Бактериофаг

Бактериофаг – вирус, избирательно поражающий бактериальные клетки[1].

Бактериофаги были открыты микробиологами Федериком Уильямом Туортом (Англия) и Феликсом д’Эреллем (Канада). Ф. Туорт в статье 1915 года описал инфекционную болезнь стафилококков, вызванную инфекционным агентом, способным проходит через бактериальные фильтры и быть перенесенным от одной колонии бактерий к другой. Д’Эрелль (независимо от Туорта) 3 сентября 1917 года сообщил об открытии таких же инфекционных агентов и ввел термин «бактериофаг» – пожирающий бактерии (отгреч. phagos – пожирающий)[3][1].

Состояние вопроса

В ходе длительных исследований достоверно установлено, что антибактериальный эффект препаратов бактериофагов основан на внедрении генома фага в клетку бактерии с последующим его размножением внутри ее и лизисом инфицированной клетки. После выхода во внешнюю среду фаги повторно инфицируют и лизируют другие клетки до полного уничтожения патогенных бактерий в очаге воспаления[3][1].

Бактериофаги отличаются высокой специфичностью действия в отношении штаммов-хозяев, отсутствием токсичности, не способностью вызывать аллергические реакции и дисбактериоз. Они могут применяться в качестве самостоятельного лекарственного средства, а так же совместно с антибиотиками и иммуноукрепляющими препаратами[3][1].

Несмотря на масштабы накопленного научного материала многие вопросы, касающиеся биологических свойств бактериофагов, требуют дополнительных исследований. В частности не выяснена функция многих продуктов, синтезируемых фагами, нет единой схемы таксономии и морфологической классификации, нет стандартных наборов бактериофагов многих возбудителей, схем и регламента их применения[3][1].

Бактериофаг - Развитие бактериофага в культуре бактерий рода Xanthomonas
Развитие бактериофага в культуре бактерий рода Xanthomonas


Морфология и структура

Как и прочие вирусы, во внеклеточной форме бактериофаги являются метаболически инертными частицами. Бактериофаги различаются по химической структуре, типу нуклеиновой кислоты, строению фаговой частицы, морфологии негативных колоний, характеру взаимодействия с микробными клетками[1].

Для обозначения бактериофагов используются буквы латинского и греческого алфавитов. В частности хорошо изучены фаги кишечной палочки: λ, ϕX174, fd, f2, R17, Т2[1].

Большинство из фагов относятся к сложным вирусам и состоят из хорошо сформированной икосаэдрической (кубической) головки и хвоста (отростка) различной степени выраженности, иногда имеющего дополнительные структуры.Все структуры отростка имеют белковую природу.Размер фага колеблется от 20 до 200 нм. Средний диаметр головки – от 60 до 100 нм, длина отростка – 100–200 нм.Длина хвоста, как правило,в 2–4 разабольше диаметра головки[2][1].

Головка состоит из генетического материала (двух цепочечной или одноцепочечной нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) с ферментом транскрипаза в неактивном состоянии) и капсида (белковой оболочки). Нуклеиновая кислота и капсид вместе образуют нуклеокапсид[1].

Хвост представляет собой белковую полую трубку окруженную чехлом, содержащим сократительные белки. Чехол является продолжением белковой оболочки головки. В основании хвоста находится АТФ-аза, регенерирующая энергию для инъекции генетического материала(сокращения чехла отростка бактериофага). У некоторых вирусов чехол сокращается, обнажая часть стержня. На конце хвоста у многих фагов присутствует базальная пластинка с тонкими длинными нитями, способствующими прикреплению его к бактерии. Кроме того в области базальной пластинки присутствует фермент – бактериофаговый лизоцим, способный разрушать муреин клеточной стенки бактерии[2][1].

Морфологические типы

Описание структуры и морфологии бактериофагов приведенное выше соответствует наиболее изученным Т-фагам (типовым фагам). Они составляют группу коли-дизентерийных фагов, включающую 7 представителей: 4нечетных Т1, ТЗ, Т5 и Т7 и 3 четных Т2, Т4, Т6[1].

Классические иди «хвостатые» фаги составляют основную массу бактериофагов, около 96%. Однако установлено, что тонкая структура фагов более разнообразна и сложна, чем структура фитопатогенных вирусов и зоопатогенных вирусов. В настоящее время исследовано большое количество фагов с морфологией отличной от представленной выше[1].

По форме вирусных частиц фаги делятся на шесть основных морфологических типов:

  1. Палочковидные или нитевидные.
  2. Головка без отростка.
  3. Головка и несколько небольших выступов (отростков).
  4. Головка и один небольшой короткий отросток.
  5. Головка и длинный отросток, чехол которого не сокращается.
  6. Головка и длинный отросток, чехол которого сокращается[1].
Бактериофаг - Строение бактериофага (на примере Т-четного фага)
Строение бактериофага (на примере Т-четного фага)


Геномы

Геномы бактериофагов характеризуются большим разнообразием. Объемы геномов варьируют от 20 до 700 kb. Длина большинства фаговых геномов составляет около 50 kb

Длина самого крупного бактериофага (G) равна 670 kb. Это самый крупный из всех вирусных геномов. Его размер в четыре раза превышает самый маленький бактериальный геном[2][1].

Встречаются фаги, геном которых сегментирован, но в основном геномы представлены целыми линейными или кольцевыми молекулами нуклеиновых кислот. Большинство изученных бактериофагов имеют двухцепочечную ДНК. Однако обнаружены группы с одноцепочечной ДНК, двухцепочечной и одноцепочечной РНК[2][1].

Химический состав

Бактериофаги состоят из нуклеиновой кислоты и белка. Общее количество белка – 50–60%, нуклеиновых кислот – 40–50 %. В составе некоторых фагов имеются ДНК с азотистыми основаниями. Вместо цитозина может присутствовать5-оксиметилцитозин. Внутри головки фага Т2 обнаружен белок с полиамидами в составе. Он способствует суперспирализации ДНК и способствует размещению достаточно длинной ДНК в головке небольшого размера. В частицах многих фагов под чехлом присутствует фермент лизоцим[2][1].

Бактериофаг - Электронная микроскопия морфологических типов бактериофагов. Увеличение X 400 000–600 000
Электронная микроскопия морфологических типов бактериофагов. Увеличение X 400 000–600 000


Классификация бактериофагов

Современная классификация бактериофагов основана на строении фаговой частицы и характеристике нуклеиновой кислоты. Прежде всего фаги, как и все остальные вирусы, делятся на РНК-содержащие и ДНК-содержащие. В соответствии с Международной классификацией и номенклатурой вирусов в настоящее время из наиболее исследованных бактериофагов выделяют 13 семейств, в том числе: Myoviridae (частица без оболочки с сократительным хвостом, двухцепочечная ДНК линейная),Rudiviridae (частица без оболочки, палочкообразная, двухцепочечная ДНК линейная),Bicaudaviridae (частица без оболочки, лимонообразна, двухцепочечная ДНК кольцевая)[1].

Отдельные семейства объединены в два порядка. Для большинства порядки не определены[1].

Жизненный цикл

Как указывалось выше, бактериофаги характеризуются специфичностью к определенным видам бактерий. Однако, взаимоотношение между фагами и бактериями сложны и не всегда завершаются лизисом чувствительной к нему клетки и размножением фага[1].

В зависимости от специфичности различают:

  • моновалентные бактериофаги – лизируют культуры бактерий определенного вида;
  • типовые бактериофаги – лизируют отдельные штаммы внутри вида;
  • поливалентные бактериофаги – вызывают лизис группы родственных видов микробов.

Инфекцию клетки, заканчивающуюся ее гибелью и размножением в ней фага, называют продуктивной[1].

Главная особенность бактериофагов: размножение происходит только в живых клетках, находящихся в состоянии развития и роста. В мертвых клетках и в продуктах клеточного обмена размножение фагов не происходит[1].

По характеру взаимодействия с бактериальными клетками различают две группы:

  1. Вирулентные бактериофаги – всегда лизируют зараженные бактерии и имеют только один путь развития – литический цикл[2] [1].
  2. Умеренные бактериофаги – ведут себя двояко: после проникновения в клетку нуклеиновая кислота вируса может быть вовлечена в литический цикл или вступает с клеткой-хозяином в своеобразные симбиотические отношения. Она встраивается в хромосому бактерии и превращается в профаг, передаваясь всему потомству клетки (лизогенный путь). При этом бактерии, содержащие профаг, называют лизогенными бактеиями[2] [1].

Умеренные и вирулентные бактериофаги на начальных этапах взаимодействия с бактериальной клеткой имеют одинаковый путь развития. Период с момента инфицирования клетки до ее лизиса называется латентным периодом. Первая половина латентного периода, когда фаг не удается обнаружить в клетке, называют скрытым периодом. Каждая система бактериофаг – бактерия характеризуются конкретными величинами латентного и скрытого периода. Продолжительность этих периодов зависит от температуры, состава среды и многих других факторов. Продолжительность латентного периода варьирует от 15 минут до 5 часов и более. При низкой температуре она увеличивается[1].

Реакция на химические и физические факторы

Бактериофаги проявляют большую устойчивость к действию физических и химических факторов окружающей среды, чем многие зоопатогенные и фитопатогенные вирусы. Большинство фагов активируются при температуре более +65°C– +70°C. Они хорошо переносят замораживание и длительно сохраняются при низких температурах и высушивании. 0,5% раствор сулема (хлористой ртути), 1,0% раствор фенола не оказывают на фаги инактивирующего действия. 10% раствор формалина инактивирует фаговые частицы в течение нескольких минут. Бактериофаги резистентны к воздействию ионизирующей радиации и ультрафиолетового излучения[3][1].

Распространение

Бактериофаги – наиболее многочисленная и широко распространенная в биосфере и скорее всего наиболее эволюционно древняя группа вирусов. Приблизительный размер популяции фагов насчитывает более 1030 фаговых частиц. Считается, что на одну бактерию приходится 10 фаговых частиц[1].

Бактериофаги обнаруживаются в воде, почве, сточных водах, организме человека и животных, в культурах бактерий.Фаги обнаруживаются в тех местах, где распространены чувствительные к ним бактерии[1].

 

Оставьте свой отзыв:

Отзывы:

Комментарии для сайта Cackle

Составитель:

 

Страница внесена:

Последнее обновление: 26.10.20 16:55

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:
1.

Иконникова Н.В. Бактериофаги – вирусы бактерий: учеб. пособие, Минск: ИВЦ Минфина, 2017. – 41 c

2.

Лысак В.В. Микробиология : учеб. пособие / В. В. Лысак. – Минск: БГУ, 2007 – 430 с

Источники из сети интернет:
3. Свернуть Список всех источников