Бактериофагами называют вирусы, живущие в бактериях.
Бактериофаги
(от бактерии и греч. phagos — пожиратель; буквально —
пожиратели бактерий), фаги, бактериальные вирусы, вызывающие
разрушение (лизис) бактерий и других микроорганизмов. Бактериофаги
размножаются в клетках, лизируют их и переходят в др., как правило,
молодые, растущие клетки. Впервые перевиваемый лизис бактерий
(сибиреязвенной палочки) наблюдал в 1898 русский микробиолог Н. Ф.
Гамалея. В 1915 английский учёный Ф. Туорт описал это же
явление у гнойного стафилококка, а в 1917 французский учёный Ф.
Д'Эрелль назвал литический агент, проходящий через
бактериальные фильтры.
Строение и химический состав.
Частицы многих бактериофагов
состоят из головки округлой, гексагональной или палочковидной формы
диаметром 45—140
нм и отростка толщиной 10—40 и длиной 100—200 нм. Другие
бактериофаги не имеют отростка; одни из них округлы, другие —
нитевидны, размером 8х800 нм. Содержимое головки состоит
преимущественно из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) (длина её
нити во много раз превышает размер головки и достигает 60—70 мкм,
эта нить плотно скручена в головке) или рибонуклеиновой кислоты (РНК)
и небольшого количества (около 3%) белка и некоторых других веществ.
Отросток имеет вид полой трубки, окруженной чехлом, содержащим
сократительные белки, подобные мышечным. У ряда бактериофагов чехол
способен сокращаться, обнажая часть стержня. На конце отростка у
многих бактериофагов имеется базальная пластинка с несколькими
шиловидными или другие формы выступами. От пластинки отходят тонкие
длинные нити, которые способствуют прикреплению фага к бактерии.
Оболочки головки и отростка состоят из белков. Общее количество белка
в частице фага 50—60% , нуклеиновых кислот — 40—50% . Каждый
бактериофаг обладает специфическими антигенными свойствами, отличными
от антигенов бактерии-хозяина и других фагов. Имеются антигены, общие
для ряда фагов (особенно содержащих РНК).
Распространение.
Бактериофаги найдены для большинства бактерий, в том числе патогенных
и сапрофитных, а также .для актиномицетов (актинофаги) и сине-зелёных
водорослей. Встречаются бактериофаги в кишечнике человека и животных,
в растениях, почве, водоёмах, сточных водах, навозе и т. д.
Бактериофаги почвенных микроорганизмов влияют на течение
микробиологических процессов в почве.
Размножение.
Бактериофаг прикрепляется своим отростком к
бактериальной клетке и, выделяя фермент, растворяет клеточную стенку;
затем содержимое его головки через канадец отростка переходит внутрь
клетки, где под влиянием нуклеиновой кислоты фага останавливается
синтез бактериальных белков, ДНК и РНК и начинается синтез нуклеиновой
кислоты, а затем и белков фага. Часть этих белков — ферменты, другая
часть образует оболочку зрелой частицы бактериофага Более мелкие,
сферические фаги попадают в бактерии без участия отростка. Если клетка
бактерии заражена одновременно частицами бактериофага, различающимися
между собой по ряду свойств, то среди потомства, кроме частиц,
подобных родителям, будут и такие, у которых эти свойства встречаются
в новой комбинации, т. к. при размножении бактериофагов наблюдается
рекомбинация
— обмен кусками нитей нуклеиновой кислоты, являющейся носителем
наследственной информации. Частицы крупных фагов выходят из бактерии,
разрушая её, а некоторых мелких и нитевидных — из живых бактерий.
Одни бактериофаги весьма специфичны и способны лизировать клетки
только одного какого-либо вида микроорганизмов (монофаги), другие —
клетки разных видов (полифаги).
Бактериофагов делят на вирулентные, вызывающие лизис клетки
с образованием новых частиц, и умеренные (симбиотические), которые
адсорбируются клеткой и проникают в неё, но лизиса не вызывают, а
остаются в клетке в латентной (скрытой) неинфекционной форме (профаг).
Культуры, содержащие латентный фаг, называются лизогенными.
Лизогения передаётся потомству бактерии. Лизогенная
культура может содержать 2—3 и более фагов; она, как правило,
устойчива против находящихся в ней фагов (лишь небольшая часть клеток
лизируется и освобождает зрелые фаги). Воздействуя на лизогенную
культуру ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, перекисью
водорода и некоторыми другими веществами, можно значительно увеличить
количество клеток, освобождающих фаг (т. н. индукция бактериофагов).
Лизогения широко распространена среди всех видов бактерий и
актиномицетов. В ряде случаев многие свойства лизогенной культуры
(токсичность, подвижность бактерий и др.) зависят от наличия в ней
определённых профагов. Описано много мутаций бактериофагов,
сопровождающихся изменением их литической активности, строения частиц
и «колоний», устойчивости против неблагоприятных воздействий и другие
свойств. Бактериофаги играют большую роль в изменчивости и эволюции
микробов, причём механизмы воздействия их на клетку разные.
Бактериофаги могут резко изменять азотфиксирующую способность
азотобактера, токсичность и антигенные свойства патогенных бактерий и
др.
Практическое значение бактериофагов
Некоторые фаги (одни или
в сочетании с
антибиотиками) применяли для профилактики
(фагопрофилактики) и лечения (фаготерапии) ряда бактериальных
инфекционных болезней человека (дизентерия, брюшной тиф, холера, чума,
стафилококковые и анаэробная инфекции и др.) и животных. Однако
антибиотики и другие химиотерапевтические средства оказались
эффективнее фагов, в связи с чем применение их с лечебной целью
сузилось. Бактериофаги успешно применяются при определении вида
бактерий, актиномицетов. Бактериофаги могут вредить производству
антибиотиков, аминокислот, молочных продуктов, бактериальных удобрений
и в других отраслях микробиологического синтеза. Велико значение
бактериофагов для теоретических работ по генетике и молекулярной
биологии. |