3.8. Бактериофаги, их строение, классификация, применение.

Бактериофаги – вирусы бактерий. История открытия бактериофага связана с именами Н.Ф. Гамалеи, наблюдавшего спонтанный лизис сибиреязвенных бактерий в 1898г. Английский бактериолог Ф. Туорт описал способность фильтрата стафилококков растворять свежую культуру этих же бактерий (1915г.). Французский ученый Ф.Д^,Эррель подробно изучил взаимодействие фага и бактерий и сделал заключение, что открытый им литический агент является вирусом бактерий и назвал его «бактериофагом» - пожирателем бактерий.

Бактериофаги широко распространены: они выявлены у большинства бактерий, а также у других микроорганизмов, например, у грибов и поэтому их часто называют фагами. Наиболее детально изучена структура крупных фагов, к которым относятся фаги E.Coli(Т2, Т4, Т6). Они состоят из головки икосаэдрического типа, в которой заключена или ДНК, или РНК. Большинство фагов содержат двунитевую ДНК, замкнутую в кольцо. Хвостовой отросток имеет внутри полый цилиндрический стержень, сообщающийся с головкой, а снаружи – чехол, способный к сокращению наподобие мышцы. Чехол присоединен к воротничку, окружающему стержень около головки. Хвостовой отросток заканчивается шестиугольной базальной пластинкой с шипами от которых отходят нитевидные структуры – фибриллы.

По морфологии фаги подразделяются на 6 групп: 1) фаги с длинным отростком, чехол которого сокращается; 2) фаги с длинным отростком, чехол которого не сокращается; 3) фаги с короткими отростками; 4) фаги с аналогом отростка; 5)фаги без отростка; 6) нитевидные фаги.

Бактериофаги содержат группоспецифические и типоспецифические антигены, обладают иммуногенными свойствами, т.е. синтезируют специфические антитела в организме.

По специфичности взаимодействия различают следующие бактериофаги: 1) поливалентные – взаимодействуют с родственными видами бактерий; 2) моновалентные – взаимодействуют с бактериями определенного вида; 3) типовые – взаимодействуют с отдельными типами бактерий данного вида.

Взаимодействие фагов с бактериями может протекать: 1) по продуктивному типу – образуется фаговое потомство и бактерии лизируются; 2) по абортивному типу – фаговое потомство не образуется и бактерии сохраняют свою жизнедеятельность; 3) по интегративному типу – геном фага встраивается в хромосому бактерии и сосуществует с ней.

В зависимости от типа взаимодействия различают вирулентные и умеренные бактериофаги.

Вирулентные бактериофаги взаимодействуют с бактерией по продуктивному типу. Адсорбция фагов на бактериальной клетке происходит при наличии комплементарных рецепторов в ее клеточной стенке. На бактериях, лишенных клеточной стенки бактериофаги не адсорбируются. Фаги, имеющие хвостовой отросток, прикрепляются к бактериальной клетке свободным концом отростка (фибриллами, базальной пластинкой). В результате активации АТФ чехол хвостового отростка сокращается и стержень с помощью лизоцима, растворяющего прилегающий фрагмент клеточной стенки как бы просверливает оболочку клетки. При этом ДНК фага, содержащаяся в его головке, проходит в форме нити через канал хвостового стержня и инъецируется в клетку, а капсид фага остается снаружи бактерии. Инъецированная внутрь бактерии нуклеиновая кислота подавляет биосинтез компонентов клетки, заставляя ее синтезировать нуклеиновую кислоту и белки фага, затем происходит самосборка частиц фага. В результате изменения внутриклеточного осмотического давления и действия фагового лизоцима происходит разрушение оболочки, лизис бактерии и выход фагов из нее.

Умеренные бактериофаги в отличие от вирулентных взаимодействуют с чувствительными бактериями либо по продуктивному, либо по интегративному типам. При интегративном типе взаимодействия ДНК умеренного фага встраивается в хромосому бактерии, реплицируется синхронно с геном размножающейся бактерии, не вызывая ее лизиса. ДНК бактериофага, встроенная в хромосому бактерии, называется профагом, а культура бактерий – лизогенной. Такое сосуществование бактерии и умеренного бактериофага называется лизогенией.

Бактериофаги используют: 1) в лабораторной диагностике инфекций при внутривидовой идентификации бактерий, т.е. определения фаговара. Для этого применяют метод фаготипирования. На чашку с плотной питательной средой засевают «газоном» чистой культурой возбудителя и наносят капли различных диагностических типоспецифических фагов. Фаговар бактерии определяется тем типом фага, который вызвал ее лизис. Методику фаготипирования используют для выявления источника и путей распространения инфекции (эпидемиологическое маркирование). Например, при возникновении массовых заболеваний стафилококковой этиологии в родильных домах, детских и больничных учреждениях большое значение приобретает выявление источников инфекции и установление эпидемиологических связей. Решение этой задачи возможно только методом фаготипирования стафилококков, подтверждающим идентичность микроорганизмов, выделяемых у больных, носителей и объектов внешней среды.

Таким образом, при проведении эпидемиологического обследования метод фаготипирования бактерий дает возможность: 1) устанавливать или исключать предполагаемые источники инфекции; 2) прослеживать эпидемические связи; 3) отличать местные случаи от «привозных» и спородические заболевания от эпидемических.

2) фаги применяют также для лечения и профилактики ряда бактериальных инфекций. Производят брюшнотифозный, сальмонеллезный, дизентерийный, синегнойный, стафилококковый, стрептококковый фаги; комбинированные: колипротейный, пиобактериофаги. Бактериофаги назначают по показаниям перорально, парентерально или местно в виде жидких, таблетированных форм, свечей, аэрозолей.

3) бактериофаги широко применяют в генной инженерии в качестве векторов для получения рекомбинантных ДНК.