Фаги и вирусы

Фаги - вирусы бактерий и ряда других микроорганизмов. В определенных условиях они вызывают лизис (растворение) своих хозяев. В 1898 году Гамалей показал, что фильтрат сибиреязвенных бацилл вызывает лизис свежих культур этих микроорганизмов. В 1917 году французский микробиолог Д'Эррель изучал возбудителя дизентерии, наблюдал лизис бактериальной культуры при внесении в нее фильтрата испражнений больных людей.

Лизирующее начало сохранялось при многократном пассировании культуры дизентерийных бактерий и даже становилось более активным. Агента, растворяющего бактерии, автор назвал бактериофагом (пожиратель бактерий), а действие бактериофага, заканчивающееся лизисом бактерий, - феноменом бактериофагии.

Д'Эррель высказал предположение, что бактериофаг является инфекционным агентом, лизирующим бактерии, вследствие чего в окружающую среду поступают дочерние фаговые частицы. На твердых средах, засеянных смесью фага с бактериальной культурой, в местах лизиса бактерий появляются стерильные пятна или негативные колонии фагов. Посев этой же бактериальной культуры на жидкую среду приводит к просветлению среды. Номенклатура бактериофагов основана на видовом наименовании хозяина. Например, фаги, лизирующие дизентерийные бактерии, получили название дизентерийных бактериофагов, сальмонеллы - сальмонелезных бактериофагов, дифтерийные бактерии - дифтерийных бактериофагов.

Природа фагов. Фаги - это организмы, которые подобно всем живым способны размножаться, передавать потомству свои свойства и изменяться под воздействием различных факторов. Они могут инфицировать и разрушать только молодые развивающиеся клетки, являясь их паразитами.

Морфология фагов. Большинство фагов состоит из головки и хвостового отростка. Наиболее изучены Т-фаги (типовые) кишечной палочки. Их отросток представляет собой полый цилиндр (стержень), покрытый чехлом и заканчивающийся базальной пластинкой с шипами-фибриллами.

Химический состав фагов. Фаги состоят из НК одного типа (чаще ДНК) и белка. Молекула НК, скрученная в спираль, находится в головке фага. Внутри хвостового отростка проходит полая трубка (стержень), сообщаясь с головкой, а снаружи - чехол отростка, заканчивающийся шестиугольной базальной пластинкой с шипами, от которых отходят фибриллы (нити). Оболочка фага (капсид) и отросток имеют белковую природу. На свободном конце отростка содержится литический фермент, обычно лизоцим или гиалуронидаза.

Резистентность к факторам окружающей среды. Фаги более устойчивы к действию физических и химических факторов, чем многие вирусы человека. Большинство из них инактивируются при температуре свыше 65-70 °С. Они хорошо переносят замораживание и длительно сохраняются при низких температурах и высушивании. Ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация также вызывают инактивирующий эффект, а в низких дозах - мутации.

Специфичность фагов. Фаги обладают строгой специфичностью. Различают видовую специфичность, т.е. способность паразитировать только в определенном виде микроорганизма. Именуют фаги обычно по названию микроба-хозяина (стрептококковый, стафилококковый, холерный, дизентерийный). Фаги с более строгой специфичностью паразитируют только на определенных представителях данного вида - это типовые фаги. Фаги, лизирующие микроорганизмы близких видов, например видов, входящих в род возбудителей дизентерии (шигелл), называются поливалентными.

Взаимодействие фага с чувствительной клеткой проходит через последовательные стадии (1-2 ч):

1) стадия-адсорбция частиц фага на поверхностных рецепторах клетки осуществляется с помощью нитей хвостового отростка. На одной клетке могут адсорбироваться сотни фагов. Адсорбция фагов специфична;

2) проникновение (инъекция) НК фага в клетки у разных фагов происходит по-разному;

3) репродукция белка НК фага внутри клетки;

4) сборка и формирование зрелых частиц фага;

5) лизис клетки и выход зрелых частиц фага из нее. Происходит разрыв клеточной стенки, и в окружающую среду выходит несколько сот новых фагов, способных поражать свежие клетки. Такой лизис называется лизисом изнутри. В отличие от лизиса изнутри, лизис извне происходит тогда, когда на клетке адсорбируется сразу очень большое количество фагов. Они проделывают в клеточной стенке многочисленные отверстия, через которые вытекает содержимое клетки. Таким образом, при лизисе извне фаг не размножается и количество его частиц не увеличивается.

По характеру действия на микроорганизмы различают вирулентные и умеренные фаги.

Вирулентные фаги вызывают лизис зараженной клетки с выходом в окружающую среду большого количества фаговых частиц, способных поражать новые клетки.

Умеренные фаги лизируют не на все клетки в популяции.

Часть фагов вступают в симбиоз: НК фага (его геном) встраивается в хромосому клетки и получает название профаг. Происходит образование единой хромосомы. Бактериальная клетка при этом не погибает. Профаг, ставший частью генома клетки, при ее размножении может передаваться неограниченному числу потомков, т.е. новым клеткам. Явление симбиоза микробной клетки с умеренным фагом (профагом) носит название лизогения, а культура в которой имеется профаг, называется лизогенной. Это название отражает способность профага спонтанно покидать хромосому клетки и, переходя в цитоплазму, превращаться в вирулентный фаг. Те клетки культуры, в которых образовался вирулентный фаг, погибают (лизируются), остальные сохраняют лизогенность.

Распространение фагов в природе повсеместно. Фаги встречаются в воде, почве, сточных водах, выделениях человека и животных. Почти все известные бактерии являются хозяевами специфических для них фагов.

Устойчивость фагов к физическим и химическим факторам выше, чем у вегетативных форм их хозяев. Фаги выдерживают нагревание до 75 °С, длительное высушивание, ph от 2, 0 до 8, 5. Они не чувствительны к антибиотикам, тимолу, хлороформу и ряду других веществ, уничтожающих сопутствующую микрофлору. Поэтому эти вещества используют при выделении и сохранении фагов. Кислоты и дезинфицирующие вещества губительны для фагов.