Взаимодействие фага с бактериальной клеткой

Структура и химический состав фага

Большинство фагов имеют сперматозойдную форму. Фаги состоят из головки, содержащей НК, и отростка. Размеры фаговой частицы 20-200 нм. средний размер головки 60-100 нм, длина отростка 100-200 нм. Многогранная головка покрыта снаружи белковой оболочкой. Отросток представляет собой стержень, покрытый чехлом. Имеются также базальная пластинка, зубцы, нити. Выявлены и другие морфологические группы фагов (с длинными, короткими отростками, без отростка, нитевидные)

Фаг состоит из НК (40%) и белка (60%). Большинство фагов содержат ДНК, лишь некоторые – РНК. ДНК в основном двунитчатая, реже однонитчатая, РНК однонитчатая. В составе ДНК некоторых фагов обнаружены необычные азотистые основания. Фаги специфичныв отношении хозяина – определенный фаг поражает только один штамм или ограниченное число родственных штаммов или видов. И в то же время один вид бактерий может поражаться различными вирусами (например, у кишечной палочки десятки фагов).

Резистентность. Фаги выдерживают давление до 6000 атм., устойчивы к действию радиации, сохраняют активность при рН от 2,5 до 8,5, хорошо переносят замораживание и высушивание. Однако они быстро погибают при кипячении, действии кислот, ультрафиолетовых лучей, химических дезинфицирующих веществ.

Размножение фага происходит только в живых микробных клетках. Процесс взаимодействия фага с микробной клеткой происходит в несколько стадий:

1) Адсорбция. Бактериофаг адсорбируется на бактериальной клетке. На клеточной стенке бактерий имеются рецепторы, на которых адсорбируются соответствующие фаги, рецепторы различаются по своему химическому составу. Некоторые фаги адсорбируются на рецепторах, расположенных в липопротеидном слое клеточной стенки, другие - на липополисахаридных рецепторах клеточной стенки, некоторые – на половых ворсинках. На процесс адсорбции фага большое влияние оказывают условия среды: солевой состав, рН, температура, а также наличие в среде строго определенных веществ, являющихся кофакторами адсорбции (например, триптофана).

2) Проникновение. НК из головки по каналу проникает в бактериальную клетку. В бактерию проникает только НК фага, а белки капсида остаются снаружи. Некоторые фаги вводят свою НК без предварительного механического повреждения ЦПМ, другие – сквозь отверстия, которые они пробуравливают в ней.

3) Биосинтез фаговой НК и белков капсида. В бактериальной клетке под влиянием НК фага происходит перестройка метаболизма и синтезируется уже не бактериальная НК, а фаговая.

4) Морфогенез фага. Этот процесс заключается в заполнение фаговой НК пустотелых фаговых капсидов и формирование зрелых вирионов.

5) Выход фаговых частиц из бактериальной клетки. Фаговые частицы разрывают бактериальную клетку и выходят наружу. Происходит лизис зараженных бактерий, который осуществляется при участии фагового лизоцима, накапливающегося в процессе репродукции. Фаги, вызывающие лизис бактериальной клетки, называются вирулентными.

Распространение и использование фагов. Бактериофаги широко распространены в природе. Всюду, где размножаются бактерии, актиномицеты, микоплазмы, удается обнаружить и паразитирующие в них фаги. Фаги находятся в кишечнике человека и животных, в сточных водах, почве. Препараты фагов применяют для лечения и профилактики инфекционных болезней, а также в диагностике при идентификации микроорганизмов. Фаги служат удобной моделью для решения важнейших проблем молекулярной биологии, вследствие простоты культивирования, короткого периода генерации, высокого выхода потомства и возможности точного его количественного учета.