Бактериофаги (вирусы бактерий)

Бактериофагами или просто фагами называют вирусы, поражающие бактерий, которым они всегда сопутствуют. Распространены повсеместно. Взаимодействие бактериофагов с клеткой строго специфично и в зависимости от вида бактерий. Различают бактериофаги кишечной палочки, сальмонелл, клебсиелл, стафилококков и т. д. Размеры их колеблются от 25 до 200 нм. От величины генома бактериофагов зависит их размер и сложность жизненного цикла. Геном представлен или РНК, или ДНК и содержит от 8–9 до 200 генов (соответственно и мелких, и крупных фагов). Существуют они, как и другие вирусы, в трех формах — внеклеточной (вирион), размножающейся в клетке (вегетативная форма) и в виде провируса (интегрированной с геномом клетки-хозяина). Большинство бактериофагов по внешнему виду напоминают сперматозоиды. У наиболее сложно устроенных фагов имеется головка кубической симметрии с заключенным в ней геномом и отросток, в котором различают полый стержень, окружающий его чехол, состоящий из актиноподобного, способного к сокращению спирального белка, и находящуюся на дистальном конце стержня базальную пластинку с шипами и нитями (рецепторами), от которых зависит специфическая адсорбция на клетке-хозяине. В пластинке и шипах содержится лизоцим. Есть бактериофаги, устроенные более просто. По морфологии различают 5 типов вирионов бактериофагов: 1-й — нитевидные (в своем составе содержат однонитевую ДНК), 2-й — головка с аналогом отростка (РНК-содержа-щие и один бактериофаг с однонитевой ДНК), 3 — головка с коротким отростком, 4-й — головка с несокращающимся отростком, 5-й — головка с сокращающимся отростком (3–5 типы, как правило, с двунитевой ДНК). Бактериофаги делятся на вирулентные и умеренные.

Взаимодействие бактериофага с клеткой — процесс, подобный взаимодействию вирусов животных с клеткой. Вначале идет адсорбция фага на бактериальной клетке. Для одних рецепторы бактерий — липопротеины, для других — липополисахариды, тейховые кислоты, Vi-антиген, жгутики бактерий. Нитевидные фаги и фаги с аналогом отростка прикрепляются к F-пилям (секс-пилям).

Второй этап — введение вирусной нуклеиновой кислоты в бактериальную клетку. У сложных фагов пластинка с шипами плотно прикрепляется к клеточной стенке, содержащийся в них лизоцим в месте контакта повреждает клеточную стенку, затем, вследствие сокращения белка чехла, внутренний стержень прокалывает стенку клетки и ДНК фага инъецируется в цитоплазму клетки. Если действуют другие механизмы инъекции нуклеиновой кислоты в клетку, то все равно капсидные белки фага остаются снаружи.

Если бактериофаг вирулентный, то развивается продуктивная инфекция клетки. Фаговая нуклеиновая кислота вызывает полную перестройку обмена веществ инфицированной клетки. Репликация бактериофага в принципе не отличается от таковой вирусов человека, животных, растений. Если процесс по каким-либо причинам прерывается, зрелые бактериофаги не образуются, и реализуется абортивный тип инфекции. В случае нормального протекания репродукции на заключительном этапе образуются зрелые инфекционные фаговые частицы. То есть инфекция клетки является продуктивной. Выход образованных фагов из клетки осуществляется путем воздействия на клеточную стенку бактерий синтезируемым фагом лизоцимом. При этом образуются аутолизины, повышается внутриклеточное давление и клеточная стенка разрывается (выход путем «взрыва»). Только нитевидные фаги могут проходить через клеточную стенку без ее повреждения. «Урожай» фага, т.е. количество образованных в клетке частиц — 100–400 зрелых вирионов (но может быть от 10 до 20 000 частиц).

Если в клетку внедряется умеренный бактериофаг, то после проникновения его ДНК встраивается в геном клетки-хозяина и превращается в профаг. Это явление получило название «лизогения». В этом случае активной репродукции вируса не происходит, а геном фага репродуцируется одновременно с геномом бактерии и передается по наследству дочерним клеткам. Такие бактерии называются лизогенными. У них возникает резистентность (иммунитет) по отношению к гомологичному вирулентному фагу. Профаг может спонтанно или под действием некоторых индукторов (УФ-облучение, рентгеновское облучение, избыток витамина С, Н₂О₂, повышение температуры и др.) начать репродуцироваться (10^-2–10^-6), т.е. превращается в вирулентную форму. Образующиеся вирионы могут вести себя как вирулентные или как умеренные бактериофаги.

Необходимо отметить, что превращение бактерии из нелизогенной в лизогенную может придавать ей новые свойства (например, способность продуцировать экзотоксин). Это явление называется «лизогенная конверсия».

Умеренные фаги участвуют также в обмене генетическим материалом между бактериями механизмом трансдукции. Трансдукция может быть общей и специфической. При общей трансдукции в процессе сборки фага внутри клетки в его головку встраивается равный по длине случайный фрагмент ДНК клетки-донора. Такой фаг, проникая в клетку-реципиент, впрыскивает фрагмент ДНК клетки-донора и при рекомбинации генов клетка-реципиент приобретает новые свойства, которые у нее отсутствуют.

Если трансдукция специфическая, то умеренный бактериофаг обязательно встраивается в хромосому клетки-хозяина и при выходе из нее захватывает рядом лежащие ее гены (справа или слева от генома фага), но теряет равный захваченному отрезок своей нуклеиновой кислоты. Когда он проникает в клетку-реципиент, то размножаться в ней не может, но привносит в нее строго определенные гены клетки-донора. Донорские гены встраиваются в геном клетки-реципиента и придают ей новые биологические свойства.

Практическое использование бактериофагов:

1. Идентификация бактерий путем постановки пробы фаголизиса. Идентификация проводится видовыми бактериофагами (Vi-I брюшнотифозный, бруцеллезный Т_б, бактериофаги шигелл Зонне, Флекснера и др.) или до биовара (СIV и Эль-Тор II холерные).

2. Фаготипирование с целью определения источника инфекции (Vi-II брюшнотифозные бактериофаги, стафилококковые, сальмонеллезные, склеромные и др., которые лизируют отдельные штаммы данного вида).

3. Определение присутствия в патологическом материале или объектах внешней среды бактерий по наличию соответствующих бактериофагов, что свидетельствует о контаминации этих объектов.

4. Обнаружение бактерий в материале по нарастанию титра бактериофага.

5. Для лечения инфекций (дизентерийный, брюшнотифозный, озенозный бактериофаги) и, особенно, обширных ожогов с нагноением (колибактериофаг, коли-протейный, стафилококковый, поливалентный клебсиеллезный и др.).

6. Для профилактики инфекций (дизентерийный, холерный).

7. Для изучения генетики микроорганизмов.

8. Бактриофаги — сильные стимуляторы Т-клеточного иммунного ответа.

Вирусные заболевания

Вирусы, в отличие от других микроорганизмов, вызывают 2 группы заболеваний: 1) вирусные инфекции, 2) новообразования (доброкачественные и злокачественные опухоли).

Особенности вирусных инфекций:

1. Вирусные инфекции — наиболее широко распространенные. Их удельный вес в структуре инфекционной заболеваемости составляет 60-80%.

2. Внутриклеточная репродукция вирусов приводит к массовой гибели клеток пораженных органов и систем организма.

3. Некоторые вирусы (герпеса, ВИЧ, кори, гепатитов В, С) вызывают инфекции иммунной системы и индуцируют развитие вторичных иммунодефицитных состояний.

4. Интеграция некоторых вирусов с геномом клетки-хозяина (ВИЧ, вирус гепатита В, онкогенные РНК-геномные вирусы) оказывает влияние на экспрессию ее генов.

5. Тератогенные свойства некоторых вирусов (краснухи, цитомегалии).

6. Хронические вирусные инфекции могут индуцировать развитие опухолевой трансформации (аденовирусы, герпесвирусы, вирусы гепатитов В, С, G).

7. Вирусы могут вызывать медленные инфекции (ВИЧ, вирусы кори, бешенства, гепатита В, герпеса и др.).

8. Средства иммунопрофилактики и химиотерапевтические препараты против многих вирусных инфекций отсутствуют.

9. Диагностика вирусных заболеваний сложна, дорогостояща из-за массовости ряда из них и применяется не во всех случаях.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: