Бактериофаги фаги

Бактериофаги, фаги * бактэрыяфагі, фагі * bacteriophages or phages or bacterial viruses — вирусы (см.), поражающие бактерии. Их общее название — фаги. Нуклеиновая кислота Б. — это двухили одноцепочечная ДНК либо одноцепочечная РНК. Размеры геномов могут изменяться в пределах двух порядков. Б. выявляются по образованию «бляшек» (пустых мест) на сплошном бактериальном газоне. Многие фаги признаны полезными при их использовании в исследованиях по молекулярной биологии и как векторы для переноса генетической информации между клетками. Фаги были изучены Альфредом Херши (Alfred Hershey), Максом Дельбруком (Max Delbruck) и Сальвадором Луриа (Salvador Luria), которые открыли, что вирусы могут обмениваться генетическим материалом. А. Херши и Марта Чейз (Martha Chase) из лаборатории Колд Спринг Харбор (Cold Spring Harbor, USA) обнаружили, что одна нуклеиновая кислота может вызвать репликацию вируса и перенести генетическую информацию. Этот классический эксперимент дал ключ к пониманию того, что гены состоят из ДНК. «Фаговая группа» (А. Херши, М. Дельбрук и С. Луриа) получила Нобелевскую премию 1969 г. по психологии и медицине за открытие механизма репликации и расшифровку генетической структуры вирусов. Б., которые атакуют Escherichia coli, называются колифагами, их примером является фаг лямбда и t-фаги (t2, t4 и t6). Фаги имеют белковую оболочку, или капсид, в который вложен генетический материал, ДНК или РНК, инъецируемый внутрь бактерии при ее инфицировании. Если фаг вирулентный, то весь синтез ДНК, РНК и белков хозяина прекращается, и для прямого синтеза нуклеиновых кислот и белков используется геном фага с включением в процесс транскрипционного и трансляционного аппарата хозяина. Фаговые компоненты затем самособираются и образуют новые частицы фага. Синтез лизоцима приводит к разрыву клеточной стенки бактерии и выходу фаговых частиц, до 100-200 в одном поколении. Умеренные фаги, такие как лямбда, могут также пройти весь этот литический цикл при инфицировании клетки, но более часто они индуцируют лизогению, т. е. встраивание собственной ДНК в хромосому хозяина. Изучение Б. имело большое значение для понимания генной структуры и генного регулирования. Лямбду интенсивно использовали как вектор при изучении рекомбинантной ДНК. Вирусы, паразитические для бактерии, используют бактериальную машинерию и энергию для продуцирования фагов до тех пор, пока бактерия не будет разрушена, и фаги не выйдут из нее, чтобы заражать другие бактерии. Б. — это вирусы, которые приспособлены к атаке бактерий для того, чтобы выжить. На основании формы и строения вириона различают 5 морфологических типов Б.: с длинным отростком, футляр которого сокращается; с длинным несокращающимся отростком; с коротким отростком; с аналогом отростка; нитевидные фаги. Первые три морфологических типа содержат двунитчатую ДНК, четвертый — однонитчатую ДНК или РНК, пятый — однонитчатую РНК. Головка бактерий образована белковыми капсокамерами и имеет, как правило, полигональную форму. В ее полости располагаются плотно скрученная ДНК или РНК, а также несколько аминов. Отросток, соединяющийся с головкой и шейкой, предназначен для прикрепления к рецепторам бактериальной клетки и ее инфицирования. У сложных фагов он состоит из полого стержня, белкового футляра вокруг него, фаговой пластинки и белковых нитей-рецепторов на дистальном конце отростка. Размеры головки крупных фагов — 50-90 нм, мелких — 20 -30 нм. Длина отростка колеблется от 100 до 200 нм, поперечник — 2,5-3 нм. В зависимости от типа вызываемой ими инфекции Б. делят на вирулентные и умеренные. Вирулентные Б. дают литическую продуктивную инфекцию, в результате чего образуется новая генерация фагов. Литический цикл состоит из фаз адсорбции фаговой частицы на рецепторах клеточной стенки, инфицирования клетки геномом или цельным фагом, репликации генома и синтеза белков головки и отростка, сборки фаговых частиц и выхода фага с лизисом бактерии-хозяина. На жидких средах лизис проявляется просветлением бактериальной суспензии, на плотных — формированием участков отсутствия роста, которые называют стерильными пятнами, бляшками или негативными колониями. Размеры и формы этих образований имеют дифференциально-диагностическое значение. При длительном культивировании бактерий в присутствии вирулентного фага в популяции возникают резистентные к фагу варианты, дающие в процессе селекции вторичный рост, проявляющийся помутнением ранее прозрачной среды в пробирке или появлением бактериальных колоний на стерильных пятнах. Умеренные Б. вызывают, как правило, абортивную лизогенную инфекцию, которая состоит в интеграции геномов бактерии и лизогенного фага. Продуктивная инфекция наблюдается лишь у единичных особей бактериальной популяции. Б. характеризуются специфичностью действия. Их литический спектр может охватывать все особи того или иного вида. Такие фаги называют универсальными прямыми поливалентными и применяют их для идентификации соответствующих бактерий, а также в целях фаготерапии и фагопрофилактики. Типовые фаги способны лизировать лишь группу особей того или иного вида (фаговар), на чем основано типирование бактерий. Кроме того, Б. используют как модель для изучения вопросов биологии и генетики. Они могут наносить ущерб производствам, базирующимся на культивировании микроорганизмов. Б. отличаются от остальных вирусов наличием отростка, заканчивающегося нитями. При прикреплении Б. к бактерии его ферменты растворяют клеточную стенку. Механизмы проникновения нуклеиновой кислоты в клетку могут быть различными. У некоторых Б. при сокращении белкового чехла отростка Б. нуклеиновая кислота выталкивается внутрь бактерии. У других перемещение нуклеиновой кислоты происходит без сокращения отростка. В обоих случаях ресурсы пораженной клетки направляются на воспроизводство фагов. Б. обнаруживаются во всех группах бактерий. Иногда Б. применяют для лечения некоторых инфекционных заболеваний, напр. сальмонеллеза. Впервые Б. были описаны Ф. Туортом в 1915 г., а термин «бактериофаг» был предложен Ф. д’Эррелем в 1917 г.