kontrolle über die Zelle, die daraufhin beginnt, die Bauteile neuer Phagen herzustellen. Die neuen Phagen werden zusammengesetzt, und die Zelle platzt auf, wodurch sie freigesetzt werden und andere Zellen befallen. Eine infizierte Zelle setzt etwa 100–300 Phagen wie T4 frei.

Phagen als Medizin

Weil jeder Phage nur bestimmte Bakterien angreift, können Ärzte Phagen zur Behandlung bakterieller Infektionen einsetzen. Man nennt das Phagentherapie. Phagen wurden zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckt. Die spätere Entdeckung von Penicillin und anderen Antibiotika führte dazu, dass die meisten Länder die Phagentherapie aufgaben, doch die frühere Sowjetunion und einige Länder Osteuropas nutzten sie weiterhin.

Phagen haben gegenüber Antibiotika einen Vorteil: Sie töten nur die Bakterien, auf die sie abzielen, während Antibiotika auch nützliche Bakterien im Körper abtöten. Ein Mikrobiologie-Lehrbuch von 2016 beschreibt das Interesse an der Phagentherapie als wieder aufkommend, weil immer mehr Bakterien gegen Antibiotika resistent werden.

Quellen

Bacteriophage T4 Head: Structure, Assembly, and Genome Packaging. Rao et al., Viruses, 2023.
Morphogenesis of the T4 tail and tail fibers. Leiman et al., Virology Journal, 2010.
Viruses. In Microbiology. OpenStax, 2016.
The Viral Life Cycle. In Microbiology. OpenStax, 2016.
How big is an E. coli cell and what is its mass?. In Cell Biology by the Numbers. Ron Milo and Rob Phillips, Garland Science.
How many virions result from a single viral infection?. In Cell Biology by the Numbers. Ron Milo and Rob Phillips, Garland Science.
How the optical microscope became a nanoscope. Royal Swedish Academy of Sciences, 2014.
Structural organization of authentic, mature HIV-1 virions and cores. Briggs et al., The EMBO Journal, 2003.
Structural Studies of the Giant Mimivirus. Xiao et al., PLoS Biology, 2009.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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