Бактериофаги

Обща характеристика

Бактериофагите са бактериални вируси, които нахлуват в прокариотните клетки, нарушават бактериалния метаболизъм и причиняват лизиране на бактерията. Историята на откриването на бактериофагите е била обект на продължителни дебати и спорове относно претенциите за приоритет. Британският бактериолог Ърнест Ханкин съобщава през 1896 г. за наличието на подчертана антибактериална активност срещу Vibrio cholerae, която той наблюдава във водите на реките Ганг и Юма в Индия и предлага да се направи проучване в тази посока. Две години по-късно руският бактериолог Гамалея наблюдава подобно явление, докато работи с Bacillus subtilis. Все пак нито един от тези изследователи не е проучил по-подробно своите открития, докато Фредерик Торт, медицински бактериолог от Англия, въвежда въпроса почти 20 години след наблюдението на Ханкин, като съобщава за подобен феномен и развива хипотезата, че може да се дължи на вирус. Въпреки по-ранните наблюдения, за откривател на бактериофагите се приема Ф.Д'Ерел, който през 1917 г. е описал явлението бактериофагия и им дава названието бактериофаги или още фаги (от гр. phages - ядящ). През 1921 г. Борде изолира изолира фаги, които обитават бактериалните клетки, без да ги лизират (разрушават), нарича ги умерени фаги, които за разлика вирулентните фаги не притежават способността да убиват бактериите. В днешни дни са изследвани и описани множество бактериофаги, не съществуват бактерии, за които да не са установени специфични фаги. Всеки фаг обитава характерен за него хазяин, въпреки това понякога спектърът на един фаг обхваща повече от един бактериален вид.

Бактериофагите се намират навсякъде, където бактериите се размножават, което ги прави най-разпространената биологична единица в света. Ние приемаме бактериофаги ежедневно при консумацията на вода и непреработени храни, като ги съхраняваме в нашата слюнка, зъбна плака и стомашно-чревен тракт. Съществуват над 100 милиона фаги. От еволюционна гледна точка, бактериофагите спомагат за регулиране на бактериалните популации.

Таксономия

Номенклатурата и таксономията на фагите е обща с тази на вирусите, те се разделят в 10 семейства, като широко разпространени са 3 семейства бактериофаги.

Структура на бактериофагите

Приличайки на кръстоска между роботизирано насекомо и устройство за лунно кацане, структурата на общия (неинфламентен) бактериофаг включва глава, в която се съхранява генома, опашна обвивка, опашка, фибри и базална пластинка.

• Глава (капсид), съставен от протеинова обвивка, който защитава генома на нуклеиновата киселина намиращ се в сърцевината му. Най-често срещаният вид капсид е днадесетостенния (икосаедър);
• Геном - нуклеинова киселина кодираща ензими и протеини, необходими за репликация. Фагите притежават един вид нуклеинова киселина, според което се делят на ДНК и РНК съдържащи. Нуклеиновите киселини могат да бъдат линейни или кръгови, единични или двойно-верижни;
• Опашката представлява белтъчен канал, през който геномът преминава от главата до бактериалния гостоприемник. Дисталната част на опашката прониква в клетъчната стена и мембраната на бактерия гостоприемник, позволявайки на генома да бъде инжектиран;
• Фибри - подпомагат прикрепването на бактериофага към повърхността на бактериалните клетки.

Подобно на всички останали вируси, извън клетките бактериофагите съществуват като вириони (инертни частици, способни да заразяват бактерии, но без собствен метаболизъм).

Репродуктивен цикъл на бактериофагите

Литичен цикъл - Това е тип на взаимодействие с клетката хазаин, който е характерен за вирулентния тип фаг. Литичният цикъл е каскада от събития, включващи няколко структурни и регулаторни гени, които нарушават бактериалния метаболизъм и причиняват лизиране на бактерията. При този механизъм на разрушаване вирионът се свързва с бактерия и инжектира неговата ДНК в клетката гостоприемник. Фаговият геном се реплицира и се образуват фагови частици (потомство) които се сглобяват в нови фаги. Тези потомства се размножават и с помощта на литични протеини и лизират клетката, за да направят своето "бягство". В рамките на около 30 минути стотици идентични нови фаги излизат от прокариотната клетка гостоприемник в търсене на нови хостове.

Лизогенен цикъл. Този механизъм е характерен за умерения бактериофаг, фагът интегрира своя геном в този на гостоприемника, без да го транскрибира (да започне да го копира) незабавно, за да произведе нови фагови частици. Фаговият геном може да съществува неопределено време в това състояние. Ако ДНК е повредена, литичният цикъл се индуцира и се получават нови фагови частици, които след това могат да лизират бактериалната клетка.

Изолиране на фагите

Бактериофагите могат да се изолират, както от водата, почвата и хранителните продукти така и от слюнката, фецес и устната кухина на човека. Материалите се суспендират и филтрират през бактериален филтър, след което малка част от филтрата се прибавя към бактериална култура. Ако във филтрата се съдържат бактериофаги културата се просветлява.

Практическо приложение на бактериофагите

Терапията с бактериофаги вече е успешно интегрирана в селското стопанство, хранителната промишленост и рибната промишленост. Въпреки това знаем малко за начина, по който бактериофагите се държат в човешкото тяло, така че изследванията на фагите за човешко приложение изискват по-внимателно контролирани и провеждани изследвания на безопасността и ефикасността.

Някои от съмненията относно фаговата терапия включват:

• Отговор на антитела - Интравенозното приложение на фаги или многократното третиране с фаги може да стимулира освобождаването на неутрализиращи бактериофагите антитела;
• Бързо поглъщане и инактивиране на фаги от далака;
• Замърсяване на терапевтични фагови препарати с ендотоксин от бактериални отломки.

Приложение в микробиологичната диагностика на заразните болести намира фаготипирането, което представлява метод за подразделяне на различната чувствителност на бактериалните щамове спрямо вирулентните и умерени фаги. Бактериите, които показват еднаква чувствителност спрямо фагите от набора образуват един фаготип.