Бактериофаги. 
Основные понятия микробиологии

БАКТЕРИОФАГИ — вирусы бактерий, которые обладают способностью лизировать бактериальную клетку или изменять ее свойства. Фаги размножаются в клетках чувствительных к ним бактерий.

Строение фага кишечной палочки (Т₂).

Средние размеры фагов — 25−110 нм.

По характеру взаимодействия с чувствительной клеткой фаги различают:

• а) вирулентные (дают литическую продуктивную инфекцию);
• б) умеренные (вызывают лизогенизацию клетки).

По специфичности различают:

• а) полифаги (лизируют несколько видов бактерий);
• б) монофаги (лизируют только один вид бактерий);
• в) типовые фаги (лизируют не все штаммы данного вида, а лишь некоторые, принадлежащие к одому фаговару).

Этапы взаимодействия вирулентного фага с клеткой:

Адсорбция фага на специфических рецепторах клеточной стенки (с участием фибрилл и отростка).

Проникновение нуклеиновой кислоты фага внутрь бактериальной клетки (лизоцим отростка фага растворяет клеточную стенку бактерии в месте адсорбции, чехол сокращается, стержень проходит сквозь клеточную стенку и нуклеиновая кислота фага поступает внутрь бактериальной клетки, оболочка головки остается снаружи).

Синтез в клетке компонентов фага (проникшая нуклеиновая кислота фага вызывает полную перестройку метаболизма клетки; на рибосомах синтезируются белки фага, а в других участках клетки реплицируется его нуклеиновая кислота).

Сборка фаговых частиц и лизис клетки (нуклеиновая кислота наполняет белковые головки пристраивается отросток; лизоцим фага растворяет клеточную стенку бактерии, клетка лизируется, и из нее выходят 100−300 новых фагов; они внедряются в соседние клетки и также лизируют их; в результате мутная культура бактерий на жидкой среде просвегляется, а на плотной среде образуется колония фага — «стерильное пятно»).

Взаимодействие умеренного фага с клеткой Адсорбция фага и проникновение нуклеиновой кислоты происходит аналогично. Но проникшая в клетку ДНК фага встраивается в хромосому клетки, где может находиться в неактивном состоянии (под действием белка-репрессора) и наследоваться дочерними клетками после репликации хромосомы. Этот процесс называется лизогенизацией, а клетки, содержащие неактивный геном фага (профаг), называются лизогенными. Чтобы обнаружить в клетке профаг, надо подействовать индуцирующими агентами физическими (УФО, рентгеновскими лучами) или химическими. Они разрушают репрессор, с профага считывается информация, в клетке синтезируются компоненты фага и клетка лизируется. Этот процесс называется индукцией. В процессе лизогенизации может произойти конверсия фагом (изменение свойств бактериальной клетки). Так, если нетоксичную дизентерийную палочку (не продуцирующую экзотоксин) обработать умеренным дифтерийным фагом, некоторые клетки станут лизогенными и приобретут способность продуцировать экзотоксин.

Титрование фагов Активность препарата фага определяется его титром. Титр фага — наибольшее его разведение, еще вызывающее лизис чувствительной культуры бактерий.

Фаги титруют следующими методами.

Титрование фага на жидкой среде Готовят последовательные десятикратные разведения испытуемого фага в жидкой питательной среде; 10^-1, 10^-2, 10^-3, и т. д. В эти разведения вносят чувствительную культуру бактерий. Пробирки инкубируют в термостате при 37 °C 18−20 часов. Затем отмечают наибольшее разведение фага, ещё вызывающее лизис внесённой культуры (рост бактерий в этой пробирке отсутствует). Это разведение, и является титром фага. Например: «титр фага — 10^-6» .

2. Титрование фага на плотной среде Чашку с плотной средой делят на несколько зон. Культуру чувствительных бактерий высевают сплошным газоном на поверхность среды. Затем в соответствующие зоны наносят по капле различных десятикратных разведений фага. После инкубации в термостате при 37 °C 18−20 часов отмечают наибольшее разведение фага, ещё вызывающее лизис (образование «стерильного пятна»).

Практическое применение фагов.

I. Вирулентные фаги применяют:

1) для лечения и экстренной профилактики (при угрозе заражения).

Например:

брюшнотифозный дизентерийный холерный Эль-Тор, коли — протейный, стафилококковый, гангренозные, синегнойный и др.

для диагностики (с целью установления вида неизвестного микроба). Например: испытуемый микроб высевают сплошным газоном на чашку с плотной средой, на которую наносят каплю известного видового фага и инкубируют в термостате. Если культура бактерий соответствует данному фагу, образуется «стерильное пятно» .

для фаготипирования с целью установления источника заражения (применяются типовые фаги). Если штаммы, выделенные от больного и предполагаемого источника лизирутотся одними и теми же типовыми фагами (принадлежат к одному фаговару), это подтверждает общность их происхождения.

Применение умеренных фагов:

на лизогенных бактериях изучают механизмы функционирования различных генов; с помощью трансдукции устанавливают локализацию генов на бактериальной хромосоме.

лизогенные бактерии ипользуются при поисках противоопухолевых веществ: если препарат обладает индуцирующими свойствами, т. е. он взаимодействует с нуклеиновыми кислотами, и его можно испытывать как противоопухолевый препарат.

лизогенные штаммы используют при изучении различных мутагенных факторов, например, в космических исследованиях — как индикаторы надежности защиты космических кораблей от жестких космических лучей: если по возвращению из космоса произошла индукция, и культура лизировалась, следовательно в корабль проникли космические лучи, т. е. защита корабля ненадежна.

умеренные фаги широко используются в генной инженерии. Модель «профаг — клетка» лежит в основе вирусогенетической гипотезы происхождения опухолей.