Бактеріофаг

Бактеріофаг є вірусами, які заражають бактерії та розмножуються в процесі. Для кожної бактерії також існує специфічний бактеріофаг. Бактеріофаги застосовуються в медицині та генній інженерії.

Що таке бактеріофаги?

Бактеріофаги - це група вірусів, які заражають бактерії та археї (первісні бактерії). Роблячи це, вони продовжують розмножуватися, знищуючи бактерію.

Для кожної бактерії існує специфічний бактеріофаг, заснований на принципі блокування та ключа. Згідно з традиційним визначенням, бактеріофаги, як і всі віруси, не є живими істотами. Вони залежать від господаря для їх відтворення. Жодні біохімічні процеси не відбуваються поза господарем. Фаги використовують для цього ферменти свого господаря.

Бактеріофаги складаються лише з ДНК або РНК, які оточені білковою оболонкою. Однак у переважній більшості фагів є генетичний матеріал ДНК.

Фаги були вперше описані в 1917 році канадським біологом Фелікс Хуберт д'Ерелле. Будова різних фагів різна. В основному бактеріофаги складаються з декількох компонентів. Основна увага приділялася структурі так званих Т-фагів, які також заражають бактерію Escherichia coli.

Т-фаги складаються з багатогранної головки, яка з'єднується з витягнутим каналом ін'єкції (ін'єкційним пристроєм) через горловину. Основна пластина з хвостовим волокном і шипами розташована під пристроєм для ін'єкцій Голова - це капсид, який містить нуклеїнову кислоту. Капсид, канал ін'єкції та основна пластина виготовлені з білка. Хвостові волокна і колоски служать для прив’язки фага до клітинної стінки бактерії.

Поява, розповсюдження та властивості

Бактеріофаги універсальні. У морській воді є близько 10 до сили 30 бактеріофагів. Для кожної бактерії також існує відповідний фаг.

Розмноження бактеріофагів можна розділити на п’ять фаз. По-перше, фаг поглинається певним рецептором клітинної стінки. Кінці хвостових ниток прикріплюються до поверхні клітини. На наступному етапі фаг вводить свою бактерію ДНК або РНК. Порожні білкові оболонки залишаються на поверхні бактерій. Третя фаза називається фазою затримки, в якій фагів не можна виявити. Під час фази затримки, що триває кілька годин, починається трансляція у вірусну мРНК та реплікація у вірусну нуклеїнову кислоту. У так званій фазі виробництва створюються вірусні білки. Потім у подальшому етапі дозрівання складаються окремі компоненти вірусу. Після завершення вироблення вірусу лізоцим, що виробляється перетвореною бактеріальною клітиною, розчиняє бактерію і вивільняє вироблені фаги.

Значення та функція

Сьогодні бактеріофаги вже широко застосовуються у багатьох областях. Відкриваються спеціальні сфери застосування в медицині, біології та сільськогосподарському машинобудуванні. У медицині бактеріофаги використовуються для виявлення бактеріальних штамів через їх специфічність для певних бактерій. Ця область застосування називається лізотипом.

В даний час проводяться інтенсивні дослідження боротьби з бактеріями з використанням бактеріофагів при інфекціях. Ця дослідницька область набуває все більшого значення, особливо під впливом постійно зростаючої кількості бактерій, стійких до антибіотиків. Однак погана стійкість фагів в організмі є проблематичною. Вони негайно усуваються власними фагоцитами організму.

Фелікс Юбер д'Ерель вже розглядав цю можливу заявку. Однак після виявлення та введення антибіотиків результати досліджень цього можливого застосування були повністю забуті. Однак Інститут фагових досліджень Еліави, заснований D'Hérelle в 1934 році, все ще існує в Тбілісі, штат Джорджія. Разом з Інститутом імунології та експериментальної терапії Людвіка Гірсфельда з Вроцлава, Польща, зараз проводяться дослідження альтернативних методів боротьби з антибактеріально стійкими бактеріями за допомогою фагів.

Фаги також використовуються різними способами в харчовій промисловості. Наприклад, різні фагові спреї застосовуються при упаковці сиру або ковбас, щоб захистити їх від бактерій.

Генетична інженерія - це також велика область застосування. Наприклад, фаги зараз використовуються як вектори для певних генів і вводяться в бактерії. За допомогою цього методу можна генерувати бактеріальні штами Escherichia coli, що продукують інсулін.

Ці вектори також стають все більш важливими для виробництва інших діючих речовин. Крім того, деякі з них можна використовувати для боротьби з генетичними дефектами.

Хвороби та недуги

Однак бактеріофаги не виявляють лише позитивних ефектів. Деякі серйозні інфекційні захворювання спалахують лише за допомогою фагів. Дифтерія спровокована бактерією Corynebacterium diphtheriae. Однак захворювання може спалахнути лише в тому випадку, якщо Corynebacterium diphtheriae одночасно заражається бактеріофагами. Після зараження фагами ці бактерії виробляють характерний токсин, який викликає важкі, іноді небезпечні для життя симптоми.

Хвороба починається з таких ознак, як утруднене ковтання, втома, нудота та біль у животі. На мигдалі є біле покриття, яке пахне неприємним, солодким. Часто виникають такі ускладнення, як пневмонія або міокардит, які можуть бути смертельними.

Ще одне захворювання, спричинене бактеріофагами, - скарлатина. Скарлатина викликається стрептококами, зараженими бактеріофагами. Внаслідок цієї інфекції бактерії виробляють особливо підступний токсин. Є сильні симптоми із застудою, лихоманкою, блювотою та ангіною. Спочатку язик білий, але через кілька днів малиновий червоний. Також виникає висип. Якби бактерія не була заражена бактеріофагом, це призвело б лише до нешкідливого тонзиліту.

Холера також спричинена бактерією, зараженою бактеріофагами під назвою Vibrio cholerae.