Бактериофаги: современные аспекты применения, перспективы на будущее. Практическое применение бактериофагов
Благодаря своему разрушающему (литическому) действию на бактерии фаги могут быть использованы с лечебно - профилактической целью при различных заболеваниях (дизентерия, холера, различные гнойно-воспалительные заболевания и т. д.). Наборы стандартных фагов, в том числе международные, используются для фаготипирования возбудителей ряда болезней (холеры, брюшного тифа, сальмонеллезов, дифтерии, стафилококковых и других заболеваний). Бактериофаги применяются также в генной инженерии в качестве векторов, переносящих участки ДНК, возможна также естественная передача генов между бактериями посредством некоторых фагов (трансдукция). Как правило, таким больным назначаются антибиотики. Но в связи с тем, что постоянно мутирующие бактерии приобретают устойчивость к антибиотикам, их эффективность за последние годы ослабла. Внимание исследователей привлекли бактериофаги - вирусы, пожирающие бактерии. В отличие от антибиотиков, которые уничтожают как вредную, так и здоровую микрофлору организма, бактериофаги избирательны, под их воздействие попадают только патогенные бактерии. Как действуют бактериофаги в организме? Они проникают только в определенные клетки и взаимодействуют с их ДНК, создавая лизогенный или литический эффект. Воздействуя на микробы при литическом типе, бактериофаги уничтожают их, что позволяет им быстро размножаться. Лизогенный тип представляет собой проникновение генома фага в геном бактерии, их синтез и дальнейший переход из одного поколения в другое. Информация о бактериофагах появилась больше века назад при использовании их для лечения стафилококка. В настоящее время они широко используются для профилактики и лечения кишечных, стафилококковых, стрептококковых, тифозных и многих других инфекций. Современная медицина ищет методы, при которых используются не живые бактериофаги, а ферменты, воздействующие на патогенные бактерии лизированием. Их применение может быть в виде назального или орального спрея, зубной пасты, продуктов питания, пищевых добавок. Эффективность применения бактериофагов состоит в отсутствии противопоказаний и осложнений, сочетаемости с другими лекарствами, активном воздействии на антибиотико-устойчивые микробы. Благодаря этим свойствам, бактериофаги оценены как препараты будущего для успешной борьбы с инфекциями.
Важнейшими достоинствами фаготерапии являются высокая чувствительность патогенной микрофлоры к бактериофагу, возможность первоначального применения небольших доз бактериофага, сочетаемость со всеми видами традиционной антибактериальной терапии, отсутствие противопоказаний к фагопрофилактике и фаготерапии. Установлено, что в природе не существуют микроорганизмы, абсолютно устойчивые к бактериофагу. Важно, что размножение бактериофага возможно лишь в присутствии чувствительных к нему бактерий. После гибели последней микробной клетки в очаге инфекционного поражения он прекращает свою активную деятельность и бесследно выводится из организма.
В связи с наблюдаемым снижением терапевтического действия антибиотиков препараты бактериофагов используются в клинической практике как альтернатива антибиотикам и в сочетании с последними. Препараты бактериофагов не уступают антибактериальным препаратам по эффективности, стимулируют местные факторы специфического и неспецифического иммунитета и не вызывают при этом побочных токсических и аллергических реакций. Бактериофаги назначают внутрь, а также используют для орошения ран, для введения в дренированные полости - брюшную, плевральную, полости пазух носа, среднего уха, абсцессов, ран, матки, мочевого пузыря. При пероральном и аэрозольном применении, а также при нанесении на поверхность слизистых оболочек бактериофаги проникают в кровь и лимфу и выводятся через почки, санируя мочевыводящие пути.
В настоящее время возобновился интерес к фаготерапии в хирургии, урологии, офтальмологии, травматологии.
Лечебно-профилактические препараты бактериофагов составлены из поликлональных вирулентных бактериофагов широкого диапазона действия, активных и в отношении бактерий, устойчивых к антибиотикам. Их выпускают в жидком виде, в таблетках с кислотоустойчивым покрытием, в виде свечей, мазей, линиментов.
Препараты бактериофагов представляют собой стерильный фильтрат бактериальных фаголизатов, их назначают внутрь, местно для орошения ран и слизистых, введения в полости матки, мочевого пузыря, уха, придаточных пазух, а также в дренированные полости - брюшную, плевральную, а также в полости абсцессов после удаления экссудата.
Бактериофаги способны быстро проникать в кровь и лимфу и выводятся через почки с мочой. Как показано в наших исследованиях, после приема 30 мл бактериофага уже через 2 часа фаговые частицы обнаруживаются в моче, а максимальная концентрация их в моче достигается через 6-8 часов после приема.
Активность лечебно - профилактических бактериофагов в отношении возбудителей гнойно-септических и энтеральных заболевании достаточно высока - от 72 % до 90%, в том числе и в отношении штаммов госпитального происхождения, характеризующихся множественной устойчивостью к антибиотикам. Соответствие препаратов бактериофагов современной атиологической структуре возбудителей достигается их постоянной адаптацией к циркулирующим штаммам за счет обновления фаговых рас и производственных бактериальных штампов. Эта особенность выгодно отличает фаги от других антимикробных препаратов - антибиотиков, эубиотиков или вакцин, где производственные штаммы или штаммы-продуценты, или синтезированное вещество не подлежат каким-либо модификациям. Такая пластичность бактериофаговых препаратов обеспечивает продолжение первичной фагоустойчивости возбудителей.
Преимущества бактериофаговых препаратов
К преимуществам бактериофаговых препаратов относятся узкая специфичность действия, не вызывающая, в отличие от антибиотиков, угнетения нормальной микрофлоры. Доказано стимулирующее действие стафилококкового бактериофага на бифидобактерии - важнейший компонент микробиоценоза кишечника. Использование бактериофагов для лечения инфекционных заболеваний стимулирует факторы специфического и неспецифического иммунитета, что особенно эффективно для лечения хронических воспалительных заболеваний на фоне иммунодепрессивных состояний, бактерионосительства.
Экспериментальными работами и длительными клиническими наблюдениями доказана невозможность передачи плазмид устойчивости к антибиотикам и токсигенности лечебно-профилактическими препаратами бактериофагов, потому что они являются поликлональными комплексами вирулентных бактериофагов.
В России, в странах СНГ, Польше, Франции, Испании бактериофаги широко используются в медицине и ветеринарии. Накоплен большой опыт использования бактериофагов в лечении кишечных инфекций: показана высокая клиническая эффективность фаготерапии острой и хронической дизентерии, сальмонеллезов, сопровождающихся санацией носителей. Доказана высокая эпидемиологическая эффективность профилактического применения дизентерийного, брюшнотифозного и сальмонеллезного бактериофагов, В контролируемых эпидемиологических опытах, проводившихся в дошкольных учреждениях и на промышленных предприятиях, установлено снижение уровня заболеваемости в 3 - 6 раз. Использование бактериофагов выявило хорошие результаты при лечении заболеваний, вызванных условно - патогенными бактериями, дисбактериозов, гнойных поражений кожи, ЛОР - органов, опорно-двигательного аппарата, мочеполовой системы, систем органов кровообращения и дыхания, в том числе у новорожденных и детей первого года жизни.
Важным условием, обеспечивающим результативность лечения фаговыми препаратами, является определенная фагочувствительность возбудителя.
Нагляден продолжительный опыт фаготерапии в НИИ урологии; в результате адаптации в НПО "Биофаг" коммерческих бактериофагов к госпитальным штаммам, циркулирующим в урологической клинике, фагочувствительность штаммов повысилась на 15 % и находилась на уровне и выше чувствительности к самым современным зарубежным антибиотикам. На фоне длительного использования бактериофагов в стационаре среди госпитальных штаммов не наблюдалось формирования фагоустойчивости, в то время как резистентность к антибиотикам уменьшалась. Клиническая эффективность фаготерапии наблюдалась в 92 % случаев, зачастую превосходя результаты антибиотикотерапии. Отсутствие противопоказаний и осложнений при применении препаратов бактериофагов, возможность их использования в сочетании с другими лекарственными препаратами, в том числе и с антибиотиками, активность в отношении антибиотико - резистентных штаммов и адаптация бактериофагов к современным возбудителям - все это позволяет оценить препараты бактериофагов как высокоэффективное и перспективное средство экстренной терапии гнойно - септических и энтеральных инфекций. Однако фаги, эти "природные санитары", могут быть использованы не только для лечения, но и для профилактики инфекционных заболеваний. Их можно назначать беременным, кормящим матерям и детям любого возраста, включая недоношенных. Основным условием их успешного применения является проверка выделенной культуры на чувствительность к соответствующему фагу. Отмечена удивительная закономерность: в отличие от антибиотиков, чувствительность клинических штаммов микроорганизмов к бактериофагам стабильна и имеет тенденцию к росту, что можно объяснить обогащением лечебных препаратов новыми расами фагов. Помимо медицинского применения, бактериофаги широко используются в ветеринарии; особенно эффективен стафилококковый бактериофаг при лечении маститов у коров. Препараты бактериофага назначают внутрь при заболеваниях внутренних органов либо местно, непосредственно на очаг поражения. Действие фага проявляется уже через 2-4 часа после его введения (что особенно важно в условиях реанимации). Бактериофаги проникают в кровь, лимфу и выводятся через почки, санируя мочевыводящие пути.
Таким образом, бактериофаги используют:
В ветеринарии для:
профилактики и лечения бактериальных заболеваний птиц и животных;
лечения гнойно-воспалительных заболеваний слизистых глаз, полости рта;
профилактики гнойно-воспалительных осложнений при ожогах, ранениях, операционных вмешательствах;
В генной инженерии:
для трансдукции - естественной передачи генов между бактериями;
как векторы, переносящие участки ДНК;
с помощью фагов можно конструировать направленные изменения в геноме хозяйской ДНК;
в массовом порядке фагосодержащими средствами уже обрабатывают готовые к употреблению продукты из мяса и домашней птицы;
бактериофаги применяют в производстве продуктов питания из мяса, мяса птицы, сыров, растительной продукции, и пр.;
Бактериофаги в медицинской практике применяются в диагностике, лечении и профилактике инфекционных заболеваний.
А. В диагностике бактериофаг применяется при осуществлении культурального метода исследования для определения вида выделенной чистой культуры, также для ее типирования. Изложенный ниже метод использования бактериофага с целью индикации наличия в патологическом материале определенного вида бактерий без выделения его в чистой культуре не получил широкого распространения.
1. Реакция нарастания титра фага основана на способности видового бактериофага реплицироваться только в клетках бактерий «своего» вида. Осуществляется она по следующему принципу. К патологическому материалу добавляют определенное количество видового бактериофага, инкубируют его в термостате, а потом вновь определяют количество фага. Если оно возросло, значит, бактериофаг «на-шел» для репликации клетки «своего» вида, следовательно – в патологическом материале присутствуют бактерии искомого вида.
2. В процессе идентификации чистой культуры используют видовые и типовые бактериофаги.
а. Видовые бактериофаги используются для фагоиндикации. Выделенную чистую культуру засевают газоном на пластинчатый агар и капают на него каплю видового бактериофага. Если культура относится к искомому виду, то в месте нанесения капли роста не будет, в противном случае в месте нанесения капли фага будет наблюдаться бактериальный рост. Иногда после нанесения бактериофага чашку Петри с пластинчатым агаром наклоняют, давая капле стечь в краю чашки (из-за чего этот метод называют «стекающая капля»).
б. Типовые бактериофаги используются для фаготипирования. Принцип метода заключается в следующем.
1. Типируемый штамм засевают газоном на пластинчатый агар.
2. Затем на засеянную поверхность капают капли типовых бактериофагов (каждую в свой квадрат, помеченный заранее, например, стеклографом на дне чашки Петри).
3. Чашку с посевом инкубируют в термостате.
4. Учитывают опыт, регистрируя «стерильные пятна» или «бляшки» – места отсутствия роста в мес-те нанесения капли бактериофага, к которому чувствителен данный вариант бактерий.
5. Фаговар (фаготип) обозначается путем перечисления типовых фагов, лизирующих данный вариант.
Б. Применение бактериофагов (как правило, видовых) для лечения обозначается термином фаготерапия. С целью лечения бактериофаги применяются местно (в виде орошения пораженной поверхности, вкалывания в локальный очаг патологического процесса и т.п.), так как введение их парентеральным путем приводит к развитию иммунного ответа на чужеродный фаговый белок. Если лечебный бактериофаг применяют перорально (для лечения кишечных инфекций), то лучше всего использовать таблетированную форму препарата, покрытую кислотоустойчивой оболочкой, растворяющейся в щелочной среде кишечника – бактериофаги очень чувствительный к низкому рН и быстро инактивируются в кислой среде желудка.
В. Фагопрофилактика – использование бактериофага (тоже, как правило, видового) для профилактики развития бактериальной инфекции. В настоящее время применяется для экстренной профилактики брюшного тифа и дизентерии (под экстренной профилактикой понимается комплекс мероприятий для предотвращения развития болезни уже после совершившегося акта инфицирования, т.е. попадания возбудителя в организм пациента).
Бактериофа ги или фа ги (от др. греч. φᾰγω «пожираю») - вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты(ДНК или, реже, РНК). Общая численность бактериофагов в природе примерно равна общей численности бактерий (1030 – 1032 частиц). Бактериофаги активно участвуют в круговороте химических веществ и энергии, оказывают заметное влияние на эволюцию микробов и бактерий Структура типичного миовируса бактериофага.
Строение бактериофагов 1 - головка, 2 - хвост, 3 - нуклеиновая кислота, 4 - капсид, 5 - «воротничок» , 6 - белковый чехол хвоста, 7 - фибрилла хвоста, 8 - шипы, 9 - базальная пластинка
Бактериофаги различаются по химической структуре, типу нуклеиновой кислоты, морфологии и характеру взаимодействия с бактериями. По размеру бактериальные вирусы в сотни и тысячи раз меньше микробных клеток. Типичная фаговая частица (вирион) состоит из головки и хвоста. Длина хвоста обычно в 2- 4 раза больше диаметра головки. В головке содержится генетический материал - одноцепочечная или двуцепочечная РНК или ДНК с ферментом транскриптазой в неактивном состоянии, окружённая белковой или липопротеиновой оболочкой - капсидом, сохраняющим геном вне клетки. Нуклеиновая кислота и капсид вместе составляют нуклеокапсид. Бактериофаги могут иметь икосаэдральный капсид, собранный из множества копий одного или двух специфичных белков. Обычно углы состоят из пентамеров белка, а опора каждой стороны из гексамеров того же или сходного белка. Более того, фаги по форме могут быть сферические, лимоновидные или плеоморфные. Хвост, или отросток, представляет собой белковую трубку - продолжение белковой оболочки головки, в основании хвоста имеется АТФаза, которая регенерирует энергию для инъекции генетического материала. Существуют также бактериофаги с коротким отростком, не имеющие отростка и нитевидные.
Систематика бактериофагов Большое количество выделенных и изученных бактериофагов определяет необходимость их систематизации. Этим занимается Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV). В настоящее время, согласно Международной классификации и номенклатуре вирусов, бактериофаги разделяют в зависимости от типа нуклеиновой кислоты и морфологии. На данный момент выделяют девятнадцать семейств. Из них только два РНКсодержащих и только пять семейств имеют оболочку. Из семейств ДНКсодержащих вирусов только два семейства имеют одноцепочечные геномы. У девяти ДНК-содержащих семейств геном представлен кольцевой ДНК, а у других девяти - линейной. Девять семейств специфичны только для бактерий, остальные девять только для архей, а (Tectiviridae) инфицирует как бактерий, так и архей
Взаимодействие бактериофага с бактериальными клетками По характеру взаимодействия бактериофага с бактериальной клеткой различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные фаги могут только увеличиваться в количестве посредством литического цикла. Процесс взаимодействия вирулентного бактериофага с клеткой складывается из нескольких стадий: адсорбции бактериофага на клетке, проникновения в клетку, биосинтеза компонентов фага и их сборки, выхода бактериофагов из клетки. Первоначально бактериофаги прикрепляются к фагоспецифическим рецепторам на поверхности бактериальной клетки. Хвост фага с помощью ферментов, находящихся на его конце (в основном лизоцима), локально растворяет оболочку клетки, сокращается и содержащаяся в головке ДНК инъецируется в клетку, при этом белковая оболочка бактериофага остаётся снаружи. Инъецированная ДНК вызывает полную перестройку метаболизма клетки: прекращается синтез бактериальной ДНК, РНК и белков. ДНК бактериофага начинает транскрибироваться с помощью собственного фермента транскриптазы, который после попадания в бактериальную клетку активируется. Синтезируются сначала ранние, а затем поздние и. РНК, которые поступают на рибосомы клетки-хозяина, где синтезируются ранние (ДНК-полимеразы, нуклеазы) и поздние (белки капсида и хвостового отростка, ферменты лизоцим, АТФаза и транскриптаза) белки бактериофага. Репликация ДНК бактериофага происходит по полуконсервативному механизму и осуществляется с участием собственных ДНК-полимераз. После синтеза поздних белков и завершения репликации ДНК наступает заключительный процесс - созревание фаговых частиц или соединение фаговой ДНК с белком оболочки и образование зрелых инфекционных фаговых частиц
Жизненный цикл Умеренные и вирулентные бактериофаги на начальных этапах взаимодействия с бактериальной клеткой имеют одинаковый цикл. Адсорбция бактериофага на фагоспецифических рецепторах клетки. Инъекция фаговой нуклеиновой кислоты в клетку хозяина. Совместная репликация фаговой и бактериальной нуклеиновой кислоты. Деление клетки. Далее бактериофаг может развиваться по двум моделям: лизогенный либо литический путь. Умеренные бактериофаги после деления находятся в состоянии профаза (лизогенный путь) Вирулентные бактериофаги развиваются по литической модели: Нуклеиновая кислота фага направляет синтез ферментов фага, используя для этого белоксинтезирующий аппарат бактерии. Фаг тем или иным способом инактивирует ДНК и РНК хозяина, а ферменты фага совсем расщепляют её; РНК фага «подчиняет» себе клеточный аппарат синтеза белка. Нуклеиновая кислота фага реплицируется и направляет синтез новых белков оболочки. Образуются новые частицы фага в результате спонтанной самосборки белковой оболочки (капсид) вокруг фаговой нуклеиновой кислоты; под контролем РНК фага синтезируется лизоцим. Лизис клетки: клетка лопается под воздействием лизоцима; высвобождается около 200- 1000 новых фагов; фаги инфицируют другие бактерии.
Применение В медицине Одной из областей использования бактериофагов является антибактериальная терапия, альтернативная приёму антибиотиков. Например, применяются бактериофаги: стрептококковый, стафилококковый, клебсиеллёзный, дизентерийныйиполив алентный, пиобактериофаг, коли, протейный и колипротейный и другие. В России зарегистрировано и применяется 13 медицинских препаратов на основе фагов. В настоящее время их применяют для лечения бактериальных инфекций, которые не чувствительны к традиционному лечению антибиотиками, особенно в республике Грузия. Обычно, применение бактериофагов сопровождается большим, чем антибиотики, успехом там, где присутствуют биологические мембраны, покрытые полисахаридами, через которые антибиотики обычно не проникают. В настоящее время терапевтическое применение бактериофагов не получило одобрения на Западе, хотя и применяются фаги для уничтожения бактерий, вызывающих пищевые отравления, таких, как листерии. В многолетнем опыте в объёме крупного города и сельской местности доказана необычайно высокая лечебная и профилактическая эффективность дизентерийного бактериофага (П. М. Лернер, 2010). В России терапевтические фаговые препараты делают давно, фагами лечили ещё до антибиотиков. В последние годы фаги широко использовали после наводнений в Крымске и Хабаровске, чтобы предотвратить дизентерию.
В биологии Бактериофаги применяются в генной инженерии в качестве векторов, переносящих участки ДНК, возможна также естественная передача генов между бактериями посредством некоторых фагов (трансдукция). Фаговые векторы обычно создают на базе умеренного бактериофага λ, содержащего двухцепочечную линейную молекулу ДНК. Левое и правое плечи фага имеют все гены, необходимые для литического цикла (репликации, размножения). Средняя часть генома бактериофага λ (содержит гены, контролирующие лизогению, то есть его интеграцию в ДНК бактериальной клетки) не существенна для его размножения и составляет примерно 25 тысяч пар нуклеотидов. Данная часть может быть заменена на чужеродный фрагмент ДНК. Такие модифицированные фаги проходят литический цикл, но лизогения не происходит. Векторы на основе бактериофага λ используют для клонирования фрагментов ДНК эукариот (то есть более крупных генов) размером до 23 тысяч пар нуклеотидов (т. п. н.). Причём, фаги без вставок - менее 38 т. п. н. или, напротив, со слишком большими вставками - более 52 т. п. н. не развиваются и не поражают бактерии. Поскольку размножение бактериофага возможно только в живых клетках, бактериофаги могут быть использованы для определения жизнеспособности бактерий. Данное направление имеет большие перспективы, поскольку, одним из основных вопросов при разных биотехнологических процессах является определение жизнеспособности используемых культур. С помощью метода электрооптического анализа клеточных суспензий была показана возможность изучения этапов взаимодействия фаг-микробная клетка
А также в ветеринарии для: профилактики и лечения бактериальных заболеваний птиц и животных; лечения гнойно-воспалительных заболеваний слизистых глаз, полости рта; профилактики гнойно-воспалительных осложнений при ожогах, ранениях, операционных вмешательствах; в генной инженерии: для трансдукции - естественной передачи генов между бактериями; как векторы, переносящие участки ДНК; с помощью фагов можно конструировать направленные изменения в геноме хозяйской ДНК; в пищевой промышленности: в массовом порядке фагосодержащими средствами уже обрабатывают готовые к употреблению продукты из мяса и домашней птицы; бактериофаги применяют в производстве продуктов питания из мяса, мяса птицы, сыров, растительной продукции, и пр. ;
в сельском хозяйстве: распыление фагопрепаратов для защиты растений и урожая от гниения и бактериальных заболеваний; для защиты скота и птицы от инфекций и бактериальных заболеваний; для экологической безопасности: антибактериальная обработка семян и растений; очистка помещений пищеперерабатывающих предприятий; санитарная обработка рабочего пространства и оборудования; профилактика помещений больниц; проведение экологических мероприятий
Таким образом, на сегодняшний день бактериофаги пользуются большой популярностью в жизни человека и животных. На предприятиях намечен целый ряд приоритетных направлений разработки и производства лечебнопрофилактических бактериофагов, которые коррелируют с вновь зарождающимися общемировыми тенденциями. Создаются и внедряются новые препараты, для лечения многих заболеваний . Изучением и применением бактериофагов занимаются бактериологи, вирусологи, биохимики, генетики, биофизики, молекулярные биологи, экспериментальные онкологи, специалисты по генной инженерии и биотехнологии
Бактериофаги, применение в медицине.
Бактериофаги. Применение в медицинской практике.
Бактериофаги - это вирусы бактерий способные специфически проникать в бактериальные клетки, репродуцировать их и вызывать лизис.
Они встречаются везде, где есть бактерии - в почве, воде, кишечном тракте человека. Фагом присущи все биологические особенности, которые свойственны вирусам.
Морфология фагов:
Фаги различаются по форме - нитевидные, сферические, кубические, фаги, имеющие головку и хвостик (напоминают сперматозоид).
По размерам - мелкие, среднего размера и крупные.
Наиболее сложно устроены крупные фаги, состоящие из головки и хвостика. Головка имеет форму икосаэдра. Головка с помощью воротника и зонтика связана с отростком. Внутри отростка есть полый цилиндрический стержень, который сообщается с головкой, с наружи отросток имеет белковый чехол способный к сокращению, хвостовой отросток заканчивается шестиугольной базальной пластиной с короткими шипами, от которых отходят нитевидные структуры фибриллы. В пластинке и шипах содержится лизоцим. Отросток имеет 6 ворсинок, которые обеспечивают плотное прикрепление фага к бактериальной клетка. Могут встречаться фаги с несокращающимся чехлом, фаги с короткими отростками, фаги с аналогом отростка, фаги без отростка.
Резистентность фагов: фаги переносят температуру 50-60°С. Выдерживают замораживание, гибнут при температуре 70С°. На них не действуют такие яды как цианид, фторид, а также хлороформ и фенол. Фаги хорошо сохраняются в запаянных ампулах, но они могут разрушаться при кипячении, действии кислот, при УФ - облучении.
Механизм взаимодействия фагов с микробной клеткой:
По взаимодействию различают вирулентные и умеренные фаги.
Вирулентные фаги - они проникают в бактериальную клетку, репродуцируются и вызывают лизис бактерий.
Для фагов с отростком и сокращающимся чехлом имеется ряд особенностей:
Эти фаги адсорбируются на поверхности бактериальной клетки с помощью фибрилл отростка при наличии соответствующих рецепторов. Затем происходит активация фермента АТФ-азы, что приводит к сокращению чехла хвостатого отростка и внедрению полого стержня в клетку. В процессе прокалывания стенок клетки участвует фермент - лизоцим.
ДНК фага проходит через полый стержень отростка и впрыскивается в клетку. Капсид и отросток остаются на поверхности клетки. Затем происходит репродукция белка и нуклеиновой кислоты фага внутри клетки. Следующая стадия заключается в сборке и формирование зрелых частиц фага. Заключительная стадия: лизис клетки и выход зрелых частиц фага из нее. Лизис может проходить как изнутри - происходит разрыв клеточной стенки и выход зрелых фагов во внешнею среду и извне - фаги проделывают в клеточной стенки множество отверстий, через которые вытекает содержимое клетки, при таком лизисе фаг не размножается.
Умеренные фаги - лизируют не все клетки в популяции, с частью клеток вступают в симбиоз, в результате чего ДНК фага встраивается в хромосому клетки. В этом случае геном фага называется - профаг.
Профаг становится частью хромосомы клетки и при её размножении реплицируется синхронно с геномом клетки, не вызывая её лизис и передается потомству.
Явление симбиоза микробной клетки с профагом называется - лизогенией.
А культура бактерий содержащих профаг -лизогенной, это название отражает способность профага самопроизвольно или под действием факторов окружающей среды переходить в цитоплазму и вести себя как вирулентный фаг лизирующий бактерии. При переходе в вирулентную форму умеренный фаг может захватывать часть хромосомы бактериальной клетки и при лизисе перенести в другую.
По спектру действия фаги подразделяются:
1.Поливалентные - лизируют родственные бактерии (сальмонеллезный фаг лизирует только сальмонеллы).
2.Видовые (монофаги) - лизируют бактерии только одного вида.
3.Типоспецифические - избирательно лизируют отдельные варианты бактерий внутри вида (патог. Стафилококк - 33 набора).
Препараты фагов применяют для лечения и профилактике инфекций и их диагностики. Действие фагов основано на их строгой специфичности, для получения препарата фага используют производственные штаммы и соответствующие культуры бактерий.
Формы выпуска: жидкие, сухие, в виде таблеток, аэрозолей, свечи. Вводятся в организм парентерально, энтерально и местно. Используют с лечебно - профилактической целью при различных заболеваниях (дизентерии, холеры, различные гнойно - воспалительные заболевания).
Фагодиагностика: принцип диагностики основан на совместном культивировании тест - культур с известными и неизвестными фагами, положительным считается результат при наличии лизиса бактериальной клетки. Лизис может наблюдаться на жидких и плотных питательных средах. На жидких питательных средах, проявляется просветления бактериальной суспензии, а на плотных формируются участки отсутствия роста.
Фаготипирование: определение типового варианта вида с помощью набора типовых фагов. Выпускаются брюшнотифозные фаги, фаги для диагностики холеры, сальмонеллезные фаги, дизентерийные фаги. Фаготипирование необходимо при проведении эпидемиологического анализа заболевания и с целью установления источника и путей передачи. По обнаружению фага судят о содержании соответствующих микроорганизмов.
Отличительные свойства бактериофагов как представителей царства Vira. Вирулентные фаги, стадии взаимодействия с бактериальной клеткой. Практическое применение бактериофагов
Вирулентные фаги вызывают продуктивную инфекцию , при которой происходит репродукция фагов и лизис бактериальной клетки.
Механизм взаимодействия вирулентного фага с микробной клеткой:
1. Адсорбция фага на чувствительной клетке. Происходит при наличии комплементраных рецепторов в клеточной стенке бактерий и на концах нитей фагового отростка. Сперва фаг присоединяется нитями, а затем прочно прикрепляется к клеточной стенке с помощью зубцов банальной пластинки.
2. Проникновение ДНК фага в бактериальную клетку . С помощью лизоцима, находящегося в банальной пластинке, участок клеточной стенки гидролизируется, чехол отростка сокращается и внутренний стержень прокалывать оболочки клетки. Молекула фаговой ДНК по каналу стержня проникает внутрь клетки.
3. Внутриклеточное развитие фага . Фазовая ДНК вносит в бактериальную клетку генетическую информацию. Происходит биосинтез компонентов, необходимых для репродукции. На начальных этапах синтезируются "ранние белки" - ферменты, осуществляющие репликацию фаговой ДНК с целью образования множества ее копий. Затем на клеточных рибосомах формируются структурные "поздние белки"
4. Морфогенез фага . Созревание фага происходит по трем независимым ветвям в различных участках клетки, является разобщенным процессом. Отдельно формируются головки фага - вокруг молекулы ДНК строится капсид. Независимо идет построение отростка. Отдельно синтезируются нити отростка. Затем все составные части фага объединяются, образуя вирионы.
5. Лизис бактериальной клетки и выход фага. Лизис осуществляется под действием лизоцима. Выход путем отпочковывания.
Строгая специфичность бактериофагов позволяет использовать их для фаготипирования и дифференцировки бактериальных культур, а также для индикации их во внешней среде, например в водоемах.
Метод фаготипирования бактерий широко применяется в микробиологической практике. Он позволяет не только определить видовую принадлежность исследуемой культуры, но и ее фаготип (фаговар). Это связано с тем, что у бактерий одного и того же вида имеются рецепторы, адсорбирующие строго определенные фаги, которые затем вызывают их лизис. Использование наборов таких типоспецифических фагов позволяет проводить фаготипирование исследуемых культур с целью эпидемиологического анализа инфекционных заболеваний:(установления источника инфекции и путей ее передачи)
II. Фаги применяют для профилактики и лечения инфекционных заболеваний:
а) фагопрофилактика - метод предупреждения развития некоторых бактериальных инфекций с помощью приема внутрь специфического бактериофага. Применяют для профилактики холеры, дизентерии, брюшного тифа и др.
б) фаготерапия- метод лечения бактериальных инфекций посредством приема внутрь специфического фага. (брюшнотифозного, сальмонеллезных, дизентерийного, протейного, синегнойного, стафилококкового, стрептококкового, коли-фага и комбинированных препаратов. Их используют в терапии инфекционных заболеваний, вызываемых вышеперечисленными микроорганизмами, а также в терапии раневых и анаэробных инфекций.)
Генотипическая изменчивость
Патогенность -
Адгезия
Инвазия
Агрессия .
4.Строение генетического аппарата прокариот. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Генетические основы патогенности бактерий.
Генетический аппарат прокариот - не имеет ядерной оболочки и представлен одной кольцевой молекулой ДНК,которая является хромосомой; располагается в цитоплазме,не содержит белков гистонов. Не способен к митозу
Фенотипическая изменчивость – модификации(изменение не одного или нескольких признаков)– не затрагивает генотип. Изменения Фенотипическая происходят под влиянием факторов внешней среды.Модификации затрагивают большинство особей в популяции. Они не передаются по наследству и с течением времени затухают, т. е. возвращаются к исходному фенотипу.
Генотипическая изменчивость - изменение свойств бактерий,застрагивая их генотип. Передается по наследству, является долговременной. Возникает в следствие мутаций или генетического обмена(трансформации, конъюгации или трансдукции)
Патогенность - видовой признак, передающийся по наследству, закрепленный в геноме микроорганизма т. е. это генотипический признак, отражающий потенциальную возможность микроорганизма проникать в макроорганизм и размножаться в нем (инвазионность), вызывать комплекс патологических процессов, возникающих при заболевании.
К факторам патогенности относят способность микроорганизмов прикрепляться к клеткам (адгезия), размещаться на их поверхности (колонизация), проникать в клетки (инвазия) и противостоять факторам защиты организма (агрессия).
Часть из них кодируется непосредственно генами нуклеоида (например, капсула и ферменты у некоторых видов). Другая часть кодируется внехромосомными факторами наследственности – плазмидами и эписомами. Плазмидные гены обычно определяют взаимодействие возбудителей с эпителием, а хромосомные – существование и размножение бактерий внеклеточно в органах и тканях.
Адгезия Структуры, ответственные за связывание микроорганизма с клеткой называются адгезинами и располагаются они на его поверхности.У грамотрицательных бактерий адгезия происходит за счет пилей I и общего типов. У грамположительных бактерий адгезины представляют собой белки и тейхоевые кислоты клеточной стенки. У других микроорганизмов эту функцию выполняют различные структуры клеточной системы: поверхностные белки, липополисахариды, и др.
Инвазия фермент гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в состав межклеточного вещества, и, таким образом, повышает проницаемость слизистых оболочек и соединительной ткани. Нейраминидаза расщепляет нейраминовую кислоту, которая входит в состав поверхностных рецепторов клеток слизистых оболочек, что способствует проникновению возбудителя в ткани.
Агрессия К факторам агрессии относятся: протеазы - ферменты, разрушающие иммуноглобулины; коагулаза - фермент, свертывающий плазму крови; фибринолизин - растворяющий сгусток фибрина; лецитиназа - фермент, действующий на фосфолипиды мембран мышечных волокон, эритроцитов и других клеток.
