Понятие о бактериофагах

Понятие о бактериофагах

 

Бактериофаги - (от бактерии и греч. fagos - пожиратель) - это особые представители царства вирусов.

Особенность бактериофагов в том, что они приспособились использовать для своего размножения клетки бактерий.

Эти маленькие создания потрясающе многообразны.

Вирусы бактериий, иначе называемые бактериофагами, - крупнейшая из известных  групп вирусов.

Современная классификация бактериофагов  включает 13 семейств, подразделенных более  чем на 140 родов, которые содержат более 5300 видов фагов.

Применение современных электронных  микроскопов позволило детально изучить строение фагов. Оказалось, что многие из них устроены сложнее, чем вирусы человека, животных и  растений.

Общий признак  всех бактериофагов – внутриклеточный паразитизм – определяется зависимостью фагов от аппаратов транскрипции и трансляции генетического материала, от систем репликации бактерии, от наличия особых бактериальных структур, необходимых для сборки зрелых частиц фага. В то же время следует отметить, что уровень такой зависимости для разных бактериофагов разный. Некоторые из них (например, Т-четные фаги Escherichia coli) несут в своем геноме многие гены, функционально сходные с определенными бактериальными генами; такие фаги более автономны, поскольку способны развиваться в клетках бактерий, не обладающих функциями соответствующих генов.

Фаги принято  относить к трем типам. Тип определяется характером влияния продуктивной инфекции фага на судьбу инфицированной клетки.

Первый  тип – истинно вирулентные фаги. Инфекция клетки вирулентным фагом неизбежно ведет к гибели инфицированной клетки, ее разрушению и освобождению фага-потомства (исключая случаи абортивной инфекции). Такие фаги называют истинно вирулентными, для отличия их от вирулентных мутантов умеренных фагов.

Второй  тип – умеренные фаги. В ходе продуктивной инфекции клетки умеренным фагом возможны два принципиально разных пути его развития: литический, в общем (по своему исходу) подобный литическому циклу вирулентных фагов, и лизогенный, когда геном умеренного фага переходит в особое состояние – профаг. Клетка, несущая профаг, называется лизогенной или просто лизогеном (поскольку в определенных условиях она может претерпеть литическое развитие фага). Умеренные фаги, отвечающие в состоянии профага на применение индуцирующего фактора началом литического развития, называют индуцибельными, а фаги, не реагирующим таким образом, – неиндуцибельными. У умеренных фагов могут возникать вирулентные мутанты. Мутации вирулентности ведут к такому изменению последовательности нуклеотидов в оператор ных участках, которое сказывается в утрате сродства к репрессору.

Третий  тип фагов – это фаги, продуктивная инфекция которыми не ведет к гибели бактерий. Эти фаги способны покидать инфицированную бактерию, не вызывая ее физического разрушения. Клетка, инфицированная таким фагом, находится в состоянии постоянной (перманентной) продуктивной инфекции. Развитие фага сказывается в некотором замедлении скорости делений бактерий.

Строение и химический состав

 

1 — головка, 2— хвост, 3 — нуклеиновая  кислота, 4 — капсид, 5 —"воротничок", 6 — белковый чехол хвоста, 7—  фибрилла хвоста, 8 — шипы, 9 —  базальная пластинка

 

Практическое использование  фагов

 

В практической работе фаги применяют  для:

• фаготипирования бактерий, т.е. определения фаготипа по лизису штаммов бактерий одного и того же вида типоспецифическими фагами, что важно для маркировки исследуемых при эпидемиологическом анализе заболеваний с целью установления их видовой принадлежности;   
• фагодиагностики, заключающейся в выделении фага из организма больного (например, из испражнений), что косвенно свидетельствует о наличии в материале соответствующих микроорганизмов; 
• фагопрофилактики - предупреждения некоторых заболеваний (например, дизентерии) среди лиц, находящихся в эпидемическом очаге;  
• фаготерапии - лечения некоторых инфекционных заболеваний, вызванных, например, шигеллами, протеем, стафилококком.

Бактериофаги с целью терапии  применяют местно путем аппликации на раневую или ожоговую поверхность, введением в полости (брюшную, плевральную, суставную, мочевой пузырь), через  рот, а также ректально.

 Соответственно способу применения  препараты бактериофагов выпускают  в различных лекарственных формах  – 

• жидком виде,
• таблетках с пектином или кислотоустойчивым покрытием,
• мазях,
• свечах,
• аэрозолях.

Первыми были выделены фаги, активные против патогенных микроорганизмов (дизентерийной  палочки). Вполне естественно, что у  исследователей многих стран возник вопрос об использовании фагов для  лечения и профилактики инфекционных заболеваний, вызываемых бактериями (дизентерия, брюшной тиф, паратифы, холера и др.). Многочисленные исследования в этой области были проведены и в  нашей стране. Результаты этих работ  весьма разноречивы. Имеются данные, показывающие несомненную эффективность  фагов при лечении дизентерии и холеры. Во время Великой Отечественной  войны некоторые хирурги успешно  применяли фаги для борьбы с нагноением ран. «Сталинский антибиотик»-Старое лекарство из красноармейского вещмешка может вернуться во врачебную практику.

В 30-х годах туберкулез и воспаление легких стали излечимыми, а гангрена перестала непременно заканчиваться ампутацией. Но врачи и фармацевты жарко спорили о том, какое антибактериальное средство эффективнее — антибиотики или бактериофаги.

Главным преимуществом пенициллина  и его производных была возможность изготавливать их синтетическим путем. Изобретение Александра Флеминга тогда одержало победу. Массовая эйфория по поводу бактериофагов сменилась забвением.

Везде, кроме Советского Союза, где на родине Сталина, в Грузии, специальный медицинский институт продолжал соответствующие исследования. В результате родились противовоспалительные препараты, который широко использовались при самых разных диагнозах — от заражения крови до простуды.

Больше всего их применяли в Красной Армии, но они использовались и в гражданской медицине, как в СССР, так и в некоторых странах Восточной Европы.

До недавних пор использование бактериофагов считалось местной спецификой, если не признаком отсталости. Однако роман мировой медицины с антибиотиками начал подходить к концу по мере того, как микробы стали приобретать к ним устойчивость.

Чтобы создать новый сильнодействующий  антибиотик, фармацевтические компании сегодня должны в среднем потратить 10 лет и 800 млн. долларов.

Начались лихорадочные поиски принципиально  новых методов лечения. Похоже, возвращение  бактериофагов не за горами.

Привлекательность антибиотиков, помимо всего прочего, состоит и в том, что одно и то же лекарство способно уничтожать разные бактерии. В случае с бактериофагами надо вывести отдельный вирус для каждого инфекционного заболевания.

Правда, бактерии могут приобрести устойчивость к отдельным фагам, как они уже научились сопротивляться антибиотикам. В этом случае придется создавать новые разновидности вирусов. Скорее всего, чтобы повысить эффективность лечения, будут использоваться «коктейли» из нескольких фагов.

Лечение бактериофагами не дает побочных эффектов. Правда, известно, что в 30-е и 40-е годы оно довольно часто не давало вовсе никакого эффекта, и пациенты умирали.

—Однако современные энтузиасты «нового  старого» метода терапии убеждены, что дело не в его недостатках как такового, а в несовершенстве технологий более чем полувековой давности и неправильных диагнозах.

Рассмотрим роль бактериофагов  в сохранении микробиоценоза человека и теплокровных животных.

На представленной схеме можно увидеть наличие на коже, в полости рта или в кишечнике различных видов микроорганизмов и их количественное соотношение. Здесь изображен один из вариантов правильного микробиоценоза, где присутствуют все представители микроорганизмов и каждый занимает свою определенную нишу.

Самый большой сектор - это бактерии нормофлоры, которые создают с организмом взаимовыгодное сосуществование. Человек для них является средой обитания, а бактерии участвуют во многих жизненно важных для организма процессах, связанных в первую очередь с обменом веществ.

Следующий по величине сектор - медиаторы - вещества, которые выделяют сами клетки кожи и все виды микроорганизмов. Это могут быть сигнальные белковые молекулы, лизоцим, витамины, молочная кислота, другие органические кислоты и т.д. Медиаторы являются одним из самых важных звеньев в существовании микробиоценоза и регулируют многие связи в организме.

Еще пять небольших секторов занимают грибы, вирусы, бактериофаги, простейшие и болезнетворные бактерии, типа стрептококков и стафилококков. При изменении этого соотношения или при исчезновении одного из "секторов" под воздействием неблагоприятных факторов возникают воспалительные процессы.

Уже с первых минут жизни человек или животное вступает в контакт с миром микроорганизмов и сосуществует с ним всю жизнь. Это взаимодействие бывает разным: полезное, взаимовыгодное сожительство называется симбиозом. В случае, когда наносится вред одному из "контактеров" - это паразитизм. Взаимодействие с некоторыми бактериями является крайне опасным (например, с палочкой чумного микроба, хотя летальный исход может наступить и от заражения крови обыкновенным стрептококком). В то же время без присутствия лактобактерий или бифидобактерий нарушаются многие функции слизистых оболочек и возникают заболевания. Эти бактерии находятся в симбиозе с организмом, а бактерии чумы - являются паразитами. Биологический термин "паразит" означает, что один живой организм живет и размножается за счет другого. Вид, используемый в качестве "добычи", называется, хозяином. Очень часто в природе такое взаимодействие заканчивается гибелью хозяина и увеличением численности паразита. Численность паразита в свою очередь ограничивает другой вид, для которого паразит является хозяином. Таким образом, паразит - биологический ограничитель. Именно существование биологических ограничителей обеспечивает гармонию в живой природе и сохранение всех биологических видов.

Биологическими ограничителями бактерий являются бактериофаги, в свою очередь,биологическими ограничителями фагов являются медиаторы выделяемые клетками кожи ,бактериями и грибами. Так замыкается круг.

Фаги, бактерии, грибы, простейшие, даже мелкие насекомые, типа клещей, могут быть легко обнаружены и уничтожены целой системой клеток кожи, тем не менее, этого не происходит. В здоровом состоянии все находится в гармонии, "все уживаются" друг с другом, а вот при нарушении этих взаимоотношений возникают проблемы, и приходится восстанавливать утраченное.

Таким образом, исчезновение бактериофагов из этой цепочки создаст условия для размножения болезнетворных бактерий, следовательно можно рассматривать фаги как один из методов, созданных самой природой для поддержания микробиоценоза организма человека или животных.

 

Бактериофаги – альтернатива антибиотикам

 

Сравниваемые  особенности	Антибиотики	Бактериофаги
Частота развития вторичной резистентности	От  незначительной до очень высокой	Не  характерно
Профилактическое  использование	Неэффективно, противопоказано	Широко  используется
Длительность  создания нового препарата	От  нескольких лет до десятилетий	От  нескольких дней до нескольких месяцев
Сравниваемые  особенности	Антибиотики	Бактериофаги
Концентрация  в инфекционном очаге	Отличается  для разных препаратов, зависит от локализации процесса, скорость снижения различна	Нарастает путем саморазмножения, снижается  после ликвидации инфекции
Влияние на ферментные системы организма	Характерно  для всех препаратов	Не  описано
Наличие побочных эффектов и осложнений	Аллергические, токсические, конкурентные (в отношении  прочих медикаментов), дизбиотичесике изменения различных органов, в  том числе – тяжелые (псевдомембранозный колит, ассоциированный с Clostidium difficile))	Не  характерно. Редко - аллергические реакции. Могут вызывать реакцию высвобождения  при массивном разрушении микробов. Дизбиотических нарушений не вызывают, но используются для их коррекции.
Рациональная  комбинация с другими антибактериальными препаратами	Зависит от класса антибактериальных средств  и может быть по типу суммации, потенцирования и т.д., в зависимости от точек  приложения воздействия препарата  на бактериальную клетку.	Всегда  по типу взаимного потенцирования, по предварительным данным – вне  зависимости от класса препарата.
Совместимость с другими медикаментами	Различная, (конкуренцией за ферментные системы, связывание с тканями, усиление токсических  эффектов и пр.)	Полная, в том числе и с антибиотиками.
Активность  в отношении патогенных микробов	Различная. Подавляюта облигатную флору организма, вызывая дисбиотические нарушения. Число чувствительных штаммов составляет 60-90%.	Число чувствительных штаммов составляет 70-90%. Не влияют на облигатную флору  организма, не вызывают дизбиоз..