Генетика вирусов и ее значение для современной медицины.

Генетический аппарат вирусов представлен одной из 4 моле­кул НК: одно- и двунитчатой РНК, одно- и двунитчатой ДНК. Большинство вирусов имеет один цельный или фрагментарный геном линейной или замкнутой формы. Ретровирусы имеют два идентичных по составу генома. Геном содержит от 3 до 150 ге­нов. Кроме того, в нем имеются последовательности, не несу­щие генетической информации. Гены разделяются на структур­ные, кодирующие синтез белков, которые входят в состав вириона, и функциональные (регуляторные), меняющие метаболизм клетки-хозяина и регулирующие скорость репродукции вируса. Однонитчатые геномы имеют две полярности: позитивную, когда НК одновременно служит и матрицей для синтеза новых геномов и и-РНК, и негативную, выполняющую только функ­цию матрицы.

Бактериофаги.

Свойство бактериофагов разрушать бактерии используется для предупреждения и лечения бактериальных заболеваний. Через 10-15 минут после введения бактериофагов в организм возбудители чумы, брюшного тифа, дизентерии, сальмонеллеза обезвреживаются. Но у этого метода есть серьезный недостаток. Бактерии более изменчивы, чем бактериофаги, поэтому бактери­альные клетки относительно быстро становятся нечувствитель­ными к фагам. Различают стафилококковый, стрептококковый, протейный, синегнойный, клебсиеллезный, брюшнотифозный, дизентерийный, сальмонеллезный лекарственные бактериофа­ги. Имеются и их комбинированные формы: колипротейный бактериофаг, интести бактериофаг (содержит фаги шигелл Флек- снера серовара 1.2.3.4.6 и Зонне), сальмонелл (паратифа А и В, энтерилитис, тифимуриум, холера, суис, ораниенбург), энтеро- патогенных групп кишечной палочки, протея вульгарис и мира- билис, стафилококков, синегнойной палочки и патогенных эн­терококков), пиобактериофаг комбинированный (содержит фаги стафилококков, стрептококков, патогенной кишечной палочки и синегнойной палочки). Созвучный, но все-таки иной препа­рат пиобактериофаг поливалентный очищенный содержит фаги стафилококков, стрептококков, патогенной кишечной палочки, протея и клебсилл пневмонии. Данный препарат отличается наиболее высокой степенью очистки от бактериальных метабо­литов, что значительно улучшает его вкусовые качества и делает средством первого выбора у детей до года. Фаги — вирусы бакте­рий и ряда других микроорганизмов. В определенных условиях они вызывают лизис (растворение) своих хозяев. В 1898 году Га­малей показал, что фильтрат сибиреязвенных бацилл вызывает лизис свежих культур этих микроорганизмов. В 1917 году фран­цузский микробиолог Д’Эррель изучал возбудителя дизентерии, наблюдал лизис бактериальной культуры при внесении в нее фильтрата испражнений больных людей.

а — с длинным сложным отростком;

б— с коротким отростком;

в — с аналогом отростка:

г — нитевидные

Лизирующее начало сохранялось при многократном пасси­ровании культуры дизентерийных бактерий и даже становилось более активным. Агента, растворяющего бактерии, автор назвал бактериофагом (пожиратель бактерий), а действие бактериофа­га, заканчивающееся лизисом бактерий, — феноменом бактери­офагии.

Д’Эррель высказал предположение, что бактериофаг являет­ся инфекционным агентом, лизирующим бактерии, вследствие чего в окружающую среду поступают дочерние фаговые частицы. На твердых средах, засеянных смесью фага с бактериальной куль­турой, в местах лизиса бактерий появляются стерильные пятна или негативные колонии фагов. Посев этой же бактериальной культуры на жидкую среду приводит к просветлению среды. Но­менклатура бактериофагов основана на видовом наименовании хозяина. Например, фаги, лизирующие дизентерийные бакте­рии, получили название дизентерийных бактериофагов, саль­монеллы — сальмонеллезных бактериофагов, дифтерийные бак­терии — дифтерийных бактериофагов.

Природа фагов. Фаги — это организмы, которые, подобно всем живым существам, способны размножаться, передавать потом­ству свои свойства и изменяться под воздействием различных факторов. Они могут инфицировать и разрушать только моло­дые развивающиеся клетки, являясь их паразитами.

Морфология фагов. Большинство фагов состоит из головки и хвостового отростка. Наиболее изучены Т-фаги (типовые) ки­шечной палочки. Их отросток представляет собой полый ци­линдр (стержень), покрытый чехлом и заканчивающийся базаль­ной пластинкой с шипами-фибриллами.

Химический состав фагов. Фаги состоят из НК одного типа (чаще ДНК) и белка. Молекула НК, скрученная в спираль, нахо­дится в головке фага. Внутри хвостового отростка проходит по­лая трубка (стержень), сообщаясь с головкой, а снаружи — чехол отростка, заканчивающийся шестиугольной базальной пластин­кой с шипами, от которых отходят фибриллы (нити). Оболочка фага (капсид) и отросток имеют белковую природу. На свобод­ном конце отростка содержится литический фермент, обычно лизоцим или гиалуронидаза.

Резистентность к факторам окружающей среды. Фаги более ус­тойчивы к действию физических и химических факторов, чем многие вирусы человека. Большинство из них инактивируются при температуре свыше 65—70 °С. Они хорошо переносят за­мораживание и длительно сохраняются при низких температу­рах и высушивании. Ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация также вызывают инактивирующий эффект, а в низ­ких дозах — мутации.

Специфичность фагов. Фаги обладают строгой специфично­стью. Различают видовую специфичность, т.е. способность па­разитировать только в определенном виде микроорганизма. Име­нуют фаги обычно по названию микроба-хозяина (стрептокок­ковый, стафилококковый, холерный, дизентерийный). Фаги с более строгой специфичностью паразитируют только на опре­деленных представителях данного вида — это типовые фаги. Фаги, лизирующие микроорганизмы близких видов, например видов, входящих в род возбудителей дизентерии (шигелл), на­зываются поливалентными.

Взаимодействие фага с чувствительной клеткой проходит че­рез последовательные стадии (1 —2 ч):

1) адсорбция частиц фага на поверхностных рецепторах клет­ки осуществляется с помощью нитей хвостового отростка. На одной клетке могут адсорбироваться сотни фагов. Ад­сорбция фагов специфична;

2) проникновение (инъекция) НК фага в клетки у разных фа­гов происходит по-разному;

3) репродукция белка НК фага внутри клетки;

4) сборка и формирование зрелых частиц фага.

Лизис клетки и выход зрелых частиц фага из нее. Происходит разрыв клеточной стенки, и в окружающую среду выходит не­сколько сот новых фагов, способных поражать свежие клетки. Такой лизис называется лизисом изнутри. В отличие от лизиса изнутри, лизис извне происходит тогда, когда на клетке адсор­бируется сразу очень большое количество фагов. Они проделы­вают в клеточной стенке многочисленные отверстия, через ко­торые вытекает содержимое клетки. Таким образом, при лизисе извне фаг не размножается и количество его частиц не увеличи­вается. По характеру действия на микроорганизмы различают вирулентные и умеренные фаги.

Вирулентные фаги вызывают лизис зараженной клетки с вы­ходом в окружающую среду большого количества фаговых час­тиц, способных поражать новые клетки.

Умеренные фаги лизируют не на все клетки в популяции. Часть фагов вступают в симбиоз: НК фага (его геном) встраивается в хромосому клетки и получает название профаг. Происходит об­разование единой хромосомы. Бактериальная клетка при этом не погибает. Профаг, ставший частью генома клетки, при ее раз­множении может передаваться неограниченному числу потом­ков, т.е. новым клеткам. Явление симбиоза микробной клетки с умеренным фагом (профагом) носит название лизогения, а куль­тура, в которой имеется профаг, называется лизогенной. Это название отражает способность профага спонтанно покидать хро­мосому клетки и, переходя в цитоплазму, превращаться в ви­рулентный фаг. Те клетки культуры, в которых образовался виру­лентный фаг, погибают (лизируются), остальные сохраняют лизогенность.

Распространение фагов в природе повсеместно. Фаги встреча­ются в воде, почве, сточных водах, выделениях человека и живот­ных. Почти все известные бактерии являются хозяевами специ­фических для них фагов.

Устойчивость фагов к физическим и химическим факторам выше, чем у вегетативных форм их хозяев. Фаги выдерживают нагревание до 75 °С, длительное высушивание, pH от 2,0 до 8,5. Они не чувствительны к антибиотикам, тимолу, хлороформу и ряду других веществ, уничтожающих сопутствующую микрофло­ру. Поэтому эти вещества используют при выделении и со­хранении фагов. Кислоты и дезинфицирующие вещества губи­тельны для фагов.

Методы выделения фагов.

Прямой метод. Фаг получают и изучают в фильтратах исследу­емого материала. О наличии и активности фага узнают по лизи­су чувствительной к нему культуры.

Метод обогащения. Подготовительный фильтрат вносят в 2— 3-часовую бульонную культуру соответствующих микроорганиз­мов. Посев инкубируют в термостате. Фаг размножается в клет­ках культуры, и титр его значительно увеличивается. После этого бульон фильтруют и в фильтрате определяют свойства и ак­тивность фага.

Применение фагов в диагностике. Применение фагов основа­но на их строгой специфичности и способности разрушать мик­робные клетки или вступать с ними в симбиоз. Метод фаготипирования бактерий широко применяется в микробиологической практике. Он позволяет определить не только видовую принад­лежность исследуемой культуры, но и ее фаготип (фаговар). Это связано с тем, что у бактерий одного и того же вида имеются рецепторы, адсорбирующие строго определенные фаги, которые затем вызывают их лизис. Использование наборов таких типо­специфических фагов позволяет проводить фаготипирование ис­следуемых культур с целью эпидемиологического анализа ин­фекционных заболеваний: установления источника инфекции и путей ее передачи.

Фагопрофилактика и фаготерапия — предупреждение и лече­ние инфекций с помощью фагов — основаны на том, что, встре­чая в организме больного возбудителя болезни, фаг уничтожает его (стафилококковые и стрептококковые инфекции, вызванные кишечной палочкой и протеем). Препараты бактериофагов при­меняются для лечения дизентерии, сальмонеллеза, гнойной инфекции, вызванных бактериями. Вначале определяют чувствительность к данному препарату бактериофага. Сальмонеллезные фаги применяются для профилактики одноименного заболева­ния в детских коллективах.

Фагодиагностика включает:

а) идентификацию выделенных культур с помощью извест­ных (диагностических) фагов. Культура соответствует тому фагу, который ее лизировал. Строгая специфичность ти­повых фагов дает возможность типировать варианты внут­ри вида (фаговары);

б) определение неизвестного фага по тест-культуре микро­бов;

в) ускоренный метод диагностики с помощью реакции на­растания титра фага (РНТФ) не требует выделения чистой культуры возбудителя.

Исследуемый материал и индикаторный фаг, титр которого строго установлен, вносят в бульон. После инкубации в термо­стате определяют титр фага по Грациа. Увеличение титра в 5 раз и более говорит о том, что в исследуемом материале есть со­ответствующие возбудители, в которых фаг размножился. Уме­ренные фаги широко применяют при решении кардинальных вопросов биологии.