Особенности взаимодействия бактериофагов с клеткой.
1. Бактериофагия – это процесс взаимодействия бактериофага с бактериальной клеткой и в переводе означает "пожирание бактерий". Крайнее выражение процесса бактериофагии – лизис бактерий. Явление бактериофагии впервые заметил Н.Ф. Гамалея в 1898 г., наблюдая просветление свежей культуры сибиреязвенной палочки на жидкой среде. Просветление он объяснил лизисом сибиреязвенных бацилл, а действующий фактор назвал бактериолизином.
2. Широкое и систематическое изучение этого явления было проведено Ф. д¢Эррелем, выделившим в 1917 г. литический агент из испражнений больных дизентерией и назвавшим этот агент бактериофагом. Он установил, что капля фильтрата из испражнений выздоравливающего человека, внесенная в пробирку с культурой дизентерийных палочек, вызывала постепенное растворение бактерий (просветление жидкости с культурой). Капля отфильтрованной просветленной жидкости обладала способностью растворять свежую взвесь дизентерийных палочек. Полученная жидкость в ничтожном количестве просветляла новую взвесь и т.д. Таким образом, при многократном пассировании через культуру дизентерийных палочек действие литического агента не ослабевало, а значительно усиливалось (феномен Ф. д¢Эрреля), поэтому д¢Эррель сделал заключение, что литический агент – это живой агент, ультрамикроскопический паразит бактерий.
Действие бактериофага наблюдалось и на твердых питательных средах. При смешивании литического агента с бактериями на фоне сплошного бактериального роста на агаровой среде можно было увидеть стерильные пятна круглой или неправильной формы. Эти стерильные участки возникали на месте лизиса бактерий и были названы д¢Эррелем "негативными колониями" бактериофага.
Т.к. выделение бактериофага Ф. д¢Эррелем совпало с периодом выздоровления, он рекомендовал бактериофаг для лечения инфекционных заболеваний. В 1927-1928 гг. он применил фаг во время эпидемии холеры в Индии: для уничтожения вибрионов вливал в колодцы по 30-40 мл бактериофага. Среди населения, пользовавшегося водой из этих колодцев, смертность снизилась с 62 % до 8%.
3. Размножаются бактериофаги только в живых бактериальных клетках. В основном, стадии взаимодействия фага с клеткой такие же, как и у вирусов: адсорбция, проникновение в клетку, синтез НК и белков, морфогенез, выход из клетки. Но имеются особенности. Фаги обладают еще более строгой специфичностью взаимодействия. Определенный фаг взаимодействует с определенным видом или подвидом бактерий (это послужило основанием для их наименования по видовым или родовым названиям чувствительных к ним бактерий: стафилофаги, дизентерийные фаги Флекснера). На бактерии адсорбируется много фагов, но для лизиса клетки достаточно одного вириона. Интересен процесс проникновения фагов с хвостовыми отростками в клетку. Эти фаги адсорбируются при помощи фибрилл, после чего активируется АТФаза, и сокращается чехол, в результате наблюдается внедрение стержня в клетку (в этом участвует также фермент лизоцим). ДНК проходит через полость хвостового стержня и активно впрыскивается в цитоплазму клетки. Капсид и отросток остаются вне клетки. Уже через 5 минут начинается синтез НК, а затем и белков, а через 30-40 минут микробная клетка лизируется, и в окружающую среду поступает около 200 новых фаговых частиц.
4. Различают: а) поливалентные фаги – взаимодействуют с родственными видами бактерий; б) моновалентные – взаимодействуют с одним определенным видом; в) типовые фаги – взаимодействуют с отдельными вариантами (типами) данного вида бактерий.
5. Фаги делятся на вирулентные и умеренные. Вирулентные фаги проникают в клетку, размножаются в ней и вызывают ее лизис. Умеренные фаги проникают в клетку, встраиваются в хромосому бактерии и реплицируются вместе с генами бактерии (т.е. передаются по наследству), не вызывая лизиса. Встроенный в хромосому бактерии фаг называется профагом. Бактериальные клетки, содержащие профаг, называются лизогенными, а само явление – лизогения. Лизогенные культуры не отличаются от исходных по основным свойствам, но имеют: а) иммунитет к последующему заражению этим же фагом; б) дополнительные свойства (образование токсинов, измененные антигенные свойства), обусловленные генами фага. Изменение свойств бактерий под влиянием профага называется фаговой конверсией. Под влиянием УФ лучей и химических веществ профаг может превращаться в полноценную фаговую частицу, т.е. в вирулентный фаг. Это явление называется индукцией фага.
Если умеренный фаг переходит в вирулентную форму, он может захватить часть хромосомы бактерий и при лизисе перенести эту часть в другую бактериальную клетку. Если эта клетка станет лизогенной, то она приобретет новые свойства. Таким образом, умеренные фаги – мощный фактор изменчивости микроорганизмов.
Умеренные фаги могут нанести вред микробиологическому производству: культуры микроорганизмов, используемые для производства вакцин, антибиотиков, могут стать лизогенными, и в результате появляется опасность, что профаг превратится в вирулентную форму (индукция фага) и лизирует весь штамм.