14. Бактеріофаги, їх види, життєвий цикл фага, трансдукція, метод упакування днк фага в зрілий капсид in vitro.

Бактеріофаги, або просто фаги, - це віруси бактерій. Вони здатні проникати у живі клітини і лише в них відтворюватися. У більшості випадків фагові часточки – віріони, складаються з ДНК (або РНК) і білку, що створює оболонку (головку, або капсід) навколо нуклеїнової кислоти і хвостовий відросток.

Життєвий цикл фага починається з моменту зіткнення фагової часточки з клітиною (рис.7). Фаг прикріплюється своїм відростком до оболонки клітини і за допомогою ферменту, що міститься у відростку, або механічним шляхом, руйнує незначну ділянку клітинної стінки бактерії і через отвір, що створився, вводить власну хромосому у клітину.

В бактеріальній клітині відбувається множинна реплікація хромосоми фага і синтез під контролем фагових генів білків головки і відростку. Потім створюються нові фагові оболонки, в них пакуються фагові хромосоми, таким чином, що одразу виникає велика кількість (від 100 до 1000) фагових часточок. Цикл закінчується лізисом (розчиненням, руйнуванням) бактеріальної клітини і виходом зрілих фагових часточок назовні.

Вірулентні фаги (наприклад, фаг Т4 Е.соІі) завжди лізирують бактерії, що були їм інфіковані, і мають лише один шлях розвитку – літичний цикл. Помірні фаги (наприклад, фаг λ або Р1 Е.соІі) можуть поводитися різним чином: після проникнення у бактеріальну клітину хромосома фагу або залучається до літичного циклу, або вступає з клітиної-господарем у своєрідні симбіотичні відносини – перетворюється на профаг і передається усім нащадкам даної клітини.

Інколи, в процесі розмноження фагів у бактеріях створюються часточки, які поряд з фаговою ДНК або замість неї містять фрагменти бактеріальної ДНК. Такі часточки мають назву трансдукуючі. За своїми властивостями вони не відрізняються від звичайних фагових віріонів, але при зараженні ними нових клітин вони передають їм генетичні детермінанти попередніх господарів. Таким чином відбувається процес трансдукції, тобто трансдукція – це перенесення генетичної інформації від клітини-донора до клітини-реципієнта за допомогою фагу.

Широке використання фагових векторів почалося після відкриття способу упакування ДНК фага в зрілий капсід in vitro. Для з’ясування цього питання необхідно розглянути, яким чином відбувається літичний цикл розвитку фага λ. Інфекційна фагова часточка має головку, у якій щільно упакована ДНК довжиною приблизно 50 т.п.н., і відросток з тонкими білковими нитками (фібрилами), що відходять від нього. ДНК фага λ – це лінійна дволанцюгова молекула з одноланцюговими 5΄-„хвостами”, що складаються з 12 нуклеотидів, так званими липкими cos-кінцями, вони взаємно комплементарні і здатні з’єднатися один з одним. Після того як фагова ДНК потрапляє у бактеріальну клітину, cos-кінці з’єднуються і створюється кільцева молекула, яка здатна до реплікації. В процесі реплікації синтезується лінійна молекула, вона складається з декількох сегментів довжиною 50 т.п.н. Кожен з цих сегментів упаковується в білкову головку, до останньої приєднується вже зібраний відросток і створюється нова фагова часточка. Сегменти довжиною 50 т.п.н. у лінійної молекулі ДНК відокремлені cos-сайтами, і по цих сайтах розрізається молекула, коли наступний сегмент заповнює головку фага. Розрізання відбувається ферментом, що знаходиться у входу в головку. При упакуванні сегментів довжиною менш 38 т.п.н. створюється неінфекційна фагова часточка, а сегменти довжиною більше 52 т.п.н не поміщаються в головку. Зборка інфекційного фага λ in vitro відбулася при змішуванні у пробірці пустих головок, фагової ДНК і зібраних відростків.