43. Бактериофаги: биологические свойства. Взаимодействие вирулентного фага с клеткой. Практическое применение вирулентных фагов.

Бактериофаги — вирусы бактерий, обладающие способностью специфически проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться в них и вызывать их растворение (лизис).

Бактериофаги размножаются в клетках, лизируют их и переходят в др., как правило, молодые, растущие клетки.

Частицы многих бактериофагов состоят из головки округлой, гексагональной или палочковидной формы диаметром 45-140 нм и отростка толщиной 10-40 и длиной 100-200 нм.

Другие бактериофаги не имеют отростка, одни из них округлы, другие - нитевидны, размером 8х800 нм.

Содержимое головки состоит преимущественно из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) (длина её нити во много раз превышает размер головки и достигает 60-70 мкм, эта нить плотно скручена в головке) или рибонуклеиновой кислоты (РНК) и небольшого количества (около 3%) белка и некоторых других веществ.

Отросток имеет вид полой трубки, окруженной чехлом, содержащим сократительные белки, подобные мышечным. У ряда бактериофагов чехол способен сокращаться, обнажая часть стержня.

Н а конце отростка у многих бактериофагов имеется базальная пластинка с несколькими шиловидными или другие формы выступами. От пластинки отходят тонкие длинные нити, которые способствуют прикреплению фага к бактерии. Оболочки головки и отростка состоят из белков.

Общее количество белка в частице фага 50-60% , нуклеиновых кислот 40-50%.

Каждый бактериофаг обладает специфическими антигенными свойствами, отличными от антигенов бактерии-хозяина и других фагов. Имеются антигены, общие для ряда фагов (особенно содержащих РНК).

Бактериофаг характеризуется следующими основными свойствами:

1) имеет сложную структуру: головку округлой или овальной формы и длинный отросток, конец которого разветвляется на жгутики, несущие функции рецепторов. Таким образом, фаговая часть по форме напоминает головастика или сперматозоид. Размеры фагов колеблются от 2 до 200 нм, т.е. в тех же пределах, что и размеры отдельных вирусов. У сперматозоидных форм средний размер головки составляет 60…80 нм, а длина отростка - 100…200 нм и больше. Величина и форма колеблются в широких пределах даже у особей одного и того же вида, что подтверждает их морфологическую изменчивость;

2) фаговая частица состоит из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), образующей стержень, и белковой оболочки, обеспечивающей форму. Белок отростка отличается от белка головки. Морфологически он представляет собой стержень и трубчатый чехлик. При адсорбации фага на бактериальной клетке и ряде физических воздействий чехлик сокращается и через стержень, который служит каналом, впрыскивается нуклеиновая кислота фага в клетку. В отростке фага содержится лизоцимоподобный фермент, растворяющий стенку клетки - хозяина.

Кроме нуклеиновой кислоты и белка в фагах до 12…17% углеводов, 2% липидов, а также содержатся ферменты. Каждый бактериофаг вызывает лизис (растворение) определенного вида бактерий, а некоторые -определенных типов и даже штаммов.

По степени специфичности фаги составляют 3 группы:

- полифаги - активные в отношении нескольких родственных видов бактерий;

- монофаги - растворяющие микробы одного вида;

- типовые фаги - лизирующие только определенные типы данного вида бактерий;

3) фаг - строгий внутриклеточный паразит. Репродуцируется только внутри бактериальной клетки. Не культивируется на искусственных питательных средах;

4) фаг обладает хорошо выраженными антигенными свойствами, отличающимися от антигенных свойств бактерий, на которые он действует.

При парэнтеральном введении фага в организме образуются антитела, нейтрализующие литическую (растворяющую) активность фага. Действие антифаговых сывороток строго специфично; фаги, таким образом, отличаются друг от друга антигенными свойствами. У фагов обнаружен ряд антигенов, некоторые из них могут быть общими для родственных фагов – групповые антигены. По антигенным свойствам некоторые фаги подразделяют на серологические группы;

5) свойства фага в необычных условиях существования изменяются и передаются по наследству. Специфический фаг способен адаптироваться к паразитированию на другом виде бактерий при многократных пересевах с клетками данного вида, но при этом не может лизировать культуру, на которую действовал ранее.

Свойство фага приспосабливаться к условиям окружающей среды проявляется также к физическим (температура и др.) и химическим факторам. Ультрафиолетовое и ионизирующее излучения снижают адсорбирующую способность фага, его патогенность и могут вызывать выраженный мутационный эффект.

Фаги способны к генетическим рекомбинациям при совместной репродукции двух фагов, отличающихся по двум генетическим признакам, в одной бактериальной клетке. Появляющиеся гибриды фага - обычно более приспособленные генотипы данного фага.

Следовательно, фаги обладают способностью к адаптации, наследственной изменчивости и эволюции. Все эти свойства фагов позволяют отнести их к живой природе

Взаимодействие фага с бактериальной клеткой.

По механизму взаимодействия различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные фаги, проникнув в бактериальную клетку, автономно репродуцируются в ней и вызывают лизис бактерий.

Процесс взаимодействия вирулентного фага с бактерией протекает в виде нескольких стадий и весьма схож с процессом взаимодействия вирусов человека и животных с клеткой хозяина.

Однако для фагов, имеющих хвостовой отросток с сокращающимся чехлом, он имеет особенности. Эти фаги адсорбируются на поверхности бактериальной клетки с помощью фибрилл хвостового отростка.

В результате активации фагового фермента АТФазы происходит сокращение чехла хвостового отростка и внедрение стержня в клетку. В процессе «прокалывания» клеточной стенки бактерии принимает участие фермент лизоцим, находящийся на конце хвостового отростка.

Вслед за этим ДНК фага, содержащаяся в головке, проходит через полость хвостового стержня и активно впрыскивается в цитоплазму клетки.

Остальные структурные элементы фага (капсид и отросток) остаются вне клетки.

После биосинтеза фаговых компонентов и их самосборки в бактериальной клетке накапливается до 200 новых фаговых частиц. Под действием фагового лизоцима и внутриклеточного осмотического давления происходит разрушение клеточной стенки, выход фагового потомства в окружающую среду и лизис бактерии.

Один литический цикл (от момента адсорбции фагов до их выхода из клетки) продолжается 30—40 мин.

Процесс бактериофагии проходит несколько циклов, пока не будут лизированы все чувствительные к данному фагу бактерии.

Взаимодействие фагов с бактериальной клеткой характеризуется определенной степенью специфичности.

По специфичности действия различают поливалентные фаги, способные взаимодействовать с родственными видами бактерий, моновалентные фаги, взаимодействующие с бактериями определенного вида, и типовые фаги, взаимодействующие с отдельными вариантами (типами) данного вида бактерий