Descrizione dei batteriofagi. Batteriofagi

Batteriofagi Questi sono virus che infettano selettivamente le cellule batteriche. I batteriofagi si moltiplicano nei batteri e ne causano la dissoluzione. Di norma, un batteriofago è costituito da un guscio proteico e materiale genetico: RNA a filamento singolo o doppio. La dimensione delle particelle varia da circa 20 a 200 nanometri.

Ciclo vitale di un batteriofago

1. Il fago si avvicina al batterio e i filamenti della coda si legano ai siti recettoriali sulla superficie della cellula batterica.
2. I filamenti della coda piegano e “ancorano” le spine e la placca basale alla superficie cellulare; la guaina della coda si contrae, costringendo l'albero cavo nella cella; ciò è facilitato dall'enzima lisozima, che è localizzato nella lamina basale; In questo modo, l'acido nucleico (DNA o RNA) viene introdotto nella cellula.
3. L'acido nucleico fagico codifica la sintesi degli enzimi fagici utilizzando l'apparato di sintesi proteica dell'ospite.
4. Il fago in un modo o nell'altro inattiva il DNA e l'RNA dell'ospite e gli enzimi fagici lo scompongono completamente; L'RNA fagico soggioga l'apparato cellulare.
5. L'acido nucleico fagico si replica e codifica la sintesi di nuove proteine ​​dell'involucro.
6. Nuove particelle fagiche si sono formate come risultato dell'autoassemblaggio spontaneo di un guscio proteico attorno all'acido nucleico del fago; Il lisozima viene sintetizzato sotto il controllo dell'RNA fagico.
7. Lisi cellulare: la cellula esplode sotto l'influenza del lisozima; vengono rilasciati circa 200-1000 nuovi fagi; i fagi infettano altri batteri.
8. Le fasi 1-7 durano circa 30 minuti; questo periodo è chiamato periodo di latenza.

Trattamento con batteriofagi

I batteriofagi vengono utilizzati per la terapia antibatterica, in alternativa all'assunzione di antibiotici.

Una proprietà molto importante dei batteriofagi è la loro specificità: i batteriofagi fanno la lisi delle colture di un certo tipo; inoltre, ci sono i cosiddetti. batteriofagi tipici che lisano le varianti all'interno di una specie.

I batteriofagi possono essere rilevati applicando materiale contenente batteriofagi a terreni nutritivi solidi seminati con un prato di una coltura batterica sensibile. Nella zona del prato in cui è entrato il batteriofago si forma una macchia o placca sterile.– zona di lisi dei batteri del prato dovuta alla proliferazione di batteriofagi. Il numero di colonie di batteriofagi negativi formate corrisponde al numero di batteriofagi presenti nel materiale.

I batteriofagi vengono utilizzati per prevenire e curare alcune infezioni batteriche. Recentemente, l'interesse per loro è aumentato a causa della diffusa prevalenza di forme resistenti ai farmaci di batteri patogeni e opportunistici. I preparati di batteriofagi sono prodotti sotto forma di compresse, unguenti, aerosol, supposte e in forma liquida. Sono utilizzati per l'irrigazione, la lubrificazione delle superfici delle ferite, somministrati per via orale, endovenosa, ecc.

Ogni abitante dell'Universo ha il proprio scopo: tutto in natura è armonioso e interconnesso, tutto ha le sue connessioni logiche e richiede equilibrio per vivere in equilibrio e armonia

Batteriofagi-(da batteri e greco fagos- mangiatore) sono rappresentanti speciali del regno dei virus.

La particolarità dei batteriofagi è che si sono adattati ad utilizzare cellule batteriche per la loro riproduzione.

Queste piccole creature sono sorprendentemente diverse.

I virus batterici, altrimenti chiamati batteriofagi, sono il più grande gruppo conosciuto di virus.

La moderna classificazione dei batteriofagi comprende 13 famiglie, suddivise in più di 140 generi, che contengono più di 5.300 specie di fagi.

L'uso dei moderni microscopi elettronici ha permesso di studiare in dettaglio la struttura dei fagi. Si è scoperto che molti di essi sono più complessi dei virus umani, animali e vegetali.

Che aspetto hanno i batteriofagi?

Sono molto piccoli, i più piccoli: non hanno nemmeno una cella. La dimensione del fago è di 0,1-0,2 millimicron (milionesimi di millimetro!), ovvero circa 1/1000 di una cellula batterica di circa 5 micron.

I fagi sembrano insoliti. Tra questi ci sono anche quelli che sembrano piccole stazioni spaziali: cristalli puliti con bordi netti, che poggiano su gambe fibrillare. Le pareti del “corpo” cristallino sono costituite da molecole proteiche e all’interno della struttura si trovano le informazioni genetiche del fago: DNA o RNA

Dove vivono i batteriofagi “allo stato brado”?

Hanno morfologie e habitat molto diversi. Vivono ovunque ci siano batteri: nell'acqua, nel suolo, nelle gocce di pioggia, sulle superfici di oggetti, verdure, frutta, sulla pelliccia degli animali, sulla pelle umana e all'interno del corpo.

Più l’ambiente è ricco di microrganismi, più fagi contiene. Ci sono molti fagi soprattutto nel chernozem e nei terreni su cui sono stati applicati fertilizzanti organici. Ci sono circa un miliardo di fagi in 1 mm3 di acqua normale.

L'uomo e il batteriofago

Le persone non bevono più l’acqua grezza dei fiumi né si lavano in corpi idrici naturali. Quando l'acqua entra nel sistema di approvvigionamento idrico, deve essere sottoposta a un rigoroso sistema di trattamento di clorazione. E, infatti, tutti gli esseri viventi che vivono nell'acqua muoiono.

Sì, ci liberiamo di molti microbi dannosi, ma sfortunatamente ci liberiamo anche dei nostri micro amici.

Perché è così spaventoso usare gli antibiotici quando non sono indicati, quando una persona non è ancora così malata da aver bisogno di rimedi così radicali e potenti? Perché gli antibiotici colpiscono l'intera popolazione di batteri e la flora normale.

I batteriofagi sono limitatori naturali delle popolazioni batteriche.

Ogni batteriofago penetra nel “suo” batterio attraverso un meccanismo speciale e lì inizia a moltiplicarsi. Lì si moltiplica fino a rompere il batterio e fuoriuscire. E poi molti batteriofagi iniziano a cercare batteri per riprodursi.

Del batterio rimangono solo frammenti, ma nascono almeno 100-200 nuovi fagi, pronti ad attaccare. Il ciclo – il tempo che intercorre dal momento in cui un batterio viene infettato fino alla liberazione della prole – dura solo dai 15 ai 40 minuti, a seconda del tipo di fago.

I fagi sono strettamente selettivi.

Gli scienziati non hanno nemmeno cominciato ad assegnare nomi ai fagi: è molto più conveniente chiamare un fago con il nome di un batterio. Esistono fagi streptococcici, fagi dissenteria, fagi stafilococcici, ecc., Esistono grazie ai batteri. Dove ci sono batteri ci sono anche fagi: nel terreno, nell'acqua di un ruscello, di un lago, all'interno del corpo e sulla pelle di uomini e animali.

Nel microcosmo, i fagi svolgono il ruolo di limitatori naturali del numero di batteri. Il numero di fagi varia a seconda del numero di batteri.

Se il numero di batteri necessari al fago diminuisce, allora ci saranno meno fagi, altrimenti non avranno nessun posto dove riprodursi. Pertanto, i fagi limitano, ma non distruggono completamente, la popolazione batterica.

Il rapporto tra fagi e batteri corrispondenti è nello stesso equilibrio del rapporto tra predatori e roditori nel macrocosmo.

Cosa dicono gli esperti.

Previsioni degli specialisti in malattie infettive: “La terapia fagica diventerà presto una svolta nella lotta contro le infezioni.

Le previsioni degli immunologi: “La terapia fagica occuperà la nicchia dove la moderna immunoterapia fallisce”

Le previsioni degli analisti : “Entro cinque anni la produzione di batteriofagi diventerà uno dei settori trainanti dell’industria farmaceutica”

Storia dei batteriofagi.

Anni '40. Ovunque, tranne che in Unione Sovietica, lo sviluppo dei batteriofagi è stato escluso dall'elenco degli studi promettenti. La ricerca continua in URSS

Il metodo di utilizzo degli antibiotici sta guadagnando popolarità in tutto il mondo.

Anni '80 L’efficacia del trattamento antibiotico è diminuita in modo significativo e i batteri hanno sviluppato resistenza ai farmaci.

L'interesse per la terapia fagica è rinnovato

Lo studio delle proprietà dei fagi ha contribuito allo sviluppo del concetto di terapia fagica.

Vantaggi dei batteriofagi

• agire solo su alcuni batteri
• non disturbare l’equilibrio dell’organismo superiore,
• in continua evoluzione,
• non indebolire il sistema immunitario,
• non sviluppano resistenza batterica

Alternativa agli antibiotici

• i batteriofagi sono in grado di distruggere i batteri resistenti agli antibiotici,
• complicare lo sviluppo di un meccanismo di resistenza da parte del batterio,
• penetrare bene nei tessuti del corpo umano e animale,
• non sopprimono la crescita della flora normale,
• non causare effetti collaterali,
• può essere combinato con qualsiasi farmaco
• farmaci che hanno un effetto immunostimolante.

• Trattamento delle malattie infiammatorie purulente delle mucose degli occhi e del cavo orale
• Prevenzione delle complicanze purulento-infiammatorie in ustioni, ferite, interventi chirurgici

Nell'ingegneria genetica

• per la trasduzione - trasferimento genico naturale tra batteri
• come vettori che trasferiscono sezioni di DNA

Nell'industria alimentare

• I prodotti pronti a base di carne e pollame vengono già lavorati in massa con agenti contenenti fagi.
• È in fase di sviluppo una soluzione fagica da spruzzare su carne e prodotti a base di carne nei macelli.
• I batteriofagi vengono utilizzati nella produzione di prodotti alimentari a base di carne, pollame, formaggio, prodotti vegetali, ecc.

Nell'agricoltura

• Spruzzatura di preparati fagici per proteggere piante e colture da marciumi e malattie batteriche
• L'uso di preparati fagici per proteggere il bestiame e il pollame da infezioni e malattie batteriche

Per la sicurezza ambientale

• trattamento antibatterico di semi e piante
• pulizia degli impianti di trasformazione alimentare
• sanificazione degli spazi e delle attrezzature di lavoro
• prevenzione dei locali ospedalieri
• svolgimento di attività ambientali

Nel 1898 osservò per la prima volta il fenomeno della lisi dei batteri (bacillo dell'antrace) sotto l'influenza di un agente trapiantabile.

Felix D'Herelle ha anche suggerito che i batteriofagi siano di natura corpuscolare. Tuttavia, solo dopo l'invenzione del microscopio elettronico è stato possibile vedere e studiare l'ultrastruttura dei fagi. Per molto tempo, le idee sulla morfologia e le caratteristiche principali dei fagi si sono basate sui risultati dello studio dei fagi del gruppo T - T1, T2, ..., T7, che si riproducono su Escherichia coli ceppo B. Tuttavia, ogni anno apparivano nuovi dati riguardanti la morfologia e la struttura di vari fagi, che rendevano necessaria la loro classificazione morfologica.

Il ruolo dei batteriofagi nella biosfera

I batteriofagi sono i più numerosi, diffusi nella biosfera e, presumibilmente, il gruppo di virus più antico dal punto di vista evolutivo. La dimensione stimata della popolazione fagica è superiore a 10 30 particelle fagiche.

In condizioni naturali, i fagi si trovano in luoghi dove sono presenti batteri sensibili ad essi. Quanto più un determinato substrato (terreno, escrezioni umane e animali, acqua, ecc.) è ricco di microrganismi, tanto maggiore è il numero di fagi corrispondenti in esso presenti. Pertanto, nel suolo si trovano fagi che lisano le cellule di tutti i tipi di microrganismi del suolo. I chernozem e i terreni su cui sono stati applicati fertilizzanti organici sono particolarmente ricchi di fagi.

I batteriofagi svolgono un ruolo importante nel controllo delle dimensioni delle popolazioni microbiche, nell’autolisi delle cellule che invecchiano e nel trasferimento dei geni batterici, agendo come “sistemi” vettori.

In effetti, i batteriofagi sono uno dei principali elementi genetici mobili. Attraverso la trasduzione introducono nuovi geni nel genoma batterico. È stato stimato che in 1 secondo possono essere infettati 10 24 batteri. Ciò significa che il trasferimento costante di materiale genetico è distribuito tra batteri che vivono in condizioni simili.

Un alto livello di specializzazione, un'esistenza a lungo termine e la capacità di riprodursi rapidamente in un ospite adatto contribuiscono alla loro conservazione in un equilibrio dinamico tra un'ampia varietà di specie batteriche in qualsiasi ecosistema naturale. Quando non è disponibile un ospite adatto, molti fagi possono rimanere infettivi per decenni a meno che non vengano distrutti da sostanze o condizioni ambientali estreme.

Struttura dei batteriofagi

I batteriofagi differiscono per struttura chimica, tipo di acido nucleico, morfologia e natura dell'interazione con i batteri. I virus batterici sono centinaia e migliaia di volte più piccoli delle cellule microbiche.

Una tipica particella fagica (virione) è costituita da una testa e una coda. La lunghezza della coda è solitamente 2 - 4 volte il diametro della testa. La testa contiene materiale genetico - RNA o DNA a filamento singolo o doppio con l'enzima trascrittasi in uno stato inattivo, circondato da un guscio proteico o lipoproteico - capside , preservando il genoma fuori dalla cellula.

L'acido nucleico e il capside insieme costituiscono il nucleocapside. I batteriofagi possono avere un capside icosaedrico assemblato da copie multiple di una o due proteine ​​specifiche. Tipicamente, gli angoli sono costituiti da pentameri di una proteina e il supporto di ciascun lato è costituito da esameri della stessa proteina o di proteine ​​simili. Inoltre, i fagi possono avere forma sferica, a forma di limone o pleomorfa. La coda è un tubo proteico - una continuazione del guscio proteico della testa; alla base della coda si trova l'ATPasi che rigenera energia per l'iniezione di materiale genetico. Esistono anche batteriofagi a lavorazione breve, non trasformati e filamentosi.

Il gran numero di batteriofagi isolati e studiati determina la necessità della loro sistematizzazione. La classificazione dei virus batterici ha subito modifiche: si basava sulle caratteristiche dell'ospite del virus, sulle proprietà sierologiche, morfologiche, quindi venivano prese in considerazione la struttura e la composizione fisico-chimica del virione.

Attualmente, secondo la classificazione e nomenclatura internazionale dei virus, i batteriofagi, a seconda del tipo di acido nucleico, sono divisi in contenenti DNA e RNA.

In base alle caratteristiche morfologiche, i fagi contenenti DNA sono suddivisi nelle seguenti famiglie: Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae, Lipothrixviridae, Plasmaviridae, Corticoviridae, Fuselloviridae, Tectiviridae, Microviridae, Inoviridae Plectovirus e Inoviridae Inovirus.

Interazione del batteriofago con le cellule batteriche

Adsorbimento di batteriofagi sulla superficie di una cellula batterica

In base alla natura dell'interazione del batteriofago con la cellula batterica, si distinguono i fagi virulenti e temperati. I fagi virulenti possono solo aumentare di numero attraverso il ciclo litico. Il processo di interazione di un batteriofago virulento con una cellula consiste in diverse fasi: adsorbimento del batteriofago sulla cellula, penetrazione nella cellula, biosintesi dei componenti fagici e loro assemblaggio, uscita dei batteriofagi dalla cellula.

Inizialmente, i batteriofagi si attaccano ai recettori fago-specifici sulla superficie della cellula batterica. La coda del fago, con l'aiuto di enzimi posti alla sua estremità (principalmente lisozima), scioglie localmente la membrana cellulare, si contrae e il DNA contenuto nella testa viene iniettato nella cellula, mentre l'involucro proteico del batteriofago rimane all'esterno. Il DNA iniettato provoca una ristrutturazione completa del metabolismo cellulare: si arresta la sintesi del DNA batterico, dell'RNA e delle proteine. Il DNA del batteriofago inizia a essere trascritto utilizzando il proprio enzima trascrittasi, che viene attivato dopo essere entrato nella cellula batterica. Innanzitutto vengono sintetizzati gli mRNA precoci e poi tardivi, che entrano nei ribosomi della cellula ospite, dove vengono sintetizzate le proteine ​​​​del batteriofago precoci (DNA polimerasi, nucleasi) e tardive (proteine ​​del capside e della coda, enzimi lisozima, ATPasi e trascrittasi). La replicazione del DNA del batteriofago avviene secondo un meccanismo semi-conservativo e viene effettuata con la partecipazione delle proprie DNA polimerasi. Dopo la sintesi delle proteine ​​tardive e il completamento della replicazione del DNA, inizia il processo finale: la maturazione delle particelle fagiche o la combinazione del DNA fagico con la proteina di rivestimento e la formazione di particelle fagiche infettive mature.

La durata di questo processo può variare da alcuni minuti a diverse ore. Successivamente avviene la lisi cellulare e vengono rilasciati nuovi batteriofagi maturi. A volte il fago avvia un ciclo di lisi, che provoca la lisi cellulare e il rilascio di nuovi fagi. In alternativa, il fago può avviare un ciclo lisogenico in cui, invece di replicarsi, interagisce in modo reversibile con il sistema genetico della cellula ospite essendo integrato in un cromosoma o mantenuto come plasmide. Pertanto, il genoma virale si replica in modo sincrono con il DNA dell'ospite e la divisione cellulare, e questo stato del fago è chiamato profago. Un batterio contenente un profago diventa lisogenico finché, in determinate condizioni o spontaneamente, il profago viene stimolato a subire un ciclo di replicazione litica. La transizione dalla lisogenia alla lisi è chiamata induzione lisogenica o induzione del profago. L'induzione dei fagi è fortemente influenzata dallo stato della cellula ospite prima dell'induzione, nonché dalla disponibilità di nutrienti e da altre condizioni che si verificano al momento dell'induzione. Scarse condizioni di crescita promuovono la via lisogenica, mentre buone condizioni promuovono la reazione di lisi.

I batteriofagi moderati e virulenti nelle fasi iniziali dell'interazione con una cellula batterica hanno lo stesso ciclo.

• Adsorbimento del batteriofago sui recettori cellulari fago-specifici.
• Iniezione di acido nucleico fagico in una cellula ospite.
• Co-replicazione dell'acido nucleico fagico e batterico.
• Divisione cellulare.
• Inoltre, il batteriofago può svilupparsi secondo due modelli: percorso lisogenico o litico. Moderare Dopo la divisione cellulare, i batteriofagi si trovano nello stato profago (via lisogenica). Virulento i batteriofagi si sviluppano secondo il modello litico:
• L'acido nucleico dei fagi dirige la sintesi degli enzimi fagici utilizzando l'apparato batterico di sintesi delle proteine. Il fago in un modo o nell'altro inattiva il DNA e l'RNA dell'ospite e gli enzimi fagici lo scompongono completamente; L'RNA del fago “subordina” l'apparato cellulare per la sintesi proteica.
• L'acido nucleico fagico si replica e dirige la sintesi di nuove proteine ​​dell'involucro. Nuove particelle fagiche si formano come risultato dell'autoassemblaggio spontaneo del guscio proteico (capsidi) attorno all'acido nucleico dei fagi; Il lisozima viene sintetizzato sotto il controllo dell'RNA fagico.
• Lisi cellulare: la cellula esplode sotto l'influenza del lisozima; vengono rilasciati circa 200-1000 nuovi fagi; i fagi infettano altri batteri.

Applicazione

In medicina

Uno degli ambiti di utilizzo dei batteriofagi è la terapia antibatterica, un'alternativa all'assunzione di antibiotici. Ad esempio, vengono utilizzati batteriofagi: streptococco, stafilococco, klebsiella, dissenteria polivalente, piobatteriofago, coli, proteo e coliproteo e altri.

I batteriofagi vengono utilizzati anche nell'ingegneria genetica come vettori che trasferiscono sezioni di DNA; è anche possibile il trasferimento naturale dei geni tra batteri attraverso alcuni fagi (trasduzione).

I vettori fagici vengono solitamente creati sulla base del batteriofago temperato λ, contenente una molecola di DNA lineare a doppio filamento. I bracci sinistro e destro del fago contengono tutti i geni necessari per il ciclo litico (replicazione, riproduzione). La parte centrale del genoma del batteriofago λ (contiene geni che controllano la lisogenia, cioè la sua integrazione nel DNA di una cellula batterica) non è essenziale per la sua riproduzione ed è di circa 25mila paia di basi. Questa parte può essere sostituita con un frammento di DNA estraneo. Tali fagi modificati subiscono un ciclo litico, ma la lisogenia non avviene. I vettori del batteriofago λ vengono utilizzati per clonare frammenti di DNA eucariotico (cioè geni più grandi) fino a 23 kb di dimensione. Inoltre, i fagi senza inserti - meno di 38 kb o, al contrario, con inserti troppo grandi - più di 52 kb, non si sviluppano e non infettano i batteri.

Nella biologia

Poiché la riproduzione dei batteriofagi è possibile solo nelle cellule viventi, i batteriofagi possono essere utilizzati per determinare la vitalità dei batteri. Questa direzione ha grandi prospettive, poiché una delle questioni principali in vari processi biotecnologici è determinare la vitalità delle colture utilizzate. Utilizzando il metodo di analisi elettroottica delle sospensioni cellulari, è stata mostrata la possibilità di studiare le fasi dell'interazione cellula fago-microbica.

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I fagi attaccano
Storia domestica della produzione e dell'uso dei batteriofagi

Nel nostro Paese i batteriofagi per esigenze mediche vengono prodotti e utilizzati da quasi 80 anni: anche durante la Grande Guerra Patriottica, con il loro aiuto è stato possibile salvare la vita di migliaia di feriti e prevenire un'epidemia di colera nell'assediata Stalingrado prima del famoso Battaglia di Stalingrado. L'emergere e la diffusione capillare degli antibiotici ha praticamente ridotto la produzione di batteriofagi nel mondo a "nulla", quindi per decenni l'URSS è rimasta l'unico paese in cui le tecnologie per la produzione di preparati fagici non solo hanno continuato a svilupparsi, ma sono state messe a punto su base industriale.

E oggi la Russia rimane il leader mondiale nella produzione e nell’uso terapeutico di questi agenti antibatterici efficaci e sicuri

Grazie alla collaborazione di due grandi microbiologi - il francese Felix d'Herelle e il georgiano Georgiy Eliava - nell'URSS negli anni '20. È stato creato il primo e unico centro di ricerca al mondo per la batteriofagogia. Nonostante le repressioni, a seguito delle quali il suo primo direttore G. G. Eliava fu fucilato e alcuni dei suoi dipendenti furono mandati in esilio, l'Istituto dei batteriofagi di Tbilisi sopravvisse e continuò il suo lavoro, diventando il centro leader a livello mondiale per la ricerca terapeutica e la produzione di questi batteriofagi. “assassini”.

I batteriofagi di fabbricazione sovietica furono utilizzati per la prima volta su larga scala in situazioni di emergenza causate da epidemie di infezioni batteriche alla fine degli anni '30. Così, nel 1938, scoppiò un'epidemia di colera in diverse regioni dell'Afghanistan confinanti con il territorio dell'URSS. Per prevenire la diffusione di questa grave malattia batterica si è deciso di utilizzare il batteriofago del colera nelle zone di confine. Il preparato fagico è stato somministrato alla popolazione locale e aggiunto a pozzi e serbatoi. Di conseguenza, sul territorio sovietico non è stato registrato un solo caso di colera.

Nel 1896, il russo Vladimir Aaronovich Khavkin scoprì l'attività antimicrobica dei campioni d'acqua dei fiumi indiani. Questi farmaci, precedentemente fatti passare attraverso filtri batterici, hanno inibito la crescita della coltura Vibrio cholerae .

Nel 1898, il russo N.F. Gamaleya ha osservato la dissoluzione della cultura agente patogeno dell'antrace sotto l'influenza del filtrato di questo microrganismo e lo chiamò batteriolisina (filtrato).

Nel 1915, l'inglese Edward Twort descrisse un agente che passa attraverso un filtro batterico e provoca lisi degli stafilococchi.

Nel 1917, il francese Felix D'Herrel scoprì il fenomeno dell'azione litica del filtrato delle feci di un paziente dissenteria , che si è riflesso nella pulizia del brodo di coltura e nella formazione di “macchie sterili” sulla coltura dell'agar dell'agente patogeno. Ha chiamato questo fenomeno batteriofagia, e un agente litico capace di moltiplicarsi su batteri omologhi - batteriofago (dal latino phagos - batteri divoratori). Nel libro " Batteriofagi" (1922) D" Herrel considerò la natura del fago,metodi per il suo isolamento. Tutte le sue ulteriori attività furono dedicate allo studio dei batteriofagi e al loro utilizzo nel trattamento delle malattie infettive - terapia fagica.

Attualmente i batteriofagi vengono utilizzati in medicina per la diagnosi, il trattamento e la prevenzione delle malattie infettive.

Specificità dell'interazione tra fagi e batteri.

I batteriofagi sono caratterizzati da una rigorosa specificità, che può essere espressa nella capacità di lisare i batteri di un solo tipo: specificità della specie, o all'interno di una specie – specificità del tipo. Se i fagi liscono i batteri di specie correlate appartenenti allo stesso genere, ad esempio il genere Shigella (agenti causativi della dissenteria), vengono chiamati polivalenti. La specificità del tipo viene utilizzata per la tipizzazione (tipizzazione fagica) dei batteri al fine di identificare la fonte dell'infezione.

Secondo il risultato finale dell'interazione con la cellula, tutti i f agi può essere suddiviso in virulento E moderare.

Tipizzazione dei ceppi stafilococcici

(N.R. Ivanov, L.M. Skiteva, N.S. Solun “Diagnosi batteriologica e prevenzione delle malattie stafilococciche”

A La coltura viene seminata in brodo (Hottinger o Martora), incubata per tre ore, e poi riseminata con un “prato” su piastre con MPA contenente 0,025-0,04% di cloruro di calcio. Il fondo della tazza viene preliminarmente disegnato in quadrati, il cui numero corrisponde al numero di fagi.

Il set standard comprende 21 fagi (80, 79, 52A, 52, 29, 71, 55, 3C, 3B, 3A, 53,47,42E, 7, 6, 42D, 77.75, 83A, 54, 81, 187.

Le piastre inoculate vengono essiccate ad una temperatura di 37° per 30-40 minuti, quindi viene applicata con un'ansa una goccia del fago corrispondente, sempre nello stesso ordine.

Se ci sono molte colture, le tazze vengono poste sul tavolo (in una scatola) e i coperchi vengono rimossi. Usando una pipetta Pasteur, prendere la prima e poi la successiva serie di fagi di prova e applicare piccole gocce nel quadrato corrispondente in ciascuna piastra. Allo stesso tempo, non toccare l'agar per evitare il trasferimento delle colture studiate da una piastra all'altra. Dopo che le goccioline fagiche si sono asciugate, le piastre vengono poste in posizione capovolta per 5-6 ore in un termostato (temperatura 37°) e lasciate a temperatura ambiente fino al mattino. I risultati si registrano ad occhio nudo e con l'aiuto di una lente di ingrandimento, annotando il numero del fago che ha dato lisi a + + e superiore, e tra parentesi si annota il numero del fago che ha dato lisi a +.

Questo articolo, come una relazione di biologia per la quinta elementare sui virus batteriofagi, aiuterà il lettore ad apprendere le informazioni di base su queste forme di vita extracellulari. Qui esamineremo la loro posizione tassonomica, le caratteristiche strutturali e le funzioni vitali, come si manifestano quando interagiscono con i batteri, ecc.

introduzione

Tutti sanno che il rappresentante universale dell'unità della vita sul pianeta Terra è la cellula. Tuttavia, il passaggio tra il XIX e il XX secolo fu un’epoca durante la quale furono scoperte numerose malattie che colpivano animali, piante e persino funghi. Analizzando questo fenomeno e tenendo conto delle informazioni generali sulle malattie umane, gli scienziati si sono resi conto che esistono organismi che potrebbero essere di natura non cellulare.

Tali creature sono di dimensioni estremamente ridotte e quindi sono in grado di passare attraverso il filtro più piccolo, senza fermarsi dove si fermerebbe anche la cellula più piccola. Ciò ha portato alla scoperta dei virus.

Informazioni totali

Prima di considerare i rappresentanti dei virus - i batteriofagi - facciamo conoscenza con le informazioni generali su questo regno della gerarchia tassonomica.

Il DNA (RNA) appartenente al virus, una volta all'interno della cellula portatrice, inizia ad interagire con l'ereditarietà tanto che la cellula stessa inizia il processo incontrollato di sintesi di una serie specifica di proteine ​​criptate nell'acido nucleico del patogeno stesso. Successivamente avviene la replicazione, eseguita direttamente dalla cellula stessa, e così inizia il processo di assemblaggio di una nuova particella virale.

Batteriofago

Cosa sono i virus batteriofagi? Questa è una forma speciale di vita sulla Terra che penetra selettivamente nelle cellule batteriche. La riproduzione avviene molto spesso all'interno dell'ospite e il processo stesso porta alla lisi. Considerando la struttura dei virus usando l'esempio dei batteriofagi, possiamo concludere che sono costituiti da gusci formati da proteine ​​​​e hanno un apparato per riprodurre l'ereditarietà sotto forma di una catena di RNA o due catene di DNA. Il numero totale di batteriofagi corrisponde approssimativamente all'intero numero di organismi batterici. Questi virus prendono parte attiva alla circolazione chimica delle sostanze e dell'energia in natura. Causano molte manifestazioni di caratteristiche nei batteri e nei microbi sviluppati o in via di sviluppo durante l'evoluzione.

Storia della scoperta

Il ricercatore di batteriologia F. Twort creò una descrizione della malattia infettiva, che propose in un articolo pubblicato nel 1915. Questa malattia colpiva gli stafilococchi e poteva passare attraverso qualsiasi filtro e poteva anche essere trasportata da una colonia di cellule ad altre.

Un microbiologo originario del Canada, F. D. Herelle, scoprì i batteriofagi nel settembre 1917. La loro scoperta fu fatta indipendentemente dai lavori di F. Twoorot.

Nel 1897, N. F. Gamaleya divenne un osservatore del fenomeno della lisi batterica, avvenuta sotto l'influenza del processo di innesto di un agente.

Senso

La struttura dei virus, usando l'esempio di un batteriofago, può dirci molto, soprattutto per quanto riguarda l'interazione con altre informazioni che una persona ha su di loro. Ad esempio, sono presumibilmente la forma più antica di particelle virali. L'analisi quantitativa ci dice che la loro popolazione ha più di 10 30 particelle.

In natura si possono trovare negli stessi luoghi in cui vivono i batteri, ai quali potrebbero essere sensibili. Poiché gli organismi in questione sono determinati dal loro habitat, dalle preferenze dei batteri che infettano, ne consegue che i batteri lisanti del suolo (fagi) vivranno nel terreno. Più microrganismi contiene il substrato, più fagi necessari ci sono.

Ogni batteriofago infatti incarna una delle unità elementari fondamentali della mobilità genetica. Usando la trasduzione, provocano l'emergere di nuovi geni nel materiale ereditario del batterio. In un secondo possono infettarsi circa 10 24 cellule batteriche. Questa forma di risposta alla domanda su quali virus siano chiamati batteriofagi ci mostra apertamente i metodi di distribuzione delle informazioni ereditarie che si verificano tra organismi batterici di un habitat comune.

Caratteristiche strutturali

Rispondendo alla domanda su quale struttura abbia un virus batteriofago, possiamo concludere che possono essere distinti in base alla struttura chimica, al tipo di acido nucleico (NA), ai dati morfologici e alla forma di interazione con gli organismi batterici. La dimensione di un tale organismo può essere diverse migliaia di volte inferiore a quella della cellula microbica stessa. Un tipico rappresentante dei fagi è formato da una testa e una coda. La lunghezza della sezione della coda può essere da due a quattro volte maggiore del diametro della testa, in cui, tra l'altro, si trova il potenziale genetico, assumendo la forma di una catena di DNA o RNA. Esiste anche un enzima, la trascrittasi, immerso in uno stato inattivo e circondato da un guscio di proteine ​​o lipoproteine. Determina la conservazione del genoma all'interno della cellula e si chiama capside.

Le caratteristiche strutturali del virus batteriofago determinano il suo compartimento della coda come un tubo di proteine, che funge da continuazione del guscio che costituisce la testa. Nella regione della base della coda è presente l'ATPasi che rigenera le risorse energetiche spese nel processo di iniezione del materiale genetico.

Dati sistematici

Un batteriofago è un virus che infetta i batteri. Ecco come la tassonomia lo classifica in una tabella di ordine gerarchico. L'assegnazione del titolo a loro in questa scienza fu dovuta alla scoperta di un numero enorme di questi organismi. Attualmente, questi problemi vengono affrontati dall'ICTV. In conformità con gli standard internazionali per la classificazione e la distribuzione dei taxa tra i virus, i batteriofagi si distinguono per il tipo di acido nucleico che contengono o per caratteristiche morfologiche.

Oggi si possono distinguere 20 famiglie, di cui solo 2 appartengono a quelle contenenti RNA e 5 con la presenza di un involucro. Tra i virus a DNA, solo 2 famiglie hanno un genoma a filamento singolo. 9 (il genoma ci appare come una molecola circolare di acido desossiribonucleico) e gli altri 9 con una figura lineare. 9 famiglie sono specifiche per i batteri e le altre 9 sono specifiche per gli archaea.

Effetto sulla cellula batterica

I virus batteriofagi, a seconda della natura della loro interazione con la cellula batterica, possono essere classificati in fagi di tipo virulento e moderato. I primi riescono ad aumentare il loro numero solo con l'ausilio di cicli litici. I processi durante i quali avviene l'interazione tra un fago virulento e una cellula consistono nell'adsorbimento sulla superficie cellulare, nella penetrazione nella struttura cellulare, nei processi per la biosintesi degli elementi fagici e nella loro messa in uno stato funzionale, nonché nell'uscita del batteriofago oltre l'ospite.

Consideriamo la descrizione dei virus batteriofagi, in base ai loro ulteriori effetti nella cellula.

I batteri hanno sulla loro superficie speciali strutture fago-specifiche, presentate sotto forma di recettori, ai quali, infatti, è attaccato il batteriofago. Utilizzando la coda, il fago, attraverso gli enzimi contenuti alla sua estremità, distrugge la membrana in un determinato punto della cellula. Successivamente, si contrae, a seguito della quale il DNA viene introdotto nella cellula. Il “corpo” del virus batteriofago con il suo guscio proteico rimane all’esterno.

L'iniezione effettuata dal fago provoca una completa ristrutturazione di tutti i processi metabolici. La sintesi delle proteine ​​batteriche, così come dell'RNA e del DNA, è completata e il batteriofago stesso inizia il processo di trascrizione grazie all'attività di un enzima personale chiamato trascrittasi, che si attiva solo dopo la penetrazione nella cellula batterica.

Sia i filamenti precoci che quelli tardivi dell'RNA messaggero vengono sintetizzati dopo essere entrati nel ribosoma della cellula portatrice. Lì avviene il processo di sintesi di strutture come nucleasi, ATPasi, lisozima, capside, estensione della coda e persino DNA polimerasi. Il processo di replicazione procede secondo un meccanismo semi-conservativo e viene effettuato solo in presenza della polimerasi. Le proteine ​​tardive si formano dopo il completamento dei processi di replicazione dell'acido desossiribonucleico. Successivamente inizia la fase finale del ciclo, in cui avviene la maturazione dei fagi. Può anche combinarsi con il guscio proteico e formare particelle mature pronte per l'infezione.

Cicli della vita

Indipendentemente dalla struttura del virus batteriofago, tutti hanno una caratteristica comune dei cicli di vita. Secondo la moderazione o la virulenza, entrambi i tipi di organismi sono simili tra loro nelle fasi iniziali dell'influenza sulla cellula con lo stesso ciclo:

• il processo di adsorbimento dei fagi su un recettore speciale;
• iniettare acidi nucleici nella vittima;
• inizia il processo congiunto di replicazione degli acidi nucleici, sia fagici che batterici;
• processo di divisione cellulare;
• sviluppo per via lisogenica o litica.

Il batteriofago temperato mantiene la modalità profago e segue il percorso lisogenico. I rappresentanti virulenti si sviluppano secondo il modello litico, in cui esistono numerosi processi sequenziali:

I virus batteriofagi sono ampiamente utilizzati nella terapia antibatterica, che funge da alternativa agli antibiotici. Tra gli organismi applicabili, i più comunemente identificati sono: streptococco, stafilococco, Klebsiella, coli, Proteaceae, piobatteriofagi, poliproteinacee e dissenteria.

Sul territorio della Federazione Russa sono state registrate tredici sostanze medicinali a base di fagi e utilizzate nella pratica per scopi medici. Di norma, tali metodi di lotta alle infezioni vengono utilizzati nei casi in cui la forma tradizionale di trattamento non porta a cambiamenti significativi, a causa della debole sensibilità dell'agente patogeno all'antibiotico stesso o della completa resistenza. In pratica, l'uso di batteriofagi porta al raggiungimento rapido e di alta qualità del successo desiderato, ma ciò richiede la presenza di una membrana biologica ricoperta da uno strato di polisaccaridi, attraverso la quale gli antibiotici non possono penetrare.

Il tipo terapeutico di utilizzo dei rappresentanti dei fagi non è supportato in Occidente. Tuttavia, viene spesso utilizzato per combattere i batteri che causano intossicazioni alimentari. Molti anni di esperimenti nello studio dell'attività dei batteriofagi ci mostrano che la presenza, ad esempio, nello spazio comune di città e villaggi determina l'assoggettamento dello spazio a misure preventive.

Gli ingegneri genetici utilizzano i batteriofagi come vettori che trasferiscono sezioni di DNA. E anche con la loro partecipazione avviene il trasferimento di informazioni genomiche tra cellule batteriche interagenti.