Бактеріофаги

Бактеріофа́г або фаг — віруси, які вибірково інфікують бактеріальні клітини та клітини архей. Слово утворене від лат. bacteria та грец. φαγεῖν («їсти», «пожирати», «поглинати»), буквально — «поїдач бактерій».

Структура фага Т2. 1-головка, 2-відросток, 3-нуклеїнова кислота, 4-капсид, 5-комірець, 6-чохол, 7-хвостві нитки, 8-шипи, 9-базальна пластинка

Бактеріофаги є класичним об'єктом досліджень молекулярної біології.

Відкриття

Через 25 років після відкриття вірусів, канадський науковець Фелікс Д'Ерел, використовуючи метод фільтрації, виявив нову групу вірусів, що уражають бактерії. Їх назвали «бактеріофагами» — «поїдачами бактерій» або просто «фагами».

Будова

Будову бактеріофагів вивчали здебільшого на прикладі фагів серії Т кишкової палички. Такий вірус складається з розширеної головки, що містить ДНК, оболонки з порожнім стрижнем всередині, який нагадує розтягнуту пружину, та хвостових ниток. Рекордсменом серед фагів за довжиною хвоста є Бактеріофаг Рапунцель. Крім того фаги можуть мати простішу будову — ниткоподібні, а також у вигляді кристалів ікосаедричної та октаедричної форми.

Життєвий цикл

Фаги, адсорбовані на бактерії під електронним мікроскопом

Бактеріофаги як й інші віруси нерухомі. Взаємодія вірусу з клітиною хазяїна починається після випадкового зіткнення у середовищі. Життєвий цикл бактеріофагів, які потрапили до клітини, може проходити двома шляхами, які суттєво відрізняються. Відповідно виділяють вірулентних та лізогенних фагів.

Вірулентні фаги

Розвиток вірулентних фагів проходить у кілька етапів.

• Адсорбція. Фаги можуть розвиватись не на будь-якій бактерії, а тільки на видоспецифічній. Специфічність хазяїна та фага обумовлюється специфічністю адсорбції, яка в свою чергу залежить від рецепторів, які присутні у клітинній стінці хазяїна. За ступенем специфічності виділяють поліфагів — здатні уражати кілька видів бактерій одного роду, монофагів — уражають бактерій одного виду, типові фаги — уражають тільки певний штам (тип) бактерій одного виду. Рецептори можуть знаходитись у ліпопротеїновому або у ліпополісахаридному шарі.
• Ін'єкція (введення нуклеїнової кислоти фага у клітину). При цьому у фага Т2 базальна пластинка прикріплюється до клітини, чохол відростка скорочується, а порожній стрижень проколює клітинну стінку, через нього геном вірусу потрапляє до клітини. Порожня білкова оболонка залишається назовні.
• Латентний період. Під час нього зупиняється синтез ДНК, РНК та білків клітини-хазяїна.
• Синтез молекул фага. Починається синтез фагової ДНК зі зруйнованої ДНК хазяїна, а також синтез білків вірусу.
• Дозрівання Т-фагів — складний багатоступеневий процес, при якому спочатку утворюються капсиди, порожнина яких заповнена білками. Після розчинення цих білків порожнина заповнюється ДНК до певної щільності, капсиди закупорюються. Потім добудовуються компоненти відростка.
• Вихід фагів. Під впливом ферменту лізоциму, синтезованому під контролем ДНК фагів, клітинна стінка бактерії руйнується (відбувається бактеріоліз), фаги виходять назовні та інфікують інші клітини-хазяїна.

Лізогенні фаги

Див. також: Помірні бактеріофаги

Деякі фаги уражають клітини-хазяїна, але не розмножуються у них автономно та не спричиняють лізису (руйнування) клітин до певного моменту. Такі бактеріофаги називають помірними або лізогенними, їх життєвий цикл був вивчений на прикладі фагу λ (лямбда) кишкової палички. При цьому нуклеїнова кислота фага, потрапивши до клітини, інтегрується у бактеріальну хромосому за допомогою специфічних ферментів. Після цього протягом кількох поколінь геном фага реплікується разом з геномом бактерії. Інформація, яка міститься у ДНК фага ніяким чином не проявляється. Такий стан може продовжуватись невизначено тривалий час. Але під впливом деяких факторів зовнішнього середовища ДНК вірусу вивільняється з геному бактерії та починається стадія вірулентного фага з побудовою вірусних часток та лізисом клітини-хазяїна.

Значення

Застосування у медицині

Властивість бактеріофагів руйнувати бактерії використовували для попередження і лікування бактеріальних захворювань. Через 10-15 хвилин після введення бактеріофагів в організм збудників чуми, черевного тифу, шигельозу, сальмонельозу тощо вони знешкоджуються. Але в цього методу є серйозна вада: імунна система людини сприймає фагів як чужорідний фактор та знешкоджує їх раніше, ніж вони уразять патогенні бактерії. Крім того бактерії більш мінливі (у плані захисту від фагів) ніж бактеріофаги, тому бактеріальні клітини швидко стають нечутливими до фагів.^{[джерело?] (Посилання не вказано з 20 квітня 2010 р.)} Наразі бактеріофаги в лікуванні хворої людини не використовуються.

Застосування у молекулярній біології

У молекулярній біології бактеріофаги є дуже зручним об'єктом для вивчення механізмів функціонування білків та нуклеїнових кислот у клітині.

Література

• Шлегель Г. Общая микробиология. Перевод с нем. Л. В. Алексеевой. М.: Мир, 1987. С. 567.

Посилання

• БАКТЕРІОФАГИ [Архівовано 10 березня 2016 у Wayback Machine.]
• БАКТЕРІОФАГИ [Архівовано 7 березня 2016 у Wayback Machine.]
• Краткая медицинская энциклопедия [Архівовано 27 вересня 2007 у Wayback Machine.] (рос.)
• БАКТЕРІОФАГИ [Архівовано 2 жовтня 2018 у Wayback Machine.]