Бактериофаги

Бактериофаги - это вирусы бактерий.

Морфология.

Выделяют 5 основных типов бактериофагов в зависимости от типа нуклеиновых кислот (ДНК-содержащие и РНК-содержащие фаги), строения, типа симметрии:

1. Нитевидные ДНК-содержащие фаги, которые лизируют клетки бактерий, несущих F-плазмиду.

2. Фаги с аналогом отростка.

3. Фаги с коротким отростком.

4. Фаги с несокращающимся чехлом.

5. ДНК-содержащие фаги с сокращающимся чехлом отростка, заканчивающимся базальной пластиной. Их строение:

1. Головка фагов имеет кубический тип симметрии, состоит из белковой оболочки, построенной из отдельных субъединиц и заключенного в ней ДНКового генома, размеры головки около 100нм. Геном фагов образован спирально упакованной двойной нитью ДНК.

2. Отросток (хвост) фагов имеет длину около 100 нм, включает полый стержень, сконструированный по типу спиральной симметрии и сократительный чехол. В дистальном отделе стержня расположена 6-угольная базальная пластина с 6-ю шипами и 6-ю отростками (фибриллами). У некоторых фагов в дистальной части отростка находится фермент лизоцим, растворяющий клеточную стенку бактерии.

По сравнению с вирусами человека бактериофаги более устойчивы к различным физическим и химическим воздействиям. Они хорошо переносят высокие температур (50-60 ⁰С), действие дезинфицирующих средств, УФ-облучение в низких дозах.

Взаимодействие с бактериальной клеткой

Строго специфично, т.е. бактериофаги способны инфицировать бактерии только определенного вида. Происходит в несколько этапов.

1. Адсорбция на бактериальной клетке происходит за счет наличия на ее поверхности специфических рецепторов для бактериофага. На бактериях, лишенных клеточной стенки, адсорбция не происходит.

2. Внедрение вирусной ДНК (инъекция фага). После адсорбции происходит расщепление фрагмента клеточной стенки лизоцимом, который содержится в капсиде фага. Чехол сокращается и вирусная ДНК впрыскивается в цитоплазму. Фаговая частица в клетку не проникает.

3. Репродукция фага. Происходит в 3 этапа: 1) синтез фаговых белков, 2) репликация нуклеиновых кислот, и синтез белков, 3)сборка фага.

Бактериофаги подразделяются на вирулентные и умеренные.

Вирулентные бактериофаги имеют непрерывный цикл репродукции. Через 30 минут от момента инфицирования в бактериальной клетке образуется около 100 вирусных частиц, происходит лизис клетки и фаговое потомство выходит в окужающую среду.

ДНК умеренных бактериофагов после попадания в цитоплазму способна встраиваться (интегрироваться) в геном бактериальной клетки и существовать в форме профага неопределенно долго, не проявляя активности (интегративная форма инфекции). В результате делений все потомство инфицированной клетки несет в своем геноме профаг. Явление встраивания фаговой ДНК в бактериальный геном называется лизогенией, а зараженная умеренным фагом бактериальная культура называется лизогенной культурой.

Под влиянием некоторых физических (ультрафиолетовое облучение) или химических факторов может происходить активация умеренного фага. Активация сопровождается синтезом фаговой иРНК, ДНК и белков с последующей сборкой дочерних фаговых частиц, лизисом бактериальной клетки и выходом фагового потомства в окружающую среду.

Умеренные фаги в своем геноме могут содержать гены сильных экзотоксинов, поэтому инфицированная такими фагами бактериальная клетка приобретает способность синтезировать токсин и становится патогенной (дифтерийная палочка). Появление у бактерий новых признаков в результате инфицирования умеренным фагом называется лизогенной (фаговой) конверсией..

Практическое применение бактериофагов.

1. Эпидемиологические наблюдения – определение количества бактериофагов в водоемах позволяет оценить наличие патогенных бактерий.

2. Применение с лечебной и профилактической целью. Используют дизентерийные, сальмонеллезные, стафилококковые, коли-протейные, холерные бактериофаги.

3. Применение с диагностической целью. Бактериофагам свойственна строгая видовая специфичность, то есть способность инфицировать бактериальные клетки определенного вида. Некоторые бактериофаги обладают штаммовой специфичностью, то есть способны инфицировать только определенные штаммы (фаговары) бактерий внутри вида. Это свойство бактериофагов используется в диагностике для определения принадлежности выделенного штамма бактерий к тому или иному биовару (фаготипирование).