Классификация и морфологические типы
По типу нуклеиновой кислоты бактериофаги делятся на ДНК-содержащие (к ним относится большинство известных видов) и РНК-содержащие.
Морфологически выделяют шесть основных типов строения вирионов:
- Нитевидные.
- Мелкие без отростка.
- Кубические с аналогом отростка.
- С коротким отростком.
- С длинным несокращающимся отростком.
- С длинным сокращающимся отростком.
Основные семейства фагов различаются по типу генома и форме:
| Семейство | Тип НК | Морфология |
|---|---|---|
| Myoviridae | дцДНК | Головка и сокращающийся хвост |
| Siphoviridae | дцДНК | Головка и длинный несокращающийся хвост |
| Podoviridae | дцДНК | Головка и короткий хвост |
| Microviridae | оцДНК | Округлая форма без хвоста |
| Leviviridae | плюс-РНК | Сферическая форма |
Спектр действия и типы взаимодействия
По широте спектра действия бактериофаги делят на три группы:
- Типовые (Т-фаги) — способны взаимодействовать только с отдельными типами бактерий внутри одного вида.
- Моновалентные — лизируют бактерии строго одного вида.
- Поливалентные — могут поражать бактерии нескольких родственных видов.
По механизму взаимодействия с клеткой-хозяином фаги бывают вирулентными и умеренными. Вирулентные фаги запускают литический цикл, который неизбежно заканчивается разрушением (лизисом) бактерии. Умеренные фаги реализуют лизогенный цикл: они встраивают свою ДНК в геном бактерии, не вызывая немедленного лизиса и гибели клетки.
Жизненный цикл вирулентных бактериофагов
Жизненный цикл вирулентного фага характеризуется продуктивным типом инфекции и протекает в три основных этапа.
Этап I: Адсорбция Фаг прикрепляется к специфическим рецепторам на клеточной стенке бактерии. Мишенями для рецепции могут служить липополисахариды (ЛПС), липопротеины, тейхоевые кислоты, поверхностные белки или половые пили.
Этап II: Проникновение (инъекция) Механизм доставки нуклеиновой кислоты зависит от морфологии вируса:
- Фаги с сократительным чехлом (наиболее изученный тип) прикрепляются к клетке свободным концом отростка — базальной пластинкой или фибриллами. За счет энергии АТФ чехол сокращается. Фаг выделяет фермент лизоцим, который локально растворяет клеточную стенку. Затем стержень хвоста механически «просверливает» оболочку, и ДНК из головки впрыскивается по каналу стержня в цитоплазму. Белковый капсид при этом остается снаружи.
- Мелкие кубические фаги адсорбируются на половых пилях бактерии и вводят свою нуклеиновую кислоту прямо через внутренний канал пили.
- Нитевидные фаги проникают внутрь клетки иначе: их ДНК заходит в цитоплазму в комплексе с одним из белков собственного капсида.
Этап III: Начало репродукции Попав в клетку, нуклеиновая кислота фага полностью подавляет биосинтез компонентов бактерии-хозяина. Все клеточные ресурсы переключаются на синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков. Итогом этого цикла становится сборка 200–300 новых вирионов и полный лизис бактериальной клетки.
Экологическая роль: микробный антагонизм
Взаимоотношения бактериофага и бактерии — это форма микробного антагонизма, реализуемая по типу паразитизма. Фаг использует бактериальную клетку как временную среду обитания и единственный источник ресурсов для репликации.
Как и при любом истинном паразитизме, здесь наблюдаются два встречных процесса: патогенное воздействие вируса (подавление биосинтеза хозяина и лизис) и попытки защиты со стороны бактерии. При этом репродуктивный потенциал паразита колоссален: численность популяции фагов значительно превышает популяцию бактерий-хозяев, что является главным экологическим отличием паразитизма от хищничества.
Чтобы запомнить морфологию хвостатых ДНК-фагов по семействам, используйте ассоциации с первыми буквами: Myoviridae — Мощный (сокращающийся) хвост, Siphoviridae — Сифон (длинный несокращающийся), Podoviridae — Пенек (короткий).
Вопросы с занятий и экзамена
Чем вирулентные бактериофаги отличаются от умеренных?
Вирулентные фаги вызывают продуктивную инфекцию (литический цикл), которая всегда заканчивается гибелью и разрушением бактерии. Умеренные фаги способны к лизогении — они встраивают свой геном в хромосому бактерии и могут долго существовать вместе с ней без лизиса.
Проникает ли сам вирион фага внутрь бактерии?
У большинства фагов (например, с хвостовым отростком) белковый капсид остается снаружи на клеточной стенке. Внутрь цитоплазмы инъецируется только нуклеиновая кислота. Исключение составляют нитевидные фаги, чья ДНК проникает в комплексе с белком капсида.
Какую роль играет лизоцим при инфицировании?
Лизоцим выделяется фагами с сократительным чехлом на этапе проникновения. Этот фермент локально растворяет участок клеточной стенки бактерии, позволяя стержню хвоста механически пробить оболочку для инъекции ДНК.
Что ещё разобрать по теме
- История открытия бактериофагов
- Строение и химический состав вирионов
- Механизмы резистентности бактерий к фагам
- Интегративный (лизогенный) тип инфекции
- Молекулярные механизмы микробного антагонизма
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Морфология и физиология бактериофагов» 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 «Дополнительные темы»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.