8.Репродукция вирулентных фагов

Рассмотрим взаимодействие вирулентных фагов с чувствительной клеткой хозяином на примере колифага Т4. При смешивании взвеси фаговых частиц с суспензией бактерий фа-

говые частицы в результате случайных столкновений с клетками бактерий прикрепляются к последним (адсорбируются). Адсорбция про-исходит на рецепторах, имеющихся в наружной мембране бактерий E.coli. За адсорбцией следует стадия инъекции или введения ДНК в клетку. Бактериофаговый лизоцим разрушает клеточную стенку бак-терий и с помощью энергии, регенерируемой АТФ-азой, происходит сокращение чехла бактериофага. При этом прокалывается цитоплазматическая мембрана, полый стержень входит в бактериальную клетку и ДНК фага впрыскивается в нее. Инъецированная ДНК вызывает полную перестройку метаболизма бактериальной клетки: прекращается синтез бактериальной ДНК, бактериальных РНК и белков. ДНК бактериофага начинает транскрибироваться с помощью собственного фермента транскриптазы, который после попадания в бактериальную клетку активируется. Синтезируются сначала ранние информационные РНК, а затем поздние. Инфорационные РНК поступают на рибосомы клетки-хозяина, где синте-зируются ранние (ДНК-полимеразы, нуклеазы) и поздние (белки кап-сида и хвостового отростка, ферменты лизоцим, АТФ-аза и транскриптаза) белки бактериофага. Репликация ДНК бактериофага происходит по полуконсервативному механизму и осуществляется с участием собственных ДНК-полимераз. После того, как произошел синтез поздних белков и завершилась репликация ДНК, наступает заключительный процесс – созревание фаговых частиц или соединение фаговой ДНК с белком оболочки и образование зрелых инфекционных фаговых частиц. Созревание Т-четных фагов – сложный многоступенчатый процесс. Сначала образуются капсиды, наполненные внутри белками. После растворения этих внутренних белков готовые головки заполняются ДНК в определенном количестве, зависящем от типа фага, и закрываются. На завершающей стадии происходит присоединение компонентов отростка

и образуются зрелые фаговые частицы, которые после лизиса клеткихозяина под действием лизоцима бактериофага высвобождаются. Оказавшись во внешней среде, они могут адсорбироваться на чувствительных клетках и повторять весь процесс инфекции. Литический цикл фага Т4 длится обычно 25 мин.

9.Генетическая организация фага лямбда

Колифага λ - это сложный фаг, содержащий линейную двухцепочечную ДНК. На 5/-конце каждой ее цепи имеется одноцепочечная последовательность из 12 нуклеотидов – липкие концы (cos-сайты). Сразу же после проникновения фаговой ДНК в бактериальную клетку, липкие концы ДНК ковалентно соединяются ДНК-лигазой клетки-хозяина и образуется кольцевая молекула. Далее, как правило, эта кольцевая молекула бактериофаговой ДНК не приступает к транскрипции, а встраивается в бактериальную хромосому. Установлено, что гены фага λ кодируют синтез четырех регуляторных белков, один из которых репрессорный белок сI (кодируется геном сI) блокирует развитие событий литического цикла, а антирепрессорный белок Cro (кодируется геном сro), наоборот, запускает их. После поступления ДНК фага λ в клетку, выбор между литическим и лизогенным путями развития зависит от относительной скорости накопления регуляторных белков: если преобладает антирепрессорная функция белка Cro, то развиваются события литического цикла, если успевает проявиться функция репрессорного белка сI, литический цикл не осуществляется, так как белок сІ связывается с ДНК фага λ вособых участках, препятствуя транскципции фаговых генов. Встраивание ДНК фага λ в бактериальную хромосому осуществляется согластно интегративной модели А.Кемпбелла. Этот процесс называется сайт-специфической рекомбинацией, так как встраивание ДНК фага λ осуществляется в одном и том же месте (сайте) между генами gal и bio и не зависит от rec A-системы бактериальной клетки. За интеграцию ДНК фага λ ответственен фермент лямбда-интег-раза. Этот фермент узнает две разные последовательности – одну в хромосомной ДНК (attλ), а другую в ДНК фага (b2). Затем происходитразрыв обеих молекул ДНК и последующее их перекрестное воссоединение. После этого ДНК фага λ реплицируется с клеточной ДНК как единая структура, и все дочерние клетки при делении получают копию фаговой ДНК в составе хромосомы. Подобные клетки называются лизогенными, а ДНК фага λ в них – профагом. Состояние лизогении поддерживается благодаря постоянному образованию белка-репрессора сІ, и довольно неустойчиво: в любой момент может произойти переключение на литический путь из-за проявления антирепрессорных функций белка Cro.

Таким образом, умеренные бактериофаги могут находиться в трех состояниях:

- в свободном состоянии в виде частиц – вирионов;

- в состоянии профага;

- в вегетативном (активном) состоянии, когда бактериофаг способен вызывать лизис бактериальной клетки.