4.3.6. Вирусы бактерий
Электронный микроскоп открыл тайну воспроизведения вирусов. Проще всего этот процесс наблюдать на группе вирусов, нападающих на бактерии, – бактериофагов, или просто фагов. Фаги легко размножаются в кишечной палочке Escherichia coli. Ее клетки поражаются по меньшей мере семью штаммами фагов Т1 – Т7. Эти фаги по строению напоминают ручную гранату – они имеют голову и хвост (рис. 4.3.11).
Рис. 4.3.11. Электронная микрофотография бактериофагов
Природа позаботилась об этих вирусах, снабдив их необходимыми орудиями: ферментом лизоцимом, «открывателем» клеточной мембраны, и микроскопическими «мышцами», сокращение которых способствует попаданию ДНК внутрь клетки (рис.4.3.12).
Рис. 4.3.12. Схема введения ДНК бактериофага в клетку
Еще в 1939 году Дельбрюк с соавторами изучали процесс воспроизводства и размножения фагов. Обнаружено, что процесс состоит из трех периодов: прикрепление фага к бактерии, скрытый период, в течение которого возможно размножение фага и, наконец, период лизиса бактериальной клетки и выхода большого количества фаговых частиц. Уже тогда было известно, что генетическая основа вирусов — это нуклеопротеины, подобные хромосомам высших организмов. Поэтому именно фаги стали рассматриваться в качестве модели для изучения функций гена.
В настоящее время на основании особенностей жизненного цикла бактериофаги разделяют на две группы:
1) вирулентные бактериофаги — фаги, жизненный цикл которых завершается лизисом клетки хозяина и выходом зрелых фаговых частиц;
2) умеренные или лизогенизирующие бактериофаги — фаги, способные после проникновения в бактериальную клетку переходить в состояние профага и длительное время реплицироваться совместно с бактериальным геномом, передаваясь очередному поколению бактерий.
Существуют два основных типа взаимодействия фагов с бактериями — литический и лизогенный, осуществляемый, соответственно, вирулентными и умеренными фагами.
Уже достаточно давно, ранее открытия антибиотиков, бактериофаги применяют в качестве антибактериальных лечебных препаратов (рис.4.3.13). Уступая антибиотикам в спектре антибактериальной активности, технологически, бактериофаги обладают рядом характеристик, которые позволили им сохраниться в перечне лекарственных средств до настоящего времени. В первую очередь, их отличает высокая специфичность и избирательность действия. Они поражают только один вид болезнетворных бактерий, не влияя на нормальную микрофлору человека. Бактериофаги не взаимодействуют с клетками человека, что обуславливает отсутствие противопоказаний к их применению и побочных реакций от их использования.
Рис. 4.3.13. Пример лечебного препарата – стафилококкового бактериофага
Бактериофаги преимущественно используются для лечения пациентов с выраженной отрицательной реакцией на антибиотики: недоношенных детей, лиц с аллергическим статусом, дисбактериозами.
В Нижегородском НИИ эпидемиологии и микробиологии совместно с сотрудниками кафедры молекулярной биологии и иммунологии ННГУ им. Н.И. Лобачевского и Нижегородского предприятия по производству бактерийных препаратов под руководством академика РАМН И.Н. Блохиной разработаны фаговые препараты, направленные против большинства бактериальных возбудителей острых кишечных и гнойно-воспалительных инфекций: дизентерийный, сальмонеллезный, колипротейный, клебсиеллезный, стафилококковый, синегнойный бактериофаги. Все перечисленные препараты являются поливалентными, то есть способными разрушать клетки большинства вариантов соответствующего вида бактерий.
Исходно фаговые препараты представляли собой суспензию фаговых частиц в питательной среде. Благодаря разработке методов концентрирования фага были созданы новые формы — фаги в таблетках и свечах. Дальнейшее совершенствование технологий производства бактериофагов позволило увеличить активность фагов, приступить к выпуску комплексных форм, эффективных в отношении нескольких видов бактерий, расширить области применения фаговых препаратов.