Бактериофаг

Подробности

Категория: Б

Бактериофаг — субмикроскопический агент, являющийся вирусом бактерий, заражающий бактериальную клетку, воспроизводящийся в ней и часто вызывающий ее растворение (лизис); Б. присутствует там, где находятся чувствительные к нему бактерии.

Впервые явление лизиса бактерий под влиянием перевиваемого агента наблюдал в 1898 г. русский ученый Н. Ф. Гамалея. В 1915 г. англ. врач Туорт установил, что колонии ста- филококков (см. Бактерии) подвергаются самопроизвольному растворению. Он обнаружил, что в фильтратах таких колоний присутствует растворяющий агент, способный проходить через мелкопористые фильтры, задерживающие бактерии. Туорт высказал предположение, что этот агент является вирусом, способным заражать бактерии, размножаться в них и убивать их. В 1917 г. канадский ученый д'Эрель выделил из кишечника больного дизентерией аналогичный растворяющий фактор и назвал его бактериофагом — пожирателем бактерий. д'Эрель установил, что Б. представляет собой мельчайшую частицу, много меньшую, чем бактерия, воспроизводящуюся в чувствительных к нему бактериях. Б. обладает выраженной специфичностью, растворяя лишь определенные виды бактерий. Он выделяется из организма больного более интенсивно в период выздоровления. Исходя из этих наблюдений, д'Эрель высказал идею о роли Б. в борьбе с инфекционными болезнями и в развитии естественной невосприимчивости к ним.

До сих пор Б. сохраняет свою роль в профилактике и диагностике ряда заразных заболеваний. Практическое значение Б. определяется необходимостью защиты от них бактерий, используемых в микробиологич. промышленности при производстве антибиотиков, витаминов, аминокислот и пр., т. к. часто они являются причиной гибели бактерийпродуцентов.

Открытие и изучение Б. оказало большое влияние на развитие современной молекулярной биологии и генетики. Они являются наиболее просто организованными биологич. объектами, доступными для анализа таких проблем, как механизмы воспроизведения биологич. макромолекул (см. Белки, Нуклеиновые кислоты), генетич. код, механизм выражения генов (см. Генетика) и др.

Строение бактериофага. Все известные Б. состоят из двух основных компонентов: белков и нуклеиновых к-т. По типу 65 нм нуклеиновой к-ты они делятся на ДНК- и РНК-содержащие.

Изучение Б. в электронном микроскопе показало, что они полиморфны: некрые из них представляют собой гибкую нить, другие — шестигранник. Наиболее сложными по строению являются Б. кишечной палочки — так наз. фаги Т, среди к-рых детально изучены Т-2, Т-4, Т-6. Итоги этих исследований позволили создать функциональную анатомию частицы Т-четного Б.. Т-четные Б. имеют головку, внутрикрой упакована его ДНК. ДНК, выделенная из головки Б., имеет вид нити. От головки Б. отходит хвостовой отросток, играющий значительную роль в осуществлении заражения бактерии. Он состоит из сократительного наружного чехла, внутреннего стержня, пластинки основания (базальной) и шести тонких фибрилл. Все эти структуры, так же как и головка Б., включают в себя индивидуальные белки.

Заражение бактериофагом бактериальной клетки. Заражение бактерии начинается с прикрепления хвостового отростка Б. к поверхности клетки (адсорбция фага). Адсорбцию осуществляют фибриллы хвостового отростка, к-рые прикрепляются к структурам бактериальной клетки, называемым фагорецепторами. Вслед за адсорбцией базальная пластинка хвоста Б. вступает в тесный контакт с клеточной стенкой, в результате чего сократительный чехол хвоста сокращается, а центральный его стержень прокалывает клеточную мембрану и, вероятно, за счет сокращения головки ДНК фага впрыскивается внутрь бактерии. Немедленно после проникновения ДНК в бактерии начинает реализовываться генетич. информация, записанная в ДНК фага. В случае Т-четных Б. в клетке синтезируются ферменты, разрушающие ДНК бактерии, и ферменты, необходимые для репродукции ДНК фага. После этого этапа, называемого синтезом ранних белков, в бактерии синтезируются поздние белки, образующие оболочку Б. В результате возникают новые частицы Б., бактерия лизируется, а размножившийся в ней Б. выходит в окружающую среду. Если нанести отдельные Б. на поверхность твердой питательной среды с растущими бактериями, то размножившиеся в бактериях Б. разрушают бактерии, образуя на этом месте так называемые «стерильные пятна» (рис. 3).

Продолжительность жизненного цикла Б., т. е. время от момента зара- жения бактерии до выхода его потомства, различна для разных Б. Напр., для фага Т-1 она равна 13—15 мин., а для фага Т-4 — 30—40 мин. После заражения бактерии Б. внутри клетки оказывается не целая фаговая частица, а ее ДНК. Т. о., можно утверждать, что ДНК бактериального вируса обладает инфекциозностью, что было доказано в прямых опытах, когда удалось разработать способы заражения бактерии не целым фагом, а изолированной из него ДНК. В результате в бактерии, зараженной молекулами нуклеиновой к-ты Б., образовывались полноценные частицы Б., состоящие из белка и нуклеиновой к-ты, т. е. нуклеиновая к-та Б. несет в себе всю информацию, необходимую для синтеза обоих химич. компонентов вируса—нуклеиновой к-ты и белка. Б., способные репродуцироваться (воспроизводиться) в бактерии, разрушать их и выходить при этом в виде полноценных частиц в среду, называются вирулентными фагами. Наряду с такими фагами существуют и другие, называемые умеренными. ДНК умеренных фагов после заражения клетки внедряется в ДНК самих бактерий, не нарушая их жизнедеятельности. Она удваивается в составе бактериальной хромосомы при делении клетки, т. е. передается потомству. Бактерия, в ДНК к-рой присутствует ДНК умеренного фага, называется лизогенной, а фаговая ДНК, объединенная с бактериальной ДНК, профагом. Если лизогенную бактерию облучить ультрафиолетовым светом или обработать химич. мутагенами (см. Бактерии, Генетика), то можно вызвать превращение профага в фаг, т. е. возбудить в бактериальной клетке воспроизведение полноценных частиц фага, в результате к-рого клетка погибает. Следовательно, в лизогенной бактерии в составе единой бактериальной хромосомы сосуществуют генетический аппарат бактерии с геном вируса, к-рый передается от родительской клетки потомству и может быть активирован (индуцирован). 

Использование бактериофага в практике меди-ц и н ы. Б. применяют в качестве леч. и профилактических средств. Холерный Б. оказался эффективным при ликвидации вспышек холеры. Специфические Б. применяют также в качестве средства для предупреждения заражения холерой или дизентерией. Применение Б. с целью предупреждения инф. заболевания называется фагопрофилактикой. Б. применяют также при диагностике некрых инфекций (чумы, холеры, дизентерии, брюшного тифа и др.). Использование Б. в этих целях основано на его специфичности, т. е. на способности заражать и лизировать только определенные виды бактерий. При необходимости установить природу (видовую принадлежность) бактерии, выделенной из организма больного и объектов окружающей среды, к культуре прибавляют известный Б. Ее лизис указывает на принадлежность к определенному возбудителю заболевания.