Bakteriophagen (kurz Phagen) sind Viren, die ausschließlich Bakterien als Wirt nutzen. Wie alle Viren sind sie keine Lebewesen im klassischen Sinn: Sie besitzen keinen eigenen Stoffwechsel und sind auf die Maschinerie der Wirtszelle angewiesen. Phagen zählen mit ca. 1031 Partikeln zu den häufigsten biologischen Entitäten der Erde.
Ein Phage besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten:
• Nukleinsäure: doppelsträngige DNA (z. B. T4, λ), seltener einzelsträngige DNA oder RNA.
• Capsid: eine Proteinhülle (Kapsomere), die das Genom umschließt und schützt.
Komplexe Phagen wie der T2/T4-Phage besitzen zusätzlich einen Schwanzapparat zur Injektion.
Der T4-Phage hat eine charakteristische ikosaedrische Form mit einer Gesamtlänge von etwa 200 nm. Wichtige Strukturen:
• Kopf (ca. 90 nm): ikosaedrisches Capsid, enthält ein lineares dsDNA-Genom von etwa 169 000 Basenpaaren mit ca. 289 Genen.
• Kragen: Verbindungsstück zwischen Kopf und Schwanz.
• Schwanzscheide: kontraktile Hülle (ähnlich einem Muskel), die sich bei der Injektion zusammenzieht.
• Schwanzröhre (Tubus): Innenkanal, durch den die DNA injiziert wird.
• Basisplatte mit Spikes: Kontaktstück zur Bakterienoberfläche.
• Schwanzfasern (sechs lange Fasern): Erkennen spezifische Rezeptoren auf der Wirtszelle (LPS bei E. coli).
Die Schwanzfasern entscheiden über die Wirtsspezifität: Nur wenn ihre Rezeptorbindungsproteine an die Oberflächenstrukturen einer Bakterienart passen, kann der Phage adsorbieren. T4 infiziert daher nur bestimmte E. coli-Stämme.
Phagen sind Modellorganismen der Molekularbiologie (Hershey-Chase-Versuch wies 1952 mit T2 nach, dass DNA Träger der Erbinformation ist). In der Phagentherapie werden sie als Alternative zu Antibiotika gegen multiresistente Bakterien erforscht. Außerdem dienen sie in der Gentechnik als Vektoren (λ-Phage).
Phagen sind keine Bakterien und keine Lebewesen – sie besitzen weder Ribosomen noch Stoffwechsel. Auch der Begriff „Phagen-DNA injizieren“ ist präzise: Nur das Genom wird in die Wirtszelle eingeschleust, das Capsid bleibt außen.
Zusammenfassung: Bakteriophagen bestehen aus Nukleinsäure und Proteincapsid. T4 hat zusätzlich Kragen, Schwanzscheide, Basisplatte und Schwanzfasern, die die Injektion in E. coli ermöglichen.
Abitur-Tipp: Im Hessen-Abitur wird der Bau gerne als Beschriftungsaufgabe geliefert. Lerne Kopf, Schwanzscheide, Basisplatte und Schwanzfasern sowie deren Funktion auswendig.