Лекция 15 Бактериофаги

2

Бактериофаги

Бактериофаги – это вирусы бактерий (фаг – пожиратель), открыт в 1915 г. Д’Эрелем, хотя впервые обратил внимание на этот феномен в 1898 г. Н.Ф.Гамалея, работая с бациллой сибирской язвы.

Морфология. Различают 5 основных типов бактериофагов:

I тип – ДНКовые нитевидные, которые лизируют бактерии, содержащие F-плазмиды.

II тип – представлены головкой и рудиментом хвоста, геном в большинстве РНК за исключением фага -174, представленной однонитевой ДНК.

III тип – фаги с коротким отростком (Т₃ и Т₇).

IV тип – фаги с несокращающимся хвостом м двунитевой ДНК (Т₁ и Т₇).

V тип – фаги с ДНК-овым геномом, сокращающийся чехол хвостового отростка, который заканчивается базальной пластиной (Т₂, Т₄).

Тип симметрии Т четных фагов E.coli – смешанный. Принципы классификации такие же как и у вирусов: Аг-структура, морфология фагов, их негативных колоний, спектр действия, химический состав и др. Фаги более устойсивы, чем вирусы к физическим и химическим факторам, легко переносят УФ-облучение, температуру 50-60С, дезинфектанты (кроме формалина). Чувствительны к кислоте.

Строение Т –четных фагов V типа.

Головка Т фагов представляет сотой октаэдр (8-гранник) размером 100 нм, состоит из белковой оболочки, внутри двойная нить ДНК. У фага Т₂ в головке есть внутренний белок, содержащий полиамины (спермин и путресцин), обеспечивающие суперспирализацию ДНК. Только так она может упаковываться в головке. Незначительное количество фагов содержит в головке одноцепочечную ДНК или РНК.

Отросток (хвост) Т фагов длиной 100 нм, включает полый стержень (спиральная симметрия) и сократительный чехол, присоединенный к воротничку. Чехол образован 120-140 белковыми молекулами, в каждой из которых содержится молекула АТФ и ионы Са⁺⁺. В дистальном отделе стержня расположена шестиугольная базальная мембрана с шестью шипами и шестью фибриллами. У фага Т₂ здесь же расположен лизоцим (эндолизин).

Взаимодействие вирулентных бактериофагов с микробной клеткой строго специфично и состоит из следующих стадий:

1. Адсорбция. Рецепторами для фагов на поверхности бактерий являются липопротеины или липополисахариды. Фаги не могут адсорбироваться на бактериях, лишенных клеточной стенки (L-формы). Некоторые фаги адсорбируются на F-пилях. Адсорбция зависит от рН среды, температуры, содержания Са⁺⁺, триптофана для Т₂ фага.

2. Иньекция фаговой ДНК. Дистальные отростки расщепляются в присутствии Zn⁺⁺, освободившаяся базальная мембрана лизирует КС лизоцимом, в чехле освобождаются ионы Са⁺⁺, это приводит к активации АТФ и чехол сокращается, стержень входит через ЦПМ в клетку. ДНК фага впрыскивается в цитоплазму по стержню (20 нм) в виде нити.

3. Репродукция фага происходит в течение 25-30 мин «скрытого периода» (эклипс). Фаговая ДНК подавляет синтетические процессы в клетке и индуцирует синтез фагового белка через мРНК и собственной ДНК через ДНК-полимеразу. Появляются сначала ранние белки (вирусная РНК-полимераза) и затем поздние белки (белки оболочки, эндолизины).

4. Биосинтез фаговых частиц (40 мин) в клетке синтезируется 10—200 фагов.

5. Выход дочерних популяций за счет лизиса клетки изнутри фаговым лиоцимом.

Умеренные бактериофаги

ДНК фага не вызывает образования вирусных белков и репликацию ДНК. ДНК умеренного фага интегрируется в бактериальную хромосому или остается в цитоплазме клетки в виде плазмиды. Этот феномен получил название лизогения, а такие популяции бактерий – лизогенные культуры. Репликация ДНК умеренного фага идет синхронно с размножением лизогенных бактерий. Иногда в одной из 10²-10⁵ бактерий фаг начинает спонтанно размножаться и лизирует микробную клетку.

Трансдуцирующие умеренные фаги не способны образовывать дочерние популяции (дефектные). Их используют как векторы в генной инженерии.

ДНК умеренного фага в лизогенных микробных клетках называется профаг. Профаг синтезирует белковый репрессор «выключающий» все вирулентные функции бактериофага. При нарушении его синтеза происходит восстановление вирулентной функции фага и бактерия лизируется, например, под действием УФ-облучения, перекиси водорода.

Изменение свойств бактерий под действием ДНК умеренного фага называется фаговая (лизогенная) конверсия. Пример: приобретение вирулентности дифтерийной палочки за счет внедрения в клетку профага с tox-геном. Лизогенные дифтерийные палочки начинают продуцировать экзотоксин.

Практическое использование фагов

1. Диагностика. Определение фаготипов (фаговаров). Применяется по эпидемическим показаниям.

2. Терапия. Лечение фагами дизентерии, сальмонеллеза, стафилококковой инфекции. Фаг «Интести» поливалентный применяется при кишечных инфекциях.

3. Профилактика. Холерный бактериофаг используется в очагах холеры.