Вирусы бактерий (бактериофаги, или фаги)

В 1917 г. французский микробиолог Д'Эррель, изучая возбудителя дизентерии, наблюдал лизис бактериальной культуры при внесении в нее фильтрата испражнений больных людей.

Лизирующее начало сохранялось при многократном пассировании культуры дизентерийных бактерий и даже становилось более активным. Агент, растворяющий бактерии, автор называл бактериофагом («пожиратель» бактерий от лат. phages - пожирающий), а действие бактериофага, заканчивающегося лизисом бактерий, - феноменом бактериофагии.

Вместе с тем Д'Эррель правильно оценил биологический смысл открытого им феномена. Он высказал предположение, что бактериофаг является инфекционным агентом, лизирующим бактерии, вследствие чего в окружающую среду поступают дочерние фаговые частицы. На твердых средах, засеянных смесью фага с бактериальной культурой, в местах лизиса бактерий появляются стерильные пятна или негативные колонии фагов. Посев этой же бактериальной культуры на жидкую среду приводит к просветлению среды. Позднее было показано, что фаги являются бактериальными вирусами, имеющими в качестве хозяев бактерии определенных видов. Номенклатура бактериофагов основана на видовом наименовании хозяина. Например, фаги, лизирующие дизентерийные бактерии, получили название дизентерийных бактериофагов, сальмонеллы - салъмонеллезных бактериофагов, дифтерийные бактерии - дифтерийных бактериофагов и т.д.

В истории микробиологии изучение феномена бактериофагии занимает особое место. Простота культивирования, короткий период генерации, высокий выход фагового потомства и возможность точного его количественного учета способствовали успешному изучению многих проблем молекулярной генетики и общей вирусологии. В частности, в системе фаг - бактериальная клетка впервые было открыто явление лизогении, получившее позднее название интегративой инфекции.

Структура

Большинство фагов имеют сперматозоидную форму. Они состоят из головки, которая содержит нуклеиновую кислоту, и отростка. У некоторых фагов отросток очень короткий или вовсе отсутствует. Размеры фаговой частицы колеблются от 20 до 200 нм. Средний Лваметр головки равен 60-100 нм, чина отростка 100-200 нм.

Различают несколько морфологических типов бактериофагов. КI типу относятся нитевидные дак-содержащие фаги, которые лизируют клетки бактерий, несущих F-плазмиду. II тип составляют фаги с аналогом отростка. Это мелкие РНК-содержащие фаги с однонитевой ДНК - фаг φχ174. К III типу относятся фаги ТЗ, Т7 с коротким отростком, к IV типу - фаги с несокращающимся чехлом отростка и двунитевой ДНК (Т1,Т5). VI тип представляют ДНК-содержащие фаги с сокращающимся чехлом отростка, заканчивающимся базальнои пластинкой разной формы (Т2, Т4, Т6). Наиболее изучены Т-фаги (англ. type - типовые). Они составляют Т-группу колидизентерийных фагов, включающую 7 представителей: 4 нечетных Т1, ТЗ, Т5 и Т7 и 3 четных Т2, Т4, Т6. Наиболее сложной оказалась структураТ-четных фагов, в частности Т2. Он состоит из головки гексагональной формы и отростка. Последний образован полым стержнем диаметром около 8 нм. Снаружи стержень окружен чехлом, способным к сокращению. На дистальном конце отростка имеется шестиугольная базальная пластинка, в углах которой располагаются короткие зубцы. От каждого зубца отходит по одной нити длиной 150 нм. Базальная пластинка и нити осуществляют процесс адсорбции фага на бактериальной клетке.

Химический состав

Фаги, как и другие вирусы, состоят из нуклеиновой кислоты и белка. Большинство из них содержат двуните-вую ДНК, которая замкнута в кольцо. Однако существуют и однони-тевые фаги, например фаг φχ174. В составе некоторых фагов обнаружены ДНК с необычными азотистыми основаниями. Так, у фага Т2 вместо цитозина содержится 5-оксиметилцитозин. Некоторые фаги содержат РНК. Капсид головки фага и чехол отростка построены из полипептидных субъединиц по кубическому (головка) и спиральному (отросток) типу симметрии.

В частицах некоторых фагов под чехлом дистальной частицы отростка (фаг Т2) содержится фермент лизоцим. Внутри головки у фага Т2 обнаружен внутренний белок, в состав которого входят полиамины (спермин, путресцин). Этот белок играет определенную роль в суперспирализации фаговой ДНК, которая только в таком виде может разместиться в сравнительно небольшой головке.

Резистентность к факторам окружающей среды

Фаги более устойчивы к действию физических и химических факторов, чем многие вирусы человека. Большинство из них инактивируются при температуре свыше 65°-70°С. Они хорошо переносят замораживание и длительно сохраняются при низких температурах и высушивании. Сулема (0,5% раствор), фенол (1% раствор) не оказывают на них инактивирующего действия. В то же время 1% раствор формалина инактивирует фаг через несколько минут. Ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация также вызывают инактивирующий эффект, а в низких дозах - мутации.

Взаимодействие фагов с бактериальной клеткой характеризуется последовательной сменой тех же стадий, которые были рассмотрены для вирусов животных и человека. Однако имеются и некоторые особенности.

Адсорбция фага на бактериальной клетке происходит только при соответствии фаговых рецепторов, расположенных на конце отростка, с рецепторами бактериальной клетки, связанными с клеточной стенкой. Некоторые фаги адсорбируются на половых ворсинках (sex pili), контролируемых F- или R-плазмидами. На бактериях, полностью лишенных клеточных стенок (протопласты), адсорбции фагов не происходит. На адсорбцию фагов большое влияние оказывают состав и рН среды, температура, а также наличие некоторых аминокислот или других соединений, например триптофана для фага Т2.

Проникновение фага в бактериальную клетку происходит путем инъекции нуклеиновой кислоты через канал отростка. При этом в отличие от вирусов человека и животных капсидные белки головки и отростка остаются вне клетки. Некоторые фаги вводят свою ДНК без предварительного повреждения клеточной стенки бактерий, другие - сквозь отверстия, котое они пробуравливают в клеточной стенке с помощью лизоцима, содержащегося в их капсиде. Однонитевая ДНК фага φ÷17 4, а также нуклеиновая кислота нитчастых фагов проходят в клетку вместе с одним из капсидных белков. Репликация фаговой нуклеиновой кислоты и синтез фагоспецифических ферментов транскрипции и реплииции происходят примерно так же, как и при репродукции других ярусов. Однако латентный период инфекции, т.е. время для формирования фагового потомства, значительно короче.







Также в разделе: Общая вирусология:
  » Взаимодействие вируса с клеткой хозяина
  » Культивирование и индикация вирусов
  » Прионы
  » Общая характеристика вирусов