Бактериофаги, морфология, строение, химический состав, размножение и значение.
Бактериофаги − это вирусы, поражающие бактерии.
В 1896 г. Н.Ф. Гамалей обработал дистиллированной водой культуру бактерий сибирской язвы и получил вещество, которое при добавлении к свежей культуре этих микроорганизмов растворяло их за 6−12 часов. В 1915 г. американский ученый Туорт описал инфекционную болезнь стафилококков. Он выдвинул гипотезу о фильтрующем вирусе, аналогичном вирусам животных и человека.
В 1917 г. Д. Эрелль (французский ученый), работавший в институте Пастера сделал в печати сообщение об открытии бактериофага. Работая с дезинтерийной палочкой, он обнаружил, что некоторые культуры оказывались стерильными. Этими опытами он доказывал наличие ультравируса бактерий, то есть фага.
Бактериофаги являются наиболее изученными вирусами. Они обнаружены почти у всех бактерий. Фаг состоит из головки 60-100 нм и отростка или хвоста 100-120 нм. Головка имеет кубический тип симметрии и состоит из белковой оболочки (состоящей из ) и заключенной в ней DNK. Отросток состоит из полого стержня, на который нанизан сократительный чехол. На конце стержня имеется базальная пластинка с шипами и нитями (от них зависит адсорбция на клетке хозяина).
Некоторые фаги имеют более простое строение. По своей форме зрелые фаги разделяются на несколько типов:
1. нитевидные;
2. гексогональные;
3. октаэдрические и т.д.
Химический состав:
40-50% DNK и 50-60% - белки. DNK большинства фагов двухцепочечная. Однако обнаружены и одноцепочечные DNK и двухцепочечная РНК. DNK фагов отличаются от DNK бактерий наличием 5- оксиметилцитозина.
Белки фагов мало изучены, существенных различий в аминокислотном составе не обнаружено. В концевой части отростка обнаружено наличие лизоцима и аденозинтрифосфатазы, вызывающей сокращение отростка. Бактериофаг может существовать в трех состояниях: профаг, вегетативный фаг и зрелый фаг.
Зрелые фаги существуют вне клетки хозяина, они инертны, не активны и напоминают споры бактерий. После адсорбции часть фаговой частицы проникает во внутрь бактерии и начинает усиленно размножаться. Такая, размножающаяся внутри клетки фаговая частица называется вегетативным фагом. Этот процесс всегда сопровождается гибелью клетки хозяина.
Некоторые фаги после проникновения внутрь бактериальной клетки вступают с ней в «симбиотические» взаимоотношения и могут находиться в клетке неограниченно долгое время. Такое состояние называется профагом, а бактерии в таком состоянии называются лизогенными. Лизогенные бактерии в природе представляют основной резервуар бактериофагов.
Различают фаги умеренные и вирулентные. В «симбиотические» отношения вступают умеренные фаги. Большинство фагов специфичны, однако есть и поливалентные, которые могут поражать и близкородственные бактерии.
Цикл взаимодействия фага с клеткой разделяться на 4 этапа:
1. адсорбция;
2. внедрение;
3. внутриклеточное размножение;
4. освобождение фага из клетки.
Фаг прикрепляется к клетке хвостовым концом. При этом положительно заряженные аминогруппы фагового белка соединяются с карбоксильными группами белка клеточной стенки. Под действием литического фермента хвостовой части растворяется клеточная стенка, сокращается хвостовой участок и DNK с некоторым количеством белка вливается во внутрь клетки. На поверхности клетки остаются пустые белковые оболочки - тени фагов.
Внутреклеточное размножение начинается с того, что под действием DNK фага изменяется клеточный обмен, начинается синтез фагового материала. Многократно удваиваются нити фаговой DNK . Длительность внутриклеточного размножения от 15 минут до 2 часов. Большое накопление фаговых частиц приводит к разрыву бактериальной клетки и освобождению зрелых фагов.
Значение фагов.
1. Фаги являются хорошим материалом для изучения наследственности и изменчивости, фаготерапии, фагопрофилактики инфекционных заболеваний, вопросов экспериментальной онкологии.
2. Приносят вред производствам, основанным на жидкости микроорганизмов (производство вакцин, молочных продуктов, антибиотиков, бактериальных удобрений). Фаги широко применялись во время Великой отечественной войны для лечения газовой гангрены (затем их заменили антибиотиками). На основе специфичности фагов определяют вид бактерий, чистоту водоёмов. Так, наличие в воде фага кишечной палочки сигнализирует о загрязнении источника. С помощью фага можно определить культуру бактерий от больного.