Литические циклы

У большинства фагов цикл жизни один. Они убивают хозяйскую клетку, чтобы продуцировать новый фаг. Фаги, убивающие хозяйскую клетку, называются вирулентными.

Первая ступень литического цикла состоит из заражения хозяйской клетки вирионом, адсорбирующимся на рецепторе на поверхности клетки. Затем фаг вводит свою ДНК в хозяйскую клетку. Обычно белковый капсид фага остается на поверхности клетки (и его, соответственно, называют тенью).

Внутри клетки различные фаги используют разные способы репликации своего генетического материала. Наиболее часто РНК-полимераза клетки транскрибирует ДНК бактериофага в мРНК, которая транслируется в ферменты (необходимые для репликации фагового генома, транскрипции и иногда разрушения ДНК хозяйской клетки), регуляторные белки (контролирующие время активации фаговых белков) и структурные белки (которые образуют белковую часть новых копий фага).

Сборка нового фага напоминает линию конвейера: вирусный геном копируется репликацией по типу катящегося кольца, а копии упаковываются в новые белковые головки. В деталях процесс может отличаться от вируса к вирусу. Так, у Е. coli фаг ТА, например, упаковывает более одной копии генома в головку, отрезая нить ДНК, когда головка полностью заполнена. Это значит, что порядок генов у различных вирусных частиц отличается, а также существует два терминальных (концевых) участка ДНК (делают геном терминально избыточным) на каждом конце ДНК фага и отделяют истинный геном от дополнительной ДНК, упакованной с ним. У некоторых других фагов, например у фага лямбда Е. coli, нить ДНК, продуцируемая репликацией по типу катящегося кольца, разрезается в специфических местах.

Как только фаг собран, продуцируется белок, называемый лизоцимом, который разрушает хозяйскую клетку (процесс называется лизисом) и освобождает обычно от 50 до 300 новых фаговых частиц.

Фаговая конверсия (лат. conversio изменение, превращение; син. лизогенная конверсия) — изменение фенотипа бактериальной клетки (антигенной характеристики, токсинообразования, чувствительности к другим фагам и т.п.), обусловленное включением в ее хромосому генома умеренного фага.

Практическое применение бактериофагов

Благодаря своему разрушающему (литическому) действию на бактерии фаги могут быть использованы с лечебно-профилактической целью при различных заболеваниях (дизентерия, холера, различные гнойно-воспалительные заболевания и т. д.). Наборы стандартных фагов, в том числе международные, используются для фаготипирования возбудителей ряда болезней (холеры, брюшного тифа, сальмонеллезов, дифтерии, стафилококковых и других заболеваний). Бактериофаги применяются также в генной инженерии в качестве векторов, переносящих участки ДНК, возможна также естественная передача генов между бактериями посредством некоторых фагов (трансдукция). Внимание исследователей привлекли бактериофаги - вирусы, пожирающие бактерии. В отличие от антибиотиков, которые уничтожают как вредную, так и здоровую микрофлору организма, бактериофаги избирательны, под их воздействие попадают только патогенные бактерии. Как действуют бактериофаги в организме? Они проникают только в определенные клетки и взаимодействуют с их ДНК, создавая лизогенный или литический эффект. Воздействуя на микробы при литическом типе, бактериофаги уничтожают их, что позволяет им быстро размножаться. Лизогенный тип представляет собой проникновение генома фага в геном бактерии, их синтез и дальнейший переход из одного поколения в другое. Информация о бактериофагах появилась больше века назад при использовании их для лечения стафилококка. В настоящее время они широко используются для профилактики и лечения кишечных, стафилококковых, стрептококковых, тифозных и многих других инфекций. Современная медицина ищет методы, при которых используются не живые бактериофаги, а ферменты, воздействующие на патогенные бактерии лизированием. Их применение может быть в виде назального или орального спрея, зубной пасты, продуктов питания, пищевых добавок. Эффективность применения бактериофагов состоит в отсутствии противопоказаний и осложнений, сочетаемости с другими лекарствами, активном воздействии на антибиотико-устойчивые микробы. Благодаря этим свойствам, бактериофаги оценены как препараты будущего для успешной борьбы с инфекциями.

Важнейшими достоинствами фаготерапии являются высокая чувствительность патогенной микрофлоры к бактериофагу, возможность первоначального применения небольших доз бактериофага, сочетаемость со всеми видами традиционной антибактериальной терапии, отсутствие противопоказаний к фагопрофилактике и фаготерапии. Установлено, что в природе не существуют микроорганизмы, абсолютно устойчивые к бактериофагу. Важно, что размножение бактериофага возможно лишь в присутствии чувствительных к нему бактерий. После гибели последней микробной клетки в очаге инфекционного поражения он прекращает свою активную деятельность и бесследно выводится из организма.

Препараты бактериофагов не уступают антибактериальным препаратам по эффективности, стимулируют местные факторы специфического и неспецифического иммунитета и не вызывают при этом побочных токсических и аллергических реакций. Бактериофаги назначают внутрь, а также используют для орошения ран, для введения в дренированные полости - брюшную, плевральную, полости пазух носа, среднего уха, абсцессов, ран, матки, мочевого пузыря. При пероральном и аэрозольном применении, а также при нанесении на поверхность слизистых оболочек бактериофаги проникают в кровь и лимфу и выводятся через почки, санируя мочевыводящие пути.