3. Бактериофаги

Бактериофаги (фаги) – это вирусы, поражающие клетки бактерий. Они не имеют клеточной структуры, неспособны сами синтезировать нуклеиновые кислоты и белки, поэтому являются облигатными внутриклеточными паразитами.

Вирионы фагов состоят из головки, содержащей нуклеиновую кислоту вируса, и отростка.

Нуклеокапсид головки фага имеет кубический тип симметрии, а отросток – спиральный тип, т. е. бактериофаги имеют смешанный тип симметрии.

Фаги могут существовать в двух формах:

1) внутриклеточной (это профаг, чистая ДНК);

2) внеклеточной (это вирион).

Фаги, как и другие вирусы, обладают антигенными свойствами и содержат группоспецифические и типоспецифические антигены.

Различают два типа взаимодействия фага с клеткой:

1) литический (продуктивная вирусная инфекция). Это тип взаимодействия, при котором происходит репродукция вируса в бактериальной клетке. Она при этом погибает. Вначале происходит адсорбция фагов на клеточной стенке. Затем следует фаза проникновения. В месте адсорбции фага действует лизоцим, и за счет сократительных белков хвостовой части в клетку впрыскивается нуклеиновая кислота фага. Далее следует средний период, в течение которого подавляется синтез клеточных компонентов и осуществляется дисконъюнктивный способ репродукции фага. При этом в области нуклеоида синтезируется нуклеиновая кислота фага, а затем на рибосомах осуществляется синтез белка. Фаги, обладающие литическим типом взаимодействия, называют вирулентными.

В заключительный период в результате самосборки белки укладываются вокруг нуклеиновой кислоты и образуются новые частицы фагов. Они выходят из клетки, разрывая ее клеточную стенку, т. е. происходит лизис бактерии;

2) лизогенный. Это умеренные фаги. При проникновении нуклеиновой кислоты в клетку идет интеграция ее в геном клетки, наблюдается длительное сожительство фага с клеткой без ее гибели. При изменении внешних условий могут происходить выход фага из интегрированной формы и развитие продуктивной вирусной инфекции.

Клетка, содержащая профаг в геноме, называется лизогенной и отличается от исходной наличием дополнительной генетической информации за счет генов профага. Это явление лизогенной конверсии.

По признаку специфичности выделяют:

1) поливалентные фаги (лизируют культуры одного семейства или рода бактерий);

2) моновалентные (лизируют культуры только одного вида бактерий);

3) типовые (способны вызывать лизис только определенных типов (вариантов) бактериальной культуры внутри вида бактерий).

Фаги могут применяться в качестве диагностических препаратов для установления рода и вида бактерий, выделенных в ходе бактериологического исследования. Однако чаще их применяют для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний.

1 Структура и принципы классификации бактериофагов. Бактериофаги (пожиратель) — вирусы бактерий, обладающие способностью специфически про­никать в бактериальные клетки, репродуцироваться в них и вы­зывать их растворение (лизис). Морфология. Имеет двунитчатую ДНК с сокращаюмщимся отростком. Форма зависит от типа симметрии капсомера. Если кубический–то форма многогранника, если по спирали то форма палочковидная. Имеют форму головастика или сперматозоида, кубическую и нитевид

ную формы. Имеющие форму сперматозоида состоят из вытянутой икосаэдрической головки и хвостового отростка . Внутри хвостового отростка имеется полый цилиндрический стержень, сообщающийся отверстием с головкой, снаружи — чехол, способный к сокращению наподо­бие мышцы. Хвостовой отросток заканчивается шестиугольной базальной пластинкой с короткими шипами, от которых отхо­дят нитевидные структуры — фибриллы. Химический состав . нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белка. У фагов,

имеющих форму сперматозоида, двунитчатая ДНК упакована в виде спирали внутри головки. Белки входят в состав оболочки (капсида), окружающей нуклеиновую кислоту, и во все структурные элементы хвостового отро­стка. Обнаружены внутренние (геномные) белки, связанные с нуклеиновой кис­лотой, и белки-ферменты (лизоцим, АТФ-аза), участвующие во взаимодействии фага с клеткой. Резистентность. Ряд дезинфицирую­щих веществ (фенол, этиловый спирт, эфир и хлороформ) не оказывают существенного

влияния на фаги. Высокочувствитель­ны к формалину и кислотам. Инактивация наступает при температуре 65—70 °С, сохраняются при высушивании в запаянных ампулах, заморажи­вании при температуре —185 °С в глицерине. По механизму взаимодействия различают вирулентные и умеренные фаги. При попадании в бактерию по своему взаимодействию могут быть вирулентными ,т.е. попав в клетку идет репродукция вируса и лизис бактерии. Некоторые фаги попав в бактерию не репродуцируются в ней, не вызывая

ее лизиса, а их ДНК включается в бактериальную хромосому это называется профаг. А сам фаг назыв. умеренным. А это явление ( биологический симбиоз микробной клетки с умеренным фогом (профагом) назыв. Лизогения, а культура бактерий , содержещий профаг, назыв. лизогенной. Лизогения это когда под действием внеш. факторов профаг выходит из интегрированного состояния и превращается в вирулентный ,т.е. идет репродукция фаговых частиц и лизис. Фаг включается в ДНК (нуклеотид) и может взять

кусок ДНК и передать другому – фаговая конверсия ( мощный фактор изменчивости микроорганизмов). По специфичнос­ти действия различают поливалентные фаги, способные взаимодействовать с родственными видами бактерий, моновалентные фаги, взаимодействующие с бактериями определенного вида, и типовые фаги, взаимодействующие с отдельными вариантами (типами) данного вида бактерий.

2 Механизм взаимодействия бактериофагов с клеткой. По механизму взаимодействия различают вирулентные и умеренные фаги. Ви­рулентные фаги, проникнув в бактериальную клетку, авто­номно репродуцируются в ней и вызывают лизис бактерий. Эти фаги адсорбируются на по­верхности бактериальной клетки с помощью фибрилл хвостово­го отростка. В результате активации фагового фермента АТФазы происходит сокращение чехла хвостового отростка и внедрение стержня в клетку. В процессе “прокалыва

ния” клеточной стенки бактерии принимает участие фермент лизоцим, находящийся на конце хвостового отростка. Вслед за этим ДНК фага, содержаща­яся в головке, проходит через полость хвостового стержня и ак­тивно впрыскивается в цитоплазму клетки. Остальные структур­ные элементы фага (капсид и отросток) остаются вне клетки. После биосинтеза фаговых компонентов и их самосборки в бактериальной клетке накапливается до 200 новых фаговых ча­стиц. Под действием фагового лизоцима и внутриклеточного

ос­мотического давления происходит разрушение клеточной стен­ки, выход фагового потомства в окружающую среду и лизис бактерии. Один литический цикл (от момента адсорбции фагов до их выхода из клетки) продолжается 30—40 мин. По специфичнос­ти действия различают поливалентные фаги, способные взаимодействовать с родственными видами бактерий, моновалентные фаги, взаимодействующие с бактериями определенного вида, и типовые фаги, взаимодействующие с отдельными вариантами (типа

ми) данного вида бактерий. Умеренные фаги лизируют не все клетки в популяции, с частью из них они вступают в симбиоз, в результате чего ДНК фага встраивается в хромосому бактерии. В таком случае гено­мом фага называют профаг. Профаг, не вызывая ее лизиса, передается по наслед­ству от клетки к клетке. Био­логическое явление симбиоза микробной клетки с умеренным фагом (профагом) называется лизогенией, а культура бакте­рий, содержащая профаг, получила название лизогенной. Это отражает способ

ность профага самопроизвольно или под действи­ем ряда физических и химических факторов исключаться из хро­мосомы клетки и переходить в цитоплазму, т. е. вести себя как вирулентный фаг, лизирующий бактерии. Лизогенные культуры невосприимчивы к повторному заражению близкородственным фагом и приобретают дополнительные свойства, которые находятся под контролем генов профага. Изменение свойств мик­роорганизмов под влиянием профага получило название фаго­вой конверсии и касается

различных их свойств: культуральных, биохимических, токсигенных, антигенных, чувствительности к антибиотикам и др. Кроме того, переходя из интегрированного состояния в вирулентную форму, умеренный фаг может захва­тить часть хромосомы клетки и при лизисе последней перено­сит эту часть хромосомы в другую клетку. Если микробная клет­ка станет лизогенной, она приобретает новые свойства. Таким образом, умеренные фаги являются мощным фак­тором изменчивости микроорганизмов

Практическое использование бактериофагов в медицине и микробиологии. Применение фагов основано наихстрогой специфичности действия. Фаги используют в диагностике инфекционных болезней: 1) с помощью известных (диагностических) фагов проводят идентификацию выделенных культур микроорганизмов. Вследствие высокой специфичности фагов можно определить вид воз­будителя или варианты (типы) внутри вида. Фаготипирование имеет большое эпидемиологическое значение, так как позволя­ет

установить источник и пути распространения инфекции; 2) с помощью тест-культуры можно определить неизвестный фаг в исследуемом материале, что указывает на присутствие в нем соответствующих возбудителей. Фаги применяют для лечения и профилактики инфекционных болезней. Производят брюшнотифозный, дизентерийный, синегнойный, стафилококковый фаги и комбинированные препараты. Спо­собы введения в организм: местно, энтерально или парентерально. Умеренные фаги используют в гене

тической инженерии и биотехнологии в качестве векторов для получения рекомбинантных ДНК . Дефектный фаг учавствует в трансдукции кот. дает : 1) резистентность к лекарст.препаратам.; 2) образование капсулы; 3) синтез ферментов ращепляющих углеводы . 3-и вида трансдукции: 1) генерализованная. Когда умеренный фаг встраивается в донора в любом месте хромосомы и забирает разные участки и св-ва; 2) спецефическая есть фаг он встраивается в одном месте и переносит всегда ген-способность синтезировать фермент

галактоза; 3) абортивная форма. Когда при делении кл. фаговая ДНК передаётся только одной клетки и признак теряется, т.е. нет репликации данного участка . Изменение свойств мик­роорганизмов под влиянием профага получило название фаго­вой конверсии и касается различных их свойств: культуральных, биохимических, токсигенных, антигенных, чувствительности к антибиотикам и др. Умеренные фаги могут нанести вред микробиологическому производству. Так, если микроорганизмы, используемые в каче­стве

продуцентов вакцин, антибиотиков и других биологических веществ, оказываются лизогенными, существует опасность пе­рехода умеренного фага в вирулентную форму, что неминуемо приведет к лизису производственного штамма.