Природа и значение бактериофагов
Бактериофаги представляют собой уникальную категорию вирусов, чьей единственной мишенью являются прокариотические клетки. В отличие от вирусов, вызывающих заболевания у высших организмов, фаги не способны проникать в клетки растений, грибов или животных. Их естественная среда обитания тесно связана с местами скопления бактерий. В частности, огромное количество бактериофагов постоянно обитает в кишечнике человека и различных животных.
С биологической и медицинской точек зрения эти вирусы считаются крайне полезными. Их главная функция заключается в уничтожении патогенных бактерий. Именно эта особенность легла в основу фаготерапии — направления в медицине, использующего бактериофаги для направленного лечения тяжелых бактериальных инфекций. На сегодняшний день препараты на основе фагов активно применяются для борьбы с возбудителями дизентерии, брюшного тифа и холеры.
Сложное строение вириона
Архитектура бактериофага отличается высокой сложностью и представляет собой так называемый смешанный тип симметрии. Вирусная частица визуально напоминает микроскопический шприц и состоит из двух основных отделов: головки и хвостового аппарата.
- Головка имеет икосаэдрическую симметрию (в форме многогранника). Это своеобразный сейф, внутри которого плотно упакован генетический материал вируса (нуклеиновая кислота).
- Хвост обладает спиральной симметрией и представляет собой сложный аппарат для прикрепления и введения генома. Он включает в себя несколько структурных элементов:
- Воротничок, соединяющий головку с хвостовым отделом.
- Полый цилиндрический отросток, служащий каналом для прохождения генетического материала.
- Чехол, состоящий из сократительных белков. Он плотно окружает цилиндрический отросток и способен сжиматься.
- Базальная пластина, располагающаяся на самом конце хвоста.
- Хвостовые нити, отходящие от базальной пластины и необходимые для распознавания рецепторов на поверхности бактерии.
Этапы репликации в клетке-хозяине
Процесс размножения (репликации) бактериофага строго упорядочен и приводит к неизбежной гибели зараженной бактерии. Жизненный цикл включает следующие последовательные этапы:
- I. Адсорбция. Вирусная частица с помощью хвостовых нитей распознает специфические рецепторы и прочно прикрепляется к поверхности клетки-мишени.
- II. Инъекция. Чехол из сократительных белков сжимается, и полый цилиндрический отросток прокалывает клеточную оболочку. Вирусная нуклеиновая кислота впрыскивается строго в цитоплазму бактерии (минуя клеточную стенку и периплазматическое пространство).
- III. Репликация. Оказавшись внутри, генетический материал фага подчиняет себе системы клетки, запуская многократное воспроизведение молекул вирусной нуклеиновой кислоты.
- IV. Синтез. На рибосомах клетки-хозяина начинается активное образование специфических вирусных белков и ферментов, необходимых для построения новых частиц.
- V–VI. Сборка и лизис. Из синтезированных белков и нуклеиновых кислот формируются новые полноценные бактериофаги. Завершается цикл выходом множества новых вирусных частиц, что сопровождается разрушением (лизисом) и окончательной гибелью бактериальной клетки.
Запомнить строение хвоста бактериофага поможет фраза: «Ворона Пила Чай Без Хлеба» (Воротничок, Полый цилиндрический отросток, Чехол, Базальная пластина, Хвостовые нити).
Вопросы с занятий и экзамена
Способны ли бактериофаги инфицировать клетки человека или животных?
Нет, бактериофаги абсолютно специфичны. Они поражают исключительно бактерии и не представляют угрозы для клеток животных, растений или грибов.
В какую часть бактериальной клетки впрыскивается генетический материал фага?
В ходе этапа инъекции вирусная нуклеиновая кислота попадает непосредственно в цитоплазму бактериальной клетки-мишени.
Где происходит синтез вирусных белков?
Синтез вирусных белков и ферментов осуществляется на рибосомах инфицированной клетки-хозяина, работу которых вирус полностью подчиняет себе.
Какую симметрию имеет головка бактериофага?
Головка, содержащая генетический материал, обладает икосаэдрической симметрией, тогда как хвостовой отдел — спиральной.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы распознавания рецепторов хвостовыми нитями
- Биохимический процесс сокращения белкового чехла
- Особенности ферментов, синтезируемых на рибосомах клетки-хозяина
- Различия между литическим и лизогенным жизненными циклами
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Бактериофаги» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Клетка — элементарная единица живого»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.