Лекция. Бактериофаги (831472)
Текст из файла
БактериофагиОткрытие бактериофагов• Несомненно, многие бактериологи наблюдали и описывали проявлениядействия фага на бактериальные культуры. В 1896 году английскийбактериолог Э. Ханкин, исследуя антибактериальное действие водыиндийских рек, пришел к выводу о существовании агента, проходящегочерез бактериальные фильтры и вызывающего лизис холерных вибрионов.• По некоторым данным, российский микробиолог Н.Ф.
Гамалея в 1897 годунаблюдал лизис бацилл сибирской язвы. Однако первая научная публикацияо фагах — статья 1915 года английского микробиолога Ф. Туорта, в которойон описал инфекционное поражение стафилококков, значительноизменявшее морфологию колоний. Инфекционный агент свободно проходилчерез бактериальные фильтры, и его можно было переносить из однойколонии в другую. Туорт выдвинул несколько гипотез, объясняющих этоявление, в частности — гипотезу о фильтрующемся вирусе, подобномвирусам растений и животных.
Однако его работа не привлекла вниманияученых, а Туорт забросил ее из-за службы в армии: началась Перваямировая.• В 1917 году канадский бактериолог Ф. Д’Эрелль независимо от Туортасообщил об открытии вируса, «пожирающего» бактерий, — бактериофага.• Микробиологи того времени считали, что чума свиней вызываетсясовместным действием микроба и вируса. Д’Эрелль предположил, чтосхожая этиология и у дизентерии.
С помощью свечейШамберлана он отфильтровал фекалии больных дизентерией и добавилих в пробирки с культурами шигелл, намереваясь ввести смесь бактерийи предполагаемого вируса экспериментальным животным. Однакона следующие сутки он обнаружил, что бульон, в котором росли шигеллы,стал прозрачным, что свидетельствовало о гибели бактерий.
Профильтровавбульон из этих пробирок, он снова заразил полученными фильтратамикультуры шигелл. И вновь на следующие сутки он обнаружил, что бульонстал прозрачным. Полученное «литическое начало» можно былобесконечно пассировать от одной культуры к другой, что привело Д’Эрелляк мысли о существовании вируса, разрушающего бактерии.
В дальнейшемон обнаружил фаги стафилококка, холерного вибриона и сальмонеллы.Учитывая эффективность фагов против патогенных микроорганизмови их широкое распространение в природе, Д’Эрелль предположил, что онииграют определенную роль в развитии иммунитета к инфекционнымзаболеваниям и выздоровлении.• В 1920–1940-е годы было проведено множество исследованийпо клиническому применению бактериофагов, однакостабильных результатов получено не было, и на Западебактериофаги стали в основном объектом изучения биологов.В 1931 году Совет фармации и химии Американской медицинскойассоциации опубликовал обзор 150 работ по фаготерапии,в котором M. Итон и С.
Бэйн-Джонс утверждали, что природа фаганеживая; возможно, это фермент, и ошибочно связыватьвоздействие фага на бактерии или его терапевтический эффектс его жизнедеятельностью. Такие выводы способствовалисущественному сокращению капиталовложений в исследованияпо медицинскому применению фагов на Западе.• В СССР в ранние годы бактериофагам уделяли достаточновнимания. В 1923 грузинский микробиолог Г.Г. Элиава, ученикД’Эрелля, основал в Тбилиси Институт бактериофагов, ставшийвпоследствии Всесоюзным центром фаготерапии, коллекциякоторого на сегодняшний день составляет около 3000 фаговыхштаммов. Однако успешное применение антибиотиков в 1960–1970-е годы практически похоронило идеи фаготерапии.
Так,например, в Большой советской энциклопедииуказано: «Антибиотики и другие химиотерапевтические средстваоказались эффективнее фагов, в связи с чем их применениес лечебной целью сузилось».Строение и классификация• На протяжении почти 70 лет бактериофаги, как и другие вирусы,были для биологов такими же невидимыми, как атомы дляфизиков, в силу их субмикроскопических размеров. И тольков 1942 году, с помощью недавно изобретенного(М. Кнолль, Э.
Руска, 1931 г.) электронного микроскопа, будущийнобелевский лауреат С. Лурия (Колумбийский университет)и Т. Андерсон (RCA-лаборатория, Камден, Нью-Джерси) получилипервые фотографии бактериофага Т2, или «анти-коли РС», как егоназывали Лурия и Андерсон• Фаги весьма разнообразны по морфологии —в отличие от вирусов животных и растений. Всеизвестные в настоящее время вирусы эукариотимеют либо форму многогранника (икосаэдра),либо спиралевидный тип симметрии. Что жекасается фагов, то среди них тоже встречаютсяформы со спиралевидным или кубическимтипамисимметрии, но подавляющее число изученныхк настоящему времени фагов сочетает в однойчастице оба типа: кубический — у головки,а спиралевидный — у отростка (рис.
2). Стольсвоеобразное строение фагов, отличающееих от других вирусов, объясняется наличиему бактерий ригидной клеточной стенки, котораяисключает возможность проникновения вирионовв клетку путем пиноцитоза или виропексиса. Такаяструктурная особенность бактерий способствовалаформированию у фагов других способовинфицирования, что и нашло отражениев их облике.• Именно морфология легла в основу современной классификациибактериофагов.
Казалось бы, целесообразнее разделять фаги по принципуих связи с определенным видом микроорганизма, который онипоражают, — что и легло в основу первых классификаций. Но этот принципне обеспечивает необходимой точности, так как один штамм фага можетпоражать разные микроорганизмы, то есть иметь широкий литическийспектр. И наоборот, один вид бактерий может поражаться несколькимифагами, различающимися между собой по целому ряду свойств, в том числеморфологически, тогда как фаги, активные в отношении разных видови даже родов микроорганизмов, могут быть морфологически тождественны.• Были попытки классифицировать фаги и по сумме признаков (антигенных,физиологических, биохимических, физико-химических, морфологиинегативных колоний, спектру литического действия и т. п.).• С развитием электронной микроскопии появилась возможностьклассифицировать фаги по морфологии.
Дэвид Бредли в 1967году предложил разделить фаги на шесть морфологических групп:с A по F (табл. 1, рис. 3). Вторая используемая классификация,предложенная А.С. Тихоненко в 1968, объединяет фагигрупп D и E в одну (табл. 1, рис. 4). Микрофотографии фагов,относящихся к разным морфогруппам, представлены на рисунках5 и 6.• Большинство фагов состоит из головки диаметром45–140 нм и отростка («хвоста») толщиной 10–40 нми длиной 100–200 нм (рис. 7). Так выглядятпредставители порядка Caudovirales («хвостатыхфагов»), и именно их образ обычно извлекаетсяиз памяти при упоминании термина «бактериофаг».Содержимое головки состоит преимущественноиз плотно упакованной молекулы ДНК или (реже)РНК, длина которой во много раз превышаетразмеры головки и достигает 60–70 мкм (рис.
8),и иногда небольшого количества белка —например, ферментов, которые осуществляютпервичную транскрипцию генетического материалафага или способствуют ей. Капсид представляетсобой белковую или (не у Caudovirales)липопротеиновую оболочку, собраннуюиз множества копий одного или двух белков.Капсид может быть икосаэдрическим,сферическим, лимоновидным или плеоморфным,и именно он, по сути, определяет размер фаговогогенома.• Отросток представляет собой белковую трубку,окруженную у ряда бактериофагов(семейства Myoviridae, типовой представителькоторого — фаг Т4) чехлом, состоящимиз сократительных белков, подобныхмышечным, благодаря чему он способенсокращаться, обнажая часть стержня.С головкой отросток стыкуется с помощьюбелкового кольца — «портала» («воротничка»).На противоположном конце, в основании,отросток содержит лизоцим (как домен белка,пронзающего клеточную стенку), служащийдля точечного растворения пептидогликана.Возможно и нахождение в основании отросткаАТФазы, обеспечивающей энергией инъекциинуклеиновой кислоты в бактерию.
Там жеу фагов такого типа имеетсягексагональная базальнаяпластинка с несколькими шиповиднымивыростами и тонкими длинными нитями,с помощью которых фаг распознает рецепторы«своих» бактерий и прикрепляется к ним.• Нитевидные фаги имеют размеры 8×800 нм и лишены выраженных«органов».• Бактериофаги довольно устойчивы к воздействию различныххимических и физических факторов. Они выдерживают колебаниярН в пределах 5,0–8,0; большинство резистентно к действию холодныхводных растворов глицерина и этанола, а также цианидов, фторидов,динитрофенола, хлороформа, тимола и фенола.
Бактериофаги хорошосохраняются в лиофилизированном состоянии, но разрушаются прикипячении, УФ-облучении, действии некоторых химическихдезинфектантов (в частности, кислот и формалина). Фаги хорошосохраняются при низких температурах (до −200 °С в глицерине),но быстро инактивируются при 65–70 °С.Взаимодействие с бактериями• Фаги — облигатные внутриклеточные паразиты, так как у них нетмеханизмов для выработки энергии и рибосом для синтеза белка.Размножение фага происходит только внутри бактерии-хозяинаи посредством ее синтетической машинерии.
Важным свойствомбактериофагов является их специфичность: фаги могут поражатьопределенный вид бактерий (моновалентныефаги) или же толькоизбранные штаммы/варианты внутри вида (типовые фаги, например,фаги V. cholerae classica и El Tor), но некоторые не столь разборчивыи поражают бактерий разных видов и даже родов(поливалентные фаги). Тем не менее очень сложно судитьо специфичности фагов в природных условиях, поскольку тамдействуют многочисленные методологические ограниченияи популяционные закономерности, и порой один и тот же фаг можнопринять как за «генералиста», так и за «специалиста».• По характеру действия на бактерии различают(1) вирулентные(2) умеренные фаги(1) Взаимодействие вирулентного бактериофага с клеткойпроисходит по литическому пути и складывается из несколькихстадий: его адсорбции на клетке, проникновения в клетку,биосинтеза компонентов фага и их сборки и выхода вирионовиз клетки.• Первоначально фаг обратимо, а затем и необратимо прикрепляетсяк фагоспецифическим рецепторам на поверхности бактериальной клетки (рис.
9).Ими могут быть компоненты пептидогликана и тейхоевыхкислот грамположительных бактерий или внешней мембраны (порины,молекулы липополисахарида) грамотрицательных, белки капсул, половых пилейи жгутиков. Например, фаги Т3 и Т7 распознают липополисахарид энтеробактерий,а Т4 — еще и порин OmpC, фаг λ «неравнодушен» к мальтопорину (LamB).Бактериофаги Т2 и Т6 взаимодействуют с поринами OmpF и Tsx соответственно,а многие нитчатые и РНК-содержащие (P17, M12, f2) фаги — с пилями. Помиморецепторов, адсорбция фага зависит от рН среды, температуры, наличия катионови некоторых соединений (например, триптофана для Т2).
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
