Бактериофаг стафилококковый

НЕКЛЕТОЧНЫЕ ФОРМЫ ЖИЗНИ. Вирусы и фаги (бактериофаги)

Ключевые слова конспекта: неклеточные формы жизни, царство вирусы, фаги (бактериофаги)

Вирусы являются неклеточной формой жизни и занимают пограничное положение между неживой и живой матерней. Вирусы — внутриклеточные паразиты и могут проявлять свойства живых opганизмов, только попав внутрь клетки.

Отличия вирусов от неживой природы:

1.  способность к размножению;
2.  наследственность и изменчивость

Отличия вирусов от клеточных организмов:

1.  не имеют клеточного строения;
2.  не проявляют обмена веществ и энергии (метаболизма);
3.  могут существовать только как внутриклеточные паразиты;
4.  не увеличиваются в размерах (не растут);
5.  имеют особый способ размножения;
6. имеют только одну нуклеиновую кислоту — либо ДНК, либо РНК.

Вирусы существуют в двух формах:

• покоящейся (внеклеточной), когда их свойства как живых систем не проявляются,
• внутриклеточной, когда осуществляется размножение вирусов.

Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки капсида. Некоторые более сложные вирусы (гриппа, герпеса и др.) помимо белков капсида и нуклеиновой кислоты могут содержать липопротеиновую мембрану, углеводы и ряд ферментов. Белки защищают нуклеиновую кислоту и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вирусов. Форма капсида может быть палочковидной, нитевидной, сферической и др.

В зависимости от присутствующей в вирусе нуклеиновой кислоты различают РНК-содержащие и ДНК-содержащие вирусы. Нуклеиновая кислота содержит генетическую информацию, обычно о строении белков капсида. Она может быть линейная или кольцевидная, в виде одно- или двуцепочечной ДНК, одно- или двуцепочечной РНК.

Проникновение в клетку

При проникновении вируса внутрь клетки специальные белки вирусной частицы связываются с белками-рецепторами клеточной оболочки. В животную клетку вирус может проникать при процессах пино- и фагоцитоза, в растительную клетку — при различных повреждениях клеточной стенки.

Вирус подавляет существующие в клетке процессы транскрипции и трансляции. Он использует их для синтеза собственных нуклеиновой кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы. После этого клеточные оболочки разрушаются и новообразованные вирусы покидают клетку, которая при этом погибает.

Бактериофаги (вирусы, паразитирующие на бактериях), как правило, не попадают внутрь клетки, так как этому препятствуют толстые клеточные стенки бактерий. Внутрь клетки проникает только нуклеиновая кислота вируса.

Полагают, что происхождение вирусов связано с эволюцией каких-то клеточных форм, которые в ходе приспособления к паразитическому образу жизни вторично утратили клеточное строение.

Вирусы — возбудители заболеваний

Вирусы способны поражать различные живые организмы. Первым открытым вирусом был вирус табачной мозаики, поражающий растения. Вирусную природу имеют такие заболевания животных и человека, как натуральная оспа, бешенство, энцефалиты, лихорадки, инфекционные гепатиты, грипп, корь, бородавки, многие злокачественные опухоли, СПИД и др. Кроме того, вирусы способны вызывать генные мутации.

Вирус, вызывающий заболевание СПИДом (синдром приобретённого иммунодефицита), поражает клетки крови, обеспечивающие иммунитет организма. В результате больной СПИДом может погибнуть от любой инфекции. Вирусы СПИДа могут проникнуть в организм человека во время половых сношений, во время инъекций или операций при несоблюдении условий стерилизации. Профилактика СПИДа заключается в избегании случайных половых связей, использовании презервативов, применении одноразовых шприцев.

Это конспект по теме «НЕКЛЕТОЧНЫЕ. Вирусы и фаги». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к следующему конспекту: Прокариоты: ЦАРСТВО БАКТЕРИИ
• Вернуться к списку конспектов по Биологии.
• Проверить знания по Биологии.

Белки фагового кворума и их гены

Вирус phi3T изолировали 40 лет назад и отнесли к группе SPbeta-фагов. Зохар Эрез впервые изучила его геном и выяснила, что при размере 128 т.п.н. он содержит 201 ген. Ген aimP кодирует белок AimP — так называемый пре-про-пептид, который в качестве «пре-» содержит N-концевую сигнальную последовательность, распознаваемую системой секреции и во время этой сáмой секреции отрезаемую (рис. 2). Вышедший наружу про-пептид обрабатывается бактериальной протеазой, лишаясь своей «про-». В результате остается зрелый короткий пептид из шести аминокислотных остатков, которые у про-пептида располагались на C-конце: Ser-Ala-Ile-Arg-Gly-Ala (SAIRGA) .

Рисунок 2. Гены кворума фага phi3T и структура белка AimP. Условные обозначения: HTH-домен — домен связывания с ДНК, TPR-домен — рецептор арбитриума.

, рисунок адаптирован

Чтобы показать, что SAIRGA — это и есть арбитриум, израильские ученые заражали культуру бацилл фагом phi3T при высокой концентрации SAIRGA и наблюдали явное снижение числа лизированных клеток. Эффекта не было при проведении эксперимента с более короткими версиями пептида (SAIRG или AIRGA) и с бациллярным пептидом PhrC, участвующим в бактериальном кворуме .

Перед aimP в геноме фага расположен ген aimR, кодирующий белок длиной 378 а.о. Выяснили, что белок AimR — это внутриклеточный рецептор арбитриума: его С-концевой домен взаимодействует с сигнальной молекулой. В то же время N-концевой домен AimR приспособлен для специфического связывания с ДНК бактериофага (рис. 2) .

После aimP находится ген aimX, который непосредственно участвует в выборе пути развития фага: его продукт длиной 51 а.о. каким-то образом активирует литический сценарий (рис. 2). На конце мРНК AimX находится добавочная некодирующая последовательность из 62 нуклеотидов, которая образует «шпильку» и, скорее всего, функционирует как регуляторная РНК .

Что такое бактериофаги, список препаратов, лечение, преимущества перед антибиотиками

Обновление: Октябрь 2018

Бактериофаги представляют собой вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Их жизнедеятельность и репродукция возможна только внутри бактериальных клеток. Размножаясь внутри клетки, они вызывают разрушение и гибель самой бактерии.

Современная медицина рассматривает их как эффективное, безопасное и совершенное средство в борьбе с опасными, трудно поддающимися терапии бактериальными инфекциями. Но лечение бактериофагами у многих людей вызывает недоверие и страх.

Особенности строения и паразитирования бактериофагов

Бактериофаги представляют большую и разнообразную группу вирусов. Их размеры в сто раз меньше размеров бактериальных клеток. При многократном увеличении структура фагов поражает своим разнообразием, некоторые из них похожи на кристаллические комплексы, причудливо извитые между собой.

Являясь внутриклеточными вирусными паразитами, они избирательно уничтожают определенные бактериальные клетки. Они лишены клеточного строения и состоят только из генетического материала, покрытого наружной белковой оболочкой. Это вынуждает их искать подходящие клеточные комплексы, чтобы активно размножаться внутри них.

Среда обитания бактериофагов

Бактериофаги присутствуют везде, где живут бактерии, поэтому среда их обитания разнообразна. Это может быть организм человека, воздушная и водная среда, почва, пищевые продукты, одежда и т.д.

Механизм действия

Бактериофаг внедряется в бактериальную клетку лишь с одной целью – использовать ее клеточные структуры для собственного размножения. Для этого умный вирус впрыскивает в тело бактерии собственную генетическую информацию.

Бактерия же начинает по установленной фагом программе синтезировать нехарактерные для нее частицы, из которых впоследствии осуществляется сборка новых бактериофагов.

От бактериальной клетки остаются одни обломки, через которые выходит 100-200 синтезированных фагов, способных к дальнейшему поражению соседних бактериальных клеток.

В естественной среде бактериофаги играют важнейшую роль природных регуляторов количества патогенных микробов.

Сферы применения бактериофагов

Помимо медицинской отрасли, они нашли свое применение и в других важных направлениях.

• В сельском хозяйстве —  успешно применяются для предупреждения и лечения растений и животных от бактериальных инфекций.
• В генной инженерии — эти маленькие вирусные структуры используются для естественного обмена генами между различными бактериями, что позволяет изменять первоначальную структуру бактериальной ДНК в нужном направлении.

Преимущества бактериофагов перед антибиотиками:

• Не угнетают иммунитет человека;
• Сочетаются абсолютно со всеми лекарственными препаратами, даже с антибиотиками, усиливая их действие;
• Не вызывают привыкания;
• Не приводят к выработке устойчивости бактериальных культур к фагам;
• Помогают в лечении вялотекущих бактериальных инфекций, малочувствительных к антибиотикам;
• Действуют избирательно, не уничтожая полезную бактериальную флору;
• Не имеют противопоказаний к лечению.

Их используют в лечении различных инфекций бактериальной природы. Поскольку размножение фагов происходит исключительно в бактериях, никакого вреда здоровью они не приносят. Бактериофаги действуют избирательно, поражая бактерии определенной группы. Наиболее широко используется стафилококковый бактериофаг, эффективный в лечении хронических стафилококковых инфекций и бактерионосительства.

Список препаратов бактериофагов

• Сальмонеллезный для приема внутрь 100мл — 650-800 руб
• Коли бактериофаг 20мл. 4 шт. 400-800 руб, колипротейный для приема внутрь 100мл — 650-800 руб.
• Стрептококковый для приема внутрь, местного и наружного применения 20 мл. 4 шт. — 750-800 руб.
• Клебсиелл поливалентный для приема внутрь 20 мл.

  4 шт — 750-800 руб.

• Клебсифаг (клебселл пневмонии) 20мл. 4 шт. 500 руб.
• Дизентерийный поливалентный 80мг. 500 табл. 3400 руб, 20мл. 4 шт -400 руб.
• Протейный бактериофаг 20мл. 4 шт. 500-600 руб.
• Синегнойный бактериофаг/псевдомонас 100мл. и 20мл. 4шт. — 650-700 руб.

Комплексные бактериофаги:

• ИНТЕСТИ комплексный бактериофаг 20мл. 4 шт. и 100мл. для приема внутрь — 800 руб.
• Пиобактериофаг 100 мл. — 800 руб.
• Пиобактериофаг поливалентный очищенный 20мл. 4 шт. — 800 руб.
• Секстафаг Пиобактериофаг поливалентный  20мл. 4 шт. — 750 руб.

Сабук Татьяна Леонидовна врач-гигиенист, эпидемиолог

Требования к производственным штаммам

Производственные штаммы бактерий-продуцентов бактериофагов выделяют от больных гнойно-септическими или кишечными инфекциями и получают из бактериологических диагностических лабораторий (желательно расположенных в регионах реализации и потребления лечебно-профилактических бактериофагов). Коллекция производственных штаммов бактерий, используемых в производстве бактериофагов, должна ежегодно обновляться свежевыделенными штаммами от больных не менее чем на одну треть.

Производственные штаммы бактерий должны обладать типичными для каждого вида морфологическими, культуральными, биохимическими и антигенными свойствами, не продуцировать энтеротоксины и не содержать умеренных бактериофагов в своем геноме.

Производственные штаммы бактерий должны лизироваться маточными фагами по методу Аппельмана в титрах не менее чем на 1-2 порядка выше показателей специфической активности конечного продукта. При этом стабильность лизиса должна сохраняться после (48 ± 3) ч инкубирования при температуре 37 оС.

Производственные штаммы бактерий хранят в специальных изолированных помещениях в лиофилизированном состоянии в ампулах при температуре 2 — 8 оС в течение 10 лет и в пробирках с 0,4 — 0,7 % агаризованной питательной средой (на основе гидролизата Хоттингера или МПБ) под стерильным вазелиновым маслом при температуре 2 — 8 оС не более 1 года при регулярном пересеве каждые 2 — 3 мес.

Контрольные штаммы бактерий. При определении специфической активности готовых препаратов бактериофагов в качестве контрольных отбирают штаммы из коллекции производственных штаммов бактерий. Они не должны использоваться при производстве данной серии препарата.

Маточные бактериофаги. Для получения фаговых препаратов используются только вирулентные бактериофаги. Их выделяют из природных источников – клинического материала, сточных вод, почвы, пассируя на штаммах гомологичных видов бактерий – свежевыделенных и производственных. Подбирают высоко активные расы (штаммы) фагов к слаболизирующимся и фагорезистентным штаммам бактерий. Пополнение производственных фаговых рас различными штаммами из природных источников позволяет преодолевать первичную фагоустойчивость возбудителей.

Маточные бактериофаги должны включать только вирулентные фаги с широким диапазоном действия по отношению к штаммам гомологичного вида бактерий, обладать высокой активностью, стабильностью лизиса, специфической направленностью антимикробного действия и высокой «урожайностью». Характеристика кандидатных фаговых рас (штаммов) при отборе может быть дополнена электронно-микроскопическим изучением их морфологии и другими современными молекулярно-биологическими методами (например, методом секвенирования – определения последовательности фаговой ДНК). Хранение производственной коллекции бактериофагов осуществляется на гомологичных бактериальных штаммах при температуре от 2 до 8 оС в течение 5 лет с ежегодным пересевом.

Работа с производственными штаммами бактерий и бактериофагов, а именно регулярное пополнение производственных бактериальных штаммов за счет клинических изолятов и подбор к ним фаговых рас из природных источников, обеспечивает возможность адаптации лечебно-профилактических бактериофагов к циркулирующим возбудителям бактериальных инфекций. Таким образом, возможен выпуск производственных серий бактериофагов целевого назначения. Например, при вспышке или в очаге инфекции, обусловленной фагоустойчивым возбудителем, передача на производство эпидемически значимого бактериального штамма позволит адаптировать препарат из бактериофагов к конкретным эпидемиологическим условиям.

Диапазон действия лечебно-профилактических бактериофагов, их активность в отношении современных возбудителей бактериальных инфекций во многом зависят от организации сбора клинических штаммов.

Способы эксплуатации

Вирусы бактериофаги находят свое широкое применение в терапии антибактериального типа, которая служит альтернативой антибиотикам. Среди организмов, которые могут быть применимы, чаще всего выделяют: стрептококковых, стафилококковых, клебсиеллезных, коли, протейных, пиобактериофагов, полипротейновых и дизентерийных.

На территории РФ в медицинских целях зарегистрировано и применимо на практике тринадцать медикаментозных веществ, основанных на фагах. Как правило, такие способы борьбы с инфекциями применяются в том случае, когда традиционная форма лечения не приводит к значительным изменениям, что обуславливается слабой чувствительностью возбудителя к самому антибиотику или полному сопротивлению. На практике использование бактериофагов приводит к быстрому и качественному достижению желаемого успеха, но для этого необходимо присутствие биологической мембраны, укрытой слоем полисахаридов, сквозь которые антибиотикам проникнуть не удается.

Терапевтический тип применения представителей фагов не находит поддержания на Западе. Однако часто применяется для борьбы с бактериями, вызывающими пищевое отравление. Многолетние опыты по исследованию деятельности бактериофагов показывают нам, что наличие, например, дизентерийного фага в общем пространстве городов и сел обуславливает подвергание пространства профилактическим мерам.

Инженеры-генетики эксплуатируют бактериофагов, как векторы, при помощи которых осуществляется перенос участков ДНК. А также с их участием протекает передача геномной информации между взаимодействующими клетками бактерий.

Взаимодействие бактериофага с бактериальными клетками.

Адсорбция
бактериофагов на поверхности бактериальной
клетки

По характеру
взаимодействия бактериофага с
бактериальной клеткой различают
вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные
фаги могут только увеличиваться в
количестве посредством литического
цикла . Процесс взаимодействия вирулентного
бактериофага с клеткой складывается
из нескольких стадий: адсорбции
бактериофага на клетке, проникновения
в клетку, биосинтеза компонентов фага
и их сборки, выхода бактериофагов из
клетки.

Первоначально
бактериофаги прикрепляются к
фагоспецифическим рецепторам на
поверхности бактериальной клетки. Хвост
фага с помощью ферментов, находящихся
на его конце (в основном лизоцима),
локально растворяет оболочку клетки,
сокращается и содержащаяся в головке
ДНК инъецируется в клетку, при этом
белковая оболочка бактериофага остается
снаружи. Инъецированная ДНК вызывает
полную перестройку метаболизма клетки:
прекращается синтез бактериальной ДНК,
РНК и белков. ДНК бактериофага начинает
транскрибироваться с помощью собственного
фермента транскриптазы, который после
попадания в бактериальную клетку
активируется. Синтезируются сначала
ранние, а затем поздние и РНК, которые
поступают на рибосомы клетки-хозяина,
где синтезируются ранние (ДНК-полимеразы,
нуклеазы) и поздние (белки капсида и
хвостового отростка, ферменты лизоцим,
АТФаза и транскриптаза) белки бактериофага.
Репликация ДНК бактериофага происходит
по полуконсервативному механизму и
осуществляется с участием собственных
ДНК-полимераз. После синтеза поздних
белков и завершения репликации ДНК
наступает заключительный процесс —
созревание фаговых частиц или соединение
фаговой ДНК с белком оболочки и образование
зрелых инфекционных фаговых частиц.

Продолжительность
этого процесса может составлять от
нескольких минут до нескольких часов.
Затем происходит лизис клетки, и
освобождаются новые зрелые бактериофаги.
Иногда фаг инициирует лизирующий цикл,
что приводит к лизису клетки и освобождению
новых фагов. В качестве альтернативы
фаг может инициировать лизогенный цикл,
при котором он вместо репликации обратимо
взаимодействует с генетической системой
клетки-хозяина, интегрируясь в хромосому
или сохраняясь в виде плазмиды. Таким
образом, вирусный геном реплицируется
синхронно с ДНК хозяина и делением
клетки, а подобное состояние фага
называется профагом. Бактерия, содержащая
профаг, становится лизогенной до тех
пор, пока при определенных условиях или
спонтанно профаг не будет стимулирован
на осуществление лизирующего цикла
репликации. Переход от лизогении к
лизису называется лизогенной индукцией
или индукцией профага. На индукцию фага
оказывает сильное воздействие состояние
клетки хозяина предшествующее индукции,
также как наличие питательных веществ
и другие условия, имеющие место быть в
момент индукции. Скудные условия для
роста способствуют лизогенному пути,
тогда как хорошие условия способствуют
лизирующей реакции.

Очень важным
свойством бактериофагов является их
специфичность: бактериофаги лизируют
культуры определенного вида, более
того, существуют так называемые типовые
бактериофаги, лизирующие варианты
внутри вида, хотя встречаются поливалентные
бактериофаги, которые паразитируют в
бактериях разных видов.

Бактерии vs. Человечество: глобальное сопротивление

Случайное открытие Флеминга ознаменовало начало новой эры в медицине. Человечество смогло побороть множество смертельных бактериальных заболеваний, которые на протяжении тысячелетий оставались неизлечимыми.

Но наряду с возможностями антибиотиков, Флеминг обнаружил и другое – при недостаточном количестве пенициллина или если его действие было непродолжительным, бактерии приобретали устойчивость к антибиотику. Флеминг об этом рассказывал в своих выступлениях по всему миру и не раз предупреждал, что не стоит использовать пенициллин, пока заболевание не будет диагностировано, а при необходимости применения антибиотика, его нельзя использовать в течение короткого времени и в совсем малых количествах. К сожалению, это предостережение не помогло.

Уже к 1945 году пенициллин стал доступен повсеместно, активно создавались и другие антибиотики. На протяжении последующих десятилетий они применялись практически бесконтрольно. К примеру, одной из проблем стало самолечение антибиотиками среди населения. Причем при самостоятельном выборе антибиотика часто предпочтение отдавалось именно препаратам широкого спектра действия. Антибиотики стали также широко применяться в сельском хозяйстве – до 80% всех антибиотиков в мире используют для лечения скота. Все это ускорило темпы формирования «антибиотикорезистентности» (от английского resist – «сопротивляться») и привело к тому, что многие инфекционные заболевания снова стали неизлечимы.

Легионеллы – патогенные грамотрицательные бактерии

«Все хотят жить, в том числе и микробы, – рассказывает РИА «Новый день» доктор медицинских наук Тамара Перепанова. – Они развивают сопротивляемость. И эта борьба складывается в пользу микроорганизмов. Они вырабатывают новые штаммы быстрее, чем все фармакологии мира разрабатывают новые препараты. И вот уже антибиотик неэффективен». К слову, самый первый антибиотик – пенициллин – практически бесполезен сегодня: у бактерий к нему развилась почти полная устойчивость.

В 2017 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) впервые опубликовала список устойчивых к действию антибиотиков «приоритетных патогенов» – 12 видов бактерий, представляющих наибольшую угрозу для здоровья человека. В их числе – Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacteriaceae, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Helicobacter pylori, Campylobacter spp., Salmonellae, Neisseria gonorrhoeae, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Shigella. За всеми этими названиями – очень серьезные заболевания: сепсис, менингит, пневмония, брюшной тиф, дизентерия и другие.

По данным ВОЗ практически все существующие патогенные для человека бактерии приобретут устойчивость к антибиотикам уже через 10-20 лет. По прогнозам, к 2050 году число жертв бактериальных инфекций возрастет до 10 млн в год. Кстати, с уверенностью можно констатировать, что для любого жителя нашей страны вероятность подцепить бактериальную инфекцию, устойчивую ко всем основным антибиотикам, сейчас гораздо выше, чем заразиться вирусом из Китая.

Что такое бактериофаги?

Бактериофаги, также известные как фаги, представляют собой вирусы, которые инфицируют и размножаются только в бактериальных клетках. Они повсеместно распространены в окружающей среде и признаны самым распространенным биологическим агентом на Земле. Они чрезвычайно разнообразны по размеру, морфологии и геномной организации. Однако все они состоят из генома нуклеиновой кислоты, заключенного в оболочку из кодируемых фагами капсидных белков, которые защищают генетический материал и опосредуют его доставку в следующую клетку-хозяин. Электронная микроскопия позволила детально визуализировать сотни типов фагов, некоторые из которых имеют «головы», «ноги» и «хвосты». Несмотря на это, бактериофаги неподвижны и зависят от броуновского движения для достижения своих целей.

Как и все вирусы, бактериофаги очень видоспецифичны по отношению к своим хозяевам и обычно заражают только один вид бактерий или даже определенные штаммы внутри вида. Как только бактериофаг прикрепляется к восприимчивому хозяину, он реализует одну из двух стратегий репликации: литическую или лизогенную.

Во время цикла литической репликации фаг прикрепляется к восприимчивой бактерии-хозяину, вводит свой геном в цитоплазму клетки-хозяина и использует рибосомы хозяина для производства своих белков. Ресурсы клетки-хозяина быстро превращаются в вирусные геномы и капсидные белки, которые собираются в несколько копий исходного фага. Когда клетка-хозяин умирает, она активно или пассивно лизируется, высвобождая новый бактериофаг для заражения другой клетки-хозяина.

В цикле лизогенной репликации фаг также прикрепляется к восприимчивой бактерии-хозяину и вводит свой геном в цитоплазму клетки-хозяина. Однако геном фага вместо этого интегрируется в хромосому бактериальной клетки или поддерживается как эписомальный элемент, где в обоих случаях он реплицируется и передается дочерним бактериальным клеткам, не убивая их. Интегрированные фаговые геномы называются профагами, а содержащие их бактерии — лизогенами. Профаги могут вернуться в цикл литической репликации и убить своего хозяина, чаще всего в ответ на изменение условий окружающей среды.