バクテリオファージ

バクテリオファージ、またはファージは、特に細菌に感染するウイルスです。20世紀初頭に発見されて以来、微生物学研究や治療革新において不可欠なツールとなっています。バクテリオファージは、細菌宿主に特化しており、細菌の個体群動態に影響を与える多様な構造と感染戦略を示します。

Creative Enzymesは、農業、家畜、養殖、食品における細菌の問題に対処するために、細菌特異的なバクテリオファージ製品や、複数のバクテリオファージのよく研究された混合物を幅広く提供しています。

バクテリオファージの概要

バクテリオファージは、細菌や古細菌に感染し、内部で複製するウイルスです。実際、「バクテリオファージ」という言葉は文字通り「細菌を食べる者」を意味し、バクテリオファージは宿主細胞を破壊します。彼らは環境中に広く存在し、地球上で最も豊富な生物学的エージェントとして認識されています。サイズ、形態、ゲノムの組織において非常に多様です。しかし、すべてのバクテリオファージは、遺伝物質を保護し、次の宿主細胞への配達を媒介するファージコートタンパク質の殻に包まれた核酸ゲノムで構成されています。電子顕微鏡により、数百種類のバクテリオファージの詳細な視覚化が可能になり、その中には「頭」、「脚」、および「尾」を持つものもあります。この外見にもかかわらず、ファージは運動性がなく、ブラウン運動に依存してターゲットに到達します。すべてのウイルスと同様に、バクテリオファージは宿主に対して非常に種特異的であり、通常は単一の細菌種または種内の特定の株のみを感染させます。

バクテリオファージの構造

ほとんどのバクテリオファージは、特徴的な頭部と尾部の構造を持っています。頭部は、しばしば20面体で、ウイルスの遺伝物質を含んでおり、DNAまたはRNAで、単鎖または二本鎖のいずれかです。尾部は形状が大きく異なり、細菌の細胞壁に付着し、遺伝物質を宿主に届ける重要な役割を果たします。たとえば、いくつかのファージは短くて硬い尾を持ち、他のファージは細胞壁を貫通して遺伝物質を注入できる長くて柔軟な尾を持っています。一部のファージは、安定性や宿主への付着を強化する追加の構造成分を持っています。バクテリオファージの表面にある特定のタンパク質は、細菌受容体を認識し結合するのを助け、正確な宿主ターゲティングを確保し、特異性を高めます。

Fig. 1: 典型的なミオウイルスバクテリオファージの構造。

バクテリオファージの分類

バクテリオファージは、その形態、ゲノムタイプ、および感染戦略に基づいて分類されます。国際ウイルス分類委員会（ICTV）は、ファージをいくつかの科に分類しており、最も一般的なのはMyoviridae、Siphoviridae、およびPodoviridaeで、尾部の構造によって区別されます。Myoviridaeファージは長く収縮可能な尾を持ち、Siphoviridaeファージは長く非収縮性の尾を持ち、Podoviridaeファージは短い尾を持っています。これらのバクテリオファージに加えて、以下の図には、核酸タイプ（二本鎖/単鎖DNA）とともにいくつかの他のファージが示されています。

Fig. 2: バクテリオファージの基本クラス（Emencheta et al., 2024）。

バクテリオファージのライフサイクル

バクテリオファージは、主にリシックサイクルと溶原性サイクルの2つのライフサイクルを持っています。

• リシックサイクル: バクテリオファージは、その遺伝物質を細菌宿主に注入し、細胞を支配して新しいバクテリオファージ粒子を生成します。このプロセスは宿主細胞の破裂で終わり、ファージの子孫が新しい細菌に感染します。リシックファージは病原性が高く、細菌感染をターゲットにした治療において価値があります。
• 溶原性サイクル: 対照的に、溶原性サイクルでは、ファージがその遺伝物質を細菌ゲノムに統合し、プロファージと呼ばれるものを形成します。プロファージは細胞分裂中に細菌DNAとともに複製され、特定の環境トリガーによってリシックサイクルに入るまで休眠状態を保ちます。溶原性サイクルを経るファージは温和なファージとして知られ、細菌に遺伝物質を移転する可能性があり、時には細菌の病原性を高める遺伝子を運ぶことがあります。この現象は溶原性転換と呼ばれます。

Fig. 3: バクテリオファージのライフサイクルの図。リシックサイクルと溶原性サイクルの両方は、ファージが宿主細菌細胞に付着することを含みます。その後、ファージDNAはリシックサイクルまたは溶原性サイクルを通じて細菌細胞に入ることを選択します。リシックサイクルでは、細菌の溶解に続いて成熟したウイルスの増殖と放出が行われます。溶原性サイクルでは、バクテリオファージのゲノムが宿主細菌のゲノムに統合され、この状態ではプロファージとして知られます（Bisen et al., 2024）。

バクテリオファージの応用

バクテリオファージは、医療治療から農業、バイオテクノロジーに至るまで幅広い応用があります。

ファージ療法

ファージ療法、または抗生物質耐性細菌を治療するためのバクテリオファージの使用は、新しい細菌株によって復活したトピックです。ファージはターゲット細菌に非常に特異的であり、有益な微生物叢への害を最小限に抑え、副作用を減少させます。ファージ療法は、従来の抗生物質に反応しない感染症（特に多剤耐性細菌）の治療にも効果があります。臨床試験は進行中で、特に創傷感染、呼吸器疾患、消化器病において行われています。

農業におけるバイオコントロール

バクテリオファージは、作物や家畜の細菌病原体を制御するために農業で使用されています。たとえば、ファージは化学農薬を使用せずに作物の細菌病を防ぐために適用されます。ファージはまた、魚の養殖におけるバイオコントロールとして使用され、全体の魚の個体群を壊滅させる可能性のある細菌感染を軽減します。

食品安全

バクテリオファージは、食品業界で細菌汚染を減少させるために使用されています。彼らは食品製品中のリステリア、サルモネラ、およびE.コリなどの病原体をターゲットにし、化学保存料の代替を提供し、食品安全を向上させます。

分子生物学とバイオテクノロジー

バクテリオファージは、分子生物学や遺伝子工学において重要なツールです。M13、λファージ、T7などのファージは、クローニングベクターの開発や、遺伝子操作、タンパク質発現、配列決定のためのシステムを提供するために使用されています。ファージディスプレイは、ペプチドやタンパク質がファージの表面に表示される技術であり、結合パートナーを特定し、新しい治療法を開発するために研究や薬剤発見で広く使用されています。

Fig. 4: バクテリオファージ—自然の殺し屋。人間の健康、動物の健康、環境の健康におけるバクテリオファージの機能（Lavilla et al., 2023）。

製品ラインの概要

Creative Enzymesでは、私たちのバクテリオファージベースの製品が特定の細菌の課題に対処し、農業、養殖、食品安全における持続可能性と効率を促進します。

家畜と養殖のソリューション

• 養殖腸保護剤: 水生種の腸の健康を向上させ、免疫応答を高め、成長と病気抵抗性を改善します。
• 複合養殖抗菌剤: 養殖における耐性病原体、特にAeromonas、Edwardsiella、Citrobacter、およびEscherichia coliなどのグラム陰性細菌をターゲットにします。
• Vibrio harveyi リセート: Vibrio harveyiおよび関連病原体（V.alginolyticus）に対抗するために特別に配合されており、魚や貝類の細菌負荷と死亡率を減少させ、養殖の持続可能性を促進します。
• ファージメイト: Vibrio、Aeromonas、Edwardsiella、Streptococcus、およびNocardiaを含むグラム陽性およびグラム陰性細菌を制御するための特注ソリューションで、より健康的な養殖システムを実現します。
• 複合細菌リセート: 複数の細菌種からのリセートを組み合わせた広範囲抗菌ソリューションで、高密度農業システムに最適で、病気の発生を防ぎます。
• 養殖腸および肝臓保護剤: 水生種の腸と肝臓の健康をサポートするために特別に配合されたソリューションで、感染率を減少させ、栄養素の利用を改善し、より健康的で生産的な養殖を実現します。
• Vibrio alginolyticus リセート: Vibrio alginolyticusをターゲットにし、この一般的な病原体から水生種を保護し、養殖における細菌感染の発生を減少させます。
• Vibrio parahaemolyticus リセート: 養殖業界向けに設計されており、このリセートは特にVibrio parahaemolyticusをターゲットにし、細菌の発生に敏感な養殖システムでの健康結果を改善します。
• バクテリオシン TS: 自然の生物活性抗菌剤で、家畜業界で動物の腸の健康レベルを改善し、微生物叢のバランスを調整し、動物の免疫力とストレス耐性を高めるために使用できます。

農業ソリューション

• 農業栽培環境用バクテリオファージ修飾剤: 有害な土壌細菌を減少させ、化学的投入物の必要性を最小限に抑えながら、より健康的な作物を促進します。
• Elisabethella リセート: 有害なElisabethella細菌をターゲットにするために特別に準備されており、この細菌属が健康リスクをもたらす可能性のある産業、農業や畜産業において、ターゲットを絞ったアプローチを提供します。

食品安全ソリューション

• サルモネラバクテリオファージ: Salmonellaをターゲットにした食品グレードのバクテリオファージソリューションで、動物製品の食品安全を確保し、品質を損なうことなく細菌汚染リスクを減少させます。

私たちの精密に設計されたバクテリオファージソリューションは、抗生物質や化学物質への依存を減少させ、より健康的な生態系を促進します。自然な方法で細菌の課題に対処することで、農業、養殖、食品安全における現代の生産システムのための効果的で持続可能なツールを提供します。今すぐお問い合わせいただき、あなたのニーズに最適なバクテリオファージソリューションを見つけてください！