Bakteriofāgu apraksts. Bakteriofāgi

Bakteriofāgi Tie ir vīrusi, kas selektīvi inficē baktēriju šūnas. Bakteriofāgi vairojas baktērijās un izraisa to izšķīšanu. Parasti bakteriofāgs sastāv no proteīna apvalka un ģenētiskā materiāla - vienpavedienu vai divpavedienu RNS. Daļiņu izmērs svārstās no aptuveni 20 līdz 200 nanometriem.

Bakteriofāga dzīves cikls

1. Fāgs tuvojas baktērijai, un astes pavedieni saistās ar receptoru vietām uz baktēriju šūnas virsmas.
2. Astes pavedieni noliec un “noenkuro” muguriņas un pamatplāksni pie šūnas virsmas; astes apvalks saraujas, iespiežot dobo vārpstu šūnā; to veicina enzīms lizocīms, kas atrodas bazālajā laminā; Tādā veidā šūnā tiek ievadīta nukleīnskābe (DNS vai RNS).
3. Fāga nukleīnskābe kodē fāgu enzīmu sintēzi, izmantojot saimniekorganisma proteīnu sintezēšanas aparātu.
4. Fāgs vienā vai otrā veidā inaktivē saimnieka DNS un RNS, un fāga enzīmi to pilnībā noārda; Fāga RNS pakļauj šūnu aparātu.
5. Fāga nukleīnskābe replikē un kodē jaunu apvalka proteīnu sintēzi.
6. Jaunas fāga daļiņas, kas veidojas proteīna apvalka spontānas pašsavienošanās rezultātā ap fāga nukleīnskābi; Lizocīms tiek sintezēts fāga RNS kontrolē.
7. Šūnu līze: šūna pārsprāgst lizocīma ietekmē; tiek atbrīvoti aptuveni 200-1000 jaunu fāgu; fāgi inficē citas baktērijas.
8. 1.-7. posms aizņem apmēram 30 minūtes; šo periodu sauc par latento periodu.

Ārstēšana ar bakteriofāgiem

Bakteriofāgi tiek izmantoti antibakteriālai terapijai kā alternatīva antibiotiku lietošanai.

Ļoti svarīga bakteriofāgu īpašība ir to specifika: bakteriofāgi lizē noteikta veida kultūras, turklāt pastāv t.s. tipiski bakteriofāgi, kas lizē sugas variantus.

Bakteriofāgus var noteikt, uzklājot bakteriofāgu saturošu materiālu cietai barības vielu barotnei, kas iesēta ar jutīgas baktēriju kultūras zālienu. Zālāja vietā, kur ir iekļuvis bakteriofāgs, veidojas sterils plankums vai plāksne.– zāliena baktēriju līzes zona bakteriofāgu proliferācijas dēļ. Izveidoto negatīvo bakteriofāgu koloniju skaits atbilst materiālā esošo bakteriofāgu skaitam.

Bakteriofāgi tiek izmantoti noteiktu bakteriālu infekciju profilaksei un ārstēšanai. Pēdējā laikā interese par tām ir palielinājusies, jo plaši izplatās pret zālēm rezistentas patogēno un oportūnistisko baktēriju formas. Bakteriofāgu preparātus ražo tablešu, ziežu, aerosolu, svecīšu un šķidrā veidā. Tos izmanto apūdeņošanai, brūču virsmu eļļošanai, ievada iekšķīgi, intravenozi utt.

Katram Visuma iemītniekam ir savs mērķis: dabā viss ir harmoniski un savstarpēji saistīts, visam ir savi loģiskie savienojumi un nepieciešams līdzsvars, lai dzīvotu līdzsvarā un harmonijā.

Bakteriofāgi-(no baktērijas un grieķu fagos- ēdājs) ir īpaši vīrusu valstības pārstāvji.

Bakteriofāgu īpatnība ir tāda, ka tie ir pielāgojušies baktēriju šūnu izmantošanai savai pavairošanai.

Šīs mazās radības ir pārsteidzoši daudzveidīgas.

Baktēriju vīrusi, citādi saukti par bakteriofāgiem, ir lielākā zināmā vīrusu grupa.

Mūsdienu bakteriofāgu klasifikācijā ietilpst 13 ģimenes, kas sadalītas vairāk nekā 140 ģintīs, kurās ir vairāk nekā 5300 fāgu sugu.

Mūsdienu elektronu mikroskopu izmantošana ir ļāvusi detalizēti izpētīt fāgu struktūru. Izrādījās, ka daudzi no tiem ir sarežģītāki par cilvēku, dzīvnieku un augu vīrusiem.

Kā izskatās bakteriofāgi?

Viņi ir ļoti mazi, mazākie - viņiem pat nav šūnas. Fāga izmērs ir 0,1–0,2 milimikroni (milimetra miljondaļas!), kas ir aptuveni 1/1000 daļa no apmēram 5 mikronus lielas baktērijas šūnas.

Fāgi izskatās neparasti. Starp tiem ir arī tādas, kas izskatās pēc mazām kosmosa stacijām: glīti kristāli ar skaidrām malām, kas stāv uz fibrilu kājām. Kristāla “ķermeņa” sienas ir veidotas no proteīnu molekulām, un tās iekšpusē atrodas fāga ģenētiskā informācija – DNS vai RNS.

Kur bakteriofāgi dzīvo “savvaļā”?

Viņiem ir ļoti atšķirīga morfoloģija un biotopi. Viņi dzīvo visur, kur ir baktērijas – ūdenī, augsnē, lietus lāsēs, uz priekšmetu virsmām, dārzeņiem, augļiem, uz dzīvnieku kažokādām, uz cilvēka ādas un ķermeņa iekšienē.

Jo vide ir bagātāka ar mikroorganismiem, jo ​​vairāk tajā ir fāgu. Īpaši daudz fāgu ir černozemā un augsnēs, kurās ir iestrādāts organiskais mēslojums. 1 mm3 parastā ūdens ir aptuveni miljards fāgu.

Cilvēks un bakteriofāgs

Cilvēki vairs nedzer jēlu ūdeni no upēm un nemazgājas dabiskās ūdenstilpēs. Kad ūdens nonāk ūdens apgādes sistēmā, tam jāveic stingra hlorēšanas attīrīšanas sistēma. Un patiesībā visas dzīvās radības, kas dzīvo ūdenī, mirst.

Jā, mēs atbrīvojamies no daudziem kaitīgajiem mikrobiem, bet diemžēl mēs atbrīvojamies arī no mūsu mikro draugiem.

Kāpēc ir tik biedējoši lietot antibiotikas, ja tās nav norādītas, ja cilvēks vēl nav tik slims, lai viņam būtu nepieciešami tik radikāli spēcīgi līdzekļi? Tā kā antibiotikas ietekmē visu baktēriju populāciju un normālu floru.

Bakteriofāgi ir dabiski baktēriju populāciju ierobežotāji.

Katrs bakteriofāgs caur īpašu mehānismu iekļūst “savā” baktērijā un sāk tur vairoties. Tas tur vairojas, līdz salauž baktēriju un iznāk ārā. Un tad daudzi bakteriofāgi sāk meklēt baktērijas, lai tajās vairoties.

No baktērijas palikuši tikai fragmenti, bet piedzimst vismaz 100-200 jaunu fāgu, kas ir gatavi uzbrukumam. Cikls - laiks no brīža, kad baktērija tiek inficēta līdz pēcnācēju atbrīvošanai, atkarībā no fāga veida ilgst tikai 15 līdz 40 minūtes.

Fāgi ir stingri selektīvi.

Zinātnieki pat nesāka piešķirt nosaukumus fāgiem: daudz ērtāk ir saukt fāgu ar baktēriju nosaukumu. Ir streptokoku fāgi, dizentērijas fāgi, stafilokoku fāgi utt., Tie pastāv, pateicoties baktērijām. Kur ir baktērijas, ir arī fāgi: augsnē, strauta ūdenī, ezerā, ķermeņa iekšienē un uz cilvēku un dzīvnieku ādas.

Mikrokosmosā fāgi spēlē dabisko baktēriju skaita ierobežotāju lomu. Fāgu skaits svārstās atkarībā no baktēriju skaita.

Ja fāgam nepieciešamo baktēriju skaits samazinās, tad fāgu paliek mazāk, pretējā gadījumā tiem nebūs kur vairoties. Tāpēc fāgi ierobežo, bet ne pilnībā iznīcina baktēriju populāciju.

Fāgu un atbilstošo baktēriju attiecība ir tādā pašā līdzsvarā kā plēsēju un grauzēju attiecība makrokosmosā.

Ko saka eksperti.

Infektologu prognoze: “Fāgu terapija drīzumā kļūs par izrāvienu cīņā pret infekcijām.

Imunologu prognoze: "Fāgu terapija aizņems to nišu, kurā mūsdienu imūnterapija neizdodas"

Analītiķu prognoze : "Piecu gadu laikā bakteriofāgu ražošana kļūs par vienu no vadošajām nozarēm farmācijas nozarē"

Bakteriofāgu vēsture.

1940. gadi. Visur, izņemot PSRS, bakteriofāgu attīstība ir izslēgta no daudzsološo pētījumu saraksta. Pētījumi PSRS turpinās

Antibiotiku lietošanas metode kļūst arvien populārāka visā pasaulē.

1980. gadiĀrstēšanas ar antibiotikām efektivitāte ir ievērojami samazinājusies.Baktērijām ir izveidojusies zāļu rezistence.

Interese par fāgu terapiju ir atjaunojusies

Fāgu īpašību izpēte veicināja fāgu terapijas koncepcijas izstrādi.

Bakteriofāgu priekšrocības

• iedarbojas tikai uz noteiktām baktērijām
• neizjaukt augstākā organisma līdzsvaru,
• pastāvīgi attīstās,
• nenovājināt imūnsistēmu,
• neveidojas baktēriju rezistence

Alternatīva antibiotikām

• bakteriofāgi spēj iznīcināt baktērijas, kas ir rezistentas pret antibiotikām,
• sarežģī baktēriju rezistences mehānisma attīstību,
• labi iekļūst cilvēka un dzīvnieku ķermeņa audos,
• nenomāc normālas floras augšanu,
• neizraisa blakusparādības,
• var kombinēt ar jebkādām zālēm
• zāles, kurām ir imūnstimulējoša iedarbība.

• Acu un mutes dobuma gļotādu strutojošu-iekaisīgu slimību ārstēšana
• Strutojošu-iekaisuma komplikāciju novēršana apdegumos, brūcēs, ķirurģiskas iejaukšanās gadījumā

Gēnu inženierijā

• transdukcijai - dabiska gēnu pārnese starp baktērijām
• kā vektori, kas pārnes DNS sekcijas

Pārtikas rūpniecībā

• Ēšanai gatavie gaļas un putnu gaļas produkti jau tiek masveidā apstrādāti ar fāgu saturošiem līdzekļiem.
• Tiek izstrādāts fāga risinājums gaļas un gaļas produktu izsmidzināšanai kautuvēs.
• Bakteriofāgi tiek izmantoti pārtikas produktu ražošanā no gaļas, mājputnu gaļas, siera, augu produktiem u.c.

Lauksaimniecībā

• Fāgu preparātu izsmidzināšana, lai aizsargātu augus un kultūraugus no puves un bakteriālām slimībām
• Fāgu preparātu izmantošana mājlopu un mājputnu aizsardzībai no infekcijām un bakteriālām slimībām

Vides drošībai

• sēklu un augu antibakteriāla apstrāde
• pārtikas pārstrādes rūpnīcu tīrīšana
• darba telpu un aprīkojuma dezinfekcija
• slimnīcas telpu profilakse
• vides aktivitāšu veikšana

Tālajā 1898. gadā viņš pirmo reizi novēroja baktēriju (sibīrijas mēra bacillus) līzes fenomenu transplantējama līdzekļa ietekmē.

Fēlikss D'Herelle arī ierosināja, ka bakteriofāgi ir korpuskulāri. Taču tikai pēc elektronu mikroskopa izgudrošanas bija iespējams redzēt un pētīt fāgu ultrastruktūru. Ilgu laiku idejas par fāgu morfoloģiju un galvenajām iezīmēm balstījās uz T-grupas fāgu - T1, T2, ..., T7 - ​​izpētes rezultātiem, kas vairojas uz E. coli celms B. Tomēr katru gadu parādījās jauni dati par dažādu fāgu morfoloģiju un struktūru, kas radīja nepieciešamību pēc to morfoloģiskās klasifikācijas.

Bakteriofāgu loma biosfērā

Bakteriofāgi ir visvairāk, biosfērā plaši izplatīti un, domājams, evolucionāri senākā vīrusu grupa. Aprēķinātais fāgu populācijas lielums ir vairāk nekā 10 30 fāgu daļiņas.

Dabiskos apstākļos fāgi atrodas vietās, kur ir pret tiem jutīgas baktērijas. Jo bagātāks ir konkrēts substrāts (augsne, cilvēku un dzīvnieku ekskrēcijas, ūdens u.c.) mikroorganismos, jo lielāks ir tajā atrodamo atbilstošo fāgu skaits. Tādējādi augsnēs atrodami fāgi, kas lizē visu veidu augsnes mikroorganismu šūnas. Īpaši ar fāgiem bagātas ir černzemju augsnēs un augsnēs, kurās izmantots organiskais mēslojums.

Bakteriofāgiem ir svarīga loma mikrobu populāciju lieluma kontrolēšanā, novecojošo šūnu autolīzē un baktēriju gēnu pārnesē, darbojoties kā vektoru “sistēmas”.

Patiešām, bakteriofāgi ir viens no galvenajiem mobilajiem ģenētiskajiem elementiem. Ar transdukcijas palīdzību tie ievada jaunus gēnus baktēriju genomā. Ir aprēķināts, ka 1 sekundē var inficēties 10 24 baktērijas. Tas nozīmē, ka pastāvīgā ģenētiskā materiāla pārnešana tiek izplatīta starp baktērijām, kas dzīvo līdzīgos apstākļos.

Augsts specializācijas līmenis, ilgstoša pastāvēšana un spēja ātri vairoties piemērotā saimniekorganismā veicina to saglabāšanu dinamiskā līdzsvarā starp dažādām baktēriju sugām jebkurā dabiskā ekosistēmā. Ja nav pieejams piemērots saimnieks, daudzi fāgi var palikt infekciozi gadu desmitiem, ja vien tos neiznīcina ārkārtējas vielas vai vides apstākļi.

Bakteriofāgu struktūra

Bakteriofāgi atšķiras pēc ķīmiskās struktūras, nukleīnskābes veida, morfoloģijas un mijiedarbības ar baktērijām rakstura. Baktēriju vīrusi ir simtiem un tūkstošiem reižu mazāki nekā mikrobu šūnas.

Tipiska fāga daļiņa (virions) sastāv no galvas un astes. Astes garums parasti ir 2 - 4 reizes lielāks par galvas diametru. Galva satur ģenētisko materiālu - vienpavedienu vai divpavedienu RNS vai DNS ar enzīmu transkriptāzi neaktīvā stāvoklī, ko ieskauj proteīna vai lipoproteīna apvalks - kapsīds , saglabājot genomu ārpus šūnas.

Nukleīnskābe un kapsīds kopā veido nukleokapsīdu. Bakteriofāgiem var būt ikosaedrisks kapsīds, kas samontēts no vairākām viena vai divu specifisku proteīnu kopijām. Parasti stūri ir izgatavoti no proteīna pentamēriem, un katras puses balsts ir izgatavots no tā paša vai līdzīga proteīna heksamēriem. Turklāt fāgi var būt sfēriski, citrona formas vai pleomorfi. Aste ir proteīna caurule - galvas proteīna apvalka turpinājums, astes pamatnē atrodas ATPāze, kas atjauno enerģiju ģenētiskā materiāla ievadīšanai. Ir arī īslaicīgi apstrādāti, neapstrādāti un pavedienveida bakteriofāgi.

Lielais izolēto un pētīto bakteriofāgu skaits nosaka to sistematizācijas nepieciešamību. Baktēriju vīrusu klasifikācija ir mainījusies: tā tika balstīta uz vīrusa saimnieka īpašībām, seroloģiskām, morfoloģiskām īpašībām, un pēc tam tika ņemta vērā viriona struktūra un fizikāli ķīmiskais sastāvs.

Pašlaik saskaņā ar Starptautisko vīrusu klasifikāciju un nomenklatūru bakteriofāgi atkarībā no nukleīnskābes veida tiek iedalīti DNS un RNS saturošajos.

Pamatojoties uz morfoloģiskajām īpašībām, DNS saturošie fāgi tiek iedalīti šādās ģimenēs: Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae, Lipothrixviridae, Plasmaviridae, Corticoviridae, Fuselloviridae, Tectiviridae, Microviridae, Inoviridae Plectovirus un Inovir.

Bakteriofāga mijiedarbība ar baktēriju šūnām

Bakteriofāgu adsorbcija uz baktēriju šūnas virsmas

Pamatojoties uz bakteriofāga mijiedarbības raksturu ar baktēriju šūnu, izšķir virulentos un mērenos fāgus. Virulento fāgu skaits var palielināties tikai lītiskā cikla laikā. Virulentā bakteriofāga mijiedarbības process ar šūnu sastāv no vairākiem posmiem: bakteriofāga adsorbcija uz šūnas, iekļūšana šūnā, fāga komponentu biosintēze un to montāža, bakteriofāgu izvadīšana no šūnas.

Sākotnēji bakteriofāgi pievienojas fāgam specifiskiem receptoriem uz baktēriju šūnas virsmas. Fāga aste ar tās galā esošo enzīmu (galvenokārt lizocīma) palīdzību lokāli izšķīdina šūnas membrānu, saraujas un galvā esošā DNS tiek ievadīta šūnā, bet bakteriofāga proteīna apvalks paliek ārpusē. Injicētā DNS izraisa pilnīgu šūnas metabolisma pārstrukturēšanu: baktēriju DNS, RNS un olbaltumvielu sintēze apstājas. Bakteriofāga DNS sāk transkribēt, izmantojot savu transkriptāzes enzīmu, kas tiek aktivizēts pēc iekļūšanas baktērijas šūnā. Vispirms tiek sintezētas agrīnās un pēc tam vēlās mRNS, kas nonāk saimniekšūnas ribosomās, kur tiek sintezētas agrīnās (DNS polimerāzes, nukleāzes) un vēlīnās (kapsīdu un astes olbaltumvielas, enzīmi lizocīms, ATPāze un transkriptāze) bakteriofāgu proteīni. Bakteriofāgu DNS replikācija notiek saskaņā ar daļēji konservatīvu mehānismu un tiek veikta, piedaloties savām DNS polimerāzēm. Pēc vēlo proteīnu sintēzes un DNS replikācijas pabeigšanas sākas pēdējais process - fāgu daļiņu nobriešana jeb fāga DNS apvienošanās ar apvalka proteīnu un nobriedušu infekciozo fāgu daļiņu veidošanās.

Šī procesa ilgums var būt no vairākām minūtēm līdz vairākām stundām. Pēc tam notiek šūnu līze un tiek atbrīvoti jauni nobrieduši bakteriofāgi. Dažreiz fāgs uzsāk līzes ciklu, kā rezultātā notiek šūnu līze un jaunu fāgu atbrīvošanās. Alternatīvi, fāgs var ierosināt lizogēno ciklu, kurā tā vietā, lai replikētu, tas atgriezeniski mijiedarbojas ar saimniekšūnas ģenētisko sistēmu, integrējoties hromosomā vai uzturot kā plazmīdu. Tādējādi vīrusa genoms replikējas sinhroni ar saimnieka DNS un šūnu dalīšanos, un šo fāga stāvokli sauc par profāgu. Baktērija, kas satur profāgu, kļūst lizogēna, līdz noteiktos apstākļos vai spontāni propāgs tiek stimulēts iziet lītiskā replikācijas ciklu. Pāreju no lizogēnas uz līzi sauc par lizogēnu indukciju vai profāgu indukciju. Fāgu indukciju spēcīgi ietekmē saimniekšūnas stāvoklis pirms indukcijas, kā arī barības vielu pieejamība un citi apstākļi, kas rodas indukcijas laikā. Slikti augšanas apstākļi veicina lizogēno ceļu, bet labi apstākļi veicina līzes reakciju.

Mēreniem un virulentiem bakteriofāgiem mijiedarbības sākumposmā ar baktēriju šūnu ir vienāds cikls.

• Bakteriofāga adsorbcija uz fāgam specifiskiem šūnu receptoriem.
• Fāga nukleīnskābes ievadīšana saimniekšūnā.
• Fāga un baktēriju nukleīnskābes kopreplikācija.
• Šūnu dalīšanās.
• Turklāt bakteriofāgs var attīstīties pēc diviem modeļiem: lizogēnā vai lītiskā ceļa. Mērens Pēc šūnu dalīšanās bakteriofāgi atrodas profāga stāvoklī (lizogēnais ceļš). Virulents Bakteriofāgi attīstās saskaņā ar Lytic modeli:
• Fāga nukleīnskābe vada fāgu enzīmu sintēzi, izmantojot baktērijas proteīnu sintēzes aparātu. Fāgs vienā vai otrā veidā inaktivē saimnieka DNS un RNS, un fāga enzīmi to pilnībā noārda; Fāga RNS “pakārto” šūnu aparātu proteīnu sintēzei.
• Fāga nukleīnskābe atkārto un vada jaunu apvalka proteīnu sintēzi. Jaunas fāga daļiņas veidojas proteīna apvalka (kapsīdu) spontānas pašsavienošanās rezultātā ap fāga nukleīnskābi; Lizocīms tiek sintezēts fāga RNS kontrolē.
• Šūnu līze: šūna pārsprāgst lizocīma ietekmē; tiek atbrīvoti aptuveni 200-1000 jaunu fāgu; fāgi inficē citas baktērijas.

Pieteikums

Medicīnā

Viena no bakteriofāgu lietošanas jomām ir antibakteriālā terapija, alternatīva antibiotiku lietošanai. Piemēram, tiek izmantoti bakteriofāgi: streptokoku, stafilokoku, klebsiella, polivalentā dizentērijas, piobakteriofāga, koli, proteusa un koliproteusa un citi.

Bakteriofāgi tiek izmantoti arī gēnu inženierijā kā vektori, kas pārnes DNS sekcijas; iespējama arī dabiska gēnu pārnese starp baktērijām caur dažiem fāgiem (transdukcija).

Fāgu vektori parasti tiek izveidoti, pamatojoties uz mērenu bakteriofāgu λ, kas satur divpavedienu lineāro DNS molekulu. Fāga kreisajā un labajā rokā ir visi lītiskajam ciklam (replikācijai, reprodukcijai) nepieciešamie gēni. Bakteriofāga λ genoma vidusdaļa (satur gēnus, kas kontrolē lizogēniju, tas ir, tās integrāciju baktēriju šūnas DNS) nav būtiska tās reprodukcijai un ir aptuveni 25 tūkstoši bāzes pāru. Šo daļu var aizstāt ar svešu DNS fragmentu. Šādi modificētie fāgi iziet lītisko ciklu, bet lizogēnija nenotiek. Bakteriofāgu λ vektorus izmanto, lai klonētu eikariotu DNS fragmentus (t.i., lielākus gēnus) līdz 23 kb lieliem. Turklāt fāgi bez ieliktņiem - mazāk par 38 kb vai, gluži pretēji, ar pārāk lieliem ieliktņiem - vairāk nekā 52 kb, neattīstās un neinficē baktērijas.

Bioloģijā

Tā kā bakteriofāgu reprodukcija ir iespējama tikai dzīvās šūnās, baktēriju dzīvotspējas noteikšanai var izmantot bakteriofāgus. Šim virzienam ir lielas perspektīvas, jo viens no galvenajiem jautājumiem dažādos biotehnoloģiskos procesos ir izmantoto kultūraugu dzīvotspējas noteikšana. Izmantojot šūnu suspensiju elektrooptiskās analīzes metodi, tika parādīta iespēja pētīt fāgu-mikrobu šūnu mijiedarbības posmus.

Saites

1. Baktēriju vīrusi
2. Bakteriofāgs
3. Ackermann H.‑W. //Res. Microbiol., 2003. - V. 154. - P. 245-251
4. Hendrikss R.V. // Teor. Popul. Biol., 2002. - V. 61. - P. 471-480
5. Suttle C.A. (2005. gada septembris), Vuirus jūrā. Nature 437:356–361.
6. Šestakovs S.V. Kā notiek horizontālā gēnu pārnešana un ir ierobežota baktērijās. Ekoloģiskā ģenētika 2007. - T. 5. - Nr. 2. - P. 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., Margaritelli M. 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., Sallivan S. A., Daugherty S. L., Haft D. H., Zhwinnu J., G. Zafars N., Khouri H., Radūns D., Dimitrovs G., Vatkins K., O'Konora K. J., Smits S., Uterbeks T. R., Vaits O., Rubenss K. E., Grandijs G., Medofs L. K., Kaspers D. L., Telforda J.L.,. Wessels M. R., Rappuoli R., Fraser C. M. Vairāku Streptococcus agalactiae patogēno izolātu genoma analīze: ietekme uz mikrobu “pan-genomu”. Proc. Natl. Akad. Sci. ASV 2005. 102: 13950-13955
8. Guttman B., Raya R., Kutter E. Basic Phage Biology, in Bacteriophages: Biology and Applications, (Kutter E. and Sulakvelidze A., ed.), CRP Press, 2005 FL. - R.29-66.
9. Kovaleva E. N. Bioloģiskā produkta izveide, pamatojoties uz izolētiem un pētītiem bakteriofāgiem Enterococcus faecalis: Dis. ...cand. biol. Sci. - Saratova, 2009. - 151 lpp.
10. Ackermann H.‑W. //Res. Microbiol., 2003. - V. 154. - P. 245-251.
11. Ožereļeva N. G. Īsa medicīnas enciklopēdija, M.: Padomju enciklopēdijas izdevniecība, 1989. - otrais izdevums.
12. Rusaļejevs V.S., Baktēriju vīrusu taksonomija / V.S. Rusaļejevs // Veterinārā medicīna. - 1990. - Nr.12. - 25.-28.lpp.
13. Vīrusu taksonomija. Vīrusu klasifikācija un nomenklatūra. Septītais Starptautiskās vīrusu taksonomijas komitejas ziņojums / Rediģēja M.H.V. van Regenmontels u.c. - Sandjego: Academic Press, 2000. - P. 43-53, 64-129.
14. Reja R.R., Hēberts E.M. Fāga izolēšana, indukējot lizogēnus. Bakteriofāgi: metodes un protokoli, 1. sējums: izolēšana, raksturojums un mijiedarbība (Martha R. J. Clokie, Andrew M. Kropinski (eds.), 2009. - V. 501. - P. 23-32.
15. Mikrobioloģija: mācību grāmata. pabalsts / V.V.Līsaks. - Minska: BSU, 2007. - 430 lpp.
16. Adams M., Bakteriofāgi / M. Adams. - M.:Medgiz, 1961. - 521 lpp.
17. Goldfarb D. M., Bakteriofagija / D. M. Goldfarb. - M.: Medgiz, 1961. - 299 lpp.
18. Ščelkunovs S. N. Gēnu inženierija / S. N. Ščelkunovs. - Novosibirska: Sib. Univ. izdevniecība, 2004. - 496 lpp.
19. Gulijs O.I., Bunins V.D., O’Nīls D., Ivņitskis D., Ignatovs O.V. Jauna elektrooptiskā pieeja ātrai šūnu dzīvotspējas pārbaudei // Biosensori un bioelektronika. 2007. V. 23. P. 583-587.

Fāgu uzbrukums
Bakteriofāgu ražošanas un lietošanas vietējā vēsture

Mūsu valstī bakteriofāgi medicīniskām vajadzībām tiek ražoti un izmantoti gandrīz 80 gadus: pat Lielā Tēvijas kara laikā ar to palīdzību bija iespējams glābt tūkstošiem ievainoto dzīvības un novērst holēras epidēmiju aplenktajā Staļingradā pirms slavenā Staļingradas kauja. Antibiotiku parādīšanās un plašā izplatība praktiski samazināja bakteriofāgu ražošanu pasaulē līdz “nekam”, tāpēc PSRS gadu desmitiem bija vienīgā valsts, kurā ne tikai turpināja attīstīties, bet arī tika ieviestas fāgu preparātu ražošanas tehnoloģijas. uz rūpnieciskiem pamatiem.

Un šodien Krievija joprojām ir pasaules līderis šo efektīvo un drošo antibakteriālo līdzekļu ražošanā un terapeitiskajā lietošanā

Pateicoties divu izcilu mikrobiologu - francūža Fēliksa d'Herelle un gruzīna Georgija Eliava - sadarbībai PSRS 20. gados. Tika izveidots pasaulē pirmais un vienīgais bakteriofagoloģijas pētniecības centrs. Neskatoties uz represijām, kuru rezultātā tika nošauts tā pirmais direktors G. G. Eliava un daļa no viņa darbiniekiem nosūtīti trimdā, Tbilisi Bakteriofāgu institūts izdzīvoja un turpināja darbu, kļūstot par pasaulē vadošo šo baktēriju terapeitiskās izpētes un ražošanas centru. "slepkavas".

Padomju Savienības ražotie bakteriofāgi pirmo reizi tika plaši izmantoti ārkārtas situācijās, ko izraisīja bakteriālu infekciju uzliesmojumi pagājušā gadsimta 30. gadu beigās. Tā 1938. gadā vairākos Afganistānas reģionos, kas robežojas ar PSRS teritoriju, izcēlās holēras epidēmija. Lai novērstu šīs smagās bakteriālās slimības izplatīšanos, tika nolemts pierobežas rajonos izmantot holēras bakteriofāgu. Fāga preparāts tika dots vietējiem iedzīvotājiem un pievienots akām un rezervuāriem. Tā rezultātā padomju teritorijā netika reģistrēts neviens holēras gadījums.

1896. gadā krievs Vladimirs Aaronovičs Havkins atklāja Indijas upju ūdens paraugu pretmikrobu aktivitāti. Šīs zāles, kas iepriekš tika izlaistas caur baktēriju filtriem, kavēja kultūras augšanu Vibrio cholerae .

1898. gadā krievu N.F. Gamaleja novēroja kultūras izjukšanu Sibīrijas mēra patogēns šī mikroorganisma filtrāta ietekmē un nosauca to (filtrātu) bakteriolizīnu.

1915. gadā anglis Edvards Tvorts aprakstīja līdzekli, kas iziet cauri baktēriju filtram un izraisa stafilokoku līze.

1917. gadā francūzis Fēlikss D'Herrels atklāja pacienta fekāliju filtrāta lītiskās iedarbības fenomenu. dizentērija , kas atspoguļojās buljona kultūras notīrīšanā un “sterilu plankumu” veidošanā uz patogēna agara kultūras. Viņš sauca šo fenomenu bakteriofagija un lītisks līdzeklis, kas spēj vairoties uz homologām baktērijām - bakteriofāgs (no latīņu valodas phagos — aprijošas baktērijas). Grāmatā " Bakteriofāgi" (1922) D" Herrels aplūkoja fāga būtību,tās izolācijas metodes. Visa viņa turpmākā darbība bija veltīta bakteriofāgu izpētei un to izmantošanai infekcijas slimību ārstēšanā - fāgu terapija.

Pašlaik bakteriofāgi tiek izmantoti medicīnā infekcijas slimību diagnostikai, ārstēšanai un profilaksei.

Fāgu un baktēriju mijiedarbības specifika.

Bakteriofāgiem ir raksturīga stingra specifika, kas izpaužas kā spēja lizēt tikai viena veida baktērijas - sugas specifika, vai sugas ietvaros – tipa specifika. Ja fāgi lizē radniecīgu sugu baktērijas, kas pieder tai pašai ģints, piemēram, Shigella ģints (dizentērijas izraisītāji), tad tos sauc par polivalentiem. Tipa specifiku izmanto baktēriju tipizēšanai (fāgu tipizēšanai), lai identificētu infekcijas avotu.

Saskaņā ar galīgo mijiedarbības rezultātu ar šūnu visi f agi var iedalīt virulenti Un mērens.

Stafilokoku celmu tipēšana

(N.R. Ivanovs, L.M. Skiteva, N.S. Soluns “Stafilokoku slimību bakterioloģiskā diagnostika un profilakse”

UZ Kultūru iesēj buljonā (Hottinger vai Marten), inkubē trīs stundas un pēc tam atkārtoti iesēj ar “zālienu” uz plāksnēm ar MPA, kas satur 0,025–0,04% kalcija hlorīda. Krūzes apakšdaļa ir sākotnēji ievilkta kvadrātos, kuru skaits atbilst fāgu skaitam.

Standarta komplektā ietilpst 21 fāgs (80, 79, 52A, 52, 29, 71, 55, 3C, 3B, 3A, 53,47,42E, 7, 6, 42D, 77.75, 83A, 54, 81, 187.

Inokulētos traukus žāvē 37° temperatūrā 30-40 minūtes, pēc tam ar cilpu uzliek attiecīgā fāga pilienu vienmēr tādā pašā secībā.

Ja ir daudz kultūru, tad krūzītes liek uz galda (kastītē) un noņem vākus. Izmantojot Pastēra pipeti, paņemiet pirmo un pēc tam nākamo testa fāga rasi un uzklājiet mazus pilienus attiecīgajā kvadrātā katrā trauciņā. Tajā pašā laikā agaram nevajadzētu pieskarties, lai izvairītos no pētīto kultūru pārnešanas no vienas plāksnes uz otru. Pēc fāga pilienu nožūšanas traukus uz 5-6 stundām novieto apgrieztā stāvoklī termostatā (temperatūra 37°) un atstāj istabas temperatūrā līdz rītam. Rezultātus reģistrē ar neapbruņotu aci un ar palielināmo stiklu, atzīmējot fāga skaitu, kas izraisīja līzi pie + + un vairāk, un iekavās tiek atzīmēts fāga skaits, kas izraisīja līzi pie +.

Šis raksts, tāpat kā bioloģijas ziņojums 5. klasei par bakteriofāgu vīrusiem, palīdzēs lasītājam uzzināt pamatinformāciju par šīm ārpusšūnu dzīvības formām. Šeit mēs apskatīsim to taksonomisko atrašanās vietu, struktūras iezīmes un dzīvībai svarīgās funkcijas, kā tās izpaužas mijiedarbībā ar baktērijām utt.

Ievads

Ikviens zina, ka planētas Zeme dzīvības vienības universālais pārstāvis ir šūna. Tomēr pagrieziens starp deviņpadsmito un divdesmito gadsimtu bija laikmets, kurā tika atklātas vairākas slimības, kas skāra dzīvniekus, augus un pat sēnītes. Analizējot šo parādību un ņemot vērā vispārīgo informāciju par cilvēku slimībām, zinātnieki saprata, ka ir organismi, kas pēc būtības var nebūt šūnveida.

Šādas radības ir ārkārtīgi maza izmēra, un tāpēc tās spēj iziet cauri mazākajam filtram, neapstājoties vietā, kur apstātos pat mazākā šūna. Tas noveda pie vīrusu atklāšanas.

Kopējā informācija

Pirms apsvērt vīrusu pārstāvjus - bakteriofāgus - iepazīsimies ar vispārīgu informāciju par šo taksonomiskās hierarhijas valstību.

Vīrusam piederošā DNS (RNS), nonākot nesējšūnā, sāk mijiedarboties ar iedzimtību, tādējādi šūna pati sāk nekontrolētu specifisku proteīnu sērijas sintezēšanas procesu, kas šifrēts paša patogēna nukleīnskābē. Tālāk notiek replikācija, ko tieši veic pati šūna, un tādējādi sākas jaunas vīrusa daļiņas montāžas process.

Bakteriofāgs

Kas ir bakteriofāgu vīrusi? Šī ir īpaša dzīvības forma uz Zemes, kas selektīvi iekļūst baktēriju šūnās. Reprodukcija visbiežāk notiek saimniekorganisma iekšienē, un pats process noved pie līzes. Ņemot vērā vīrusu struktūru, izmantojot bakteriofāgu piemēru, varam secināt, ka tie sastāv no proteīnu veidotiem apvalkiem un tiem ir aparāts iedzimtības reproducēšanai vienas RNS ķēdes vai divu DNS ķēžu veidā. Kopējais bakteriofāgu skaits aptuveni atbilst visam baktēriju organismu skaitam. Šie vīrusi aktīvi piedalās vielu un enerģijas ķīmiskajā apritē dabā. Tie izraisa daudzas evolūcijas laikā attīstītās vai attīstījušās baktēriju un mikrobu īpašību izpausmes.

Atklājumu vēsture

Bakterioloģijas pētnieks F. Twort izveidoja infekcijas slimības aprakstu, ko viņš ierosināja rakstā, kas publicēts 1915. gadā. Šī slimība skāra stafilokokus un varēja iziet cauri jebkuriem filtriem, kā arī to varēja transportēt no vienas šūnu kolonijas uz citām.

Mikrobiologs no Kanādas F. D. Herelle 1917. gada septembrī atklāja bakteriofāgus. To atklājums tika veikts neatkarīgi no F. Tvorota darbiem.

1897. gadā N. F. Gamaleja kļuva par baktēriju līzes fenomena novērotāju, kas notika aģenta potēšanas procesa ietekmē.

Nozīme

Vīrusu struktūra, izmantojot bakteriofāga piemēru, var mums daudz pastāstīt, jo īpaši attiecībā uz mijiedarbību ar citu informāciju, kas cilvēkam ir par viņiem. Piemēram, tās, iespējams, ir vecākā vīrusu daļiņu forma. Kvantitatīvā analīze liecina, ka viņu populācijā ir vairāk nekā 10 30 daļiņas.

Dabā tās var atrast tajās pašās vietās, kur dzīvo baktērijas, pret kurām tās var būt jutīgas. Tā kā attiecīgos organismus nosaka to dzīvotne, to inficēto baktēriju izvēle, no tā izriet, ka augsnē dzīvos lizējošās augsnes baktērijas (fāgi). Jo vairāk mikroorganismu satur substrāts, jo vairāk ir nepieciešamo fāgu.

Faktiski katrs bakteriofāgs iemieso vienu no ģenētiskās mobilitātes pamatelementu vienībām. Izmantojot transdukciju, tie izraisa jaunu gēnu rašanos baktērijas iedzimtības materiālā. Apmēram 10 24 baktēriju šūnas var inficēties sekundē. Šī atbildes forma uz jautājumu, kurus vīrusus sauc par bakteriofāgiem, atklāti parāda iedzimtas informācijas izplatīšanas metodes, kas rodas starp baktēriju organismiem no kopīgas dzīvotnes.

Strukturālās iezīmes

Atbildot uz jautājumu, kāda ir bakteriofāgu vīrusa struktūra, varam secināt, ka tos var atšķirt pēc ķīmiskās struktūras, nukleīnskābes (NA) veida, morfoloģiskajiem datiem un mijiedarbības ar baktēriju organismiem formas. Šāda organisma izmērs var būt vairākus tūkstošus reižu mazāks par pašu mikrobu šūnu. Tipisku fāgu pārstāvi veido galva un aste. Astes daļas garums var būt divas līdz četras reizes lielāks par galvas diametru, kurā, starp citu, atrodas ģenētiskais potenciāls, kas izpaužas kā DNS vai RNS ķēde. Ir arī enzīms, transkriptāze, kas ir iegremdēta neaktīvā stāvoklī un ko ieskauj proteīnu vai lipoproteīnu apvalks. Tas nosaka genoma uzglabāšanu šūnā un tiek saukts par kapsīdu.

Bakteriofāga vīrusa struktūras iezīmes nosaka tā astes nodalījumu kā olbaltumvielu caurulīti, kas kalpo kā čaumalas turpinājums, kas veido galvu. Astes pamatnes reģionā atrodas ATPāze, kas atjauno enerģijas resursus, kas iztērēti ģenētiskā materiāla injekcijas procesā.

Sistemātiski dati

Bakteriofāgs ir vīruss, kas inficē baktērijas. Šādi taksonomija to klasificē hierarhiskās secības tabulā. Nosaukuma piešķiršana viņiem šajā zinātnē bija saistīta ar milzīga skaita šo organismu atklāšanu. Pašlaik šīs problēmas risina ICTV. Saskaņā ar Starptautiskajiem standartiem taksonu klasifikācijai un izplatīšanai vīrusu vidū, bakteriofāgi tiek izšķirti pēc tajos esošās nukleīnskābes veida vai morfoloģiskām pazīmēm.

Mūsdienās var izdalīt 20 ģimenes, no kurām tikai 2 pieder tām, kas satur RNS, un 5 ar aploksnes klātbūtni. No DNS vīrusiem tikai 2 ģimenēm ir vienpavedienu genoms. 9 (genoms mums šķiet kā apļveida dezoksiribonukleīnskābes molekula) un pārējie 9 ar lineāru figūru. 9 ģimenes ir raksturīgas baktērijām, bet pārējās 9 ir raksturīgas arhejām.

Ietekme uz baktēriju šūnu

Bakteriofāgu vīrusus atkarībā no to mijiedarbības rakstura ar baktēriju šūnu var iedalīt virulentos un mērenos fāgos. Pirmie spēj palielināt savu skaitu tikai ar lītisko ciklu palīdzību. Procesi, kuru laikā notiek virulentā fāga un šūnas mijiedarbība, sastāv no adsorbcijas uz šūnas virsmas, iekļūšanas šūnu struktūrā, fāgu elementu biosintēzes procesiem un to nogādāšanas funkcionālā stāvoklī, kā arī izeju no šūnas virsmas. bakteriofāgs ārpus saimnieka.

Apskatīsim bakteriofāgu vīrusu aprakstu, pamatojoties uz to turpmāko ietekmi šūnā.

Baktērijām uz to virsmas ir īpašas fāgam raksturīgas struktūras, kas ir receptoru veidā, pie kurām faktiski ir pievienots bakteriofāgs. Izmantojot asti, fāgs, izmantojot tā galā esošos fermentus, iznīcina membrānu noteiktā šūnas vietā. Tālāk tas saraujas, kā rezultātā DNS tiek ievadīta šūnā. Bakteriofāga vīrusa “ķermenis” ar proteīna apvalku paliek ārpusē.

Fāga veiktā injekcija izraisa visu vielmaiņas procesu pilnīgu pārstrukturēšanu. Baktēriju proteīnu, kā arī RNS un DNS sintēze ir pabeigta, un pats bakteriofāgs sāk transkripcijas procesu, pateicoties personīgā enzīma, ko sauc par transkriptāzi, aktivitātei, kas tiek aktivizēta tikai pēc iekļūšanas baktēriju šūnā.

Gan agrīnās, gan vēlīnās kurjer-RNS virknes tiek sintezētas pēc tam, kad tās nonāk nesējšūnas ribosomā. Tur notiek tādu struktūru kā nukleāzes, ATPāzes, lizocīma, kapsīda, astes pagarinājuma un pat DNS polimerāzes sintēzes process. Replikācijas process notiek saskaņā ar daļēji konservatīvu mehānismu un tiek veikts tikai polimerāzes klātbūtnē. Vēlīnās olbaltumvielas veidojas pēc dezoksiribonukleīnskābes replikācijas procesu pabeigšanas. Pēc tam sākas cikla pēdējais posms, kurā notiek fāgu nobriešana. Tas var arī apvienoties ar proteīna apvalku un veidot nobriedušas daļiņas, kas ir gatavas infekcijai.

Dzīves cikli

Neatkarīgi no bakteriofāga vīrusa struktūras tiem visiem ir kopīga dzīves ciklu iezīme. Saskaņā ar mērenību vai virulenci abi organismu veidi ir līdzīgi viens otram šūnu ietekmēšanas sākumposmā ar vienu un to pašu ciklu:

• fāgu adsorbcijas process uz īpaša receptora;
• nukleīnskābju injicēšana cietušajam;
• sākas kopīgs nukleīnskābju, gan fāgu, gan baktēriju replikācijas process;
• šūnu dalīšanās process;
• attīstība lizogēnā vai lītiskā ceļā.

Mērenais bakteriofāgs saglabā profāga režīmu un seko lizogēnajam ceļam. Virulentie pārstāvji attīstās saskaņā ar lītisko modeli, kurā notiek vairāki secīgi procesi:

Bakteriofāgu vīrusi tiek plaši izmantoti antibakteriālajā terapijā, kas kalpo kā alternatīva antibiotikām. Starp organismiem, kas var būt piemērojami, visbiežāk identificētie ir: streptokoki, stafilokoki, klebsiella, coli, proteaceae, piobakteriofāgi, poliproteīna un dizentērija.

Krievijas Federācijas teritorijā ir reģistrētas un praksē medicīniskiem nolūkiem izmantotas trīspadsmit uz fāgu bāzes ražotas zāles. Parasti šādas infekcijas apkarošanas metodes tiek izmantotas gadījumos, kad tradicionālā ārstēšanas forma nerada būtiskas izmaiņas, ko izraisa patogēna vājā jutība pret pašu antibiotiku vai pilnīga rezistence. Praksē bakteriofāgu izmantošana ļauj ātri un kvalitatīvi sasniegt vēlamos panākumus, taču tam ir nepieciešama bioloģiska membrāna, kas pārklāta ar polisaharīdu slāni, caur kuru antibiotikas nevar iekļūt.

Rietumos netiek atbalstīts fāgu pārstāvju terapeitiskais lietošanas veids. Tomēr to bieži izmanto, lai apkarotu baktērijas, kas izraisa saindēšanos ar pārtiku. Daudzu gadu eksperimenti, pētot bakteriofāgu aktivitāti, parāda, ka klātbūtne, piemēram, pilsētu un ciemu kopējā telpā nosaka telpas pakļaušanu preventīviem pasākumiem.

Ģenētiskie inženieri izmanto bakteriofāgus kā vektorus, kas pārnes DNS sekcijas. Un arī ar viņu līdzdalību notiek genoma informācijas pārnešana starp mijiedarbīgām baktēriju šūnām.