Бактериофаги, или фаги (от греческого слова
phagos — пожиратель), — это вирусы
бактерий. Среди культивируемых в лабораториях
бактерий вряд ли можно найти такие, фаги
которых еще не обнаружены. Самые крупные
бактериофаги — Т-четные фаги кишечной
палочки представляют собой сложно устроенные
частицы размером 200 нм, они имеют хорошо
различимые в электронный микроскоп
головку, хвостовой отросток и нити, прикрепленные
к пластинке на конце отростка (см. рис.).
Самые мелкие — сферические фаги кишечной
палочки, диаметр которых равен 25 нм.
Нитчатые фаги могут достигать 1 мкм в длину при
диаметре 6 нм. В состав частицы
бактериофагов входит нуклеиновая кислота (одно- или
двухцепочечная ДНК или РНК) и молекулы
белка одного или нескольких типов.
Мы еще мало знаем о том, как происходит
заражение бактерии фагом. Лучше всего этот
процесс был изучен у фага Т4. При
столкновении с клеткой кишечной палочки
бактериофаг с помощью нитей прикрепляется к ее
поверхности, причем к одной бактерии может
одновременно прикрепиться до нескольких
сотен фагов. Прикрепление вызывает
изменение структуры хвостового отростка. Из
пластинки, находящейся на его конце, выделяется
лизоцим — фермент, растворяющий
клеточную стенку, и происходит сокращение чехла,
при котором ДНК фага впрыскивается, как
из шприца, в клетку, а пустая белковая
оболочка остается прикрепленной снаружи.
В клетке начинается репликация и
транскрипция фаговой ДНК, которая содержит
гены, определяющие синтез белков оболочки
фага и сборку частицы. При этом синтез
биополимеров бактерии полностью прекращается,
и ресурсы клетки служат только для воспроиз-
ведения фаговых частиц. Через 25—30 мин
после заражения клетки под действием новосин-
тезированных ферментов фага происходит
разрушение (лизис) клетки, и из нее
освобождается до 100 частиц фага.
Но не все фаги вызывают лизис клетки
после заражения. Так называемые умеренные
бактериофаги способны-долгое время
существовать в клетке, не вызывая ее разрушения.
Схема строения бактериофага
T4. В головке упакована ДНК.
На конце отростка
находится базальная пластинка с
нитями, которые служат для
прикрепления фага к бактерии.
ДНК этих бактериофагов может встраиваться
в бактериальную хромосому и передаваться при
делении клетки как часть геноми бактерии.
Однако под влиянием неблагоприятных
воздействий внешней среды, например излучения,
высоких температур, обработки некоторыми
химическими соединениями, происходит выщепление фага, его размножение и лизис
клетки. Нитчатые фаги, например, также
используют клеточные механизмы репликации,
транскрипции и трансляции для размножения,
но они покидают клетку, не разрушая ее.
Жизненный цикл бактериофага.
С помощью нитей вирус
прикрепляется к клетке бактерии.
Отросток фага сокращается,
и ДНК вируса впрыскивается в
клетку. Затем начинается
интенсивный синтез
макромолекул фага и происходит
сборка вирионов, которые выходят
из клетки, разрушая ее. В
некоторых случаях вирусная
ДНК встраивается в геном
бактерии без размножения и
разрушения самой
бактериальной клетки (лизогения).
Генетический материал
бактериофага проник внутрь
бактерии, а капсиды (оболочки
вируса), прикрепленные к
бактериальной стенке, остались
пустыми. Увеличение в 60 тыс.
раз.
В генной инженерии бактериофаги используются для переноса генетического материала,
т. е. в качестве векторов.
Фаги поражают бактерии, в том числе и
болезнетворные для человека. Это значит,
что они наши союзники в борьбе со многими
болезнями, вызываемыми бактериями: чумой,
брюшным тифом, дизентерией, холерой. Быстро
расправляются они со своими ближайшими
соседями по микромиру. Бактериофаги
применяют для предупреждения и лечения многих
инфекционных заболеваний, но, к сожалению,
в организме человека вирусы действуют на
бактерии не так активно, как в пробирке.
Бактерии часто быстро приспосабливаются к фагам
и становятся устойчивыми к их действию.
Фаги с успехом используют для
распознавания бактерии: каждый вид бактерий
поражается только определенным для него видом
вируса.