Бактериофаги. Учебно-методическое пособие

БИОЛОГИЯ БАКТЕРИОФАГОВ. ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ,

КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭКОЛОГИЯ БАКТЕРИОФАГОВ ................................ 4

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФАГОВОЙ ИНФЕКЦИИ ....................... 71

ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФАГОВ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ ............................................................................. 127

КОНТРОЛЬ НАД БАКТЕРИОФАГАМИ В ПИЩЕВОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ ...................................................................................... 144

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БАКТЕРИОФАГОВ В ЦЕПИ ПРОИЗВОДСТВА

ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ .................................................................................. 154

............................................................................................................................... 225

ПОРЧА ПРОДУКТОВ И БАКТЕРИОФАГИ ................................................... 231

Бактериофаги, обычно сокращенно называемые фагами, могут рассматриваться, по выражению С. Лурии, как облигатные «паразиты на молекулярном уровне». Эти вирусы получили свое название в соответствии с тем, что они «нападают» на бактерии-хозяева и «пожирают» их клетки. Фаги обнаруживаются везде, где обитают бактерии: в почве, в пресных и соленых водах и даже в экстремальных местообитаниях, например в горячих источниках. Организмами в прямом смысле слова фаги считать нельзя, так как сами по себе они не являются живыми, но полностью зависят от жизнедеятельности хозяев и существуют за их счет. Как любые паразиты, фаги «эгоистичны» и используют белки, ферменты и химические компоненты клеток-хозяев для своего размножения (т. е. репликации генома и образования новых фаговых частиц). Высвобождение последних обычно сопровождается гибелью или, по меньшей мере, крайним ослаблением клетки-хозяина. Фаги обладают многими свойствами, присущими другим автономным генетическим элементам, и на уровне ДНК их лучше всего можно описать как плазмиды, которые приобрели дополнительные способности к выживанию вне своих хозяев.

Во второй половине девятнадцатого века учеными-микробиологами было открыто большинство бактерий, вызывающих заболевания человека, животных и растений. Были разработаны методы выделения этих бактерий и размножения их на искусственных питательных средах.

Выходом из тупика, в котором очутилась микробиологическая наука, послужило открытие, сделанное русским ученым Д. И. Ивановским. В 1887 г. он, будучи еще студентом Петербургского университета, поехал на Украину и в Молдавию, где изучал причины мозаичной болезни табака, которая причиняла большой ущерб табачным плантациям южных районов. Свои исследования он проводил в течение нескольких лет и после окончания университета. В результате тщательного изучения этого заболевания Д. И. Ивановский показал, что оно вызывается специфическим возбудителем, состоящим из мельчайших частиц, или корпускул, которые по своим размерам значительно меньше бактерий.

Результаты исследований Д. И. Ивановского были опубликованы в 1892 г. в книге «О двух болезнях табака». В этой работе впервые в истории микробиологии было показано, что в природе существует особый мир мельчайших возбудителей инфекционных заболеваний. Эти возбудители проходят через бактериальные фильтры, невидимы в обычном микроскопе, не растут на тех средах, которые применяются для выращивания бактерий, и способны размножаться только в организме человека, животных и растений.

Пользуясь предложенным Д. И. Ивановским методом, ученые стали открывать один за другим вирусы, вызывающие различные заболевания человека, животных и растений. В конце XIX - начале XX в. стало известно, что в природе существуют также вирусы, которые поражают бактерии и при этом вызывают распад (лизис) их клеток. Эти вирусы получили название бактериофагов - «пожирателей бактерий».

Явление лизиса, или распада, микробной клетки было известно давно. Оно может быть вызвано различными физическими и химическими факторами. В ряде случаев распад может происходить на определенном этапе развития микробной клетки как нормальный физиологический процесс ее старения. Однако имеется принципиальное различие между распадом клетки, вызванным бактериофагами, и химическими факторами. В первом случае происходит размножение бактериофага, вызывающего лизис, что не происходит при распаде клетки под влиянием физических и химических факторов.

Помните пословицу: «Враг твоего врага - твой друг»? Если врагами человека считать болезнетворные микробы, то, оказывается, у каждого из видов бактерий есть свой враг - фаг (его ещё называют вирусом бактерий, поскольку он на них паразитирует). Он атакует бактерию, прикрепляется к ней, прокалывает её оболочку и впускает внутрь свой генетический материал

Микробиология познакомилась с фагами в конце XIX века. В 1898 году русский ученый Н.Ф. Гамалея открыл вещества, вызывающие разрушение бактерий, - бактериолизины. Он и его сотрудники ставили опыты с носителями «сибирской язвы». Несомненно, Н.Ф. Гамалея имел дело с лизисом - распадом бактерий при действии на них веществ, содержащихся в цитоплазме бактериофага. Но у учёного тогда не было технического оснащения для детального раскрытия этого явления.

Во времена Первой мировой войны канадскому исследователю Ф. Д’Эрелле и англичанину Ф. Туорту впервые удалось увидеть под микроскопом бактериофаги. Но детально изучать этих обитателей невидимого мира тогдашними методами было практически невозможно. Однако главную их особенность - „пожирать“, а вернее - разрушать бактерии, учёные заметили. Именно поэтому в публикации об открытии Д’Эрелле дал им название «бактериофаги» - пожиратели бактерий. К тому же времени относятся и первые попытки применить их в медицине.