161616. Вирусы бактерий – бактериофаги, их биологическая характеристика, научно-практическое значение и использование.

Бактериофаги – вирусы бактерий, обладающие способностью специфически проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться в них и вызывать их лизис. Они не размножаются в эукариотических клетках.

Фаги имеют нуклеиновую кислоту (ДНК или РНК) и белок. Двунитевая ДНК фагов замкнута в кольцо и упакована в головке. Некоторые фаги содержат однонитевую ДНК или РНК. Капсид головки фага образован белками по кубическому типу симметрии. В частицах некоторых фагов под чехлом дистальной части отростка содержится фермент лизоцим, АТФ-аза и ионы кальция. Внутри головки имеется внутренний белок, связанный с нуклеиновой кислотой, который содержит полиамины (спермин, путресцин). Он обеспечивает суперспирализацию фаговой ДНК и ее упаковку в головке фага. Отросток (хвост) фага имеет полый белковый стержень (построен по типу спиральной симметрии), покрытый сократительным чехлом. Белки чехла связаны с молекулами АТФ и ионами кальция. Чехол способен сокращаться. Под чехлом в конце отростка может находиться лизоцим. Отросток обычно заканчивается базальной пластинкой, имеющей короткие зубцы, от которых отходят тонкие нити – структуры, обеспечивающие адсорбцию фага на бактерии.

Фаги более устойчивы к действую физических и химических факторов, чем бактерии и вирусы. Они выдерживают давление до 6 000 атм., сохраняют свою активность при рН от 2,5 до 8; не все дезинфицирующие разрушают фаги. Однако ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация, 1% раствор формалина, температура 65-70 градусов инактивируют их. Они сохраняются длительное время при высушивании в запаянных ампулах, замораживании, в глицерине при температуре 185 градусов.

Взаимодействие фагов с бактерией включает несколько стадий:

1) Адсорбция фагов на бактерии осуществляется рецепторами фага, имеющимися на конце отростка, которые связываются с поверхностными структурами бактериальной стенки. Бактериофаги не адсорбируются на бактериях, лишенных клеточной стенки;

2) Внедрение нуклеиновой кислоты фага. Базальная пластина отростка и его лизоцим лизируют участок клеточной стенки бактерии. Одновременно в чехле высвобождаются ионы кальция, активирующие АТФ-азу, происходит сокращение чехла и вталкивание стержня отростка через мембрану в бактерию. При этом фаговая ДНК (РНК) через стержень впрыскивается в цитоплазму клетки, белки головки и отростка остаются снаружи;

3) Репродукция фага. Проникнув в клетку, ДНК фага переходит в латентное состояние. В этот период она подавляет синтетические клеточные процессы клетки и индуцирует синтез фаговых белков;

4) Синтез фаговых белков. Бактериальная РНК-полимераза транскрибирует фаговую ДНК в мРНК, по которой в рибосомах синтезируются ранние белки фага и его РНК-полимераза;

5) Сборка фаговых частиц заключается в заполнении фаговой ДНК пустотелых капсид головки. Выход зрелых фагов обычно происходит путем лизиса бактериальной клетки. Лизис чаще всего осуществляется фаговым лизоцимом. Фаги, лизировавшие бактерии, называют вирулентными. Некоторые ДНК-содержащие фаги выходят из клетки путем «просачивания» ДНК через цитоплазматическую мембрану и клеточную стенку бактерии, где упаковываются в капсиды.

Взаимодействие фагов с бактериальной клеткой характеризуются высокой специфичностью. Моновалентные фаги взаимодействуют только с бактериями определенного вида, а типовые фаги – только с отдельными вариантами (типами) данного вида бактерий. Типоспецифические бактериофаги используют для выявления соответствующих бактерий – т.е. для их фаготипирования. Поливалентные фаги могут взаимодействовать с родственными видами бактерий.

Применение фагов основано на строгой специфичности их действия. Фаги используют в диагностике инфекционных болезней: проводят идентификацию выделенных культур микроорганизмов – фаготипирование, т.е. устанавливают с помощью фага принадлежность неизвестной выделенной культуры бактерии к определенному виду или типу. Фаготипирование имеет большое эпидемиологическое значение, так как позволяет установить источник и пути распространения инфекций; с помощью тест-культуры можно определить неизвестный фаг в исследуемом материале, что указывает на присутствие в нем соответствующих возбудителей.

Фаги применяют для лечения и профилактики инфекционных болезней. Налажено производство брюшнотифозного, сальмонеллезного, дизентерийного, протейного, синегнойного, стафилококкового, стрептококкового, коли-фагов и комбинированных фагов. Фаги выпускают в жидком виде, в таблетках с кислотоустойчивым покрытием, в форме мазей, аэрозолей, свечей.

Бактериофаги используют для изучения структуры генома бактерий и в генной инженерии в качестве вектора – переносчика генов человека в бактерии. В настоящее время получены культуры бактерий, синтезирующие интерферон, интерлейкины, гормоны человека.