Бактериофаги

БАКТЕРИОФАГИ - вирусы бактерий, которые обладают способностью лизировать бактери­альную клетку или изменять ее свойства. Фаги размножаются в клетках чувствительных к ним бактерий.

Строение фага кишечной палочки (Т₂)

Средние размеры фагов - 25-110 нм.

По характеру взаимодействия с чувствительной клеткой фаги различают:

а) вирулентные (дают литическую продуктивную инфекцию);

б) умеренные (вызывают лизогенизацию клетки). По специфичности различают:

а) полифаги (лизируют несколько видов бактерий);

б) монофаги (лизируют только один вид бактерий);

в) типовые фаги (лизируют не все штаммы данного вида, а лишь некоторые, принадлежащие к одому фаговару).

Этапы взаимодействия вирулентного фага с клеткой:

1. Адсорбция фага на специфических рецепторах клеточной стенки (с участием фибрилл и отростка).

2. Проникновение нуклеиновой кислоты фага внутрь бактериальной клетки (лизоцим отрост­ка фага растворяет клеточную стенку бактерии в месте адсорбции, чехол сокращается, стержень проходит сквозь клеточную стенку и нуклеиновая кислота фага поступает внутрь бактериальной клетки, оболочка головки остается снаружи).

3. Синтез в клетке компонентов фага (проникшая нуклеиновая кислота фага вызывает пол­ную перестройку метаболизма клетки; на рибосомах синтезируются белки фага, а в других участ­ках клетки реплицируется его нуклеиновая кислота).

4. Сборка фаговых частиц и лизис клетки (нуклеиновая кислота наполняет белковые головки пристраивается отросток; лизоцим фага растворяет клеточную стенку бактерии, клетка лизируется, и из нее выходят 100-300 новых фагов; они внедряются в соседние клетки и также лизируют их; в результате мутная культура бактерий на жидкой среде просвегляется, а на плотной среде образует­ся колония фага - "стерильное пятно").

Взаимодействие умеренного фага с клеткой

Адсорбция фага и проникновение нуклеиновой кислоты происходит аналогично. Но проник­шая в клетку ДНК фага встраивается в хромосому клетки, где может находиться в неактивном со­стоянии (под действием белка-репрессора) и наследоваться дочерними клетками после репликации хромосомы. Этот процесс называется лизогенизацией, а клетки, содержащие неактивный геном фага (профаг), называются лизогенными. Чтобы обнаружить в клетке профаг, надо подействовать индуцирующими агентами физическими (УФО, рентгеновскими лучами) или химическими. Они разрушают репрессор, с профага считывается информация, в клетке синтезируются компоненты фага и клетка лизируется. Этот процесс называется индукцией. В процессе лизогенизации может произойти конверсия фагом (изменение свойств бактериальной клетки). Так, если нетоксичную дизентерийную палочку (не продуцирующую экзотоксин) обработать умеренным дифтерийным фагом, некоторые клетки станут лизогенными и приобретут способность продуцировать экзоток­син.

Титрование фагов

Активность препарата фага определяется его титром. Титр фага - наибольшее его разведение, еще вызывающее лизис чувствительной культуры бактерий.

Фаги титруют следующими методами.

/. Титрование фага на жидкой среде

Готовят последовательные десятикратные разведения испытуемого фага в жидкой питатель­ной среде; 10^-1, 10^-2, 10^-3, и т.д. В эти разведения вносят чувствительную культуру бактерий. Про­бирки инкубируют в термостате при 37°С 18-20 часов. Затем отмечают наибольшее разведение фа­га, ещё вызывающее лизис внесённой культуры (рост бактерий в этой пробирке отсутствует). Это разведение, и является титром фага. Например: "титр фага - 10^-6"

2. Титрование фага на плотной среде

Чашку с плотной средой делят на несколько зон. Культуру чувствительных бактерий высева­ют сплошным газоном на поверхность среды. Затем в соответствующие зоны наносят по капле различных десятикратных разведений фага. После инкубации в термостате при 37°С 18-20 часов отмечают наибольшее разведение фага, ещё вызывающее лизис (образование "стерильного пят­на").

Практическое применение фагов.

I. Вирулентные фаги применяют:

1) для лечения и экстренной профилактики (при угрозе заражения). Например:

• брюшнотифозный

• дизентерийный

• холерный Эль-Тор,

• коли - протейный,

• стафилококковый,

• гангренозные,

• синегнойный и др.

2. для диагностики (с целью установления вида неизвестного микроба). Например: испы­туемый микроб высевают сплошным газоном на чашку с плотной средой, на которую наносят кап­лю известного видового фага и инкубируют в термостате. Если культура бактерий соответствует данному фагу, образуется "стерильное пятно".

3. для фаготипирования с целью установления источника заражения (применяются типовые фаги). Если штаммы, выделенные от больного и предполагаемого источника лизирутотся одними и теми же типовыми фагами (принадлежат к одному фаговару), это подтверждает общность их про­исхождения.

Применение умеренных фагов:

1. на лизогенных бактериях изучают механизмы функционирования различных генов; с по­мощью трансдукции устанавливают локализацию генов на бактериальной хромосоме.

2. лизогенные бактерии ипользуются при поисках противоопухолевых веществ: если препа­рат обладает индуцирующими свойствами, т.е. он взаимодействует с нуклеиновыми кислотами, и его можно испытывать как противоопухолевый препарат.

3. лизогенные штаммы используют при изучении различных мутагенных факторов, напри­мер, в космических исследованиях - как индикаторы надежности защиты космических кораблей от жестких космических лучей: если по возвращению из космоса произошла индукция, и культура лизировалась, следовательно в корабль проникли космические лучи, т.е. защита корабля ненадеж­на.

4. умеренные фаги широко используются в генной инженерии. Модель "профаг - клетка" ле­жит в основе вирусогенетической гипотезы происхождения опухолей