Природа морфологія і основні властивості бактеріофагів Механізм дії їх на бактеріальну клітину

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ФГТУ ВПО Санкт-Петербурзький

ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

ВЕТЕРИНАРНОЇ МЕДИЦИНИ

Кафедра мікробіології, вірусології та імунології

РЕФЕРАТ

на тему: Природа, морфологія і основні властивості бактеріофагів. Механізм дії їх на бактеріальну клітину. Застосування їх в діагностиці, лікуванні та профілактиці хвороб

Студентки 2-го курсу 21-ї групи

Генріх Олени Валеріївни

Перевірив викладач:

Приходько Олена Гнатівна

Санкт-Петербург

2008

Введення

Бактерії, резистентні до більшості чи до всіх з усіх відомих антибіотиків, викликають дедалі серйозніші проблеми. Це збільшує ризик повернення людства до проблем того періоду, коли антибіотики були невідомі, коли були широко поширені невиліковні інфекції та епідемії. Незважаючи на інтенсивну роботу фармацевтичних компаній, за останні 30 років не було знайдено нових класів антибіотиків. Є надія, що знову виявлена ​​можливість повністю секвенувати мікробні геноми і визначати молекулярні основи патогенності відкриє нові шляхи лікування інфекційних захворювань, але з усе більшим завзяттям йде пошук інших підходів до цієї проблеми. Одним з результатів такого пошуку є знову виник інтерес до можливостей терапевтичного використання бактеріофагів (від бактерії і грец. Phagos - пожирач; буквально - пожирачі бактерій) - специфічних вірусів, які атакують тільки бактерії і вбивають патогенні мікроорганізми. Для позначення фагів викликають лізис актиноміцетів, застосовується термін актінофаг, мікобактерій-мікофаг, кишкової палички - коліфаги, водоростей - ціанофаг і т.д.

Фагів терапія була вперше розроблена на початку цього століття і здавалася багатообіцяючою, хоча і викликала багато суперечок. Спочатку багато уваги приділялося вивченню фагів, активних проти патогенних бактерій: дизентерійної, черевнотифозної, дифтерійної паличок, стафілококів з метою з'ясування можливості використання їх для лікування та профілактики інфекційних захворювань. Одночасно багато уваги приділялося вивченню природи фагів. З початку ери антибіотиків у 40-х рр.. в західних країнах її використовували мало. Однак, в Східній Європі за останні 50 років були проведені широкі клінічні дослідження щодо фагової терапії. Результати цієї роботи добре доповнюють обмежені вишукування останніх років, проведені на тваринах на Заході. В останні роки проблема бактеріофагії фактично перетворилася на самостійну область біології зі своїми специфічними розділами. Це надає оптимізм в тому відношенні, що фаги можуть, справді, грати важливу роль у боротьбі з інфекціями, що викликаються мікробами, резистентність яких до лікарських засобів зростає.

Фаги виявилися занадто зручною моделлю для вирішення ряду найважливіших теоретичних і практичних питань загальної біології, генетики, молекулярної біології, біохімії, а також медицини, ветеринарії та вірусології.

У результаті великого теоретичного і практичного значення проблеми бактеріофагії за останні 10-20 років фаги вивчалися досить інтенсивно і всебічно.

Історія бактеріофагів

1896: Ернест Ханкін повідомив, що води річок Гангу і Ямуна в Індії мають значної антибактеріальну активність, яка зберігалася після проходження через фарфоровий фільтр з порами дуже малого розміру, але усувалася при кип'ятінні. Найбільш докладно вивчав він дію невідомої субстанції на Vibrio cholerae і припустив, що вона відповідальна за попередження поширення епідемій холери, викликаних вживанням води з цих річок. Однак, в подальшому, він не пояснив цей феномен.

1898 рік: Вперше перещеплюваних лізис бактерій (сібіреязвенной палички) спостерігав російський мікробіолог Н.Ф. Гамалія.

1915: Англійський учений Ф. Туорт описав це ж явище у гнійного стафілокока і відкрив перший «вірус, який пожирає бактерії», коли він спостерігав цікаве дегенеративне зміна - лізис в культурах стафілококів з лімфи теляти. З його ім'ям пов'язана назва «феномен Туорта».

1917: Фелікс д'Ерель робить аналогічне відкриття, Саме Фелікс д'Ерель канадський співробітник Інституту Пастера в Парижі, дав їм назву "бактеріофаги" - використовуючи суфікс "фаг" не в його буквальному значенні "є", а в сенсі розвитку за рахунок чого -то (д'Ерель, 1922, р. 21), вони стали головною частиною роботи всього його життя.

Д'Ерель, мікробіолог, переважно самоучка, провів 10 років у Гватемалі, Мексиці та Аргентині. Там він мав справу з епідеміями дизентерії, жовтої лихоманки і грибків кавових дерев, для контролю чуми сарани він виділив з вмираючої сарани бактерію, а також досліджував декілька цікавих загадок бродіння. Все це було хорошою підготовкою до його більш пізній роботі з фагами і цікаво викладено в Summers (1999). В Інституті Пастера він проводив кропітке дослідження методу приготування вакцини за допомогою модельної системи - "B. typhimurium "на її природному господаря миші, оскільки був твердо переконаний у тому, що значущі дані про імунітет і патогенності можна отримати тільки при використанні природних господарів. У вільний час він також продовжував обстежувати дизентерійних хворих - часту проблему в воювала Франції. З фекалій декількох з цих хворих він виділив анти-шігелловий "мікроорганізм", який був розмножений шляхом численних серій пасажів на бактерії-господаря і міг утворювати невеликі чисті кола на газоні цих же бацил шигели ('Ерелі, 1917).

Д'Ерель продовжував ретельно характеризувати бактеріофаги як віруси, які розмножуються в бактеріях і розробляти подробиці інфекції різними фагами різноманітних бактерій-господарів у різних умовах навколишнього середовища, завжди об'єднуючи в своїй роботі природні феномени і лабораторні дані, для кращого розуміння імунітету і природного (самовільного) лікування від інфекційних захворювань (Summers, 1999). На дев'ятнадцятому щорічному засіданні Британської Медичної Асоціації в Глазго пройшла дуже цікава дискусія між д'Ерель, Twort і декількома іншими видатними вченими того часу про природу і властивості бактеріофагів (d'Herelle et al, 1922). Головний її питання: чи є причинного основою лізису бактерій, що виробляється ними фермент або це особлива форма найдрібнішого вірусу з деяким родом власного життя, як заявляв д'Ерель. Ця суперечка тривав багато років, розділяючи людей, що працюють з фагами, яких ставало все більше і більше.

Д'Ерель підсумовував початковий етап роботи з фагами в 300-сторінковій книзі "Бактеріофаг" (1922). Він провів класичні описи утворення бляшок і складу, інфекційних центрів, літичних процесів, специфічної адсорбції на бактерії-господаря і розмноження, залежно продукції фагів від конкретного стану бактерії-господаря, виділення фагів з джерел інфекційних бактерій і факторів, що регулюють стабільність позаклітинного фага. Він швидко захопився очевидною роллю фагів в природному контролі мікробних інфекцій. Він, наприклад, зазначив часте виявлення у видужуючих хворих фагів, специфічних у відношенні мікроорганізмів, що викликали захворювання і досить швидке за часом зміни популяцій цих фагів. Все своє життя він присвятив, розробці можливості застосування фагів, отриманих шляхом належної селекції, як засобу для лікування захворювань, найбільш підривали здоров'я людей у ті роки. Спочатку, однак, він зосередився на простому розумінні біології фагів. За цим перше відоме повідомлення про успішну фагової терапії надійшло не від д'Ерель, а від Bruynoghe і Маisin (1921), які використовували фаг для лікування стафілококових інфекцій шкіри.

Через рік, будучи в інституті Пастера в Сайгоні, д'Ерель опинився у важкому матеріальному положенні, перебуваючи в конфлікті і маючи інтелектуальні розбіжності з колективом інституту Пастера в Парижі. Незабаром він прийняв пропозицію переїхати до Нідерландів, де йому були забезпечені кращі умови для роботи з лікування інфекційних захворювань і дослідженню властивостей бактеріофагів. Там він опублікував свою першу книгу і ряд статей, отримав ступінь доктора медичних наук. У 1925 р. він став інспектором служби охорони здоров'я Ліги Націй, (Олександрія, Єгипет), особливо уповноваженим за боротьбу з інфекційними захворюваннями на кораблях, що проходять по Суецькому каналу і під час деяких великих мусульманських паломництв. Фагів терапія та санітарні заходи були головними засобами в його арсеналі боротьби з великими спалахами інфекційних захворювань на Середньому Сході й в Індії. Протягом всього цього періоду він продовжував публікації про своє дослідження і клінічних випробуваннях, надавав допомогу і давав консультації бажаючим вивчати фаги, часто вживаючи тривалі подорожі за свій рахунок. Одне з найбільш великих досліджень фагової терапії, проведене з його допомогою, було дослідження бактеріофагів в 1927-1936 рр.. (Summers, 1993), що закінчилося тим, "що результати, підтверджені найяснішої комісією, здаються переконливими" і хоча все ще залишається багато скептиків щодо фагової терапії, ці дослідження заслуговують ретельного вивчення.

У 1928 р. д'Ерель був запрошений до Стенфорда, щоб прочитати престижні лекції - Lane Lectures; його дискусія "Бактеріофаг і його клінічні застосування" була опублікована у вигляді монографії (d 'Herelle and Smith, 1930). Під час поїздок по країні він прочитав безліч лекцій в медичних інститутах і товариствах. Потім він відправився в Єль, щоб зайняти постійну посаду на факультеті, організовану за підтримки George Smith, який перевів перші дві його книги на англійську мову. Він продовжував проводити літній період в Парижі, працюючи в організованій ним фагової компанії, якою керував його зять. Компанія була створена у відповідь на великі потреби у високоякісних фагових препаратах; цей період особливо добре описаний Summers (1999). У 1933 р. д'Ерель повернувся до Європи на постійне проживання, проводячи багато часу в наступні два роки в Тифлісі (Тбілісі), Грузія, допомагаючи в організації Міжнародного Інституту бактеріофагів.

З самого початку, одним з головних напрямів практичного застосування фагів була ідентифікація бактерій шляхом процесу, званого фаготіпірованіе - ідентифікації штамів мікробів за допомогою визначення спектру чутливості до специфічного набору фагів. Ця методика має перевагу у виді високої специфічності багатьох фагів щодо їх господарів і як і раніше широко використовується у всьому світі. Високоспецифічний здатність фагів знищувати свої бактерії-господарі може також надати негативний комерційне ефект: випадкове зараження фагом може бути катастрофічним для різних бродильних виробництв, що використовують мікробні технології, таких, як виробництво сиру і ферментативний синтез хімічних речовин і викликати фінансові лиха

Фагів терапія випробовувалася широко, були повідомлення про численні успіхи її при ряді захворювань включаючи дизентерію, черевний тиф і нагадує черевний тиф лихоманку, холеру, піогенні інфекції та інфекції сечових шляхів. Фаги безпосередньо наносили на місце поразки, давали всередину або застосовували у вигляді аерозолів або клізм. Їх також вводили у вигляді ін'єкцій внутрішньошкірно, в судини, внутрішньом'язово, інтрадуоденально, внутрішньочеревно навіть всередину легенів, в сонну артерію і перикард. Сильний інтерес до фагової терапії на ранньому етапі знайшов відображення в тому, що на цю тему опубліковано близько 800 статей з 1917 по 1956 р; результати були досить різноманітними і детально висвітлені Ackerman і Dubow (1987). Багато лікарів і підприємці дуже зацікавилися можливим клінічним застосуванням фагів і перескочили до використання, маючи як слабке уявлення про них самих і про мікробіології, так і дефіцит базових наукових знань взагалі. Таким чином, багато хто з цих досліджень були погано контрольованими або зовсім анекдотичними, багато невдачі були передбачуваними, а в описі деяких успіхів не діставало наукового сенсу. Часто фаги з невідомими властивостями, у невідомих концентраціях давалися хворим без специфічного бактеріологічного діагнозу, при цьому не було жодної згадки про катамнезі, контролі або плацебо.

На ранньому етапі роботи з фагами ігнорувалося багато чого з того, що вдалося зрозуміти д'Ерель часто використовувалися неправильні методи приготування, "консервації" та зберігання. В одному випадку д'Ерель описав випробування 20 препаратів виготовлених різними компаніями, в ході якого з'ясувалося, що жоден з них не містила активні бактеріофаги (Summers, 1999).

В іншому випадку препарат рекламувався як містить ряд різних фагів, але, як виявилося, відповідальний технолог вирішив, що легше вирощувати їх у вигляді однієї великої партії, ніж окремо. Не дивно, що перевірка продукту виявила придушення одним фагом всіх інших, і препарат фактично не був полівалентним. Так був отриманий фаг Т7, РНК-полімераза якого зараз грає велику роль в біотехнології (ПП William Summers). У цілому, виключаючи декілька дослідницьких центрів, контроль якості не проводився. Великі клінічні дослідження були рідкістю, і результати цих небагатьох робіт були здебільшого недоступні за межами Східної Європи.

У 1931 р. Радою з Фармації і Хімії Американської Медичної Асоціації був підготовлений великий огляд по фагової терапії (Eaton and Bayne-Jones, 1931). Його метою було: "(а) подати резюме та обговорення (1) експериментально встановлених фактів, пов'язаних з феноменом бактеріофагів, (2) лабораторних і клінічних даних" за "і" проти "терапевтичної застосовності бактеріофагів і (3) виявити чи має відношення так званий антивірус до матеріалів, що містять бактеріофаги і (б) служити основою для вивчення властивостей деяких комерційних препаратів ". Цей звіт, який мав 150 посилань, був найбільшою спробою огляду, принаймні, тих статей і оглядів, які розглядалися як найбільш значущі. Оцінюючи цей звіт, важливо зрозуміти, наскільки мало було відомо тоді про бактеріофагів. Фактично першим висновком була: "Експериментальні дослідження литического агента, названого" бактеріофагом ", не розкрили його природи. Теорія д'Ерель про те, що цей матеріал є живим вірусом, що паразитує в бактеріях, не доведена. Навпаки, факти вказують на те, що цей матеріал неживої, можливо є ферментом ". У ретроспективі доказ того, що фаги є вірусами, виглядає вагомо, і важко зрозуміти, як можна було прийти до такого висновку, явно вплинув на всі інші. Вони включали в себе наступне:

1) Оскільки остаточно не показано, що бактеріофаг є живим організмом, не обгрунтовано пояснювати його дії на культури бактерій або його можливе терапевтична дія властивостями живої речовини. 2) У той час як в [бактеріальної] культурі бактеріофаг розчиняє чутливі бактерії і викликає численні модифікації мікроорганізмів, його літичної дію в організмі інгібується або сильно не може кров'ю та іншими рідинами тіла. 3) Матеріал, званий бактеріофагом, звичайно є фільтратом лу мікроорганізмів, що містить, на додаток до литическому початку, антигенні бактеріальні речовини, продукти бактеріального росту і складові культурального середовища. Ефект всіх цих компонентів необхідно приймати до уваги кожного разу, коли випробовується терапевтичну дію. 4) Огляд літератури про використання бактеріофагів у лікуванні інфекцій виявив, що обгрунтування терапевтичної значимості літичних фільтратів є більшою частиною спірним. Тільки при лікуванні місцевих стрептококових інфекцій і, можливо, циститу, представлені цілком переконливі дані ".

Ця оцінка явно справила сильний вплив на інвестування серйозних досліджень фагової терапії медичною громадськістю, принаймні, в Сполучених Штатах. Підняті питання, як і раніше вимагають розгляду, як, в відносин багатьох описаних тут досліджень на тваринах або на людей, які, здавалося, були малоуспішними або безуспішними, так і відносно таких можливо неправильних пояснень успіхів, як сильна стимуляція природних імунних механізмів продуктами розпаду бактерій, що містяться у використовуваних лізата. Далі в 40-х рр.. стали широкодоступним нові "чудові" антибіотики, такі як пеніцилін, і Західний світ здебільшого відмовився від фагової терапії.

Специфічні проблеми ранніх робіт з фагової терапії

Сьогодні багато хто вважає, що в першій половині цього століття була показана неефективність фагової терапії. Однак вийшло так, що вона просто не досліджена в повній мірі і належним чином, так що інша її оцінка цілком виправдана. За цим важливо розглянути у всіх деталях як можливі причини проблем раннього періоду, так і питання що стосуються ефективності, а саме:

  1. 1) Недостатність розуміння гетерогенності та екології як фагів, так і залучених бактерій.

2) Невдача в селекції фагів, високо вірулентних проти бактерій-мішеней, до їх використання у хворих.

3) Використання моно фагів при інфекціях, що викликаються кількома різними бактеріями.

4) Поява резистентних штамів бактерій. Вони можуть виникнути шляхом селекції резистентних мутантів (це часто відбувається, при використанні тільки одного штаму фага проти конкретної бактерії) або шляхом лизогенизации (якщо використовуються помірні фаги, як обговорюється нижче).

5) Неправильна класифікація фагів або помилки стосовно титру препаратів, деякі з яких були повністю неактивні.

6) Невдача у нейтралізації низьких значень шлункового рН при використанні пероральних препаратів.

7) Інактивація бактеріофагів специфічними і неспецифічними чинниками в рідинах організму.

8) Вивільнення ендотоксинів внаслідок масивного лізису бактерій всередині організму (що іменується лікарями реакцією Herxheimer). Це може призвести до токсичного шоку і є потенційною проблемою також і для хімічних антибіотиків.

    1. 9) Недостатня готовність і надійність бактеріологічних лабораторій для ретельної ідентифікації причинних патогенів, необхідної зважаючи специфічності фагової терапії.

    2. Природа фагів

Незважаючи на те, що явище бактеріофагії інтенсивно вивчається більше п'ятдесяти років, на природу фагів немає єдиної точки зору, і це питання до цих пір залишається спірним. У нашій країні і за кордоном у спеціальній пресі та на конференціях неодноразово виникали гарячі дискусії на цю тему. І це не випадково. Питання про походження фагів, як і інших вірусів, має велике значення, тому що з ним тісно пов'язане рішення багатьох найактуальніших завдань сучасної біології: походження життя, можливі форми існування живого; існування живих істот, що не мають клітинної структури; походження клітинних форм життя; розвиток , мінливість і видоутворення у мікроорганізмів і ін

До теперішнього часу все ще існують діаметрально протилежні точки зору на природу вірусів, в тому числі і фагів. На думку одних вчених, фаги відносяться до живих організмів, інші розглядають їх як особливі речовини типу ферментів.

Важливо відзначити, що ті дослідники, які відносять фаги до живих організмів, різна трактують питання про їх походження. Одні дослідники вважають, що фаги, як і віруси людини, тварин і рослин, походять від найдавніших доклітинних форм, які в процесі еволюції пристосувалися до паразитування у первинних одноклітинних організмах і надалі еволюціонували разом зі своїми господарями. Таким шляхом, як думають ці вчені, виникли фаги мікроорганізмів, які за своїм ставленням до клітини-хазяїна є паразитами екзогенного, тобто зовнішнього, походження. Інші ж вважають, що походження фагів пов'язано тим чи іншим чином з клітиною свого теперішнього господаря (ендогенне походження).

На думку вчених, що розглядають фаг як фермент ендогенного походження, фагів частка є продуктом життєдіяльності мікробної клітини. При влученні в клітину фаги викликають каталітично протікають процеси утворення активного фага, здатного руйнувати мікробну клітину. А розмноження фага в клітині відбувається приблизно так само, як освіта активного ферменту з його неактивного попередника - проферменту.

Яка ж з викладених точок зору на природу фага є найбільш прийнятною, виходячи із сучасних знань про властивості фага і його взаємин з клітиною-господарем? Чи є фаг живою істотою чи це - речовина подібне ферменту? За останні роки завдяки застосуванню новітніх сучасних методів дослідження (електронна мікроскопія, мічені атоми) знання про структуру фагів, їхній хімічний склад, особливості розмноження значно розширилися. Фагів частка виявилася досить складно організованою. Вона містить основні хімічні сполуки, властиві живому організму, - нуклеїнові кислоти і білок. Подібно іншим живим істотам, фаги здатні змінювати всі свої властивості. Тому розглядати їх як ферменти немає ніяких підстав. Вірно, вони не мають власного обміном речовин. Вони є абсолютними паразитами, що живуть повністю за рахунок клітини-господаря.

Отже, фаги логічно розглядати як особливі форми живих істот. Проте питання про походження фагів поки ще не можна вважати остаточно вирішеним.

Поширення фагів

В даний час знайдені, фаги, лизирующие клітини мікроорганізмів, що належать до всіх систематичних груп, як патогенних для людини, тварин і рослин, так і сапрофітних (непатогенних).

До недавнього часу не було ясно, чи існують фаги проти цвілевих грибів і дріжджів. В останні роки знайдені фаги, активні проти грибів родів пеніціллов, аспергіл-лов і інших, а також проти деяких дріжджів. Цікаво відзначити, що вірус вдалося виявити й у тих видів пеніціллов, які застосовуються в промисловості для отримання пеніциліну. Не виявлені віруси, активні проти найпростіших тварин, а також справжніх спірохет.

У природних умовах фаги зустрічаються в тих місцях, де є чутливі до них бактерії. Чим багатше той чи інший субстрат (грунт, вода, виділення людини і тварин і т. д.) мікроорганізмами, тим в більшій кількості в ньому зустрічаються відповідні фаги. Так, фаги, лизирующие клітини всіх видів грунтових мікроорганізмів, знаходяться в грунтах. Особливо багаті фагами чорноземи і грунту, в які вносилися органічні добрива. Фаги, активні проти різних видів кишкової, дизентерійної, тифозної і паратифозної паличок, часто зустрічаються у вмісті кишечнику людини і тварин, стічних водах і забруднених водоймах. Фаги фітопатогенних мікроорганізмів найуспішніше виділяються із залишків рослин, уражених цими мікробами

Отже, ті субстрати, на яких розвиваються певні форми мікроорганізмів, також сприятливі для існування відповідних фагів.

Ілюстрація 17: Escherichia coli атакують фагами

    1. Морфологія фагів

Застосування сучасних електронних мікроскопів, а також удосконалення методів приготування препаратів для електронної мікроскопії дозволили більш детально вивчити тонку структуру фагів. Виявилося, що вона дуже різноманітна і в багатьох фагів більш складна, ніж структура вірусів рослин і ряду вірусів людини і тварин.

Ілюстрація 17: Морфологічні типи фагів

Різні фаги відрізняються один від одного не тільки за формою, величиною і складністю своєї організації, а й за хімічним складом. Виявилося, що фаги, лизирующие мікроорганізми різних груп, можуть бути цілком ідентичними по своїй морфології. У той же час фаги, активні проти однієї і тієї ж культури, можуть різко відрізнятися за своєю структурою. Так, наприклад, серед фагів, здатних лизировать різні штами кишкової палички, виявлено всі відомі морфологічні типи фагів.

Ілюстрація 17: паличкоподібні, або ниткоподібні, фаги. Повів. X 400 000.

Частинки (або віріони) більшості відомих фагів мають форму сперматозоїда. Вони складаються з голівки (або капсида) і відростка. Поряд з цим є фаги, які складаються з однієї голівки, без відростка, і фаги, що мають форму палички (паличкоподібні або ниткоподібні фаги).

За формою частинок фаги поділяють на шість основних морфологічних типів (груп): (рис.2) паличкоподібні або ниткоподібні фаги; фаги, що складаються з однієї голівки, без відростка; фаги, що складаються з голівки, на якій є декілька невеликих виступів; фаги, що складаються з голівки і дуже короткого відростка; фаги, що мають головку і довгий відросток, чохол якого не може скорочуватися; фаги, що мають головку і довгий відросток, чохол якого може скорочуватися.

Ілюстрація 17: Фаги 2 морфологічного типу, частка складається з однієї головки. Повів. X 600 000

Розміри фагів прийнято позначати в мілі-мікрометрах (1 міллімікрометр - мільйонна частина міліметра) або в ангстремах (10 А = 1 міллімікрометр).

Фаги перший морфологічного типу - паличкоподібні або ниткоподібні - виявлено у кишкової, синьогнійної, чудесної паличок і інших бактерій. Середні розміри їх: довжина - від 7000 до 8500 А, ширина - від 50 до 80 А (рис. 3). Ці фаги відрізняються від всіх інших не тільки великий специфічністю, а й низку інших важливих властивостей.

Фаги другий морфологічного типу. Частка їх складається з однієї головки гексагональної (шестигранною) форми на площині. Частинки дуже дрібні, середній розмір їх 230-300 А в діаметрі (рис. 4).

У фагів третій морфологічного типу форма і розміри голівки такі ж, як у фагів другого типу, але в їхніх головок є зазвичай кілька дуже коротких виступів (рис. 5). Можливо, ці виступи є аналогами відростків.

Ілюстрація 17: Фаги третій морфологічного типу від головки відходять невеликі виступи

Ілюстрація 17: Фаг 4 морф. типу. Частка складається з голівки і короткого відростка Увел. Х500 000

Фаги 2-го і 3-го морфологічних типів відрізняються сталістю форми і розмірів, незалежно від того, проти яких мікроорганізмів вони активні. Ці фаги відносяться до дрібних форм.

Фаги 4-го морфологічного типу. Частка складається з голівки, розміри яких варіюють від 400 до 640 А в діаметрі, і дуже короткого відростка (рис. 6). Довжина і ширина відростка від 70 до 200 А.

Фаги п'ятого морфологічного типу найбільш поширені. Головка у часток гексагональної, форми різних розмірів - від 500 до 4250 А в діаметрі. Розміри відростка: довжина - від 1700 до 5000 А, ширина - від 70 до 120 А (рис. 7). Чохол відростка не здатний скорочуватися.

Фаги шостого морфологічного типу також широко поширені. Головка частинки різної форми і розмірів - від 600 до 1500 А в діаметрі, гексагональна. Розміри відростка: довжина - від 800 до 2890 А, ширина - від 140 до 370 А. Важливою особливістю фагів цієї групи є те, що чохол, навколишній відросток, здатний скорочуватися, в результаті чого стає видимим внутрішній стрижень відростка (рис.8).

Головки всіх фагів складаються з внутрішнього вмісту - нуклеїнової кислоти - і оточені білковою оболонкою. Відросток фагів вельми складний. Він звичайно складається з наступних структур: зовнішнього чохла (або оболонки), внутрішнього стрижня з канальців, базальної пластинки, що кінчається виступами (типу шипів) і ниткоподібними структурами. Чохол відростка складається з субодиниць білкової природи, зібраних в спіраль. У результаті цього він набуває вигляду гофрованої трубки. У верхній частині відростка багатьох фагів є утворення, що називається комірцем. На рисунку 9 схематично зображено тонка структура фагової частки.

    1. Хімічний склад фагів

Вивчення хімічного складу фагів стало можливо лише тоді, коли були вдосконалені методи отримання у великих кількостях очищених препаратів фага. В даний час вивчений хімічний склад фагів, що належать до різних морфологічним типами та вражаючих мікроорганізми майже всіх систематичних груп.

Ілюстрація 17: Різні фаги п'ятого морфологічного типу, частка складається з голівки і довгого відростка, чохол якого не здатний скорочуватися. 1,2 - повів. X 225 000, 3 - повів. X250 000

Основними компонентами фагів є білки і нуклеїнові кислоти. Важливо зазначити, що фаги, як і інші віруси, містять тільки один тип нуклеїнової кислоти - дезоксирибонуклеїнову (ДНК) або рибонуклеїнової (РНК). Цією властивістю віруси відрізняються від мікроорганізмів, що містять у клітинах обидва типи нуклеїнових кислот.

Нуклеїнова кислота знаходиться в голівці. Усередині головки фагів виявлено також невелика кількість білка (близько 3%).

Таким чином, за хімічним складом фаги є нуклеопротеїдами. Залежно від типу своєї нуклеїнової кислоти фаги діляться на ДНК-ові і РНК-ові. Кількість білка і нуклеїнової кислоти у різних фагів різне. У деяких фагів зміст їх майже однакове і кожен з цих компонентів становить близько 50%. В інших фагів співвідношення між цими основними компонентами може бути по-різному.

Ілюстрація 17: Фаг шостого морфологічного типу, частка складається з голівки і довгого відростка, чохол якого здатний до скорочення. Повів, близько 400 000.

Крім зазначених основних компонентів, фаги містять у невеликих кількостях вуглеводи і деякі переважно нейтральні жири.

Ілюстрація 17: Схема будови фагової частки.

Всі відомі фаги другий морфологічного типу РНК-ові. Серед фагів третій морфологічного типу зустрічаються як РНК-ові, так і ДНК-ові форми. Фаги інших морфологічних типів - ДНК-ові.

    1. Антигенні властивості фагів

Відомо, що при введенні в організм тварини підшкірно або внутрішньовенно білка, бактеріальних клітин, деяких продуктів життєдіяльності мікроорганізмів та інших речовин в крові тварини виробляються речовини, названі антитілами. Речовини, здатні викликати утворення антитіл, називаються антигенами.

Антитіла дуже специфічні і здатні вступати в реакції тільки з тими антигенами, які викликали їх утворення. Вони або пов'язують відповідні антигени, або нейтралізують їх, або беруть в облогу, або розчиняють.

Виявилося, що всі фаги мають антигенними властивостями. При введенні фага в організм тварини в сироватці крові утворюються специфічні антитіла, здатні діяти тільки проти даного фага. Такі сироватки називаються антіфаговимі. Коли фаг змішується зі специфічною антіфаговой сироваткою, відбувається інактивація фага - фаг втрачає здатність викликати лізис чутливих до нього мікробів.

Так як кожна антіфаговая сироватка специфічна, її можна успішно застосовувати для ідентифікації та класифікації фагів і очищення мікробної культури від фага. За допомогою сироватки вдалося довести, що білок оболонки фага відрізняється від білка оболонки відростка і від білка базальної пластинки і її ниткоподібних утворень, що говорить про складність структури фагової частки. За антигенними властивостями фаг різко відрізняється від чутливих до нього мікробів.

    1. Механізм впливу бактеріофагів на бактеріальну клітину

    2. Розмноження фагів

Взаємовідносини між фагом і чутливою до нього клітиною дуже складні і не завжди завершуються лізисом клітини і розмноженням у ній фага. Одні бактеріофаги вельми специфічні і здатні лизировать клітини тільки одного будь-якого виду мікроорганізмів (монофагу), інші - клітини різних видів (поліфаги). Розглянемо таку інфекцію клітини, яка закінчується загибеллю клітки і розмноженням у ній фага. Така інфекція називається продуктивною.

Найважливішою особливістю розмноження фага є те, що воно може відбуватися тільки в живих клітинах, що знаходяться у стадії зростання.

У мертвих клітинах, а також продуктах клітинного обміну розмноження фага не відбувається .. За характером взаємодії з мікробною клітиною розрізняють вірулентні та помірні Б. Процес взаємодії вірулентного Б. з клітиною досить складний і складається з наступних послідовно протікають етапів (рис. 10): 1) адсорбція фагової частки на поверхні мікробної клітини; 2) проникнення вмісту головки фагової частки (нуклеїнової кислоти) в мікробну клітину; 3) внутрішньоклітинне розвиток фага, що закінчується утворенням нових фагових частинок; 4) лізис клітини і вихід з неї нових фагів.

Час з моменту інфікування клітини фагом до лізису клітини називається латентним або прихованим періодом. Тривалість цього періоду різна для різних типів фага, залежить від навколишньої температури, складу середовища та інших факторів. Латентний період фагів, специфічних для одних бактерій, 15-40 хв, для інших - 5 год і більше. У фагів актиноміцетів латентний період може бути ще триваліше. При низькій температурі латентний період значно збільшується.

Ілюстрація 17: Схема розмноження фага.

Ілюстрація 17: Адсорбція фага на клітці

З усіх етапів розмноження фага найбільш вивчений перший - адсорбція.

Адсорбція фага на клітці - реакція досить специфічна. У клітинній стінці бактерій є особливі структури (рецептори), до яких можуть прикріпитися фаги. Адсорбуються на рецепторах тільки ті фаги, до яких чутлива клітина.

Фаги, які мають відростки, прикріплюються до мікробної стінці вільним кінцем відростка. Ниткоподібні фаги, а також фаги, що не мають відростків, адсорбуються не на мікробної стінці, а на ниткоподібних структурах, що оточують стінку, - фімбріями. Описано фаги, які прикріплюються відростком до бактеріальних жгутикам. У деяких фагів процес адсорбції може здійснюватися лише в тому випадку, коли в середовищі є певні речовини - кофактори: амінокислоти (триптофан, тирозин та ін) або солі (кальцієві, магнієві).

На кінці фагового відростка є особливий фермент типу лізоциму. Після адсорбції фага під впливом цього ферменту відбувається розчинення стінки мікробної клітини і вміст головки фага - нуклеїнова кислота - перекачується в мікробну клітину. Цим завершується другий етап процесу розмноження фага.

Інші структури фагової частки - оболонка головки, відросток і його субструктур - всередину інфікованої фагом клітини не потрапляють. Їх роль полягає в забезпеченні збереження фагової частки, що знаходиться поза клітини, і сприяння проникненню фагової нуклеїнової кислоти в клітину при інфекції.

Ілюстрація 17: Дрібні (ледь видимі) негативні колонії актінофага. Повів. 6:10

У ниткоподібних фагів, на відміну від інших видів фагів, всередину клітини проникає весь білок або його частину. Після проникнення нуклеїнової кислоти фага в клітку починається складний процес внутрішньоклітинного розмноження фага. Під впливом нуклеїнової кислоти фага різко змінюється весь обмін мікробної клітини. Основні процеси, що протікають в інфікованій клітині, спрямовані на утворення нових фагових частинок. Ін'єктовані ДНК пригнічує синтезують механізми клітини, примушуючи її синтезувати ДНК і білки бактеріофага. З утворилися в різних частинах клітини в різний час фагової нуклеїнової кислоти і білка формуються нові фаговой частки (збірка Б.). Спочатку формуються окремо головки і відростки, які потім об'єднуються в зрілі фаговой частки. До цього часу усередині клітини утворюється особливий літичний фермент, який викликає лізис клітини зсередини. Клітка розпадається, і нові зрілі частки фага виходять назовні.

Ілюстрація 17: Дрібні негативні колонії актінофага Увел. 8: 9.

Кількість нових фагових частинок, утворених однією клітиною при фагової інфекції, називають виходом фага або його врожайністю. Вихід фага залежить від властивостей даного фага і не залежить від клітини-господаря та її розмірів. Одні фаги відрізняються дуже низьким виходом (5-50 частинок на клітину), в інших вихід значно вище (від 1000 до 2500). Особливо високим виходом відрізняються дрібні РНК-ові фаги (понад 20 000 часток на клітину). Якщо велика кількість бактеріальних клітин змішати з невеликою кількістю фагових часток, то процес розмноження фагів проходить кілька циклів. На початку інфікується частина клітин. Перше потомство фага інфікує залишилися клітини - відбувається другий цикл, за ним може слідувати третій і т.д., поки не будуть лизировать всі чутливі до даного фагу клітини. Серед фагів зустрічаються такі, розмноження яких можливе лише за наявності в середовищі певних кофакторів. Одні з цих речовин, як вже вказувалося, необхідні для адсорбції фага, інші - для внутрішньоклітинного розмноження фага.

Ілюстрація 17: Негативні колонії бактеріофага середньої величини. Повів. 1:1

Чи є процес розмноження фага завжди смертельним для інфікованої їм клітини? Безсумнівно, абсолютна більшість фагів викликають при розмноженні лізис клітини та її загибель. Лише останнім часом було встановлено, що при інфікуванні клітини ниткоподібними фагами можливі розмноження їх без загибелі клітини.

Якщо зробити розсівання по поверхні агаризованому живильного середовища в чашках Петрі суміші фага і чутливих до нього мікробів і чашки витримати в термостаті, то відбувається лізис клітин в результаті розмноження фага. Якщо взяти велику кількість частинок фага, то лізує більша частина або весь виріс газон культури. Якщо кількість фагових частинок таке, що вони розподіляються тільки на окремих ділянках газону, лізіруя в цих місцях культуру, то виникає колонія фага.

Ці колонії фага отримали назва бляшок, стерильних плям. Правильніше їх називати негативними колоніями. Кожна негативна колонія складається з десятків і сотень мільйонів фагових частинок. Розмір негативних колоній і їх форма залежать в першу чергу від властивостей фага, а також від складу середовища та культури мікробів. В одних фагів негативні колонії дуже дрібні і ледве видимі неозброєним оком, інші досягають 10 мм в діаметрі і більше. Колонії бувають світлі й чіткі, коли ціалізуватися вся культура, або мутнуваті, коли ціалізуватися не всі клітини. Навколо негативних колоній деяких фагів можуть виникнути різної форми і величини ореоли. На малюнках 12 - 16 показані негативні колонії різних фагів.

Морфологія негативних колоній служить однією з ознак, яким користуються при диференціації фагів.

Ілюстрація 17: Великі негативні колонії актінофага. Повів. 1:1.

Ілюстрація 17: Негативні колонії актінофага, оточені ореолом пригнобленого росту тест-культури. Повів. 10:8.

Лізогенія та її біологічне значення

При вивченні явища бактеріофагії дослідники звернули увагу на те, що іноді зустрічаються культури мікроорганізмів, які містять фаги, хоча на ці культури фагами і не впливали. Явище фагоносітельства отримало назву лизогении.

Воно було описано одним з основоположників вчення про бактеріофагів - Д'Ереллем, який вважав, що такі культури забруднюються фагом ззовні. Подібні культури були названі ложнолізогеннимі.

Ложнолізогенние культури складаються з суміші стійких і чутливих до певного фагу клітин.

Такі культури можуть бути легко звільнені від містяться в них фагів або шляхом декількох рассевов, або за допомогою специфічної антіфаговой сироватки, або впливом антіфаговимі речовинами.

Крім ложнолізогенних, зустрічаються такі містять фаги культури, у яких Лизо-генне стан, тобто здатність виділяти фаги, стійко зберігається навіть після численних пересівань в середовищі з антіфаговой сироваткою і багаторазових впливів антіфаговимі речовинами. Такі культури названі істіннолізогеннимі. Ми розповімо лише про цих культурах, які будемо називати лізогенним.

Лізогенним культурами є такі культури, які мають здатність продукувати зрілі частки фага без впливу на них фагом ззовні. Це властивість стійко передається у спадок. У лизогенной культурі фаг знаходиться всередині клітини. Для розуміння сутності лизогении особливо важливе значення мав питання: в якому стані фаг знаходиться всередині лизогенной клітини?

Досліди з штучним розривом клітин лізогенним культур під впливом різноманітних фізичних та хімічних факторів (ультразвуку, антибіотиків, літичних ферментів і т. д.) не виявили наявності в клітинах зрілих частинок фага.

Важливе значення для розуміння справжньої природи лизогении мали роботи А. Львова і А. Гутмана (1950). Оригінальні досліди цих дослідників переконливо показали, що в лизогенной клітці фаг знаходиться не у вигляді зрілих частинок, а в якійсь іншій, неінфекційної для клітини формі. Таку форму назвали профагом. Саме помірні фаги можуть перебувати в лізогенним клітинах у вигляді профага.

Клітку можна експериментально зробити лизогенной. Такий експеримент допоміг з'ясувати механізми процесу, завдяки якому клітина стає лизогенной. Виявилося, що при дії на клітину помірним фагом частина популяції клітин лізується, а інша частина стає лизогенной. При цьому фаг адсорбується клітиною і його нуклеїнова кислота проникає всередину клітини. Однак, на відміну від продуктивної інфекції, спричиненої вірулентним фагом, при лізогенізадіі нуклеїнова кислота фага зв'язується з ядерним апаратом клітини (хромосомою) і залишається в ній у вигляді профага.

Питання локалізації профага в клітці і форми його зв'язку з клітиною є найважливішими проблемами лизогении. За даними ряду дослідників, кожен профаг займає певне місце на хромосомі лизогенной клітини. При розподілі клітини профаг відтворюється із швидкістю, що дорівнює швидкості відтворення генетичного матеріалу клітини, що сприяє передачі лизогенной стану потомству.

Отже, в лизогенной клітці профаг веде себе як її нормальний компонент. При лизогенизации відбувається об'єднання генетичного матеріалу клітини з генетичним матеріалом фага на молекулярному рівні. Відомі поки поодинокі випадки, коли профаг не пов'язаний з хромосомою, а розташований на мембранах клітинної цитоплазми.

Отже, в лизогенной клітці фаг є додатковим генетичним чинником, який може невизначено тривалий час знаходитися усередині клітини і, як усякий генетичний фактор, визначати властиві йому ознаки.

Лізогенним культури стійкі (або імунних) до того фагу, який вони містять, а також до близькоспоріднених йому фагам. При розмноженні лизогенной культури якась частина клітин популяції лізується і звільняє зрілі частки специфічного для цієї популяції помірного фага.

Освіта лізогенним культурами зрілих частинок фага отримало назву спонтанної індукції. Кількість лізіруемих клітин і кількість які утворилися зрілих частинок фага залежать від особливостей даної культури та умов вирощування. У той же час кількість клітин, які звільняють фаги, може бути різко збільшено при впливі на лизогенной культуру деякими фізичними і хімічними факторами, які отримали назву індукують. При індукції деяких лізогенним культур вдавалося викликати утворення зрілих частинок фага майже у всіх кліток. До індукують агентів відносяться ультрафіолетові (УФ), рентгенівські і гамма-випромінювання, перекису, азотистий іприт і його гомологи, етиленіміну, урацил, багато антибіотиків. Найбільш ефективні і широко застосовуються індукують фактори - УФ-промені і антибіотик мітоміцін С.

Як зазначалося, важливою властивістю лизогенной культури є її стійкість до міститься в ній фагу. У зв'язку з цим виділення і вивчення помірних фагів лизогенной культури можливо лише в тому випадку, коли є інша культура того ж виду, яка чутлива до помірного фагу даної лизогенной культури. Такі культури отримали назву індикаторних. До лізогенним культурам, особливо широко поширеним у природі, порівняно легко можна підібрати індикаторні культури серед інших різновидів цього ж виду.

В окремих випадках помірний фаг лизогенной культури може спонтанно (без зовнішніх впливів) або під впливом різних факторів змінитися і стати вірулентним. Тоді фаг набуває здатність лизировать всі клітини даної культури. У деяких лізогенним культур перетворення помірного фага в вірулентний відбувається порівняно легко. Є ряд культур, у яких експериментально не вдавалося перетворити помірний фаг в вірулентний.

Можливість виникнення вірулентних мутантів помірних фагів має велике теоретичне і практичне значення. Не рідкісні випадки, коли єдиним доказом лизогенной культури є виникнення вірулентних мутантів її помірного фага.

Лізогенія широко поширена серед усіх систематичних груп мікроорганізмів. Це явище детально вивчено у сальмонел - збудників черевного тифу і паратифу, у дифтерійної палички; всі культури цих видів патогенних бактерій виявилися лізогенним. Лізогенія широко поширена серед стрептококів, спорових форм бактерій, бульбочкових бактерій, актиноміцетів, мікобактерій та ін; вона виявлено і в деяких міцеліальних грибів (пеніціллов) і дріжджів. Є всі підстави стверджувати, що абсолютна більшість мікроорганізмів є лізогенним. Ні про одну культуру не можна з упевненістю сказати, що вона не лизогенной.

За останній час накопичується все більше даних про те, що багато лізогенним культури містять 2, 3, 4 і більш поміркованих фагів, тобто є полілізогеннимі. Наприклад, багато актиноміцети, проактіноміцети, бульбочкові бактерії та деякі спороносні бактерії містять 4 і більше фагів. Вміщені в полілізогенних культурах фаги часто різко розрізняються між собою за формою частинок, антигенними властивостями і спектру літичної дії. Полілізогенние культури можна експериментально отримати за допомогою впливу на них одночасно або послідовно різними помірними фагами. Отримані таким способом культури не відрізняються від виділених з природних джерел.

Як вже зазначалося, профаг лизогенной культури здатний перетворитися спонтанно або при індукції в зрілу повноцінну фагів частку. Проте у ряді випадків під впливом різних факторів у профага виникають стійкі спадкові зміни (мутації), в результаті яких він при індукції не здатний перетворюватися на повноцінну частку. Тому у таких культур виникають частинки, що складаються тільки з головки або лише з одного відростка. Можливі й інші порушення в структурі фагової частки. При індукції таких культур лизогенной клітина лізується, але утворилися частинки як неповноцінні не здатні до розмноження на індикаторної культурі.

Найбільш детально вивчені дефектні фаги, у яких утворюються одні лише відростки. Такі фаги здатні адсорбуватися на клітці, вбити її, але не можуть розмножуватися. Останнім часом такі дефектні фаги привернули до себе увагу дослідників, так як було встановлено, що багато описані в літературі бактеріоцини (речовини, що вбивають бактерії) представляють собою дефектні фаговой частки.

Існують два принципово різних типу бактеріоцинів. Одні з них відрізняються низькою молекулярною вагою, що не осаджуються при центрифугуванні, чутливі до ферменту трипсину, термолабільни і в електронному мікроскопі не видно. Бактеріоцини іншого типу володіють високим молекулярною вагою, осідають при центрифугуванні, термостабільні і в електронному мікроскопі видно у вигляді фагоподобних частинок або окремих компонентів фагової частки (переважно у вигляді відростків).

Про походження бактеріоцинів першого типу і про можливий зв'язок їх з лізогенним станом культури-продуцента ніяких даних немає. У той же час багатьма дослідниками показано, що освіта бактеріоцинів другого типу тісно пов'язано з дефектною лизогенной продуцента.

Найбільш переконливий доказ дефектної лизогении - виявлення дефектних фагових часток, кількість яких значно збільшується при індукції.

Є всі підстави стверджувати, що дефектна лізогенія досить широко поширена. Вона виявлена ​​у дуже багатьох культур, наприклад у актиномицета, продукуючого антибіотик стрептоміцин, бульбочкових бактерій, спороносних бактерій, що застосовуються для боротьби зі шкідливими комахами. Виявлено дефектні фагових частинки, виявлені у кишкової палички і названі коліціном. Крім того, були виявлені та описані полілізогенние культури актиноміцетів, які одночасно містили нормальні і дефектні фаговой частки.

Як вже зазначалося, профаг в лизогенной культурі пов'язаний з ядерним апаратом клітини і є додатковим генетичним фактором. Профаг в лизогенной клітці веде себе як ген, хоча між ними є принципові відмінності. За останні роки досягнуто великих успіхів не тільки у вивченні сутності лизогении, але і у з'ясуванні ролі профагом як додаткових генетичних факторів. Зміни, викликані профагом в лизогенной клітці, отримали назву лізогенним конверсії.

Лізогенія, безсумнівно, одне з найцікавіших явищ в біології мікроорганізмів, теоретичне і практичне значення якого виходить далеко за межі мікробіології. Вивчення цього явища зіграло велику роль у формуванні уявлень про фагах, їх походження, про взаємини фагів з клітиною-господарем.

Не виключено, що лизогенизации є одним з механізмів захисту мікробної клітини від фагової інфекції, виробленим клітиною в процесі тривалої еволюції. Лизогенизации до певної міри біологічно вигідна і клітині, і фагу. Клітка при лизогенизации стає стійкою не тільки до даного фагу, а й до споріднених йому фагам і, крім того, набуває додаткових властивостей.

Фаг ж набуває стійкість до різноманітних зовнішніх впливів і в той же час зберігає потенційну можливість перейти в вегетативний стан і в стан зрілої інфекційної частинки. Широке поширення лизогении дає підставу розглядати це явище не як виняткове, а як нормальне на даному етапі еволюції мікробів.

Мінливість фагів і мінливість мікроорганізмів під

впливом фагів

Фаги, як і мікроорганізми, здатні змінювати всі свої властивості: форму та розміри негативних колоній, спектр літичної дії, здатність до адсорбції на мікробній клітині, стійкість до зовнішніх впливів, антигенні властивості. Особливо часто спостерігаються зміни морфології негативних колоній, спектру літичної дії і перетворення помірних фагів в вірулентні.

Великі зміни можуть спостерігатися в тонкій структурі фагової частки - виникають дефектні частинки, позбавлені головки, відростка, ниткоподібних утворень або інших субструктур.

Зміни фагів можуть бути спадковими (мутації) і не спадковими (Феноти-пическая). Фенотипічні зміни залежать від умов, в яких утворюються фаговой частки. Важливе значення мають зміни, викликані клітиною-господарем, тобто тією культурою, на якій фаг розмножується. Ці зміни здебільшого носять фенотипический характер і стосуються переважно форми негативних колоній, спектру літичної дії і вірулентності. Під впливом клітини-господаря можливі й стійкі зміни типу мутацій. За допомогою різних мутагенних факторів (променистої енергії, хімічних агентів) можуть бути одержано різноманітні мутанти.

Особливий інтерес представляють зміни, що відбуваються при одночасному розмноженні на одній і тій же культурі двох споріднених за антигенними властивостями фагів. При цьому в потомстві виникають частки кожного з цих фагів і, крім того, форми, які придбали властивості обох батьків (гібридні форми).

Під впливом фагів можуть істотно змінюватися всі властивості мікроорганізмів - морфологія клітин, будова колоній, токсичність, рухливість і т.д. Зміни, викликані фагом, можуть бути спадковими і неспадкова. Механізми, що призводять до зміни клітин під впливом фагів, різні. В окремих випадках фаг грає лише роль отбирающего чинника: під його впливом лізуються всі чутливі до нього клітини даної популяції і залишаються лише ті клітини, які ще до впливу фагом були з різних причин стійкі до нього.

При вирощуванні мікроорганізмів в рідкому середовищі спільно з активним проти них фагом зазвичай спостерігається наступне. Спочатку середу каламутніє, а потім просвітлюється внаслідок лізису клітин. У ряді випадків через деякий час (різне для різних мікробів і фагів) культуральна рідина знову каламутніє. Помутніння середовища відбувається внаслідок поновлення росту культури. На агаризованих середовищах при нанесенні фага на газон чутливою до нього культури можна спостерігати спочатку лізис культури в місцях нанесення фага, а через деякий час на лу ділянках з'являється зростання культури, зазвичай у вигляді окремих колоній (рис. 218).

Виростають після лізису мікроорганізми отримали назву культур вторинного зростання. Аналіз культур вторинного зростання показує, що в одних випадках вони складаються з варіантів, які стали стабільно стійкими до даного фагу, в інших - з нестійких форм. Культури, що стали стійкими до фагу, можуть одночасно придбати і ряд нових властивостей. Цим зазвичай користуються при отриманні фагоустойчівих культур для промислових цілей.

В останні роки були виявлені два принципово різних механізми мінливості клітин під впливом фагів - трансдукція і лізогенним конверсії.

Трансдукція (перенесення)

При розмноженні певних помірних фагів на чутливих до них культурах фагів частка захоплює який-небудь фрагмент генетичного матеріалу даної клітини. При дії цих же фагом на іншу чутливу до нього культуру він передає новій культурі захоплений фрагмент. Культура, від якої фаг переносить генетичний матеріал, отримала назву донора (що дає), а культура, що набуває генетичний матеріал, - реципієнта (отримує).

При трансдукції фаг грає роль механічного переносника; лизогенизации клітини не обов'язкове. Один і той же фаг може переносити різні властивості. Трансдукція відбувається досить рідко: з одного і більше мільйонів фагових частинок тільки одна здатна здійснювати трансдукція. За допомогою трансдукції вдавалося перенести від клітин-донорів клітин-реципієнтам різні властивості: токсичність, стійкість до антибіотиків, здатність продукувати певні ферменти, антигенні та інші властивості.

Лізогенним конверсії (перетворення)

Як вже зазначалося, при лизогенизации клітина-хазяїн набуває стійкість до даного фагу, а також здатність продукувати зрілі частки цього фага. Однак цим не обмежуються зміни, викликані фагом при лизогенизации. Численними дослідами на мікроорганізмах самих різних систематичних груп було показано, що при лизогенизации клітина набуває нових, точно певні властивості, характер яких залежить від особливостей даного фага.

На відміну від трансдукції, при якій фаг виступає в ролі механічного переносника генетичного матеріалу, при лизогенизации сам фаг (вірніше, його нуклеїнова кислота) є тим генетичним матеріалом, який у вигляді профага надається генетичному матеріалу клітини. Тому при лизогенизации не має значення культура, на якій розмножувався даний помірний фаг.

Найбільш детально лізогенним конверсії вивчені у деяких патогенних бактерій, переважно у дифтерійної палички і сальмонел.

Дифтерійна паличка містить три різних фага. Виявилося, що лише один з них (фаг бета) впливає на освіту цією культурою токсину. При відсутності в клітці фага бета культура не продукує токсину. Якщо нетоксичну дифтерійну культуру лізогенізіровать фагом бета, то вона набуває здатності утворювати токсин.

Ілюстрація 17: Поява колоній вторинного зростання після лізису актінофагом. Культура Act. oriental's продукує антибіотик ванкоміцин

Дослідами на сальмонели було показано, що токсичність, антигенний властивості, рухомість і інші ознаки пов'язані з наявністю в цих культурах суворо визначених фагів. Серед спорових бактерій групи клостридій є види, що утворюють ботулінічний токсин, що викликає небезпечні харчові отруєння. Нещодавно вдалося з'ясувати, що ці культури полілізогенние і один з містяться в них фагів викликає утворення токсину. Для ряду культур показано, що здатність продукувати певні ферменти, антигенні та інші їх властивості пов'язані з лизогенизации певними фагами. Була виявлена ​​одна полілізогенная культура акти-номіцета, яка містила 4 різних фага. З них один визначав здатність культури продукувати антибіотик. Після видалення його культура втрачала здатність продукувати антибіотик. При лизогенизации неактивній культури цим фагом вона знову набувала здатність утворювати антибіотик.

На жаль, ще у дуже багатьох лізогенним культур мікроорганізмів не встановлено, які властивості їх пов'язані з фагами. З'ясування цього питання - одна з найважливіших завдань мікробіологів і генетиків.

Практичне використання фагів

Першими були виділені фаги, активні проти патогенних мікроорганізмів (дизентерійної палички). Цілком природно, що у дослідників багатьох країн виникло питання про використання фагів для лікування і профілактики інфекційних захворювань, що викликаються бактеріями (дизентерія, черевний тиф, паратифи, холера та ін.) Численні дослідження в цій області були проведені і в нашій країні. Результати цих робіт є досить суперечливі. Є дані, що показують безперечну ефективність фагів при лікуванні дизентерії та холери. Під час Великої Вітчизняної війни деякі хірурги успішно застосовували фаги для боротьби з нагноєнням ран. «Сталінський антибіотик»-Старе ліки з червоноармійського речового мішка може повернутися у лікарську практику.

У 30-х роках туберкульоз і запалення легень стали виліковними, а гангрена перестала неодмінно закінчуватися ампутацією. Але лікарі і фармацевти жарко сперечалися про те, яке антибактеріальний засіб ефективніше - антибіотики або бактеріофаги.

Головною перевагою пеніциліну і його похідних була можливість виготовляти їх синтетичним шляхом. Винахід Олександра Флемінга тоді здобуло перемогу. Масова ейфорія з приводу бактеріофагів змінилася забуттям.

Скрізь, крім Радянського Союзу, де на батьківщині Сталіна, в Грузії, спеціальний медичний інститут продовжував відповідні дослідження. У результаті народилися протизапальні препарати, який широко використовувалися при самих різних діагнозах - від зараження крові до застуди.

Найбільше їх застосовували в Червоній Армії, але вони використовувалися і в цивільному медицині, як в СРСР, так і в деяких країнах Східної Європи.

До недавніх пір використання бактеріофагів вважалося місцевою специфікою, якщо не ознакою відсталості. Однак роман світової медицини з антибіотиками почав підходити до кінця у міру того, як мікроби стали набувати до них стійкість.

Щоб створити новий сильнодіючий антибіотик, фармацевтичні компанії сьогодні повинні в середньому витратити 10 років і 800 млн. доларів.

Почалися гарячкові пошуки принципово нових методів лікування. Схоже, повернення бактеріофагів не за горами.

Привабливість антибіотиків, крім усього іншого, полягає і в тому, що одне і те ж ліки здатні знищувати різні бактерії. У випадку з бактеріофагами треба вивести окремий вірус для кожного інфекційного захворювання.

Правда, бактерії можуть придбати стійкість до окремих фагам, як вони вже навчилися чинити опір антибіотикам. У цьому випадку доведеться створювати нові різновиди вірусів. Швидше за все, щоб підвищити ефективність лікування, будуть використовуватися «коктейлі» із кількох фагів.

Лікування бактеріофагами не дає побічних ефектів. Правда, відомо, що в 30-і і 40-і роки воно досить часто не давало зовсім ніякого ефекту, і пацієнти помирали.

- Однак сучасні ентузіасти «нового старого" методу терапії переконані, що справа не в його недоліки як такого, а в недосконалості технологій більш ніж півстолітньої давності і неправильних діагнозах.

Розглянемо роль бактеріофагів у збереженні мікробіоценозу людини і теплокровних тварин.

На представленій схемі можна побачити наявність на шкірі, в порожнині рота або в кишечнику різних видів мікроорганізмів та їх кількісне співвідношення. Тут зображено один із варіантів правильного мікробіоценозу, де присутні всі представники мікроорганізмів і кожен займає свою певну нішу.

Найбільший сектор - це бактерії нормофлори, які створюють з організмом взаємовигідне співіснування. Людина для них є середовищем існування, а бактерії беруть участь у багатьох життєво важливих для організму процесах, пов'язаних в першу чергу з обміном речовин.

Наступний за величиною сектор - медіатори - речовини, які виділяють самі клітини шкіри і всі види мікроорганізмів. Це можуть бути сигнальні білкові молекули, лізоцим, вітаміни, молочна кислота, інші органічні кислоти і т.д. Медіатори є одним з найбільш важливих ланок в існуванні мікробіоценозу та регулюють багато зв'язку в організмі.

Ще п'ять невеликих секторів займають гриби, віруси, бактеріофаги, найпростіші і хвороботворні бактерії, типу стрептококів і стафілококів. При зміні цього співвідношення або при зникненні одного з "секторів" під впливом несприятливих факторів виникають запальні процеси.

Вже з перших хвилин життя людина або тварина вступає в контакт зі світом мікроорганізмів і співіснує з ним все життя. Ця взаємодія буває різним: корисне, взаємовигідне співжиття називається симбіозом. У випадку, коли завдається шкода одному з "контактерів" - це паразитизм. Взаємодія з деякими бактеріями є вкрай небезпечним (наприклад, з паличкою чумного мікроба, хоча летальний результат може настати і від зараження крові звичайним стрептококом). У той же час без присутності лактобактерій або біфідобактерій порушуються багато функцій слизових оболонок і виникають захворювання. Ці бактерії знаходяться в симбіозі з організмом, а бактерії чуми - є паразитами. Біологічний термін "паразит" означає, що один живий організм живе і розмножується за рахунок іншого. Вид, який використовується як "видобутку", називається, господарем. Дуже часто в природі така взаємодія закінчується загибеллю господаря і збільшенням чисельності паразита. Чисельність паразита в свою чергу обмежує інший вид, для якого паразит є господарем. Таким чином, паразит - біологічний обмежувач. Саме існування біологічних обмежувачів забезпечує гармонію в живій природі і збереження всіх біологічних видів.

Біологічними обмежувачами бактерій є бактеріофаги, у свою чергу, біологічними обмежувачами фагів є медіатори виділяються клітинами шкіри, бактеріями і грибами. Так замикається коло.

Фаги, бактерії, гриби, найпростіші, навіть дрібні комахи, типу кліщів, можуть бути легко виявлені і знищені цілою системою клітин шкіри, тим не менше, цього не відбувається. У здоровому стані все знаходиться в гармонії, "все уживаються" один з одним, а от при порушенні цих взаємин виникають проблеми, і доводиться відновлювати втрачене.

Таким чином, зникнення бактеріофагів з цього ланцюжка створить умови для розмноження хвороботворних бактерій, отже можна розглядати фаги як один з методів, створених самою природою для підтримки мікробіоценозу організму людини або тварин.

Б актеріофагі - альтернатива антибіотикам

Порівнянні особливості

Антибіотики

Бактеріофаги

Частота розвитку вторинної резистентності

Від незначної до дуже високої

Чи не характерно

Профілактичне використання

Неефективно, протипоказано

Широко використовується

Тривалість створення нового препарату

Від декількох років до десятиліть

Від декількох днів до декількох місяців

Порівнянні особливості

Антибіотики

Бактеріофаги

Концентрація в інфекційному вогнищі

Відрізняється для різних препаратів, залежить від локалізації процесу, швидкість зниження різна

Наростає шляхом саморозмноження, знижується після ліквідації інфекції

Вплив на ферментні системи організму

Характерно для всіх препаратів

Не описано

Наявність побічних ефектів і ускладнень

Алергічні, токсичні, конкурентні (у відношенні інших медикаментів), дізбіотічесіке зміни різних органів, в тому числі - важкі (псевдомембранозний коліт, асоційований з Clostidium difficile))

Чи не характерно. Рідко - алергічні реакції. Можуть викликати реакцію вивільнення при масивному руйнуванні мікробів. Дізбіотіческіх порушень не викликають, але використовуються для їх корекції.

Раціональна комбінація з іншими антибактеріальними препаратами

Залежить від класу антибактеріальних засобів і може бути на кшталт сумації, потенціювання і т.д., в залежності від точок прикладання впливу препарату на бактеріальну клітину.

Завжди за типом взаємного потенціювання, за попередніми даними - незалежно від класу препарату.

Сумісність з іншими медикаментами

Різна, (конкуренцією за ферментні системи, зв'язування з тканинами, посилення токсичних ефектів і пр.)

Повна, в тому числі і з антибіотиками.

Активність щодо патогенних мікробів

Різна. Подавляють облигатную флору організму, викликаючи дисбіотичні порушення. Число чутливих штамів становить 60-90%.

Число чутливих штамів становить 70-90%. Не впливають на облигатную флору організму, не викликають дизбіозом ..

Застосування препаратів бактеріофагів при лікуванні

урологічних захворювань

Незважаючи на різноманіття препаратів, пропонованих для хіміотерапії бактеріальних захворювань (понад 600 найменувань, з них понад 100 антибіотиків), інфекції сечових шляхів до теперішнього часу займають перше місце серед всіх госпітальних інфекцій.

Труднощі лікування урологічної інфекції обумовлені багатьма чинниками. Впровадження ендоскопічних втручань (як лікувального, так і діагностичного характеру) і високих технологій в урологічну практику, крім позитивних сторін, внесло ряд проблем: відкрилися нові вхідні ворота інфекції, збільшилася кількість оперованих хворих похилого та старечого віку з ослабленим імунітетом. Постійні дренажі, камені і залишкова сеча служать об'єктами для колонізації та місцями розмноження госпітальної мікрофлори. Переважання ролі умовно-патогенних мікроорганізмів у розвитку госпітальної інфекції урологічної призвело до зниження ефективності лікування і створило труднощі в підборі лікувальних препаратів, особливо для хворих, що страждають хронічними запальними захворюваннями нирок і сечовивідних шляхів.

Первісна, природна, резистентність до старих антибіотиків не зникає, і бактерії поступово вдосконалюють механізми стійкості і виробляють фактори захисту від нових груп антибіотиків таких, як цефалоспорини 3-го покоління або фторхінолони. Антибіотики створюють селективний фон для поступового поширення стійких до них штамів мікроорганізмів і широкого поширення в природі механізмів обміну інформацією.

Антибактеріальне лікування може стати причиною розвитку дисбактеріозів. У випадку ж застосування антибіотиків на тлі розвиненого дисбактеріозу кишкового тракту антибактеріальна терапія може посилювати ступінь його вираженості. Крім того, антибіотики знижують колонізаційної несприйнятливість кишечника, збільшують проникність кишкової стінки, сприяючи проникненню умовно-патогенних мікроорганізмів у кров'яне русло, внутрішні органи і розвитку вторинного вогнища інфекції. Хороші перспективи в якості антибактеріальної терапії мають препарати бактеріофагів.

Лікувально-профілактичні бактеріофаги містять поліклональні вірулентні бактеріофаги широкого діапазону дії, активні в тому числі і щодо бактерій, стійких до антибіотиків. Фаготерапія може успішно поєднуватися з призначенням антибіотиків.

В даний час в Росії випускають препарати бактеріофагів проти основних збудників госпітальної інфекції, такі як стафілококовий, стрептококовий, клебсіелезний, протейний, синьогнійної, коліфагів (НВО "Іммунопрепарат", м. Уфа; підприємство по виробництву бактерійних препаратів, м. Нижній Новгород; МП " Біофон ", м. Київ). Препарати Б. випускають у вигляді таблеток з кислототривкої оболонкою, мазей, аерозолів, свічок, в рідкому вигляді. Вживають їх для зрошення, змазування ранових поверхонь, вводять перорально, іноді внутрішньовенно і т.д. Гідність цих препаратів полягає в строгій специфічності дії, оскільки вони викликають загибель тільки свого конкретного виду бактерій, не впливаючи на відміну від антибіотиків на нормальну мікрофлору кишечника хворого. Використання бактеріофагів показало добрі результати при лікуванні дисбактеріозів, хірургічних, урогенітальних, ЛОР-інфекцій.

Вітчизняними неонатологами показана висока ефективність фаготерапія гнійно-септичних інфекцій у дітей раннього віку. Крім літичної дії на мікроби відзначають їх значення в механізмі антитоксического, клітинного та гуморального імунітету.

У НДІ урології МЗМП РФ спільно з НДІ стандартизації та контролю медичних і біологічних препаратів ім. Л.А. Тарасовича і НВО "Іммунопрепарат" протягом 1993-1994 рр.. проведено вивчення клінічної ефективності препаратів бактеріофагів у лікуванні хворих з запальними урологічними захворюваннями.

Фаготерапія застосовували в основному при лікуванні хронічних інфекційно-запальних урологічних захворювань: хронічного циститу, хронічного пієлонефриту, хронічного простатиту, уретриту, нагноєння ран, у ряді випадків при гострих гнійно-септичних станах хворих - всього 46 чоловік. Для лікування використовували рідкі бактеріофаги: синьогнійної, протейний, коліфаги, стафілококовий і комбінований піобактеріофаг, що містить перераховані фаги. Застосовували фаги як місцево: через дренажі в сечовий міхур (по 50 мл 1-2 рази на добу), в рану (10-20 мл), в миски нирки (5-7 мл), так і всередину (добова доза 100 мл у день за 30 хвилин до їди). Курс лікування - 7-10 днів.

Задовільні клінічні аналізи були отримані вже на 2-4 день лікування бактеріофагами: зменшення симптомів загальної інтоксикації, дизурії, зниження температури тіла, поліпшення роботи кишечнику (особливо у дітей).

Загальна бактеріологічна ефективність була понад 84%, клінічна - понад 92%. Клінічна ефективність фаготерапія майже порівнянна з активністю в контрольній групі хворих, яких лікували сучасними антибіотиками - фторхінолонами.

Таким чином, бактеріофаготерапія інфекцій сечових шляхів є ефективним самостійним видом лікування або може використовуватися в комбінації з антибактеріальною хіміотерапією.

Будучи нешкідливим біологічним методом лікування, бактеріофаготерапія може застосовуватися у дітей раннього віку. Для отримання позитивних результатів застосування бактеріофагів необхідно попереднє дослідження чутливості до них мікроорганізмів. При використанні бактеріофагів у великих клініках доцільно включати до складу виробничих штамів, на яких готуються комерційні препарати, госпітальні штами збудників гнійно-запальних захворювань, характерних для даного стаціонару. Вітчизняні препарати бактеріофагів відносно дешеві, що має важливе економічне значення в лікуванні хворих з урологічними інфекціями.

В даний час для лікування хворих на сальмонельоз та санації реконвалесцентів застосовується сальмонельозний бактеріофаг груп АВСД. Препарат випускається в рідкому вигляді для ректального введення, та у вигляді таблеток для перорального застосування. У ряді випадків ефективний рідкий стафілококовий інтравенозної фаг, який використовується у дітей та дорослих при локалізованих та генералізованих формах стафілококової інфекції, включаючи стафілококовий сепсис. Препарат вводиться внутрішньовенно струминно і крапельно протягом 5-10 діб. в дозі 0,5-1 мл / кг у дорослих, а у дітей - до 1,5 мл / кг на добу. При місцевих гнійно-запальних процесах застосовують у вигляді зрошень і примочок, при ентероколітах - всередину, для санації носіїв в носові ходи вводять ватні тампони, змочені фагом, на 10 хв щодня протягом 5 діб.

Потенційні переваги фагової терапії

  • Розмножуючись, вони самостійно регулюють свою чисельність (збільшуючи або зменшуючи її), оскільки розмножуються тільки до тих пір, поки є чутливі бактерії, а потім поступово елімінуються з організму і навколишнього середовища.

  • Вони набагато більш специфічні, ніж більшість антибіотиків; будучи націлені на конкретні проблемні бактерії, викликають набагато менше пошкодження нормального мікробного балансу організму. Бактеріальний дисбаланс або "дисбіоз", викликаний лікуванням багатьма антибіотиками, може призвести до серйозних вторинних інфекцій за участю досить резистентних бактерій, що збільшує витрати на лікування та летальність. Специфічні проблеми, що виникають в результаті, включають інфекції, викликані псевдомонадами, що важко піддаються лікуванню, і Clostridium difficile, причину серйозної діареї та псевдомембранозного коліту.

  • Фаги мають можливість використовувати в якості мішеней рецептори на поверхні бактеріальної, що беруть участь в патогенезі, а це означає, що вірулентність будь-яких резистентних до них мутантів ослаблена.

  • У відношенні фагової терапії описано мало побічних ефектів.

  • Фагів терапія була б особливо застосовна для осіб з алергією до антибіотиків.

  • Належним чином селекціоновані фаги можна легко використовувати профілактично, сприяючи запобіганню бактеріальних захворювань у людей або тварин при контакті з мікробами, або для санації лікарень та боротьби з госпітальними інфекціями.

  • Фаги, особливо для зовнішнього застосування, можна виготовляти досить недорого і локально, сприяючи їх потенційному застосування населенням відповідної місцевості.

  • Фаг можна використовувати або незалежно, або у поєднанні з іншими антибіотиками, з метою зменшення ймовірності розвиток резистентності бактерій.

  • При місцевому використанні фаги мають особливе перевага в тому, що вони продовжують розмножуватися і проникати глибше до тих пір, поки присутній інфекція, на противагу їм концентрація антибіотиків швидко знижується в міру віддалення від поверхні.

Разом з цим накопичилися численні дані про відсутність лікувального ефекту при застосуванні фагів. Одна з основних причин низької ефективності або повної відсутності лікувального ефекту полягає в невмілому підборі фагів для лікувальних цілей. Одна і та ж хвороба, наприклад дизентерія, може викликатися різними видами дизентерійних бактерій. Фаги, активні проти одних дизентерійних бактерій, зовсім не впливають на інші. Це не завжди враховувалося в належній мірі при приготуванні фагових препаратів для лікування певних захворювань.

В останні роки фаги для лікувальних цілей майже не застосовуються. Певний вплив на негативне ставлення до використання фагів в лікувальних цілях зіграло не тільки мінливість результатів, але і поява численних антибіотиків, а також різних хемотерапевтіческіх препаратів.

Профілактичне використання

Фагопрофілактика - специфічна профілактика бактеріальних інфекційних хвороб в епідемічних осередках шляхом застосування бактеріофагів особам з високим ризиком зараження.

Переконливо показано, що при появі в дитячих садах, яслах, школах дизентерійної інфекції використання препаратів фага запобігає захворюванню дітей, що мали контакт з хворими. В даний час готують сухі препарати фагів у вигляді драже.

Є спеціальні колекції типових фагів, активних проти патогенних мікроорганізмів. Ці фаги допомогли з'ясувати джерела багатьох захворювань. Одним з методів внутрішньовидової ідентифікації бактерій, що мають значення для виявлення епідемічної ланцюжка захворювання, є фаготіпірованіе. На чашку з живильним середовищем, засіяну чистою культурою збудника, наносять по краплі різні діагностичні бактеріофаги. Якщо бактерії чутливі до даного бактеріофаги, спостерігається утворення бляшок. Збудник може бути чутливим до одного чи декількох фагам, в останньому випадку визначають його фагограмму. Спектр чутливості збудника до фагам називають фаготип, або фаговар. Визначають фаготип виділеної з досліджуваного матеріалу культури збудника при черевному тифі, паратифі В, стафілококової інфекції за допомогою спеціальних діагностичних наборів. При черевному тифі використовують Vi-черевнотифозні бактеріофаги, лизирующие сальмонели, що містять Vi-антиген. З метою диференціації біотипів (біовару) холерного вібріона (cholerae і eltor) поряд з іншими ознаками вивчають їх ставлення до фагам С і eltor. За допомогою специфічних фагів можна встановити наявність певних патогенних і непатогенних форм мікробів у воді і в виділеннях кишечника, а також наявність фітопатогенних бактерій всередині насіння рослин.

З лізогенним культур актиноміцетів виділено ряд актінофагов, які можна використовувати при класифікації актиноміцетів. За чутливості культури актиномицета до певного фагу можна було судити, який вона продукує антибіотик.

В останні роки було встановлено, що здатність індукувати лізогенним культури мають багато речовин з протипухлинною дією. Тому лізогенним культури стали успішно застосовуватися в пошуках антиракових речовин.

Що далі?

Учені з Бостонського університету створили синтетичні бактеріофаги, які пропонують використовувати в поєднанні з антибіотиками для боротьби з інфекційними бактеріями. Ці бактеріофаги, спеціально "налаштовані" для атаки кишкової палички, можуть знайти широке застосування в харчовій промисловості, щоб не допустити потрапляння інфекції, допустимо, при обробці м'яса або риби.

Створені ученими бактеріофаги можуть істотно збільшити знезаражувальні властивості антибіотиків. При одночасному застосуванні бактеріофаги і генетично модифіковані віруси зможуть вбити в 30 тис. разів більше бактерій, ніж антибіотики окремо. Один із створених бактеріофагів в ході експериментів продемонстрував дивну ефективність знезараження - 99,997% - проти біоплівок - особливих скупчень бактерій, які покривають медичні інструменти.

Незвичайний метод боротьби з небезпечними інфекційними захворюваннями, типу лістеріозу, запропонували американські вчені. Метод схвалений Американським управлінням з контролю над харчовими продуктами і медикаментами (FDA).

Лістеріозом, в тому числі - через заражену їжу, в США щорічно захворюють тисячі людей, і приблизно 500 з них - гине. Вихід запропонувала біотехнологічна компанія Intralytix. Вона придумала "коктейль" з шести вірусів, смертельних для бактерії Listeria monocytogenes.

Віруси запропоновано розпилювати в масовому порядку на м'ясних продуктах, готових до вживання: нарізаною шинці, хот-догах, сосисках, ковбасах, а також різних продуктах з домашньої птиці.

Цей спеціально підготовлений і очищений коктейль пройшов всі необхідні випробування - ніяких побічних ефектів і ніякого видимого зміни до обробленої їжі не відбувалося.

У більшості фармацевтичних компаній до бактериофагам ставляться обережно. Компанія Novolytics, приміром, зараз працює над маззю для боротьби з інфекцією, відомої під абревіатурою MRSA (стійка до метициліну різновид бактерії Staphylococcus aureus).

Відома з 1961 року, вона чомусь поширюється в основному в лікарнях і викликає запалення дихальних шляхів, сечостатевої системи, відкритих ран і місць введення венозних катетерів, ускладнюючи лікування основного захворювання. У побуті лікарі та пацієнти називає її «супержучок» (superbug). Передбачається, що мазь буде вводитися в ніздрі для ефективної профілактики.

Бактеріофаги - зручна модель для розшифровки генетичного коду, вивчення тонкої структури гена, молекулярних механізмів мутагенезу, впливу іонізуючого випромінювання та інших факторів на спадкові структури організму. Система фаг - бактеріальна клітина є ідеальним об'єктом для вивчення взаємин вірусу і клітини, зокрема процесів онкогенезу. Бактеріофаги використовують в генетичній інженерії, для діагностики і лікування різних інфекційних хвороб.

Проблема фагіі в різних виробництвах

За останні 30-40 років значно збільшилася кількість виробництв, заснованих на використанні продуктів життєдіяльності мікроорганізмів. За допомогою мікроорганізмів отримують різноманітні антибіотики, ферменти, вітаміни, амінокислоти, ацетон та бутиловий спирт, молочну, оцтову, лимонну і інші кислоти, різні бактеріальні препарати - добрива, інсектициди і багато інших.

Внаслідок концентрації на зазначених виробництвах великих мас мікроорганізмів, що знаходяться в стадії інтенсивного зростання, створюються сприятливі умови для розмноження відповідних фагів, часто викликають лізис виробничих культур. Вперше з цим явищем зіткнулися в сироробному виробництві, для якого боротьба з фаголізісом - одна з найактуальніших проблем.

Мікробіологічні виробництва, які стикаються з проблемою фагіі, можна розбити на дві групи. До першої групи належать ті виробництва, в яких основна застосовується сировина може містити (і більшою частиною фактично містить) фаги. Це підприємства молочної промисловості. Одне з найдавніших виробництв - молочне (сироваріння, отримання молочнокислих продуктів та ін) - засновано на застосуванні молочнокислих стрептококів і бактерій.

До другої групи виробництв належать ті, в яких вирощування мікроорганізмів виробляється на живильних середовищах, що не містять фагів. Це фактично всі інші мікробіологічні виробництва.

З виробництв першої групи розглянемо сироваріння як найбільш типове і в той же час краще вивчене з точки зору фагіі.

Молочнокислі мікроби дуже широко поширені в природі: в грунті, у гною, на коренях, листі і насінні рослин, в кишечнику тварин. Широкому поширенню фагів молочнокислих бактерій сприяє те, що вони є лізогенним, тобто містять всередині клітин фаги. У результаті цього в молоці відразу ж після доїння вже є фаги. Молоко, яке надходить на молочні заводи, часто містить фаги в значній кількості (1 млн. і більше частинок в 1 мл молока). Слід зазначити, що всі фаги, навіть активні проти патогенних мікробів, абсолютно нешкідливі для людей і тварин.

Сучасне виробництво сиру засновано на застосуванні пастеризованого молока. Однак пастеризація не вбиває всіх наявних у молоці фагів. Охолоджене після пастеризації молоко розливають у спеціальні ванни, в які вноситься закваска, що складається з чистих культур молочнокислих стрептококів. Стрептококи викликають сквашивание молока. Одержуваний згусток молока піддається подальшій переробці.

Працівники сироробних заводів давно звернули увагу на те, що в ряді випадків активність молочнокислих мікробів закваски різко знижується, що призводить до поганого сбраживанию молока. Це явище може бути викликано різними причинами. Але частіше за все воно викликається фагами, які лізують повністю або частково культури заквасок. У результаті цього процес молочнокислого бродіння повністю зупиняється або інтенсивність його різко знижується.

На сироробних заводах, як правило, застосовують закваски, які складаються не з однієї культури, а з суміші різних культур молочнокислих стрептококів. Стрептококів дуже багато в природі, тому для виробництва можна відібрати культури, що відрізняються за своєю чутливості до фагів. При застосуванні змішаної закваски під впливом фага лізує одна або дві культури, інші ж продовжують процес молочнокислого бродіння.

Одну й ту ж закваску використовують лише певний час, після чого її замінюють іншою. Тривало застосовувати одну й ту ж закваску не можна, оскільки це сприяє накопиченню на заводі фагів, активних проти культур даної закваски.

Правильний вибір культур для заквасок, зміна їх на підставі вивчення з'явилися на заводі фагів дають значний ефект. У ряді зарубіжних країн на сироробних заводах застосовують закваски, що містять тільки одну культуру. У цих випадках одну і ту ж закваску використовують лише один раз.

Успішність боротьби з фаголізісом вимагає проведення та ряду інших заходів. Особливе значення має боротьба з поширенням фагів в заводських приміщеннях.

Значні труднощі у зв'язку з лізисом під впливом фагів виробничих культур відчувала у нас і за кордоном антибіотична промисловість.

Великих збитків завдають фаги заводам ацетонобутилове а також виготовляє бактеріальні удобрювальні препарати і препарати, що застосовуються для боротьби зі шкідливими комахами.

Виникає питання: як фаги потрапляють на ці заводи? Є два джерела. Перший і, мабуть, основною для антибіотичної промисловості - це самі культури, застосовувані для отримання антибіотиків. Всі ці культури лізогенним і містять всередині своїх клітин помірні фаги. Самі помірні фаги не небезпечні. Але в ряді випадків вони можуть змінитися і стати вірулентними, тобто здатними лідирувати культуру господаря. Вірулентні фаги, накопичуючись на заводах, викликають масовий лізис виробничих культур.

Іншим джерелом потрапляння фагів на виробництва є грунт, що містить багато фагів. Разом з пилом фаги можуть заноситися в заводські приміщення і заражати виробничу культуру.

У боротьбі з фаголізісом, особливо при виробництві антибіотиків, велике значення мало експериментальне отримання активних фагоустойчівих культур. Такі культури в даний час успішно застосовуються.

Висновок

Ясно, що настав час для більш уважного розгляду потенціалу фаготерапія, як через підтримку нових досліджень, так і через ретельне вивчення вже доступних даних. Фаготерапія може бути дуже ефективна, і в певних умовах має деякі унікальні переваги перед антибіотиками. Противагою зростання частоти антибіотико-резистентних бактерій і дефіциту створення нових класів антибіотиків є необхідність дослідження застосування фага при ряді інфекційних хвороб. (Barrow і Soothill). Лікування наосліп явно не приносить користі; фаги повинні тестуватися так само, як антибіотики, свідчення повинні бути правильними, але цього дотримуються в медицині всюди. Однак фаготерапія вимагає створення банків фагів і тісного співробітництва між клініцистом і лабораторією. Фаги мають, принаймні, одна перевага ... У той час як концентрація антибіотика з моменту його застосування зменшується, число фагів має збільшуватися. Інша перевага полягає в тому, що фаги здатні розповсюджуватися і, таким чином, запобігати хворобі. Тим не менш, належить зробити багато досліджень ... по стабільності терапевтичних препаратів; кліренсу тканин і крові від фагів; їх розмноження в людському організмі; інактивації антитілами, сироваткою або гноєм і виділенню бактеріальних токсинів при лізису ... Крім того, терапевтичні бактеріофаги повинні бути охарактеризовані, по Принаймні, за допомогою електронної мікроскопії. У той час як впровадження ін'єкційних форм фагів на Заході здається передчасним без широких подальших досліджень, їх правильне застосування в деяких сільськогосподарських цілях і для зовнішнього використання може потенційно сприяти зменшенню появи антибіотико-резистентних штамів. Більш того, акуратне використання відповідних фагів, здається виправданим у випадках, коли бактерії, стійкі до всіх доступних антибіотиків, загрожують життю хворого. Вони особливо корисні у випадках наполегливих госпітальних інфекцій, коли велика кількість особливо вразливих людей інфікується одним і тим же штамом бактерії в умовах закритого стаціонару. (Ackermann (1987)

Істотну роль у зростанні популярності можливостей фаготерапія і пов'язаних з нею можливих наукових та етичних дилем (Summers, 1991), зіграв класичний роман Сінклера Льюїса (Sinclair Lewis) Arrowsmith, за який автор отримав Нобелівську премію з літератури. Сьогодні зростання наукового, громадського та комерційного інтересу до фаготерапія знаходить відображення і стимулюється кількома шляхами. Наприклад, "ВВС" нещодавно випустила документальний фільм Horizon The Virus that Cures ("Вірус, який лікує") про фагової терапії, заснований на Дослідницької статті Радецького про Поверненні Хорошого Вірусу. Компанії почали дослідницьку роботу по фаготерапія. Хочеться вірити, що така увага призведе до зростання підтримки вкрай необхідних у цій галузі досліджень і швидкого прогресу в розвитку відповідного їх застосування, забезпечивши, принаймні, одну альтернативу зростаючої проблеми полірезистентних бактерій.

Список літератури та використаних джерел

  1. Стейніер P., Едельберг Е. і Інгрем Дж. Світ мікробів, пров. з англ., т. 2, с. 165, М., 1979;

  2. Стент Г. Молекулярна біологія вірусів бактерій, пров. з англ., М., 1965;

  3. Хейс У. Генетика бактерій і бактеріофагів, пров. з англ., М., 1965;

  4. Шлегель Р. Загальна мікробіологія, пров. з нім., с. 142, М., 1987.

  5. Керівництво з інфекційних хвороб, під ред. В.І. Покровського і К.М. Лобана, М., 1986;

  6. Сепсісологія з основами інфекційної патології, під ред. В.Г. Бочорішвілі, Тбілісі, 1988.

  7. Довідник по застосуванню бактерійних та вірусних препаратів, під ред. С.Г. Дзагурова і Ф.Ф. Резепова, М., 1975.

  8. Бріан Л.Є. Бактеріальна резистентність і чутливість до хіміопрепаратів, пров. з англ., М., 1984;

  9. Ланчин Д. і Паренті Ф. Антибіотики, пров. з англ., с. 89. М., 1985;

  10. Навашин С.М. і Фоміна І.П. Раціональна антибіотикотерапія, с. 25, М., 1982;

  11. Франклін Т. і Сноу Дж. Біохімія антимікробної дії, пер з англ., С. 197, М., 1984.

  12. Козлов Ю.А. Живильні середовища в медичній мікробіології, М., 1950, бібліогр.;

  13. Лабораторні методи дослідження в клініці, під ред. В.В. Меньшикова, с. 315, 343, М., 1987;

  14. Мейнелл Дж. і Мейнелл Е. Експериментальна мікробіологія, пров. з англ., с. 46, М., 1967;

  15. Мікробіологічні методи дослідження при інфекційних захворюваннях, під ред. Г.Я. Синая і О.Г. Біргера, с. 64, М., 1949;

  16. Ентеробактерії, під ред. В.І. Покровського, с. 258, М., 1985.

  17. Стейніер P., Едельберг Е. і Інгрем Дж. Світ мікробів, пров. з англ., т. 2, с. 165, М., 1979;

  18. Стент Г. Молекулярна біологія вірусів бактерій, пров. з англ., М., 1965;

  19. Хейс У. Генетика бактерій і бактеріофагів, пров. з англ., М., 1965;

  20. Шлегель Р. Загальна мікробіологія, пров. з нім., с. 142, М., 1987

  21. : BACTERIOPHAGES AS ANTIBIOTICS Elizabeth Kutter , Evergreen State College , Olympia , WA 98505 -- Nov . 15, 1997 ) Елізабет Кюттер фагів терапія: бактеріофаги як анібіотікі (PHAGE THERAPY: BACTERIOPHAGES AS ANTIBIOTICS Elizabeth Kutter, Evergreen State College, Olympia, WA 98505 - Nov. 15, 1997)

  22. http://www.nedug.ru/library

  23. www.popularmechanics.ru

  24. www.k2kapital.com

  25. http://www.3planet.ru

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
240.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Властивості портландцементу Основні властивості будівельних матеріалів
Механізм дії перелитої крові
Лазеротерапія Механізм лікувальної дії
Механізм дії фінансового менеджменту на підприємстві
Фінансовий леверидж механізм дії та ефект фінансового важеля
Механізм дії закону попиту і пропозиції ринкова рівновага
Механізм дії високого тиску і температури на деякі мікроорганізми т
Система позабюджетних фондів призначення джерела та механізм дії
Механізм дії інвестиційного ринку Ринок інвестицій та інвестиційних товарів
© Усі права захищені
написати до нас