Бактеріофаги
Бактеріофа́ги (від бактерії та грец. φάγος — пожирач, ненажера), фа́ги — бактеріальні віруси, що спричинюють розчинення мікроорганізмів, облігатні внутрішньоклітинні паразити бактерій.
Зміст
Історична довідка
Ще 1898, задовго до відкриття бактеріофагів у 1917, М. Гамалія спостерігав явище бактеріофагії (лізису бактерій фагами). Однак, пріоритет цього відкриття належить Ф. д’Еррелю (1873–1949; Франція), співробітнику Інституту Пастера у м. Парижі, який назвав описаний ним агент Bacteriophagum intestinale — той, що поїдає бактерії і виділений з кишківника. Згодом учений запропонував використовувати бактеріофаги для лікування інфекційних хвороб — метод, що стали називати фаготерапією. Пізніше були відкриті віруси, здатні руйнувати не лише клітини бактерій, але й синьо-зелених водоростей, актиноміцетів, тому цю групу вірусів стали називати фагами.
Історія використання бактеріофагів
Починаючи з 1920-х фаготерапія набула стрімкого розвитку в деяких країнах Європи, СРСР, США. Проте її популярність швидко згасла внаслідок появи антибіотиків. Згасанню інтересу до методу сприяли й інші чинники. Найвагомішими серед них були: важка прогнозованість результатів лікування, обумовлена нез’ясованими на той час особливостями взаємодії бактеріофага з мікробною клітиною, а також відсутність в середині 20 ст. належного контролю якості препаратів. Визнання бактеріофагів як корисних інструментів молекулярної біології з’явилося із розумінням їхньої природи та їхніх властивостей ближче до кінця 20 ст.
Характеристика
Бактеріофаги — найбільша група вірусів з усіх відомих. Це високовірулентні специфічні віруси, розмірами в діапазоні наночастинок. Відомо 13 родин, понад 140 родів і понад 5300 видів бактеріофагів: 96 % складають представники ряду хвостаті бактеріофаги (Caudovirales). В основу номенклатури фагів покладена видова назва мікроба-хазяїна: дизентерійні фаги, стафілококові, сальмонельозні, дифтерійні тощо. Сучасна класифікація бактеріофагів ґрунтується на особливостях будови віріонів. Як в усіх вірусів, віріони бактеріофагів складаються з капсида і нуклеїнової кислоти. Більшість, тобто представники хвостатих бактеріофагів, має ікосаедричну головку й спіральний хвіст, кінцеві відділи якого мають здатність приєднуватись до специфічних молекул на поверхні клітини-мішені. У головці міститься геномна ДНК, в середині хвоста — хвостовий канал, по якому здійснюється інфікування клітини хазяїна. У деяких фагів хвостовий відросток дуже короткий або взагалі відсутній. За формою фаги бувають: ниткоподібні, сферичні, сперматозоїдні. За розміром — дрібні, середнього розміру, великі. Розмір фагової часточки становить 20–200 нм, діаметр головки — в середньому 60–100 нм, довжина відростка — 100–200 нм. Більшість має дволанцюгову геномну ДНК, рідше — одноланцюгову ДНК, є також фаги з дво- й одноланцюговою РНК.
Різновиди
За специфічністю розрізняють:
- видові фаги, які паразитують у клітинах тільки одного виду бактерій (холерний, дифтерійний);
- полівалентні, що паразитують у клітинах близьких видів бактерій, які належать до одного роду (полівалентний дизентерійний фаг);
- типові, які паразитують у клітинах окремих варіантів одного виду мікроорганізмів (стафілококові, черевнотифозні).
Найвивченішими є типові — Т-фаги (від англ. Type), їх називають літерами латинської абетки або цифрами. За допомогою типових фагів проводять детальну диференціацію бактерій всередині одного виду, поділяючи їх на фаговаріанти, що має важливе діагностичне й епідеміологічне значення. Розрізняють фаги інфекційні — здатні проникати у мікробну клітину, та неінфекційні, або незрілі (перебувають у стадії розмноження). Інфекційні фаги поділяють на вірулентні (здатні репродукуватися в мікробній клітині й спричинювати її лізис) і помірні (здатні проникати в мікробну клітину й інтегруватися в її геном). Бактеріофаги інфікують і руйнують лише молоді клітини мікроорганізмів. Поза живою клітиною фаги перебувають у стадії спокою.
Механізм дії
Для проникнення в клітину бактерії та виходу з неї більшість бактеріофагів використовують пептидогліканлізисні ферменти (ПЛФ), які вибірково руйнують клітинні стінки тих видів бактерій, проти яких спрямовані фаги, що кодують ці ферменти. Наприклад, ПЛФ фагів стафілококів руйнують пептидоглікани стафілококів, а ферменти пневмококових фагів — клітинну стінку пневмококів. Залежно від можливих життєвих циклів є літичні (вірулентні) й лізогенні (помірні) бактеріофаги.
Літичні бактеріофаги інфікують бактерії у декілька етапів: спочатку фаг адсорбується на поверхні бактеріальної клітини, після чого ДНК фага проникає всередину клітини, інгібує синтез білків хазяїна і перемикає на синтез власних білків, відбувається збирання вірусних частинок, лізис клітинної стінки бактерії та вихід численної популяції нової генерації фага, яка повторно уражує інші клітини-мішені.
Лізогенні (помірні) бактеріофаги інфікують бактеріальні клітини за лізогенним типом (без загибелі клітини-хазяїна). У цьому випадку фаги інтегрують свою ДНК у ДНК хазяїна, і геном може у такому вигляді передаватися новим фаговим генераціям та іншим клітинам бактеріальної популяції. Лізогенна інфекція може перейти в літичну (у незначної кількості фагів), що закінчується загибеллю клітини-хазяїна. Наявність у них саме літичного циклу розвитку (за якого відбувається загибель бактеріальної клітини-мішені) є однією з головних умов до бактеріофагів, як лікувально-профілактичних препаратів. За певними ділянками генів, що кодують білок капсида бактеріофага, можна швидко й зі значною достовірністю визначити його належність до родини літичних фагів.
Поширення в природі
Бактеріофаги — давні мешканці Землі, в природі поширені скрізь, де є бактерії: в ґрунті, воді, повітрі, продуктах харчування; рослини й тварини містять мільйони фагових частинок, зокрема у великих кількостях на шкірних покривах, слизових оболонках, у травному тракті тощо. Фаги стійкіші до фізичних і хімічних чинників навколишнього середовища, ніж вегетативні форми бактерій, у яких вони розмножуються. Витримують нагрівання до 75 °С, заморожування, висушування, коливання водневого показника (рН) від 5,0 до 8,5. Не чутливі до антибіотиків, хлороформу, фенолу, розчинів гліцерину й етилового спирту, що використовують для виділення фагів. Кислоти, формалін, ультрафіолетове та йонізуюче радіаційне випромінювання мають згубний вплив для бактеріофагів.
Значення і застосування
Бактеріофаги відіграють ключову роль у трансляції генетичної інформації від однієї бактерії до іншої, сприяють еволюції бактерій і поширенню певних ознак вірулентності. Їх використовують як вектори клонування в генній інженерії, а також в управлінні популяціями бактерій, зокрема в природних водоймах.
Бактеріофаги використовують для лікування і профілактики інфекційних захворювань, спричинених патогенними мікроорганізмами, стійкими до антибіотиків. Враховуючи їхню літичну дію на бактерії застосовують для лікування різних хвороб травного тракту, запальних хвороб носа, ротової порожнини, верхніх дихальних шляхів, сечостатевої системи тощо. Фаги не токсичні, не мають протипоказань, побічні реакції не зареєстровані. Фаготерапію можна поєднувати з будь-якими іншими лікувальними препаратами, включно з антибіотиками. Джерелом фагів є хворі люди й тварини, носії і реконвалесценти (люди або тварини, що не одужали остаточно, вже не мають клінічних проявів), об’єкти навколишнього середовища. Виявлення фагів патогенних мікробів у ґрунті свідчить про наявність хворих людей або тварин, які виділяють їх у довкілля.
Добувають фаги із фільтрату досліджуваного матеріалу, або із бульйонної культури мікроорганізмів, до якої додають виробничий фаг та інкубують за температури 37 °С протягом доби. За цей час кількість фагових часточок різко зростає. Культуру фільтрують через бактеріальний фільтр, перевіряють на чистоту, стерильність, нешкідливість і активність фага. Наявність вірулентного фага виявляють за його здатністю спричинювати лізис тест-культури. Методи виявлення фагів бувають якісні і кількісні. Якісне виявлення фагів проводять на щільному поживному середовищі, засіяному тест-культурою. Зберігають фаги у запаяних ампулах у рідкому й ліофілізованому стані протягом 5–6 і навіть 13 років за температури 6±4 °С у місці, захищеному від світла.
Література
- Жмінько П. Г., Федченко О. В., Зінов’єва М. Л. Бактеріофаги: актуальні питання безпечного застосування (огляд літератури) // Сучасні проблеми токсикології, харчової та хімічної безпеки. 2015. № 3. С. 71–81.
- Simmonds P., Aiewsakun P. Virus Classification — where do you Draw the Line? // Archives of Virology. 2018. Vol. 163. Is. 8. P. 2037–2046.
- Медична мікробіологія, вірусологія та імунологія / За ред. В. П. Широбокова. 3-тє вид., онов. та допов. Вінниця : Нова Книга, 2021. 920 с.
- Kasman L. M., Porter L. D. Bacteriophages // National Library of Medicine. 2022. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK493185/
Автор
Покликання на цю статтю: Бактеріофаги // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Бактеріофаги (дата звернення: 10.05.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 18.07.2023
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
Національна поліція України
