How big is Bacteriofaag?

Een bacteriofaag, of faag, is een virus dat bacteriën infecteert. De naam komt van het Griekse woord voor “verslinden”. De afbeelding in de verkenner toont een faag met de vorm van T4, een virus dat de bacterie Escherichia coli infecteert. T4 is ongeveer 260 nanometer lang, van de bovenkant van de kop tot de onderkant van de staart. Een nanometer is een miljardste van een meter.

Grootte

Virussen hebben verschillende vormen, en fagen zoals T4 hebben wat biologen een complexe vorm noemen. Ze hebben een kop die het DNA van het virus bevat, een staart en vezels waarmee ze zich aan een bacterie hechten. T4 wordt al lang gebruikt als model om te bestuderen hoe virussen en cellen werken, en is tot in fijn detail gemeten.

De kop van T4 is een uitgerekt twintigvlak, 120 nanometer lang en 86 nanometer breed. Hij bevat één DNA-molecuul van ongeveer 171.000 baseparen lang, waarbij een basepaar één sport van de DNA-ladder is. De staart onder de kop is ongeveer 140 nanometer lang. De buitenste schede van de staart is 92,5 nanometer lang en 24 nanometer breed. De staart eindigt in een zeszijdige basisplaat van ongeveer 52 nanometer breed.

Zes lange staartvezels, elk geknikt bij een scharnier, steken als poten uit de basisplaat. Elke vezel is ongeveer 144–160 nanometer lang, iets langer dan de staart zelf.

Groottevergelijkingen

De E. coli-bacterie die T4 infecteert, is ongeveer 2 micrometer lang en 1 micrometer breed, dus ongeveer acht keer zo lang als T4. Een micrometer is een duizendste van een millimeter.
Als T4 werd vergroot tot de grootte van een persoon van 1,7 meter lang, zou een E. coli-cel ongeveer 13 meter lang en 6,5 meter breed zijn.
Ongeveer 300–400 T4-fagen, achter elkaar gelegd, zouden de breedte van een mensenhaar beslaan, dat 80–100 micrometer breed is.
De kop van T4 is minder dan half zo breed als het fijnste detail dat een gewone lichtmicroscoop kan tonen, ongeveer 200 nanometer, de grens van optische microscopen. Fagen worden in plaats daarvan gefotografeerd met elektronenmicroscopen.
T4 is ongeveer 1,8 keer zo lang als een HIV-deeltje breed is. Een Mimivirus-deeltje, ongeveer 750 nanometer breed, is bijna drie keer de lengte van T4.

Hoe een faag een bacterie infecteert

Een faag hecht zich eerst aan bepaalde moleculen op het oppervlak van een bacterie. De meeste fagen kunnen maar één bacteriesoort infecteren, of zelfs maar één stam. De staartschede van T4 trekt zich vervolgens samen en werkt als een injectienaald, die het DNA van het virus door de celwand heen spuit. De kop en de rest van de faag blijven buiten.

In de cel nemen de genen van de faag de controle over. De cel begint onderdelen van nieuwe fagen te maken. De nieuwe fagen worden in elkaar gezet en de cel barst open, zodat ze vrijkomen om andere cellen te infecteren. Eén geïnfecteerde cel laat ongeveer 100–300 fagen zoals T4 vrij.

Fagen als geneesmiddel

Omdat elke faag alleen bepaalde bacteriën aanvalt, kunnen artsen fagen gebruiken om bacteriële infecties te behandelen. Dit heet fagentherapie. Fagen werden aan het begin van de 20e eeuw ontdekt. Door de latere ontdekking van penicilline en andere antibiotica gaven de meeste landen fagentherapie op, maar de voormalige Sovjet-Unie en een paar landen in Oost-Europa bleven die gebruiken.

Fagen hebben één voordeel boven antibiotica: ze doden alleen de bacteriën waarop ze zich richten, terwijl antibiotica ook nuttige bacteriën in het lichaam doden. Een leerboek microbiologie uit 2016 beschrijft de belangstelling voor fagentherapie als opnieuw opkomend, omdat steeds meer bacteriën resistent zijn tegen antibiotica.