История открытия и визуализация
Термин происходит от греческого слова phagos — пожирающий. Впервые спонтанное разрушение (лизис) бактерий возбудителя сибирской язвы наблюдал российский ученый Н.Ф. Гамалея в 1898 году. Позже, в 1915 году, англичанин Ф. Туорт описал способность фильтрата растворять культуру стафилококков.
Ключевой вклад внес француз Ф. Д’Эрелль (1917 г.): он выделил литический агент из испражнений больных дизентерией, доказал его вирусную природу и предложил сам термин «бактериофаг».
Макроскопически действие фагов выглядит очень характерно:
- В жидкой среде: мутная бактериальная культура полностью просветляется.
- На плотной среде: при нанесении фага на сплошной бактериальный «газон» образуются круглые стерильные пятна — их называют негативными колониями или «бляшками».
Морфология и строение сложных фагов
По форме фаги делятся на мелкие кубические, нитевидные и сперматозоидные. Наиболее изучены крупные фаги сперматозоидной формы (например, колифаги серии Т). Их структура включает три основных отдела:
- Головка. Имеет икосаэдрический (кубический) тип симметрии, размер 65–100 нм. Состоит из белкового капсида, внутри которого плотно упакована молекула нуклеиновой кислоты (чаще всего двунитевая кольцевая ДНК). Для суперспирализации ДНК там же находится гистоноподобный белок.
- Хвостовой отросток. Длиной более 100 нм. Внутри проходит полый цилиндрический стержень, а снаружи он окружен чехлом, способным к сокращению (содержит АТФ и ионы кальция).
- Базальный аппарат. Дистальная часть с шестиугольной пластинкой, шипами и отходящими длинными нитями (фибриллами) — всё это необходимо для прикрепления к бактерии. Здесь же содержится фермент лизоцим для локального растворения клеточной стенки.
Жизненный цикл вирулентных бактериофагов
Вирулентные фаги вызывают продуктивную инфекцию, которая неизбежно заканчивается гибелью бактерии. Процесс, занимающий 20–40 минут, делится на несколько этапов:
- Адсорбция. Фаг прикрепляется фибриллами к специфическим рецепторам клетки (липополисахаридам, тейхоевым кислотам, пилям).
- Инъекция (проникновение). Чехол хвостового отростка сокращается, лизоцим расплавляет участок стенки, а полый стержень прокалывает оболочки. Через него геном фага впрыскивается в цитоплазму. При этом белковая «тень» фага (капсид) остается снаружи.
- Репродукция. Инъецированная ДНК или РНК блокирует синтез собственных веществ клетки. Бактерия начинает производить детали вируса.
- Сборка (самосборка). Пустые головки заполняются нуклеиновой кислотой, затем к ним присоединяются хвостовые отростки.
- Выход. Из-за изменения осмотического давления и работы фагового лизоцима оболочка бактерии разрушается, и наружу выходит 200–300 новых вирионов.
Специфичность и применение в медицине
Взаимодействие фага и бактерии строго специфично. По этому признаку выделяют поливалентные (поражают родственные виды), моновалентные (только один вид) и типовые (отдельные варианты одного вида) фаги.
Высокая специфичность нашла применение в трех направлениях медицины:
- Диагностика (фаготипирование): позволяет точно идентифицировать вид или тип возбудителя по его чувствительности к эталонным диагностическим фагам.
- Терапия: пероральное или местное применение препаратов для лечения бактериальных инфекций (например, при гнойной хирургии, холере, дизентерии). Оценка эффективности терапии характеризуется как умеренная.
- Профилактика: использование при эпидемических вспышках для блокирования распространения инфекции.
Производят фаговые препараты путем культивирования бактерий с фагами и последующего выделения фильтрата, активность которого титруют на чувствительных культурах.
Степени специфичности фагов легко запомнить по аббревиатуре ПМТ: Поливалентные, Моновалентные, Типовые (от широкого спектра к самому узкому).
Вопросы с занятий и экзамена
Что происходит при абортивном типе взаимодействия?
При абортивном типе фаг проникает в бактерию, но фаговое потомство по каким-то причинам не образуется. В результате бактериальная клетка выживает.
Как бактериофаг разрушает клеточную стенку при проникновении?
В дистальной части хвостового отростка содержится фермент лизоцим. При контакте он локально растворяет пептидогликан клеточной стенки бактерии, позволяя стержню проколоть мембраны.
Насколько бактериофаги устойчивы во внешней среде?
Они значительно более резистентны, чем большинство вирусов человека. Фаги отлично переносят низкие температуры и высушивание, но быстро погибают при кипячении, действии формалина, кислот и радиации.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы проникновения мелких кубических и нитевидных фагов
- Генетический аппарат бактериофагов: варианты структуры нуклеиновых кислот
- Антигенная структура фагов и принцип деления на серотипы
- Особенности интегративного типа взаимодействия (лизогения)
- Методы титрования и оценки активности фаговых препаратов
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Бактериофаги» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Физиология микробов»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.