T-Phagen

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer. nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 1. September 2026

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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T-Phagen sind Viren, die sich als Bakteriophagen auf den ausschließlichen Befall von Escherichia coli Darmbakterien spezialisiert haben (Coliphagen). Es sind 7 verschiedene Arten bekannt, mit der Bezeichnung T1 bis T7, wovon sich die geradzahligen durch bestimmte gemeinsame Merkmale von den ungeradzahligen Arten unterscheiden. T-Phagen werden im Körper in der Regel vom Immunsystem erkannt, außerhalb des Körpers werden sie gezielt zur Produktion bestimmter Enzyme und für weitere Zwecke eingesetzt.

Was sind T-Phagen?

In Abwässern und stehenden Gewässern, in denen normalerweise eine enorm große und differenzierte Vergesellschaftung von Bakterien stattfindet, treten auch in ähnlich gehäufter und differenzierter Form Bakteriophagen auf.
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T-Phagen gehören zu den Viren, die sich auf den Befall von Bakterien spezialisiert haben und deshalb Bakteriophagen oder auch einfach Phagen genannt werden. Jede Phagenart ist jeweils auf die Infektion einer spezifischen Bakterie spezialisiert. Die geschwänzten T-Phagen (das T steht für das englische 'type', also Typ) sind auf den Befall der Darmbakterie Escherichia coli ausgerichtet.

Die 7 bekannten T-Phagen mit den Bezeichnungen T1 bis T7 gehören den drei Familien Siphoviren (T1, T5), Podoviren (T3, T7) und Myoviren (T2, T4, T6) an. Diese Einteilung nach der äußeren Gestalt bildet die tatsächliche Verwandtschaft allerdings nicht ab und wurde deshalb inzwischen aufgegeben; die geschwänzten Phagen werden heute als eigene Klasse geführt. Die geradzahligen und die ungeradzahligen T-Phagen unterscheiden sich jeweils durch mehrere gemeinsame Merkmale.

T-Phagen zeichnen sich durch einen komplexen Aufbau aus. Die Hauptbestandteile sind Grundplatte, Einspritzapparat und Kopf. An der Grundplatte befinden sich sogenannte Spikes, mit denen sich der Phage an der Bakterienwand festklammern und in sie einstechen kann. Der Injektionsapparat besteht aus einem kontraktilen Rohr, durch das die DNA des Phagen in das Coli-Bakterium „geschossen“ wird. Die doppelsträngige DNA befindet sich im Kopf des T-Phagen und wird nach Andocken an das Bakterium durch das kontraktile Rohr des Injektionsapparats in das Innere der Coli-Bakterie verfrachtet. Nach erfolgter Infektion werden die außen an der Hülle verbleibenden Teile der T-Phagen nicht mehr benötigt und lösen sich wieder von der Bakterienwand.

Vorkommen, Verbreitung & Eigenschaften

Im menschlichen Körper lassen sich T-Phagen vor allem an den Orten finden, die von Coli-Bakterien besiedelt sind. Beim gesunden Menschen mit intaktem Immunsystem ist das vor allem der Verdauungstrakt. T-Phagen, die sich in die Blutbahn verirren, werden vom Immunsystem erkannt und lösen eine Immunreaktion aus, die zur Vernichtung der Phagen führt. Eine direkte Infektionsgefahr mit T-Phagen besteht kaum, da es sich nicht um eigenständige Krankheitskeime handelt. Bei entsprechend schwacher Immunabwehr ist es lediglich vorstellbar, dass T-Phagen für eine empfindliche Ausdünnung der Coli-Bakterien innerhalb der Darmflora sorgen.

Für eine mögliche therapeutische Anwendung ist von Bedeutung, dass sich Phagen gefriergetrocknet aufbewahren lassen, ohne ihre Eigenschaften einzubüßen.

Bedeutung & Funktion

T-Phagen, die ausschließlich Coli-Bakterien infizieren und abtöten können, spielen im menschlichen Körper nur eine untergeordnete Rolle. Denkbar wäre aber ein gezielter Einsatz gegen pathogene Coli-Bakterien außerhalb des Verdauungstraktes. Im Gegensatz zu vielen Antibiotika, die eine breitbandige Wirkung haben, also auch eine Vielzahl nützlicher Mikroben zerstören, wirken T-Phagen wie auch andere Phagen absolut spezifisch und selektiv gegen bestimmte Stämme von Keimen.

Die Phagentherapie unterliegt in Deutschland strengen Auflagen; sie wird bislang nur in Einzelfällen und im Rahmen von Studien angewendet, weil ein Wirksamkeitsnachweis aus kontrollierten Untersuchungen aussteht. Das Problem der Resistenzbildung besteht auch bei T-Phagen; die Hoffnung richtet sich darauf, ihm durch Neuzüchtungen begegnen zu können. Die Phagentherapie hat sich besonders in Ländern der ehemaligen UdSSR entwickelt, davon maßgeblich in Georgien. Einige westliche Forschergruppen versuchen, Phagen zu züchten, die auch gegen multiresistente Keime wirksam sind.

T-Phagen werden häufig zur Produktion von Enzymen in Coli-Bakterien kultiviert, um größere Mengen an Enzymen zu gewinnen, die für molekularbiologische Zwecke benötigt werden. Es handelt sich dabei um Enzyme wie T4-DNA-Ligase, T7-RNA-Polymerase und einige weitere.

Die Fähigkeit sogenannter temperenter Phagen, ihre eigene DNA in die Bakterien-DNA einzubauen (Lysogenie), anstelle ungezügelter Replikation der eigenen DNA, kann ebenfalls als Genvektor genutzt werden, um gezielte Genmanipulationen vorzunehmen, um bestimmte fehlerhafte und krankmachende Gene oder Genstücke durch intakte Gene oder DNA-Stücke zu ersetzen. Die T-Phagen selbst gehören allerdings zu den rein lytischen Phagen; die Lysogenie ist von anderen Bakteriophagen wie dem Lambda-Phagen bekannt.

Krankheiten & Beschwerden

Kritiker der Phagentherapie äußern, dass die Therapie nur von Ärzten mit entsprechender Zusatzausbildung angewandt werden kann und dass für eine gezielte Anwendung vorher eine Bakterienkultur angelegt werden muss, um sicher zu sein, den „richtigen“ Phagen für das „richtige“ Bakterium gewählt zu haben. Demgegenüber stünden Breitband-Antibiotika unmittelbar zur Verfügung. Als Hauptargument gegen eine Phagentherapie wird von den Kritikern allerdings die Befürchtung geäußert, dass sich der Phage in seiner Genetik so durch Mutationen oder durch unkontrollierbaren Genaustausch mit dem Wirtsbakterium ändern könne, dass er seine bakterienauflösenden Eigenschaften verlieren und zu einem nicht beherrschbaren pathogenen Virus mutieren könne.

Während des Kalten Krieges setzte die westliche Medizin zur Abwehr infektiöser Keime fast ausschließlich auf Antibiotika, während Russland und die anderen Mitgliedstaaten der Sowjetunion – allen voran Georgien - die Phagentherapie kultivierten. Mittlerweile gibt es Anzeichen für die Erkenntnis, dass beide Therapien spezifische Vorteile und Risiken bergen, die vor der Anwendung abgewogen werden müssen.

Herkunft der Bezeichnung

Die Namen T1 bis T7 sind keine biologische Einteilung, sondern das Ergebnis einer Verabredung. In den 1930er und 1940er Jahren arbeiteten verschiedene Laboratorien mit Phagen, die sie jeweils selbst benannten; dieselben Erreger trugen dadurch mehrere Namen, und Ergebnisse ließen sich kaum vergleichen. Um dem abzuhelfen, einigte sich 1944 eine Gruppe von Forschern um Max Delbrück und Milislav Demerec darauf, sieben gut untersuchte Coliphagen durchzunummerieren und sich in der Forschung auf diese sieben sowie auf einen einzigen Bakterienstamm zu beschränken.

Diese Selbstbeschränkung, die von der lose zusammenarbeitenden „Phagengruppe“ um Delbrück, Salvador Luria und Alfred Hershey getragen wurde, erwies sich als außerordentlich folgenreich. Weil alle Beteiligten mit denselben Erregern und demselben Wirt arbeiteten, ließen sich Ergebnisse unmittelbar aufeinander beziehen. Aus dieser Absprache heraus entwickelte sich in den folgenden zwanzig Jahren ein erheblicher Teil dessen, was heute als Molekulargenetik bezeichnet wird. Delbrück, Hershey und Luria erhielten 1969 den Nobelpreis für Medizin.

Innerhalb der Siebenergruppe fällt vor allem T4 auf, das am gründlichsten untersuchte Virus überhaupt. Die geradzahligen T-Phagen teilen eine Besonderheit ihres Erbguts, auf die weiter unten einzugehen ist; die ungeradzahligen sind einfacher gebaut und tragen ein kleineres Erbgut. Dass die fortlaufende Nummerierung keine Verwandtschaft ausdrückt, hat sich später bestätigt: T3 und T7 etwa stehen einander sehr nahe, mit den geradzahligen Vertretern haben sie dagegen wenig gemein.

Der Vermehrungszyklus

T-Phagen durchlaufen einen Ablauf, der als lytischer Zyklus bezeichnet wird und mit der Auflösung des Wirtsbakteriums endet. Er beginnt mit der Anheftung. Die Schwanzfasern des Phagen tasten die Oberfläche des Bakteriums ab und binden an bestimmte Eiweiße oder Zuckerstrukturen der Bakterienhülle. Diese sind je nach Phagenart verschieden, und darin liegt der Grund für die außerordentliche Zielgenauigkeit: Ein Phage kann nur die Bakterien befallen, die das passende Ankermolekül auf ihrer Oberfläche tragen.

Nach dem Festklammern verändert die Grundplatte ihre Gestalt, das umgebende Rohr zieht sich zusammen, und ein innerer Kanal durchdringt die Bakterienhülle. Durch ihn wird ausschließlich die DNA in das Bakterium befördert; das Eiweißgerüst bleibt außen zurück. Innerhalb weniger Augenblicke danach wird der Stoffwechsel des Bakteriums umgestellt. Bei den geradzahligen T-Phagen wird das Erbgut des Wirtes zerlegt und seine Bausteine für den Bau der neuen Phagen verwendet; die Zelle stellt von diesem Zeitpunkt an nur noch her, was der Phage vorgibt.

Das Ablesen des Phagenerbguts erfolgt in einer festgelegten Reihenfolge. Zuerst kommen die Bauanleitungen zum Zuge, die den Wirtsstoffwechsel umstellen, danach die für die Vervielfältigung der Phagen-DNA und zuletzt die für die Strukturteile und die Werkzeuge der Auflösung. In dieser Zeit lässt sich im Inneren des Bakteriums kein einziger vollständiger Phage nachweisen – die zerlegten Bestandteile sind vorhanden, das fertige Partikel noch nicht. Dieser Abschnitt wird als Eklipse bezeichnet, und seine Entdeckung war ein wichtiger Beleg dafür, dass sich Viren nicht wie Zellen durch Teilung vermehren, sondern in Einzelteilen hergestellt und anschließend zusammengesetzt werden.

Der Zusammenbau selbst verläuft auf getrennten Wegen: Kopf, Schwanz und Schwanzfasern entstehen unabhängig voneinander und werden erst am Ende vereinigt. Die DNA wird unter erheblichem Druck in den bereits fertigen Kopf gepresst. Zuletzt lösen zwei Werkzeuge des Phagen die Zelle auf – ein Eiweiß, das die innere Membran durchlöchert, und ein zweites, das die Zellwand des Bakteriums von innen zerschneidet. Die Zelle platzt, und die neuen Phagen werden frei. Vom Andocken bis zur Auflösung vergeht bei günstiger Temperatur weniger als eine Stunde.

Bedeutung als Modellorganismus

Die grundlegenden Einsichten der Vererbungslehre stammen zu einem großen Teil aus Versuchen an T-Phagen. Ihr Vorzug lag auf der Hand: Sie sind einfach gebaut, ihre Nachkommen lassen sich innerhalb weniger Stunden auszählen, und ihre Zahl ist so groß, dass sich auch sehr seltene Ereignisse beobachten lassen.

Der bekannteste Versuch stammt von Alfred Hershey und Martha Chase aus dem Jahr 1952. Sie markierten die DNA und die Eiweiße von T2-Phagen mit unterschiedlichen radioaktiven Stoffen und ließen die Phagen Bakterien befallen. Anschließend schüttelten sie die außen anhaftenden Reste ab und prüften, welche Markierung im Inneren der Bakterien angekommen war. Es war die der DNA. Damit war der zuvor umstrittene Nachweis geführt, dass die Erbinformation in der DNA und nicht in den Eiweißen liegt.

In den folgenden Jahren untersuchte Seymour Benzer an einem bestimmten Erbgutabschnitt von T4 die Feinstruktur des Gens. Er zeigte, dass ein Gen kein unteilbarer Punkt ist, sondern eine Abfolge von Stellen, zwischen denen sich Veränderungen genau verorten lassen. Am selben Abschnitt wiesen Francis Crick, Sydney Brenner und ihre Mitarbeiter 1961 nach, dass die Erbinformation in Dreiergruppen abgelesen wird: Sie erzeugten Mutationen, die je einen Baustein einfügten oder entfernten, und stellten fest, dass die Ableserichtung nur dann wieder stimmte, wenn drei solcher Veränderungen zusammenkamen. Auch der Nachweis, dass zwischen Erbgut und Eiweiß ein kurzlebiges Zwischenmolekül vermittelt – die Boten-RNA –, gelang an phageninfizierten Bakterien. Und die Beobachtung, dass sich die Bestandteile eines Phagen unter geeigneten Bedingungen im Reagenzglas von selbst zum vollständigen Partikel zusammenfügen, zeigte, dass sich auch komplex gebaute biologische Strukturen ohne Bauanleitung von außen ordnen können.

Aus dieser Forschung stammen auch die Enzyme, die heute in jedem molekularbiologischen Labor gebraucht werden. Sie waren zunächst nichts anderes als Werkzeuge, die der Phage für seine eigene Vermehrung mitbringt.

Wie Bakterien sich wehren

Bakterien sind ihren Phagen nicht wehrlos ausgeliefert. Zwischen beiden besteht ein fortwährendes Wettrüsten, aus dem einige der wichtigsten Werkzeuge der Gentechnik hervorgegangen sind.

Die einfachste Abwehr besteht darin, das Ankermolekül auf der Oberfläche zu verändern, sodass der Phage nicht mehr binden kann. Weil diese Moleküle jedoch meist eigene Aufgaben erfüllen, ist dieser Weg für das Bakterium mit Nachteilen verbunden. Wirksamer sind die Restriktionsenzyme: Sie erkennen bestimmte kurze Abfolgen in der eingedrungenen fremden DNA und zerschneiden sie dort. Das eigene Erbgut ist geschützt, weil das Bakterium diese Stellen zuvor durch das Anheften kleiner chemischer Gruppen kenntlich gemacht hat. Genau diese Enzyme haben es später möglich gemacht, DNA gezielt an vorherbestimmten Stellen zu zerschneiden, und damit die Gentechnik überhaupt erst begründet.

Die geradzahligen T-Phagen haben darauf eine bemerkenswerte Antwort gefunden: Sie verwenden in ihrer DNA anstelle eines der üblichen vier Bausteine eine abgewandelte Form und behängen diese zusätzlich mit Zuckerresten. Die Schneidewerkzeuge des Bakteriums erkennen ihr Ziel dadurch nicht mehr. Hinzu kommen Abwehrsysteme, die Bruchstücke der Erbinformation früherer Angreifer speichern und bei einem erneuten Befall gezielt gegen sie vorgehen – die heute unter der Bezeichnung CRISPR bekannte Einrichtung, die inzwischen ebenfalls als Werkzeug zur gezielten Veränderung von Erbgut dient. Ein weiterer Weg besteht darin, dass die befallene Zelle sich selbst abtötet, bevor die Nachkommen fertig sind, und so die benachbarten Bakterien schützt.

Nachweis und Anzucht

Phagen werden mit einem Verfahren nachgewiesen, das seit den Anfängen der Phagenforschung nahezu unverändert geblieben ist. Auf einer Nährschicht wird ein dichter Rasen von Wirtsbakterien ausgebracht und mit der zu untersuchenden Probe versetzt. Wo ein einziger Phage ein Bakterium befällt, breiten sich seine Nachkommen in der unmittelbaren Umgebung aus und lösen die dortigen Bakterien auf. Nach einigen Stunden ist an dieser Stelle ein kreisrunder heller Fleck im trüben Bakterienrasen zu erkennen, der als Plaque bezeichnet wird. Jeder Fleck geht auf einen einzelnen Phagen zurück, sodass sich durch Auszählen unmittelbar bestimmen lässt, wie viele vermehrungsfähige Phagen eine Probe enthält.

Größe und Umriss der Flecken sind für die einzelnen Phagenarten kennzeichnend und ließen sich sogar zur Erkennung von Erbgutveränderungen nutzen: Die Arbeiten Benzers stützten sich darauf, dass bestimmte Mutanten von T4 auffällig größere und schärfer begrenzte Flecken bilden als die unveränderte Form. Für die Vermehrung größerer Mengen werden die Phagen in einer Flüssigkultur von Bakterien angezogen, die nach vollständiger Auflösung nur noch die Phagen und die Trümmer der Zellen enthält.

Über die Forschung hinaus haben Coliphagen einen festen Platz in der Untersuchung von Wasser. Weil sie dieselben Umweltbedingungen aushalten wie die im Darm vorkommenden Viren, sich aber mit dem Plaqueverfahren einfach und preiswert nachweisen lassen, dienen sie als Anzeiger für eine Verunreinigung mit Fäkalien und für die Beurteilung, ob ein Aufbereitungsverfahren Viren zuverlässig zurückhält.

Quellen

• Fuchs, G. (Hrsg.): Allgemeine Mikrobiologie.
  ISBN: 9783132434776

• Madigan, M. T., Bender, K. S., Buckley, D. H., et al.: Brock Mikrobiologie.
  ISBN: 9783868943672

• Munk, K. (Hrsg.): Mikrobiologie.
  ISBN: 9783131448613

• Suerbaum, S., Burchard, G.-D., Kaufmann, S. H. E., Schulz, T. F. (Hrsg.): Medizinische Mikrobiologie und Infektiologie.
  ISBN: 9783662613849

• Modrow, S., Falke, D., Truyen, U., Schätzl, H.: Molekulare Virologie.
  ISBN: 9783662617809

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