Вирусы бактерий (бактериофаги), свойства, классификация. Взаимодействие бактериофагов с восприимчивой бактериальной клеткой. Вирулентные и умеренные фаги. Лизогения.

Фагиявляются бактериальными вирусами, имеющими в качестве хозяева бактерии определенных видов. Номенклатура бактериофагов основа на на видовом наименовании хозяина. Например, фаги, лизирующие дизентерийные бактерии, получили название дизентерийных бактериофагов, сальмонеллы — сальмонеллезных бактериофагов, дифтерийные бактерии — дифтерийных бактериофагов и т.д.

Структура. Большинство фагов имеют сперматозоидную форму. Они состоят из головки, которая содержит нуклеиновую кислоту, и отростка. У некоторых фагов отросток очень короткий или вовсе отсутствует. Размеры фаговой частицы колеблются от 20 до 200 нм. Средний диаметр головки равен 60-100 нм, длина отростка 100-200 нм.

Различают несколько морфологи­ческих типов бактериофагов. К I типу относятся нитевидные ДНК-содержащие фаги, которые ли-зируют клетки бактерий, несущих F-плазмиду. II тип составляют фаги с аналогом отростка. Это мел­кие РНК-содержащие фаги с однони-тевой ДНК. К III типу относятся фаги ТЗ, Т7 с коротким отростком, к IV типу — фаги с несок-ращающимся чехлом отростка и дву-нитевой ДНК (Tl, T5 и др.). V тип представляют ДНК-содержащие фаги

с сокращающимся чехлом отростка, заканчивающимся базальной пла­стинкой разной формы (Т2, Т4, Т6).

Наиболее изучены Т-фаги (англ. type — типовые). Он состоит из головки гексагональной формы и отростка. Пос­ледний образован полым стержнем диаметром около 8 нм. Снаружи стержень окружен чехлом, способным к сокращению. На дистальном конце отростка имеется шестиугольная базальная пластинка, в углах которой располагаются короткие зубцы. От каждого зубца отходит по одной нити длиной 150 нм. Базальная пластинка и нити осуществля­ют процесс адсорбции фага на бактериальной клетке.

Химический состав. Фаги, как и другие вирусы, состоят из нук леиновой кислоты и белка. Большинство из них содержат двуните вую ДНК, которая замкнута в кольцо. Однако существуют и однони тевые фаги. В составе некоторых фагов обнару­жены ДНК с необычными азотистыми основаниями. Так, у фага Т2 вместо цитозина содержится 5-оксиметилцитозин. Некоторые фаги содержат РНК.

Капсид головки фага и чехол отростка построены из полипептид­ных субъединиц по кубическому (головка) и спиральному (отросток) типу симметрии.

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. Сулема (0,5% раствор), фенол (1% раствор) не оказывают на них инактивирующего действия. В то же время 1% раствор формалина инактивирует фаг через несколько минут. Ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация также вызывают инактивирующий эффект, а в низких дозах — мутации.

Взаимодействие фагов с бактериальной клеткойхарактеризу­ется последовательной сменой тех же стадий, которые были рассмот­рены для вирусов животных и человека. Однако имеются и некото­рые особенности.

Адсорбция фага на бактериальной клетке происходит толь­ко при соответствии фаговых рецепторов, расположенных на конце отростка, с рецепторами бактериальной клетки, связанными с кле­точной стенкой. На бактериях, полностью лишенных клеточных стенок (протопласты), адсорбции фагов не происходит.

На адсорбцию фагов большое влияние оказывают состав и рН среды, температура, а также наличие некоторых аминокислот или других соединений.

Проникновение фага в бактериальную клетку проис­ходит путем инъекции нуклеиновой кислоты через канал отростка. При этом в отличие от вирусов человека и животных капсидные бел­ки головки и отростка остаются вне клетки.

Некоторые фаги вводят свою ДНК без предварительного повреж­дения клеточной стенки бактерий, другие — сквозь отверстия, кото­рые они пробуравливают в клеточной стенке с помощью лизоцима, содержащегося в их капсиде.

Репликация фаговой нуклеиновой кислот ы и синтез фагоспецифических ферментов транскрипции и репли­кации происходят примерно так же, как и при репродукции других вирусов. Однако латентный период инфекции, т.е. время для формирования фагового потомства, значительно короче.

Сборка фаговых частиц, или морфогенез, заключается в заполне­нии фаговой ДНК пустотелых капсидов головки.

Выход зрелых фагов из бактериальной клетки проис­ходит путем «взрыва», во время которого зараженные бактерии лизируются. Лизис происходит при участии фагового лизоцима либо без него. Некоторые ДНК-содержащие нитчатые фаги освобождаются из клетки путем «просачивания» ДНК через цитоп-лазматическую мембрану и клеточную стенку бактерии, во время которого они приобретают капсиды. Бактериальная клетка при этом сохраняет свою жизнеспособность.

Лизогения. Наряду с описанным продуктивным типом взаимо­действия бактериального вируса с клеткой хозяина, заканчивающегося образованием фагового потомства и лизисом бактерий, это взаимо­действие может происходить по интегративному типу. Фаги, вызы­вающие данный тип инфекции, получили название умеренных. Они отличаются от вирулентных тем, что встраивают свою ДНК в бактериальный геном, с которым реплицируются. Фаговая ЛНК. ассоциированная с геномом своего хозяина, носит название профаг. Бактериальные клетки, содержащие профаг, называются лизогенными, а само явление — л и з о г e н и е й. Это название отражает потенциальную способность лизогенных бактерий к лизису при освобождении профага из состава бактериального генома и перехода в вирулентный фаг, способный репродуцироваться.

Лизогенизация лежит в основе фаговой или лизогенной конвер­сии. Она заключается в изменении свойств у лизогенных бактерий, например в приобретении способности продуцировать токсин, изме­нять морфологию, антигенные свойства и другие признаки. Механизм этого явления связан с внесением новой информации в бактериаль­ную клетку.