4 Бактериофаги

Отмеченные особенности характерны для вирусов животных, растений и бактерий. Последние, называемые бактериофагами, наиболее детально изучены с генетической точки зрения. Связано это, прежде всего с легкостью их культивирования в лабораторных условиях.

Разные фаги обнаруживают специфичность действия - они действуют на бактерии лишь определенного вида, редко на близкие виды и часто - на отдельные штаммы данного вида. Фаги со специфическим приспособлением к тому или иному хозяину отличаются от других фагов морфологией, размерами, биохимическими и серологическими свойствами.

Биохимический анализ выявляет в фаговой частице два компонента -белок и нуклеиновую кислоту. Белок образует хвост фага и мембрану головки. При резком изменении осмотической силы среды мембрана может разрываться и ДНК освобождается.

Практически все известные фаги содержат ДНК. Молекулы у них состоят из двух комплементарных нитей. Каждая фаговая частица содержит лишь одну молекулу ДНК.

Поскольку размножение фагов происходит внутри бактериальной клетки, рассмотрим типичную картину взаимодействия фага и чувствительной бактерии.

Фаговые частицы адсорбируются на поверхности бактерии, прикрепляясь к ее оболочке своими хвостами. Зараженная бактерия через 15-45 мин лизируется, освобождая 100 и более зрелых частиц следующего поколения фага. Встречая чувствительные бактериальные клетки, они вновь заражают их, и весь цикл повторяется. Если размножение фага происходит в культуре в жидкой среде, то оно приводит к просветлению (из-за лизиса клеток) суспензии бактерий. Размножение фага на бактериях, растущих на плотной среде, выявляется в виде зон лизиса среди сплошного газона бактерий. Эти пятна обнаженного агара называются негативными колониями фага.

5 Типы взаимодействия вируса с клеткой-хозяином

Существуют два типа взаимодействия вируса и клетки, где главное различие - степень автономии вируса от клетки-хозяина. Это детально исследовано на примере бактериофага λ.

Когда бактериофаг λ заражает подходящую клетку кишечной палочки, он немедленно реплицируется и образует несколько сотен дочерних фаговых частиц, которые выходят наружу в момент лизиса клетки. Лизис клеточной стенки осуществляет кодируемый фагом фермент лизоцим. Это так называемый литический путь инфекции - он заканчивается гибелью клетки-хозяина. В данном случае вирус не подчиняется клеточному контролю.

Альтернативным является лизогенный путь инфекции, при котором линейные инфицирующие молекулы ДНК фага λ замыкаются в кольцо и включаются (интегрируют) в кольцевую хромосому клетки-хозяина. Эта интеграция осуществляется путем сайт-специфической генетической рекомбинации, катализируемой особым белком фага λ, так называемой интегразой. Клетка, содержащая ДНК фага λ в своей хромосоме, называется лизогенной клеткой, а встроенная ДНК фага λ - профагом. Клетки и их хромосомы делятся, а вместе с хромосомами в каждую дочернюю клетку попадают и фаговые гены. При определенных обстоятельствах, а именно при воздействии какого-нибудь повреждающего внешнего фактора (например, ультрафиолетовых лучей, ионизирующего излучения, химических реагентов), активизируются так называемые «SОS»-функции, клетки-хозяина, предназначенные для устранения нарушений. В лизогенной клетке это приводит к выщеплению (эксцизии) профага из клеточной ДНК и началу обычного, свойственного фагу, цикла размножения, т.е. отщепившийся профаг вступает в литический цикл репликации.

В животных клетках, как и у бактерий, ДНК-вирусы могут размножаться литическим путем, ведущим к гибели клетки. Такие животные клетки называют пермиссивными. Клетки, в которых размножение вирусов блокируется, называются непермиссивными; вирусная хромосома в таких случаях либо включается в геном клетки-хозяина и затем размножается вместе с ним, либо образует плазмиду - кольцевую молекулу ДНК, репликация которой регулируется и не ведет к гибели клетки. Иногда это вызывает в непермиссивных клетках определенное генетическое изменение,в результате которого начинается их неконтролируемый рост, т.е. нормальные клетки превращаются в раковые. Соответствующий ДНК-вирус называют в таких случаях опухолевым ДНК-вирусом; к ним относятся наиболее изученные представители паповавирусов - SV40 и вирус полиомы.

В ретровирусах (РНК-содержащих вирусов: вирус саркомы Рауса, вирус СПИДа и т.д.) ревертаза превращает их РНК в форму ДНК, которая встраивается в клеточную хромосому. В результате транскрипции интегрированной вирусной ДНК клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразой образуется большое количество молекул вирусной РНК, идентичных исходному инфицирующему геному. Завершается процесс трансляцией этих молекул РНК с образованием капсидных и мембранных белков, а также обратной транскриптазы; наконец, происходит сборка новых вирусных частиц, включающих вирусный РНК-геном и обратную транскриптазу. Вирусные частицы покидают клетку, не убивая ее. Возникает особая форма хронической инфекции, при которой работающий вирусный геном, включенный в состав клеточной хромосомы, передается дочерним клеткам. Такое сосуществование не обходится бесследно для клетки. Свойства ее под влиянием находящихся в ней вирусных белков могут драматически меняться, и в некоторых случаях зараженная клетка становится раковой.