XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Бактериофаги, или фаги, (с греч. - «пожиратели») – это вирусы, точечно поражающие болезнетворные бактерии, и они являются строгими внутриклеточными паразитами. Их численность на планете составляет приблизительно фагов или т вещества. Встречаются они в тех местах, где распространены чувствительные к ним бактерии. Чем богаче бактериями субстрат, тем в большем количестве там находятся бактериофаги. В качестве субстрата могут выступать вода, почва, пища, живые организмы и другие среды [1].

История открытия бактериофагов началась более 100 лет назад. Свое начало она берет из работ французского ученного Эрнеста Ханкина. В 1896 году он исследовал реки Индии, которые, на его удивление, обладали бактерицидными свойствами в отношении холерных вибрионов. В ходе исследований Эрнест обнаружил микроорганизмы, способные проходить через мембранные фильтры, являющиеся преградой для бактерий. Два года спустя русский микробиолог Н. Ф. Гамалея наблюдал разрушение бактериальных клеток сибирской язвы. Этих разрушителей ученый назвал «бактериолизинами». Привычный термин «бактериофаги» ввел канадский ученый Феликс Д’Эрель лишь в 1917 году. Он обнаружил феномен литического действия фильтрата испражнений, переболевшего дизентерией, что выразилось в просветлении бульонной культуры и образовании «стерильных пятен» на агаровой культуре возбудителя. Остаток своей жизни Ф. Д’Эрель посвятил разработке возможности применения фагов для лечения многих заболеваний, что положило основу для последующих разработок в этой сфере [4].

Выделяют три основные формы фагов – нитевидная, кубическая и сперматозоидная, или головастиковидная. Наиболее сложная структура строения представлена у сперматозоидных бактериофагов. Она включает головку, хвостовой отросток и ножки-фибриллы, обеспечивающие движение фагов [2, 3].

Головка имеет гексагональную форму и диаметр около 95 нм. Внутри нее содержится геном, представленный нуклеиновой кислотой и белком. В зависимости от типа нуклеиновой кислоты выделяют ДНК- и РНК-содержащие бактериофаги. Эти кислоты могут быть однонитевыми, двухнитевыми, линейными и кольцевыми. Но чаще всего встречаются бактериофаги с двумя нитями ДНК, которые закручены в спираль, чтобы весь генетический материал укомплектовать в небольшую головку. Снаружи нуклеиновые кислоты покрыты белковой оболочкой – капсидом, а в комплексе они образуют нуклеокапсид.

Хвостовой отросток состоит из полого стержня диаметром 8 нм и длинной до 250 нм, это примерно в 2 раза больше диаметра головки, и чехла, окружающего стержень снаружи. Дистальный конец стержня оканчивается шестиугольной базальной пластинкой, от которой отходит шесть нитей длиной до 150 нм. Как раз эта пластинка с нитями будет обеспечивать адсорбцию фага на бактериальной клетке.

По характеру взаимодействия бактериофагов с бактериями различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентными являются те, которые приводят к литическому циклу. Умеренные факи не вызывают лизис, вместо этого, они встраивают свое ДНК в геном бактерии и передаются по наследству от клетки к клетке.

Жизненный цикл вирулентных фагов состоит из следующих этапов [2].

Адсорбция

Бактериофаги с помощью ножек-фибрилл прикрепляются к фагоспецифическим рецепторам на клеточной мембране бактерий. По этой причине фаги не адсорбируются на бактериях, лишенный клеточной оболочки. Эта стадия полностью зависит от условий окружающей среды.

Проникновение фага внутрь клетки

Идет повреждение клеточной оболочки бактерии, и через канал отростка нуклеиновая кислота фага проникает внутрь клетки. При этом, белковая оболочка остаётся снаружи.

Биосинтез компонентов фага

Введённая нуклеиновая кислота вызывает остановку синтеза нуклеиновой кислоты и белков бактерии. Вместо этого происходит транскрибирование ДНК бактериофага, и образовавшаяся в процессе иРНК прикрепляется к рибосомам клетки-хозяина, где будут синтезироваться белки фагов.

Сборка структурных компонентов фага

Вновь синтезированные белки в цитоплазме клетки формируют структуры дочерних фаговых частиц. После этого нуклеиновая кислота фагов заполняет капсиды головок.

Сборка зрелых фаговых частиц

Идет в строгом порядке. Капсид соединяется с хвостовой часть, лишь после полной его сборки, образуя зрелую фаговую частицу. На этом этапе внутри бактериальной клетке накапливается до 200 частиц.

Выход фаговых частиц из клетки

Накопленные фаговые частицы вызывают лизис клеточной оболочки изнутри и, таким образом, высвобождаются наружу.

Один цикл от момента адсорбции фага на поверхности клетки до выхода потомства из клетки продолжается 30-40 минут. Такие циклы продолжаются до тех пор, пока не будут лизированы все чувствительные к фагу клетки.

Использование бактериофагов началось примерно с 1921г., когда с их помощью разработали лечение стафилококкового поражения кожи. Они нашли широкое применение для диагностики, профилактики и лечения инфекционных заболеваний, которое основано на их строгой специфичности действия [5, 6].

Фагоидентификация. С помощью диагностических фагов проводят идентификацию выделенных культур микроорганизмов. Вследствие высокой специфичности фагов можно определить вид возбудителя или варианты внутри вида. Фаготипирование имеет большое эпидемиологическое значение, так как позволяет установить источник и пути распространения инфекции.

Фагоиндикация. С помощью тест-культуры можно определить неизвестный фаг в исследуемом материале, что указывает на присутствие в нем соответствующих возбудителей.

Фаготерапия и фагопрофилактика. Фаги применяют для лечения и профилактики инфекционных болезней. Производят брюшнотифозный, дизентерийный, синегнойный, стафилококковый фаги и комбинированные препараты [5].

Умеренные фаги используют в генетической инженерии и биотехнологии в качестве векторов для получения рекомбинантных ДНК.

Таким образом на основе анализа обобщения и систематизации научной литературы была рассмотрена история становления бактериофагов, что они из себя представляют, какие свойства имеют значения для использования их человеком, а также выделены ключевые аспекты их применения.

Список литературы:

Акимкин, В. Г. Бактериофаги: исторические и современные аспекты их применения: опыт и перспективы / В. Г. Акимкин, О. С. Дарбеева, В. Ф. Колков // Клиническая практика, 2010. — №4 (4).

Бактериофаги — вирусы бактерий: учеб. пособие / авт. - сост. Н. В. Иконникова. — Минск: ИВЦ Минфина, 2017. — С. 4 — 21.

ISBN 978-985-7142-60-6

Борисов, Л. Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология / Л.Б. Борисов. — 5-е изд., испр. — М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2016. — С. 103 — 111.: ил.

ISBN 978-5-8948-1969-3

Литусов, Н. В. Бактериофаги. Иллюстрированное учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во УГМА, 2012. — 38 с.

Тикунова, Н. В. Бактериофаги – враги наших врагов / Н. В. Тикунова, В. В. Власов // Наука из первых рук, 2013. — №2 (50).

Щербенков, И. М. Бактериофаги. Что мы знаем о них? // МС, 2013. — №2—3.

Код для цитирования: Скопировать