Opis bakteriofaga. Bakteriofagi

Bakteriofagi To su virusi koji selektivno inficiraju bakterijske stanice. Bakteriofagi se razmnožavaju u bakterijama i uzrokuju njihovo otapanje. U pravilu, bakteriofag se sastoji od proteinske ljuske i genetskog materijala - jednolančane ili dvolančane RNA. Veličina čestica kreće se od približno 20 do 200 nanometara.

Životni ciklus bakteriofaga

1. Fag se približava bakteriji i filamenti repa se vežu za receptorska mjesta na površini bakterijske stanice.
2. Repne niti se savijaju i "pričvršćuju" bodlje i bazalnu ploču na površinu stanice; omotač repa se skuplja, tjerajući šuplju osovinu u ćeliju; to olakšava enzim lizozim, koji se nalazi u bazalnoj lamini; Na taj se način u stanicu unosi nukleinska kiselina (DNA ili RNA).
3. Nukleinska kiselina faga kodira sintezu enzima faga pomoću aparata domaćina za sintezu proteina.
4. Fag na ovaj ili onaj način inaktivira DNA i RNA domaćina, a enzimi faga ga potpuno razgrađuju; Fagna RNA podređuje stanični aparat.
5. Nukleinska kiselina faga replicira i kodira sintezu novih proteina ovojnice.
6. Nove čestice faga nastale su kao rezultat spontanog samosastavljanja proteinske ovojnice oko nukleinske kiseline faga; Lizozim se sintetizira pod kontrolom RNA faga.
7. Liza stanice: stanica puca pod utjecajem lizozima; oslobađa se oko 200-1000 novih faga; fagi inficiraju druge bakterije.
8. Faze 1-7 traju oko 30 minuta; ovo razdoblje se naziva latentno razdoblje.

Liječenje bakteriofagima

Bakteriofagi se koriste za antibakterijsku terapiju, kao alternativa uzimanju antibiotika.

Vrlo važno svojstvo bakteriofaga je njihova specifičnost: bakteriofagi liziraju kulture određene vrste, štoviše, postoje tzv. tipični bakteriofagi koji liziraju varijante unutar vrste.

Bakteriofagi se mogu detektirati nanošenjem materijala koji sadrži bakteriofage na čvrste hranjive medije zasijane travnjakom osjetljive bakterijske kulture. Na području travnjaka gdje je bakteriofag ušao formira se sterilna mrlja ili plak.– zona lize travnjačkih bakterija zbog proliferacije bakteriofaga. Broj formiranih negativnih kolonija bakteriofaga odgovara broju bakteriofaga u materijalu.

Bakteriofagi se koriste za prevenciju i liječenje određenih bakterijskih infekcija. Nedavno je interes za njih porastao zbog raširene prevalencije oblika patogenih i oportunističkih bakterija otpornih na lijekove. Pripravci bakteriofaga proizvode se u obliku tableta, masti, aerosola, supozitorija iu tekućem obliku. Koriste se za ispiranje, podmazivanje površina rane, daju se oralno, intravenozno itd.

Svaki stanovnik Svemira ima svoju svrhu: sve u prirodi je harmonično i međusobno povezano, sve ima svoje logične veze i zahtijeva ravnotežu kako bi živjelo u ravnoteži i harmoniji

Bakteriofagi-(iz bakterije i grčki pederi- izjelica) posebni su predstavnici kraljevstva virusa.

Osobitost bakteriofaga je u tome što su se prilagodili korištenju bakterijskih stanica za svoju reprodukciju.

Ova su mala stvorenja nevjerojatno raznolika.

Bakterijski virusi, inače zvani bakteriofagi, najveća su poznata skupina virusa.

Suvremena klasifikacija bakteriofaga uključuje 13 obitelji, podijeljenih u više od 140 rodova, koji sadrže više od 5300 vrsta faga.

Korištenje suvremenih elektronskih mikroskopa omogućilo je detaljno proučavanje strukture faga. Pokazalo se da su mnogi od njih složeniji od ljudskih, životinjskih i biljnih virusa.

Kako bakteriofagi izgledaju?

Vrlo su mali, najmanji – nemaju ni ćeliju. Veličina faga je 0,1-0,2 milimikrona (milijunti dio milimetra!), što je otprilike 1/1000 dio bakterijske stanice veličine oko 5 mikrona.

Fagi izgledaju neobično. Među njima ima i onih koji izgledaju kao male svemirske stanice: uredni kristali s jasnim rubovima, koji stoje na fibrilnim nogama. Stijenke kristalnog “tijela” izgrađene su od proteinskih molekula, a unutar strukture nalazi se genetska informacija faga – DNK ili RNK

Gdje bakteriofagi žive "u divljini"?

Imaju vrlo različite morfologije i staništa. Žive svugdje gdje ima bakterija – u vodi, tlu, u kišnim kapima, na površinama predmeta, povrću, voću, na krznu životinja, na ljudskoj koži i unutar tijela.

Što je okolina bogatija mikroorganizmima, to sadrži više faga. Posebno mnogo faga ima u černozemu i tlima na kojima su primijenjena organska gnojiva. U 1 mm3 obične vode ima oko milijardu faga.

Čovjek i bakteriofag

Ljudi više ne piju sirovu vodu iz rijeka niti se peru u prirodnim vodenim tijelima. Kada voda uđe u vodoopskrbni sustav, mora proći rigorozan sustav obrade kloriranjem. I zapravo sva živa bića koja žive u vodi umiru.

Da, rješavamo se puno štetnih mikroba, ali, nažalost, rješavamo se i svojih mikro prijatelja.

Zašto je tako strašno koristiti antibiotike kada nisu indicirani, kada osoba još nije toliko bolesna da treba tako radikalne moćne lijekove? Budući da antibiotici utječu na cjelokupnu populaciju bakterija i normalnu floru.

Bakteriofagi su prirodni ograničavači populacija bakterija.

Svaki bakteriofag posebnim mehanizmom prodire u "svoju" bakteriju i tamo se počinje razmnožavati. Tamo se razmnožava dok ne razbije bakteriju i izađe van. I tada mnogi bakteriofagi počnu tražiti bakterije kako bi se u njoj razmnožavale.

Od bakterije ostaju samo fragmenti, ali se rađa najmanje 100-200 novih faga, spremnih za napad. Ciklus - vrijeme od trenutka kada je bakterija zaražena do oslobađanja potomka - traje samo 15 do 40 minuta, ovisno o vrsti faga.

Fagi su strogo selektivni.

Znanstvenici nisu ni počeli dodjeljivati ​​imena fagima: puno je prikladnije nazvati fag imenom bakterije. Postoje streptokokni fagi, dizenterijski fagi, stafilokokni fagi itd., oni postoje zahvaljujući bakterijama. Gdje ima bakterija, ima i faga: u tlu, vodi potoka, jezera, u tijelu i na koži ljudi i životinja.

U mikrokozmosu fagi igraju ulogu prirodnih limitatora broja bakterija. Broj faga varira ovisno o broju bakterija.

Ako se broj bakterija potrebnih fagu smanji, tada je faga manje, inače se neće imati gdje razmnožavati. Stoga fagi ograničavaju, ali ne uništavaju potpuno populaciju bakterija.

Omjer faga i odgovarajućih bakterija u istoj je ravnoteži kao i omjer predatora i glodavaca u makrokozmosu.

Što kažu stručnjaci.

Prognoza stručnjaka za zarazne bolesti: „Terapija fagom uskoro će postati pomak u borbi protiv infekcija.

Prognoza imunologa: “Terapija fagom će zauzeti nišu u kojoj moderna imunoterapija ne uspijeva”

Prognoza analitičara : “Unutar pet godina proizvodnja bakteriofaga postat će jedan od vodećih sektora u farmaceutskoj industriji”

Povijest bakteriofaga.

1940-ih. Svugdje osim u SSSR-u, razvoj bakteriofaga je isključen s popisa obećavajućih studija. Istraživanja se nastavljaju u SSSR-u

Metoda korištenja antibiotika postaje sve popularnija u cijelom svijetu.

1980-ih Učinkovitost liječenja antibioticima značajno je smanjena, bakterije su razvile otpornost na lijekove.

Obnovljen je interes za terapiju fagom

Proučavanje svojstava faga pridonijelo je razvoju koncepta fagoterapije.

Prednosti bakteriofaga

• djeluju samo na određene bakterije
• ne remete ravnotežu višeg organizma,
• stalno se razvija,
• ne oslabljuju imunološki sustav,
• ne razvijaju otpornost bakterija

Alternativa antibioticima

• bakteriofagi su sposobni uništiti bakterije otporne na antibiotike,
• otežati razvoj mehanizma otpornosti bakterije,
• dobro prodiru u tkiva ljudskog i životinjskog tijela,
• ne potiskuju rast normalne flore,
• ne uzrokuju nuspojave,
• može se kombinirati s bilo kojim lijekovima
• lijekovi koji imaju imunostimulirajući učinak.

• Liječenje gnojno-upalnih bolesti sluznice očiju i usne šupljine
• Prevencija gnojno-upalnih komplikacija kod opeklina, rana, kirurških intervencija

U genetičkom inženjerstvu

• za transdukciju - prirodni prijenos gena između bakterija
• kao vektori koji prenose dijelove DNA

U prehrambenoj industriji

• Gotovi proizvodi od mesa i peradi već se masovno prerađuju sredstvima koja sadrže fage.
• U razvoju je otopina faga za prskanje mesa i mesnih proizvoda u klaonicama.
• Bakteriofagi se koriste u proizvodnji prehrambenih proizvoda od mesa, peradi, sira, biljnih proizvoda itd.

U poljoprivredi

• Prskanje pripravcima faga za zaštitu biljaka i usjeva od truljenja i bakterijskih bolesti
• Primjena fagnih pripravaka za zaštitu stoke i peradi od infekcija i bakterijskih bolesti

Za sigurnost okoliša

• antibakterijsko tretiranje sjemena i biljaka
• čišćenje pogona za preradu hrane
• dezinfekcija radnog prostora i opreme
• prevencija bolničkih prostora
• provođenje ekoloških aktivnosti

Davne 1898. godine prvi je uočio fenomen lize bakterija (bacila antraksa) pod utjecajem agensa za presađivanje.

Felix D'Herelle također je sugerirao da su bakteriofagi korpuskularne prirode. Međutim, tek nakon izuma elektronskog mikroskopa bilo je moguće vidjeti i proučavati ultrastrukturu faga. Dugo su se ideje o morfologiji i glavnim značajkama faga temeljile na rezultatima proučavanja faga T-skupine - T1, T2, ..., T7, koji se razmnožavaju na E coli soj B. Međutim, svake su se godine pojavljivali novi podaci o morfologiji i strukturi različitih faga, što je zahtijevalo njihovu morfološke klasifikacije.

Uloga bakteriofaga u biosferi

Bakteriofagi su najbrojnija, najrasprostranjenija u biosferi i, pretpostavlja se, evolucijski najstarija skupina virusa. Procijenjena veličina populacije faga je više od 10 30 čestica faga.

U prirodnim uvjetima fagi se nalaze na mjestima gdje postoje bakterije osjetljive na njih. Što je određeni supstrat (tlo, ljudski i životinjski izlučevine, voda itd.) bogatiji mikroorganizmima, to je veći broj odgovarajućih faga koji se u njemu nalazi. Tako se u tlima nalaze fagi koji liziraju stanice svih vrsta zemljišnih mikroorganizama. Posebno su bogati fagima černozemi i tla na kojima su primijenjena organska gnojiva.

Bakteriofagi igraju važnu ulogu u kontroli veličine mikrobnih populacija, u autolizi stanica koje stare i u prijenosu bakterijskih gena, djelujući kao vektorski "sustavi".

Doista, bakteriofagi su jedan od glavnih mobilnih genetskih elemenata. Transdukcijom unose nove gene u bakterijski genom. Procjenjuje se da se u 1 sekundi može zaraziti 10 24 bakterija. To znači da se stalni prijenos genetskog materijala raspoređuje među bakterijama koje žive u sličnim uvjetima.

Visoka razina specijalizacije, dugoročno postojanje i sposobnost brzog razmnožavanja u prikladnom domaćinu pridonose njihovom očuvanju u dinamičkoj ravnoteži među širokim spektrom bakterijskih vrsta u bilo kojem prirodnom ekosustavu. Kada odgovarajući domaćin nije dostupan, mnogi fagi mogu ostati zarazni desetljećima osim ako ih ne unište ekstremne tvari ili uvjeti okoliša.

Građa bakteriofaga

Bakteriofagi se razlikuju po kemijskoj strukturi, vrsti nukleinske kiseline, morfologiji i prirodi interakcije s bakterijama. Bakterijski virusi su stotine i tisuće puta manji od mikrobnih stanica.

Tipična fagna čestica (virion) sastoji se od glave i repa. Dužina repa je obično 2 - 4 puta veća od promjera glave. Glava sadrži genetski materijal - jednolančanu ili dvolančanu RNA ili DNA s enzimom transkriptazom u neaktivnom stanju, okruženu proteinskom ili lipoproteinskom ljuskom - kapsida , čuvajući genom izvan stanice.

Nukleinska kiselina i kapsida zajedno čine nukleokapsid. Bakteriofagi mogu imati ikosaedralnu kapsidu sastavljenu od više kopija jednog ili dva specifična proteina. Tipično, uglovi su napravljeni od pentamera proteina, a nosač svake strane je napravljen od heksamera istog ili sličnog proteina. Štoviše, fagi mogu biti sferičnog, limunolikog ili pleomorfnog oblika. Rep je proteinska cijev - nastavak proteinske ovojnice glave; u dnu repa nalazi se ATPaza koja regenerira energiju za ubrizgavanje genetskog materijala. Postoje i kratkoprocesirani, neprerađeni i filamentozni bakteriofagi.

Velik broj izoliranih i proučavanih bakteriofaga uvjetuje potrebu njihove sistematizacije. Klasifikacija bakterijskih virusa doživjela je promjene: temeljila se na karakteristikama domaćina virusa, serološkim, morfološkim svojstvima, a zatim su uzeti u obzir struktura i fizikalno-kemijski sastav viriona.

Trenutno, prema Međunarodnoj klasifikaciji i nomenklaturi virusa, bakteriofagi se, ovisno o vrsti nukleinske kiseline, dijele na one koji sadrže DNA i RNA.

Na temelju morfoloških karakteristika fagi koji sadrže DNA dijele se u sljedeće porodice: Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae, Lipothrixviridae, Plasmaviridae, Corticoviridae, Fuselloviridae, Tectiviridae, Microviridae, Inoviridae Plectovirus i Inoviridae Inovirus.

Interakcija bakteriofaga s bakterijskim stanicama

Adsorpcija bakteriofaga na površini bakterijske stanice

Na temelju prirode interakcije bakteriofaga s bakterijskom stanicom razlikuju se virulentni i umjereni fagi. Broj virulentnih faga može se povećati samo kroz litički ciklus. Proces interakcije virulentnog bakteriofaga sa stanicom sastoji se od nekoliko faza: adsorpcija bakteriofaga na stanicu, prodiranje u stanicu, biosinteza komponenti faga i njihovo sklapanje, izlazak bakteriofaga iz stanice.

U početku se bakteriofagi vežu za fag-specifične receptore na površini bakterijske stanice. Rep faga uz pomoć enzima koji se nalaze na njegovom kraju (uglavnom lizozima) lokalno otapa staničnu membranu, kontrahira se i DNA sadržana u glavi ubrizgava se u stanicu, dok proteinski omotač bakteriofaga ostaje izvana. Ubrizgana DNA uzrokuje potpuno restrukturiranje metabolizma stanice: prestaje sinteza bakterijske DNA, RNA i proteina. DNK bakteriofaga počinje se prepisivati ​​pomoću vlastitog enzima transkriptaze, koji se aktivira nakon ulaska u bakterijsku stanicu. Najprije se sintetiziraju rane, a potom kasne mRNA koje ulaze u ribosome stanice domaćina, gdje se sintetiziraju rani (DNA polimeraze, nukleaze) i kasni (kapsidni i repni proteini, enzimi lizozim, ATPaza i transkriptaza) proteini bakteriofaga. Replikacija DNA bakteriofaga odvija se prema polukonzervativnom mehanizmu i provodi se uz sudjelovanje vlastitih DNA polimeraza. Nakon sinteze kasnih proteina i završetka replikacije DNA počinje završni proces – sazrijevanje čestica faga ili spajanje DNA faga s proteinom omotača i stvaranje zrelih infektivnih čestica faga.

Trajanje ovog procesa može biti od nekoliko minuta do nekoliko sati. Zatim dolazi do lize stanica i otpuštaju se novi zreli bakteriofagi. Ponekad fag inicira ciklus lize, što rezultira lizom stanice i oslobađanjem novih faga. Alternativno, fag može započeti lizogeni ciklus u kojem, umjesto replikacije, reverzibilno stupa u interakciju s genetskim sustavom stanice domaćina tako što se integrira u kromosom ili održava kao plazmid. Dakle, virusni genom se replicira sinkrono s DNK domaćina i staničnom diobom, a ovo stanje faga naziva se profage. Bakterija koja sadrži profage postaje lizogena sve dok, pod određenim uvjetima ili spontano, profage ne bude stimulirana da prođe ciklus litičke replikacije. Prijelaz iz lizogenije u lizu naziva se lizogena indukcija ili indukcija profaga. Na indukciju faga snažno utječe stanje stanice domaćina prije indukcije, kao i dostupnost hranjivih tvari i drugi uvjeti koji se javljaju u vrijeme indukcije. Loši uvjeti rasta potiču lizogeni put, dok dobri uvjeti potiču reakciju lize.

Umjereni i virulentni bakteriofagi u početnim fazama interakcije s bakterijskom stanicom imaju isti ciklus.

• Adsorpcija bakteriofaga na fag-specifične stanične receptore.
• Injekcija nukleinske kiseline faga u stanicu domaćina.
• Koreplikacija faga i bakterijske nukleinske kiseline.
• Dijeljenje stanica.
• Nadalje, bakteriofag se može razviti prema dva modela: lizogenom ili litičkom putu. Umjereno Nakon stanične diobe bakteriofagi su u stanju profaga (lizogeni put). Virulentan bakteriofagi se razvijaju prema litičkom modelu:
• Nukleinska kiselina faga usmjerava sintezu enzima faga pomoću aparata za sintezu proteina bakterije. Fag na ovaj ili onaj način inaktivira DNA i RNA domaćina, a enzimi faga ga potpuno razgrađuju; RNA faga "podređuje" stanični aparat za sintezu proteina.
• Nukleinska kiselina faga replicira i usmjerava sintezu novih proteina ovojnice. Nove čestice faga nastaju kao rezultat spontanog samosastavljanja proteinske ovojnice (kapsida) oko nukleinske kiseline faga; Lizozim se sintetizira pod kontrolom RNA faga.
• Liza stanice: stanica puca pod utjecajem lizozima; oslobađa se oko 200-1000 novih faga; fagi inficiraju druge bakterije.

Primjena

U medicini

Jedno od područja korištenja bakteriofaga je antibakterijska terapija, alternativa uzimanju antibiotika. Na primjer, koriste se bakteriofagi: streptokokni, stafilokokni, klebsijelni, polivalentni dizenterijski, piobakteriofag, coli, proteus i koliproteus i drugi.

Bakteriofagi se također koriste u genetskom inženjeringu kao vektori koji prenose dijelove DNA, a moguć je i prirodni prijenos gena između bakterija preko nekih faga (transdukcija).

Vektori faga obično se stvaraju na temelju umjerenog bakteriofaga λ koji sadrži dvolančanu linearnu molekulu DNA. Lijevi i desni krak faga imaju sve gene potrebne za litički ciklus (replikacija, reprodukcija). Srednji dio genoma bakteriofaga λ (sadrži gene koji kontroliraju lizogeniju, odnosno njegovu integraciju u DNA bakterijske stanice) nije neophodan za njegovu reprodukciju i ima otprilike 25 tisuća parova baza. Ovaj dio se može zamijeniti stranim fragmentom DNK. Takvi modificirani fagi prolaze kroz litički ciklus, ali ne dolazi do lizogenije. Vektori bakteriofaga λ koriste se za kloniranje fragmenata DNA eukariota (tj. većih gena) veličine do 23 kb. Štoviše, fagi bez umetaka - manji od 38 kb ili, naprotiv, s prevelikim umetcima - više od 52 kb, ne razvijaju se i ne inficiraju bakterije.

U biologiji

Budući da je reprodukcija bakteriofaga moguća samo u živim stanicama, bakteriofagi se mogu koristiti za određivanje vitalnosti bakterija. Ovaj smjer ima velike izglede, budući da je jedno od glavnih pitanja u različitim biotehnološkim procesima određivanje održivosti korištenih usjeva. Metodom elektrooptičke analize staničnih suspenzija pokazana je mogućnost proučavanja faza interakcije faga i mikrobne stanice.

Linkovi

1. Virusi bakterija
2. Bakteriofag
3. Ackermann H.-W. //Rez. Microbiol., 2003. - V. 154. - P. 245-251
4. Hendrix R.W. // Theor. Popul. Biol., 2002. - V. 61. - P. 471-480
5. Suttle C.A. (rujan 2005.), Vuirusi u moru. Nature 437:356-361.
6. Shestakov S.V. Kako se odvija horizontalni prijenos gena i kako je ograničen u bakterijama. Ekološka genetika 2007. - T. 5. - Br. 2. - S. 12-24.
7. Tettelin H., Masignani V., Cieslewicz M. J., Donati C., Medini D., Ward N. L., Angiuoli S. V., Crabtree J., Jones A. L., Durkin A. S., Deboy R. T., Davidsen T. M., Mora M., Scarselli M., Margarit y Ros I., Peterson J. D., Hauser C. R., Sundaram J. P., Nelson W. C., Madupu R., Brinkac L. M., Dodson R. J., Rosovitz M. J., Sullivan S. A., Daugherty S. C., Haft D. H., Selengut J., Gwinn M. L., Zhou L., Zafar N., Khouri H., Radune D., Dimitrov G., Watkins K., O'Connor K. J., Smith S., Utterback T. R., White O., Rubens C. E., Grandi G., Madoff L. C., Kasper D. L., Telford J.L.,. Wessels M. R., Rappuoli R., Fraser C. M. Analiza genoma višestrukih patogenih izolata Streptococcus agalactiae: implikacije za mikrobni "pan-genom". Proc. Natl. Akad. Sci. SAD 2005. 102: 13950-13955
8. Guttman B., Raya R., Kutter E. Osnovna biologija faga, u Bacteriophages: Biology and Applications, (Kutter E. i Sulakvelidze A., ur.), CRP Press, 2005 FL. - R.29-66.
9. Kovaleva E. N. Stvaranje biološkog proizvoda na temelju izoliranih i proučavanih bakteriofaga Enterococcus faecalis: Dis. ...kand. biol. Sci. - Saratov, 2009. - 151 str.
10. Ackermann H.-W. //Rez. Microbiol., 2003. - V. 154. - P. 245-251.
11. Ozhereleva N. G. Sažeta medicinska enciklopedija, M.: Izdavačka kuća Sovjetske enciklopedije, 1989. - drugo izdanje.
12. Rusaleev V.S., Taksonomija bakterijskih virusa / V.S. Rusaleev // Veterinarska medicina. - 1990. - br. 12. - str. 25-28.
13. Taksonomija virusa. Klasifikacija i nomenklatura virusa. Sedmo izvješće Međunarodnog odbora za taksonomiju virusa / Uredio M.H.V. van Regenmontel i sur. - San Diego: Academic Press, 2000. - P. 43-53, 64-129.
14. Raya R.R., Hébert E.M. Izolacija faga indukcijom lizogena. Bakteriofagi: metode i protokoli, svezak 1: Izolacija, karakterizacija i interakcija (Martha R. J. Clokie, Andrew M. Kropinski (ur.), 2009. - V. 501. - P. 23-32.
15. Mikrobiologija: udžbenik. dodatak / V.V. Lysak. - Minsk: BSU, 2007. - 430 str.
16. Adams M., Bakteriofagi / M. Adams. - M.: Medgiz, 1961. - 521 str.
17. Goldfarb D. M., Bakteriofagija / D. M. Goldfarb. - M.: Medgiz, 1961. - 299 str.
18. Shchelkunov S. N. Genetski inženjering / S. N. Shchelkunov. - Novosibirsk: Sib. sveuč. izdavačka kuća, 2004. - 496 str.
19. Guliy O.I., Bunin V.D., O’Neil D., Ivnitski D., Ignatov O.V. Novi elektrooptički pristup brzom ispitivanju vitalnosti stanica // Biosensors and Bioelectronics. 2007. V. 23. P. 583-587.

Napad faga
Domaća povijest proizvodnje i uporabe bakteriofaga

U našoj zemlji bakteriofagi za medicinske potrebe proizvode se i koriste već gotovo 80 godina: čak i tijekom Velikog Domovinskog rata, uz njihovu pomoć bilo je moguće spasiti živote tisuća ranjenika i spriječiti epidemiju kolere u opkoljenom Staljingradu prije poznatog Bitka za Staljingrad. Pojava i raširena distribucija antibiotika praktički je smanjila proizvodnju bakteriofaga u svijetu na "ništa", stoga je SSSR desetljećima ostao jedina zemlja u kojoj su se tehnologije za proizvodnju pripravaka faga ne samo nastavile razvijati, već su i stavljene na industrijskoj osnovi.

I danas Rusija ostaje svjetski lider u proizvodnji i terapijskoj upotrebi ovih učinkovitih i sigurnih antibakterijskih sredstava

Zahvaljujući suradnji dvojice velikih mikrobiologa - Francuza Felixa d'Herellea i Gruzijca Georgiya Eliave - u SSSR-u 1920. god. Stvoren je prvi i jedini svjetski istraživački centar za bakteriofagologiju. Unatoč represijama, zbog kojih je njegov prvi ravnatelj G. G. Eliava bio strijeljan, a neki od njegovih zaposlenika poslani u egzil, Institut za bakteriofage u Tbilisiju je preživio i nastavio s radom, postavši vodeći svjetski centar za terapijska istraživanja i proizvodnju ovih bakterija. “ubojice”.

Bakteriofagi sovjetske proizvodnje prvi put su masovno korišteni u hitnim situacijama uzrokovanim izbijanjem bakterijskih infekcija u kasnim 1930-ima. Tako je 1938. godine izbila epidemija kolere u nekoliko regija Afganistana koja su graničila s teritorijem SSSR-a. Kako bi se spriječilo širenje ove teške bakterijske bolesti, odlučeno je da se u pograničnim područjima koristi bakteriofag kolere. Pripravak faga davan je lokalnom stanovništvu i dodan u bunare i rezervoare. Kao rezultat toga, na sovjetskom teritoriju nije zabilježen niti jedan slučaj kolere.

Godine 1896. Rus Vladimir Aaronovich Khavkin otkrio je antimikrobno djelovanje uzoraka vode iz indijskih rijeka. Ovi lijekovi, koji su prethodno prošli kroz bakterijske filtere, inhibirali su rast kulture Vibrio cholerae .

Godine 1898. Rus N.F. Gamaleja je promatrao rastakanje kulture uzročnik antraksa pod utjecajem filtrata ovog mikroorganizma i nazvao ga (filtrat) bakteriolizin.

Godine 1915. Englez Edward Twort opisao je agens koji prolazi kroz bakterijski filter i uzrokuje liza stafilokoka.

Godine 1917. Francuz Felix D'Herrel otkrio je fenomen litičkog djelovanja filtrata izmeta bolesnika. dizenterija , što se odrazilo na bistrenje bujonske kulture i stvaranje “sterilnih mrlja” na agar kulturi patogena. On je ovu pojavu nazvao bakteriofagija, i litički agens sposoban za razmnožavanje na homolognim bakterijama - bakteriofag (od latinskog phagos - bakterije koje proždiru). U knjizi " Bakteriofagi" (1922.) D" Herrel je razmatrao prirodu faga,metode za njegovu izolaciju. Sve njegove daljnje aktivnosti bile su posvećene proučavanju bakteriofaga i njihovoj uporabi u liječenju zaraznih bolesti - fagoterapija.

Trenutno se bakteriofagi koriste u medicini za dijagnostiku, liječenje i prevenciju zaraznih bolesti.

Specifičnosti interakcije faga i bakterije.

Bakteriofage karakterizira stroga specifičnost, koja se može izraziti u sposobnosti da lizira bakterije samo jedne vrste - specifičnost vrste, ili unutar vrste – specifičnost tipa. Ako fagi liziraju bakterije srodnih vrsta koje pripadaju istom rodu, na primjer, rodu Shigella (uzročnici dizenterije), tada se nazivaju polivalentnim. Tipska specifičnost se koristi za tipizaciju (fagotipizacija) bakterija kako bi se identificirao izvor infekcije.

Prema konačnom rezultatu interakcije sa stanicom, sve f agi se mogu podijeliti na virulentan I umjereno.

Tipizacija stafilokoknih sojeva

(N.R. Ivanov, L.M. Skiteva, N.S. Solun “Bakteriološka dijagnostika i prevencija stafilokoknih bolesti”

DO Kultura je posijana u bujon (Hottinger ili Marten), inkubirana tri sata, a zatim ponovno zasijana s "travnjakom" na ploče s MPA koja sadrži 0,025-0,04% kalcijevog klorida. Dno čaše je prethodno iscrtano u kvadrate, čiji broj odgovara broju faga.

Standardni set uključuje 21 fag (80, 79, 52A, 52, 29, 71, 55, 3C, 3B, 3A, 53, 47, 42E, 7, 6, 42D, 77.75, 83A, 54, 81, 187.

Inokulirane posude se suše na temperaturi od 37° 30-40 minuta, zatim se petljom nanese kap odgovarajućeg faga, uvijek istim redom.

Ako ima puno kultura, onda se šalice stavljaju na stol (u kutiju) i skidaju se poklopci. Pomoću Pasteurove pipete uzmite prvu, a zatim sljedeću seriju testnog faga i nanesite male kapi na odgovarajući kvadrat u svakoj zdjelici. Istodobno, ne smijete dirati agar kako biste izbjegli prijenos proučavanih kultura s jedne ploče na drugu. Nakon što se kapljice faga osuše, zdjelice se postave u obrnutom položaju 5-6 sati u termostatu (temperatura 37°) i ostave na sobnoj temperaturi do jutra. Rezultati se bilježe golim okom i uz pomoć povećala, uz bilježenje broja faga koji je dao lizu na + + i više, au zagradama je upisan broj faga koji je dao lizu na +.

Ovaj članak, kao i izvješće iz biologije za 5. razred o virusima bakteriofaga, pomoći će čitatelju da nauči osnovne informacije o tim izvanstaničnim oblicima života. Ovdje ćemo pogledati njihov taksonomski položaj, strukturne značajke i vitalne funkcije, kako se manifestiraju u interakciji s bakterijama itd.

Uvod

Svima je poznato da je univerzalni predstavnik jedinice života na planeti Zemlji stanica. Međutim, prijelaz između devetnaestog i dvadesetog stoljeća bilo je razdoblje tijekom kojeg su otkrivene brojne bolesti koje su pogađale životinje, biljke pa čak i gljive. Analizirajući ovaj fenomen i uzimajući u obzir opće informacije o ljudskim bolestima, znanstvenici su shvatili da postoje organizmi koji mogu biti nestanične prirode.

Takva stvorenja su izuzetno male veličine, te su stoga sposobna proći kroz najmanji filter, a da se ne zaustave tamo gdje bi stala i najmanja stanica. To je dovelo do otkrića virusa.

Totalna informacija

Prije razmatranja predstavnika virusa - bakteriofaga - upoznajmo se s općim informacijama o ovom kraljevstvu taksonomske hijerarhije.

DNA (RNA) koja pripada virusu, jednom u stanici nositelju, počinje djelovati s nasljeđem tako da sama stanica započinje nekontrolirani proces sintetiziranja specifične serije proteina šifriranih u nukleinskoj kiselini samog patogena. Zatim dolazi do replikacije, koju izvodi izravno sama stanica, i tako započinje proces sastavljanja nove virusne čestice.

Bakteriofag

Što su virusi bakteriofagi? Ovo je poseban oblik života na Zemlji koji selektivno prodire u bakterijske stanice. Razmnožavanje se najčešće događa unutar domaćina, a sam proces dovodi do lize. Razmatrajući strukturu virusa na primjeru bakteriofaga, možemo zaključiti da se oni sastoje od ljuski koje tvore proteini i imaju uređaj za reprodukciju nasljeđa u obliku jednog lanca RNA ili dva lanca DNA. Ukupan broj bakteriofaga približno odgovara ukupnom broju bakterijskih organizama. Ovi virusi aktivno sudjeluju u kemijskom kruženju tvari i energije u prirodi. Oni uzrokuju mnoge manifestacije karakteristika kod bakterija i mikroba koje su se razvile ili razvijaju tijekom evolucije.

Povijest otkrića

Istraživač bakteriologije F. Twort stvorio je opis zarazne bolesti, koji je predložio u članku objavljenom 1915. godine. Ova bolest je zahvatila stafilokoke i mogla je proći kroz sve filtre, a također se mogla prenositi iz jedne kolonije stanica u drugu.

Mikrobiolog podrijetlom iz Kanade, F. D. Herelle, otkrio je bakteriofage u rujnu 1917. godine. Njihovo otkriće je napravljeno neovisno o radovima F. Twoorota.

Godine 1897. N. F. Gamaleya postao je promatrač fenomena bakterijske lize, koja se dogodila pod utjecajem procesa cijepljenja agensa.

Značenje

Struktura virusa na primjeru bakteriofaga može nam puno reći, posebno za interakciju s drugim informacijama koje osoba ima o njima. Na primjer, oni su vjerojatno najstariji oblik virusnih čestica. Kvantitativna analiza nam govori da njihova populacija ima više od 10 30 čestica.

U prirodi se mogu naći na istim mjestima gdje žive bakterije, na koje mogu biti osjetljive. Budući da su dotični organizmi određeni njihovim staništem, preferencijama bakterija koje inficiraju, slijedi da će bakterije tla (fagi) živjeti u tlu. Što supstrat sadrži više mikroorganizama, to je više potrebnih faga.

Zapravo, svaki bakteriofag utjelovljuje jednu od osnovnih elementarnih jedinica genetske mobilnosti. Transdukcijom izazivaju nastanak novih gena u nasljednom materijalu bakterije. Oko 10 24 bakterijske stanice mogu se zaraziti u sekundi. Ovakav oblik odgovora na pitanje koji se virusi nazivaju bakteriofazima otvoreno nam pokazuje načine raspodjele nasljednih informacija koje se javljaju između bakterijskih organizama iz zajedničkog staništa.

Strukturne značajke

Odgovarajući na pitanje kakvu strukturu ima virus bakteriofaga, možemo zaključiti da ih je moguće razlikovati prema kemijskoj strukturi, vrsti nukleinske kiseline (NA), morfološkim podacima i obliku interakcije s bakterijskim organizmima. Veličina takvog organizma može biti nekoliko tisuća puta manja od same mikrobne stanice. Tipičan predstavnik faga tvore glavu i rep. Duljina repnog dijela može biti dva do četiri puta veća od promjera glave, u kojoj se, usput rečeno, nalazi genetski potencijal u obliku lanca DNA ili RNA. Postoji i enzim, transkriptaza, uronjena u neaktivno stanje i okružena ljuskom proteina ili lipoproteina. Određuje skladištenje genoma unutar stanice i naziva se kapsida.

Strukturne značajke virusa bakteriofaga određuju njegov repni odjeljak kao cijev proteina, koja služi kao nastavak ljuske koja čini glavu. U području baze repa nalazi se ATP-aza koja regenerira energetske resurse utrošene na proces ubrizgavanja genetskog materijala.

Sustavni podaci

Bakteriofag je virus koji inficira bakterije. Ovako ga taksonomija svrstava u tablicu hijerarhijskog reda. Dodjeljivanje naslova njima u ovoj znanosti bilo je zbog otkrića ogromnog broja ovih organizama. Trenutno se ovim problemima bavi ICTV. U skladu s Međunarodnim standardima za klasifikaciju i raspodjelu taksona među virusima, bakteriofagi se razlikuju prema vrsti nukleinske kiseline koju sadrže ili morfološkim značajkama.

Danas se može razlikovati 20 obitelji, među kojima samo 2 pripadaju onima koje sadrže RNA, a 5 s prisutnošću ovojnice. Među DNA virusima samo 2 obitelji imaju jednolančani genom. 9 (genom nam se čini kao kružna molekula deoksiribonukleinske kiseline) i ostalih 9 s linearnom figurom. 9 obitelji je specifično za bakterije, a ostalih 9 za arheje.

Učinak na bakterijsku stanicu

Virusi bakteriofaga, ovisno o prirodi njihove interakcije s bakterijskom stanicom, mogu se klasificirati u virulentne i umjerene tipove faga. Prvi mogu povećati svoj broj samo uz pomoć litičkih ciklusa. Procesi tijekom kojih dolazi do interakcije virulentnog faga i stanice sastoje se od adsorpcije na površini stanice, prodiranja u strukturu stanice, procesa biosinteze fagnih elemenata i njihovog dovođenja u funkcionalno stanje, kao i izlaska iz bakteriofaga izvan domaćina.

Razmotrimo opis virusa bakteriofaga, na temelju njihovih daljnjih učinaka u stanici.

Bakterije na svojoj površini imaju posebne strukture specifične za fage, predstavljene u obliku receptora, na koje je, zapravo, bakteriofag vezan. Pomoću repa fag enzimima koji se nalaze na njegovom kraju razara membranu na određenom mjestu stanice. Zatim se kontrahira, uslijed čega se DNK unosi u stanicu. "Tijelo" virusa bakteriofaga sa svojom proteinskom ljuskom ostaje izvana.

Injekcija faga uzrokuje potpuno restrukturiranje svih metaboličkih procesa. Sinteza bakterijskih proteina, kao i RNA i DNA je završena, a sam bakteriofag započinje proces transkripcije zahvaljujući aktivnosti osobnog enzima transkriptaze, koji se aktivira tek nakon prodora u bakterijsku stanicu.

I rani i kasni lanci glasničke RNA sintetiziraju se nakon što uđu u ribosom stanice nositelja. Tamo se odvija proces sinteze takvih struktura kao što su nukleaza, ATPaza, lizozim, kapsid, nastavak repa, pa čak i DNA polimeraza. Proces replikacije odvija se u skladu s polukonzervativnim mehanizmom i provodi se samo u prisutnosti polimeraze. Kasni proteini nastaju nakon završetka procesa replikacije deoksiribonukleinske kiseline. Nakon toga počinje posljednja faza ciklusa u kojoj dolazi do sazrijevanja faga. Također se može spojiti s proteinskom ovojnicom i formirati zrele čestice spremne za infekciju.

Ciklusi života

Bez obzira na strukturu virusa bakteriofaga, svi oni imaju zajedničku karakteristiku životnog ciklusa. Prema umjerenosti ili virulenciji, obje vrste organizama su slične jedna drugoj u početnim fazama utjecaja na stanicu s istim ciklusom:

• proces adsorpcije faga na posebnom receptoru;
• ubrizgavanje nukleinskih kiselina u žrtvu;
• započinje zajednički proces replikacije nukleinskih kiselina, faga i bakterija;
• proces diobe stanica;
• razvoj lizogenim ili litičkim putem.

Umjereni bakteriofag održava način profaga i slijedi lizogeni put. Virulentni predstavnici razvijaju se u skladu s litičkim modelom, u kojem postoji niz sekvencijalnih procesa:

Virusi bakteriofaga naširoko se koriste u antibakterijskoj terapiji, koja služi kao alternativa antibioticima. Među organizmima koji se mogu primijeniti, najčešće identificirani su: streptokok, stafilokok, Klebsiella, coli, Proteaceae, piobakteriofagi, poliproteinaceae i dizenterija.

Na području Ruske Federacije registrirano je i u praksi se koristi u medicinske svrhe trinaest ljekovitih tvari na bazi faga. U pravilu se takve metode borbe protiv infekcija koriste u slučajevima kada tradicionalni oblik liječenja ne dovodi do značajnih promjena, što je posljedica slabe osjetljivosti patogena na sam antibiotik ili potpune otpornosti. U praksi se primjenom bakteriofaga brzo i kvalitetno postiže željeni uspjeh, ali za to je potrebna prisutnost biološke membrane prekrivene slojem polisaharida kroz koju antibiotici ne mogu prodrijeti.

Terapijska vrsta uporabe predstavnika faga nije podržana na Zapadu. Međutim, često se koristi u borbi protiv bakterija koje uzrokuju trovanje hranom. Dugogodišnji pokusi u proučavanju djelovanja bakteriofaga pokazuju nam da prisutnost, primjerice, u zajedničkom prostoru gradova i sela uvjetuje podvrgavanje prostora preventivnim mjerama.

Genetski inženjeri koriste bakteriofage kao vektore koji prenose dijelove DNK. I također uz njihovo sudjelovanje, događa se prijenos genomskih informacija između interakcijskih bakterijskih stanica.