Набирає дедалі більше шанувальників серед лікарів, відсуваючи антибіотики другого план. Колись поява антибіотиків повністю змінила уявлення лікарів про лікування. Раніше безнадійні пацієнти стали одужувати, гранично спростилися алгоритми лікування, різко впала смертність… Чудеса! Чарівні ліки! Але захоплене ставлення протрималося недовго. Забагато проблем стало виникати.
Ворог мого ворога – мій друг
Наразі «слизькі» питання антибіотикотерапії відомі всім. Дія антибіотиків супроводжується:
Знищенням необхідної, «корисної», мікрофлори кишечника та слизових;
Активне зростання нових штамів бактерій, стійких до них;
Виникненням побічних ефектівза рахунок системної діїпрепаратів.
У зв'язку з цим актуальним став пошук принципово інших ліків на лікування бактеріальних інфекцій. І тут на перший план вийшли бактеріофаги.
Бактеріофаги - це віруси, що вибірково вражають бактеріальні клітини. Вірус закріплюється на клітинній стінці бактерії та вводить усередину клітини свій генетичний матеріал. В результаті починається синтез нових вірусів, а потім відбуваються лізис бактеріальної клітинита вивільнення 200-1000 нових фагів, які інфікують інші бактерії. Коли всі бактерії патогенного штаму знищені, бактеріофаги виводяться безслідно з організму. Багато бактеріофаги вузькоспецифічні, і кожен штам вірусу вражає лише певний виглядбактерій, ніяк не впливаючи на інші мікроорганізми та клітини організму. Це забезпечує значне зменшення побічних ефектів.
Таким чином, до безперечних плюсів використання бактеріофагівможна віднести:
Високий профіль безпеки, що дозволяє використовувати їх у пацієнтів будь-якого віку, починаючи з новонароджених і закінчуючи старими старими;
Зменшення ризику виникнення стійких штамів бактерій;
Можливість їхнього поєднання з будь-якими іншими препаратами, у тому числі й антибіотиками.
Мабуть, єдине, що обмежує використання бактеріофагів – це їх вибірковість, через яку перед лікуванням необхідно уточнити природу збудника та його чутливість до різним видамбактеріофагів. Подібний аналіз проводиться не скрізь і займає певний час, але вдосконалення діагностичних системдозволяє сподіватися, що ця проблема незабаром може бути вирішена.
Від теорії – до практики
Існують різні видибактеріофагів: монофаги, спрямовані на знищення лише одного виду бактерій, та поліфаги, що діють відразу на кілька видів патогенних бактерій. Оскільки бактеріофаги надзвичайно затребувані практично у всіх галузях медицини, від хірургії та гінекології до неонатології та ЛОР-практики, то передбачено випуск бактеріофагів у різних формах. Їх використовують для прийому внутрішньо рег оs, у вигляді клізм, аплікацій, зрошень, для введення в порожнини ран, піхви, матки, носа, пазух носа, а також для введення в дреновані порожнини - черевну, плевральну, сечового міхура, ниркової балії. Тривалість курсу залежить від клінічних показаньі може становити 7-20 днів. Безпечні, ефективні та надійні бактеріофаги – це саме та зброя, яка так необхідна у боротьбі з патогенними бактеріями.
Не лише ліки
Прогрес у молекулярній біології та біотехнологіях дозволив використовувати бактеріофаги не тільки для лікування, але й для інших цілей. У США, наприклад, бактеріофаги застосовують як безпечний консервант для харчових продуктів. Додані до продуктів бактеріофаги перешкоджають розмноженню небажаних бактерій.
Цікаві факти
Відкриття бактеріофагів відбулося в 1894 році, коли британський бактеріолог Ернест Ханкін зауважив, що індійські ріки Ганг і Джамна мають значну антибактеріальну активність, яка повністю зникає після кип'ятіння. Він припустив, що у воді є якась субстанція, яка вбиває бактерії. Назву «бактеріофаг» («поїдатель бактерій») ці віруси отримали в 1917 році від французького вченого Фелікса Д'Ерелля, який відкрив «невидимого мікроба, що вражає дизентерійну паличку». Уточнення природи цього «невидимки» стало можливим лише після появи електронної мікроскопії.
Вперше припущення, що бактеріофаги є вірусами зробив. Д.Еррель. Надалі відкриті віруси грибків тощо, називати стали фаги.
Морфологія фага.
Розміри – 20 – 200нм. Більшість фагів мають форму пуголовків. Найбільш складно влаштовані фаги складаються з багатогранної головки, в якій розташовується нуклеїнова кислота, шийка та відростки. На кінці відростка розташовується базальна пластинка, з нитками і зубцями, що відходять від неї. Ці нитки та зубці служать для прикріплення фага до оболонки бактерії. У найбільш складноорганізованих фагів у дистальній частині відростка, міститься фермент - лізоцим. Цей фермент сприяє розчиненню оболонки бактерій при проникненні фагової ПК у цитоплазму. У багатьох фагів відросток оточений чохлом, який у деяких фагів може скорочуватися.
Розрізняють 5 морфологічних груп
- Бактеріофаги з довгим відростком і чохлом, що скорочується.
- Фаги з довгим відростком, але не чехлом, що скорочується.
- Фаги з коротким відростком
- Фаги з аналогом відростка
- Ниткоподібні фаги
Фаги складаються з нуклеїнової кислотита білків. Більшість їх містить 2хнитевую ДНК, замкнуту в кільце. Деякі фаги містять одну нитку ДНК або РНК.
Оболонка фагів - капсид, Складається з упорядкованих білкових субодиниць - капсомерів.
У найбільш складноорганізованих фагів у дистальній частині відростка, міститься фермент - лізоцим. Цей фермент сприяє розчиненню оболонки бактерій при проникненні фагової ПК у цитоплазму.
Фаги добре переносять заморожування, нагрівання до 70, висушування. Чутливі до кислот, УФ та кип'ятіння. Фаги інфікують строго певні бактерії, взаємодіють зі специфічними рецепторами клітин.
За специфічністю взаємодії -
Поліфаги - взаємодіючі з кількома родинними видами бактерій
Монофаги – видові фаги – взаємодіють з одним видом бактерій
Типові фаги - взаємодіють із окремими варіантами бактерій усередині виду.
По дії типових фагів вид можна поділити на фаговий ряд. Взаємодія фагів з бактеріями може протікати по продуктивного, апродуктивного та інтегративного типу.
Продуктивний тип- утворюється фагове потомство, а клітина лізується
При апродуктивному- Клітина продовжує існувати, процес взаємодії обривається на початковій стадії
Інтегративний тип- геном фага інтегрує в хромосому бактерій та співіснує з ним.
Залежно від типів взаємодії розрізняють вірулентні та помірні фаги.
Вірулентнівзаємодіють із бактеріями за продуктивним типом. На початку відбувається абсорбція фага на оболонці бактерій за рахунок взаємодії специфічних рецепторів. Наявне проникнення або пенетрація вірусної нуклеїнової кислоти в цитоплазму бактерій. Під дією Лізоциму в оболонці бактерії утворюється невеликий отвір, чохол у фага скорочується і НК впорскується. Оболонка фага поза бактерії. Далі здійснюється синтез ранніх білків. Вони забезпечують синтез фагових структурних білків, реплікацію фагової нуклеїнової кислоти та репресію діяльності бактеріальної хромосом.
Після цього відбувається синтез структурних компонентівфагів та реплікація нуклеїнової кислоти. З цих елементів відбувається збирання нового покоління фагових частинок. Складання носить назву морфогенез, нових частинок, яких в одній бактерії може утворюватися 10-100. Далі лізис бактерії та вихід нового покоління фагів у зовнішнє середовище.
Помірні бактеріофагивзаємодіють або за продуктивним, або за інтегративним типом. Продуктивний цикл іде аналогічно. При інтегративному взаємодії - ДНК помірного фага після попадання в цитоплазму вбудовується в хромосому певній ділянці, причому при розподілі клітини реплікується синхронно з бактеріальною ДНК і ці структури передаються дочірнім клітинам. Така вбудована ДНК фага - профаг, а бактерія, що містить профаг, називається лізогенною, а явище - лізогенію.
Спонтанно, чи під впливом ряду зовнішніх факторівпрофаг може вирізати з хромосоми, тобто. переходити у вільний стан, виявляти властивості вірулентного фага, що призводитиме до утворення нового покоління бактеріальних тіл. індукція профагу.
Лізогенез бактерій лежить в основі фагової (лізогенної) конверсії. Під цим розуміють зміну ознак або властивостей у лізогенних бактерій, порівняно з нелізогенними того ж виду. Змінюватися можуть різні властивості- морфологічні, антигенні та ін.
Помірні фаги можуть бути дефектними - не здатними утворювати фагове потомство не в природних умовта в індукції.
Віріон - повноцінна вірусна частка, що складається з НК та білкової оболонки.
Практичне застосування фагів -
- Застосування у діагностиці. Стосовно ряду видів бактерій монофаги, що використовуються в реакції фаголізабельності, як один з критеріїв ідентифікації культури бактерії, типові фаги застосовують для фаготипування, для внутрішньовидової диференціації бактерій. Проводяться з епідіміологічними цілями, для встановлення джерела інфекції та шляхів усунення
- Для лікування та профілактики ряду бактеріальних інфекцій - черевний тип, стафілококові та стрептококові інфекції (таблетки з кислотостійким покриттям)
- Помірні бактеріофаги застосовують у генної інженеріїяк вектор, здатних вносити генетичний матеріал у живу клітину.
Генетика бактерій
Бактеріальний геном складається з генетичних елементів, здатних до самовідтворення. репліконів.Репліконами є бактеріальні хромосоми та плазміди. Бактеріальна хромосома формує нуклеоїд, замкненим кільцем не пов'язаним з білками та несе гаплоїдний набір генів.
Плазміди є також замкнене кільце молекули ДНК, але набагато менших розмірів ніж хромосома. Наявність плазмід у цитоплазмі бактерій не обов'язково, але вони надають перевагу в навколишньому середовищі. Великі плазміди редукуються з хромосомою і кількість їх у клітині невелика. А кількість дрібних плазмід може досягати кількох десятків. Деякі плазміди здатні оборотно вбудовуватись у бактеріальну хромосому у певній її ділянці та функціонувати у вигляді єдиного реплікону. Такі плазміди називаються інтеграційними. Деякі плазміди здатні передаватися від однієї бактерії до іншої за безпосереднього контакту - кон'югативні плазміди. Вони містять гени, відповідальні за утворення F-пилів, що формують кон'югативний місток, для передачі генетичного матеріалу.
Основні типи плазмідів-
F – інтегративна коньгативна плазміда. Статевий фактор визначає здатність бактерій бути донорами при кон'югації.
R – плазміди. резистентна. Містить гени, що детермінують синтез факторів, що руйнують антибактеріальні препарати. Бактерії, які мають такі плазміди, не чутливі до багатьох препаратів. Тому формуються стійкі до препаратів фактори.
Токс плазміди - детермінуючі фактори патогенності -
Ent – плазміди – містить ген за вироблення ентеротоксинів.
Hly – руйнують еритроцит.
Рухливі генетичні елементи. До них відносяться вставні - інсерційні елементи. Загальноприйняте позначення - Is. Це ділянки ДНК, здатні переміщатися як усередині реплікону, і між ними. Вони містять лише гени, необхідні їхнього власного переміщення.
Транспозони- більші структури, що мають ті ж властивості, що і Is, го крім вони містять структурні гени, що визначають синтез біологічних речовиннаприклад токсинів. Рухливі генетичні елементи можуть викликати інактивацію гена, пошкодження генетичного матеріалу, злиття репліконів та поширення генів у популяції бактерій.
Мінливість у бактерій.
Усі види мінливості поділяють на 2 групи - неспадкова (фенотипова, модифікаційна) та спадкова (генотипічна).
Модифікації- фенотипчі не успадковані зміни ознак або властивостей. Модифікації не торкаються генотипу, а тому не передаються у спадок. Вони є адаптивними реакціями, зміну якихось конкретних умов довкілля. Як правило, втрачаються в першому поколінні, після припинення дії фактора.
Генотипова мінливістьторкається генотипу організму, а тому здатна передаватися нащадкам. Генотипова мінливість поділяється на мутації та рекомбінації.
Мутації- стійкі, успадковані зміни ознак чи властивостей організму. Основа мутацій - якісне або кількісна змінапослідовності нуклеотидів у молекулі ДНК. Мутації можуть змінювати практично будь-які властивості.
За походженням мутації - спонтанні та індуковані.
Спонтанні мутаціївідбувається у природних умовах існування організму, а індкованівиникають у результаті спрямованої дії мутагенного фактора. За характером змін у первинній структурі ДНК у бактерій розрізняють генні або точкові мутації та хромосомні аберації.
Генні мутаціївідбуваються всередині одного гена та мінімально захоплюють один нуклеотид. Цей тип мутацій може бути наслідком заміни одного нуклеотиду на інший, випадання нуклеотиду або вставлення зайвого.
Хромосомні- можуть зачіпати кілька хромосом.
Можливо делеція - втрата ділянки хромосоми, дуплікація - подвоєння ділянки хромосоми. Поворот ділянки хромосоми на 180 градусів – інверсія.
Будь-яка мутація виникає під впливом певного мутагенного чинника. За своєю мутагени - фізичні, хімічні та біологічні. Іонізуюча радіація, рентгенівські промені, УФ-промені. До хімічних мутагенів - аналоги азотистих основ, саму азотисту кислоту, і навіть деякі лікарські засобицитостатики. До біологічних - деякі віруси та трансфазони
Рекомбінація- обмін ділянками хромосом
Трансдукція - перенесення генетичного матеріалу за допомогою бактеріофага
Репарація генетичного матеріалу -відновлення виникли внаслідок мутацій ушкоджень.
Існує кілька видів репарації
- Фотореактивація - цей процес забезпечується спеціальним ферментом, який активується у присутності видимого світла. Цей фермент переміщається ланцюжком ДНК і відновлює ушкодження. Об'єднує тимери, які утворюються під час дії УФ. Найбільш значні результати темнової репарації. Вона не залежить від світла і забезпечується декількома ферментами - спочатку нуклеази вирізують пошкоджену ділянку ланцюга ДНК, потім ДНК полімераза, на матриці ланцюга, що зберігся комплементарно, синтезує латку, а лігази вшивають латку на пошкоджене місце.
Репарації зазнають генні мутації, а хромосомні зазвичай немає
- Генетичні рекомбінації бактерій. Характеризуються проникненням генетичного матеріалу від бактерії донора до бактерії реципієнта з формуванням дочірнього геному, що містить гени обох вихідних особин.
Включення фрагмента ДНК донора до рецепієнта відбувається кросинговером
Три типи передачі -
- Трансформація- процес, у якому відбувається передача фрагмента ізольованої ДНК донора. Залежить від компетентності рецепієнта та стану донорської ДНК. Компетентність- Здатність поглинати ДНК. Вона залежить від присутності в клітинної мембраниреципієнта особливих білківі формується у певні періоди зростання бактерії. Донорська ДНК обов'язково має бути дволанцюжковою і не дуже великою за розміром. Донорська ДНК проникає через оболонку бактерій, причому один з ланцюжків руйнується, інший вбудовується в ДНК реципієнта.
- Трансдукція- здійснюється за допомогою бактеріофагів. Загальна трансдукція та специфічна трансдукція.
Загальна -відбувається за участю вірулентних факторів. У процесі складання фагів частинок в головку фага помилково може включатися не фагова ДНК, а шматочок хромосоми бактерій. Такі фаги – дефектні фаги.
Специфічна- вона здійснюється помірними фагами. При вирізанні, вирізування його суворо здійснюється за кордоном. Вбудовуються між певними генами та переносять їх.
- Кон'югація- передача генетичного матеріалу від бактерії донора рецепієнту, за їх безпосередньому контакті. Необхідною умовою- наявність у клітині донора коньгативного плазміду. При кон'югації за рахунок пилок утворюється кон'югаційний місток, яким генетичний матеріал передається від донора до пацієнта.
Генодіагностика
Комплекс методів, що дозволяють виявити геном мікроорганізму чи його фрагмента у досліджуваному матеріалі. Першим було запропоновано метод гібридизації ПК. Заснований використання принципу компліментарності. Цей метод дозволяє виявити у генетичному матеріалі наявність маркерних фрагментів ДНК збудника за допомогою молекулярних зондів. Молекулярні зонди є короткими ланцюжками ДНК, комплементарними маркерній ділянці. До складу зонда вводиться мітка - флюорозром, радіоактивний ізотоп, фермент. Досліджуваний матеріал піддається спеціальної обробки, що дозволяє зруйнувати мікроорганізми, вивільнити ДНК і розділити її на одноланцюгові фрагменти. Після цього матеріал фіксується. Потім виявляється активність мітки. Цей метод не відрізняється високою чутливістю. Можна виявити збудника лише за досить велику його кількість. 10 у 4 мікроорганізмів. Він досить складний технічно та вимагає великої кількостізондів. Широкого поширенняна практиці він не знайшов. Був розроблений новий метод - полімеразна ланцюгова реакція- ПЛР.
Цей метод заснований на здатності ДНК та вірусних РНК до реплікації, тобто. до саморепродукції. Суть у пацієнта - багаторазове копіювання - ампліфікація in vitro фрагмента ДНК, що є маркерного для даного мікроорганіща. Так як процес проходить при достатньо високих температурах 70-90 то метод став можливий після виділення з термофільних бактерій термостабільної ДНК-полімерази. Механізм ампліфікації такий, що копіювання ланцюжків ДНК починається над будь-якій точці, лише у певних стартових блоках до створення яких використовують звані праймери. Праймери є полінуклеотидні послідовності, компліментарні кінцевим послідовностям копіюваного фрагмента шуканої ДНК, причому праймери не тільки ініціюють ампліфікацію, але і обмежують. Наразі існує кілька варіантів ПЛР характерні 3 етапи -
- Денатурація ДНК (поділ на 1 ланцюжкові фрагменти)
- Приєднання праймера.
- Компліментарне добудовування ланцюгів ДНК до 2хланцюгових.
Цей цикл триває 1,5-2 хвилини. В результаті кількість молекул ДНК подвоює 20-40 разів. В результаті 10 у 8 ступеня копій. Після ампліфікації виробляють електрофорез та виділяються у вигляді смужок. Вона проводиться в спеціальному приладі, Який називається ампліфікатор.
Переваги ПЛР
- Дає прямі вказівки на присутність збудника у досліджуваному матеріалі, без виділення чистої культури.
- Дуже висока чутливість. Теоретично можна знайти 1го.
- Матеріал для дослідження можливо відразу дизенфікувати після забору.
- 100% специфічність
- Швидкість отримання результатів. Повний аналіз- 4-5 годин. Експрес-метод.
Досить широко використовується для діагностики інфекційних захворюваньзбудниками яких є не культивовані або важко культивовані організми. Хламідії, мікоплазми, багато вірусів – гепатиту, герпесу. Розроблено тест системи для визначення сибірки, туберкульоз.
Рестрикційний аналіз- за допомогою ферментів молекула ДНК поділяється за певними послідовностями нуклеоїдів та фрагменти аналізуються поп складом. Таким чином, можна знайти унікальні ділянки.
Біотехнологія та генна інженерія
Біотехнологія це наука, яка на основі вивчення процесів життєдіяльності живих організмів використовує ці біопроцеси, а також самі біологічні об'єкти для промислового виробництва продуктів, необхідних для людини, для відтворення біоефектів, що не виявляються в неприродних умовах. Як біологічні об'єкти найчастіше використовуються одноклітинні мікроорганізми, а також клітини, тварин і рослин. Клітини дуже швидко відтворюються, що дозволяє за короткий часнаростити біомасу продуцента. В даний час біосинтез складних речовин, таких як білки, антибіотики, економічніший і технологічно доступніший за інші види сировини.
Біотехнологія використовує самі клітини як джерело цільового продукту і великі молекули, синтезовані клітиною, ферменти токсини, антитіла і первинні і вторинні метаболіти - амінокислоти, вітаміни, гормони. Технологія отримання продуктів мікробного та клітинного синтезу зводиться до кількох типових стадій – вибір чи створення продуктивного штабу. Підбір оптимального живильного середовища, культивування. Виділення цільового продукту, його очищення, стандартизація, надання лікарської форми. Генетична інженеріязводиться до створення необхідної для людини цільової продукції. Отриманий цільовий ген зшивають з вектором, а вектором може бути плазміди та вбудовують його в клітину реципієнта. Реципієнт - бактерія - кишкова паличка, дріжджі. Синтезовані рекомбінантами цільові продукти, що виділяють очищають і використовують у практиці.
Першими, були створені інсулін та людський інтерферон. Еритропоетин, гормон росту, монокланальні антитіла. Вакцина проти гепатиту Б.
Препарати фагів застосовують для лікування та профілактики інфекційних хвороб, а також у діагностиці - для визначення фагочутливості та фаготипірування при ідентифікації мікроорганізмів. Дія фагів ґрунтується на їх суворій специфічності. Лікувально-профілактична дія фагів обумовлюється літичною активністю самого фага, а також імунізуючою властивістю компонентів (антигенів), що знаходяться у фаголізатах, зруйнованих мікробних клітин, особливо у разі неодноразового застосування. При отриманні препаратів фагів використовують перевірені виробничі штами фагів і типові культури мікроорганізмів. Бактеріальну культуру в рідкому поживному середовищі, що знаходиться в логарифмічній фазі розмноження, заражають матковою суспензією фага.
Лізовану фагом культуру (зазвичай наступного дня) фільтрують через бактеріальні фільтри і до фільтрату, що містить фаг, як консервант додають розчин хінозолу.
Готовий препарат фага є прозору рідину жовтого кольору. Для більш тривалого зберігання деякі фаги випускаються у сухому вигляді (у таблетках). При лікуванні та профілактиці кишкових інфекційфаги застосовують одночасно з розчином гідрокарбонату натрію, оскільки кислий вміст шлунка руйнує фаг. Зберігається фаг в організмі недовго (5-7 днів), тому рекомендується застосовувати повторно.
У Радянському Союзі випускалися наступні препарати, що використовуються для лікування та профілактики захворювань: черевнотифозний, сальмопелезний, дизентерійінії, коліфаг, стафілококовий фагта стрептококовий. В даний час фаги застосовують для лікування та профілактики у поєднанні з антибіотиками. Таке застосування надає більше ефективна діяна антибіотикостійкі форми бактерій
Діагностичні бактеріофаги широко застосовуються для ідентифікації бактерій, виділених від хворого або інфікованих об'єктів зовнішнього середовища. За допомогою бактеріофагів внаслідок їх високої специфічності можна визначити види бактерій та з більшою точністю окремі типивиділених бактерій. В даний час розроблені фагодіагностика та фаготипування бактерій роду Salmonella, Vibrio та стафілококів. Фаготипірування допомагає встановлювати джерело інфекції, вивчати епідеміологічні зв'язки, відрізняти випадки спорадичні захворювань від епідемічних.
В основі фагодіагностики та фаготипування лежить принцип спільного культивування виділеного мікроорганізму з відповідними видовими або типовими фагами. Позитивним результатомвважається наявність добре вираженого лізису досліджуваної культури з видовим, а потім з одним із типових фагів.
Відмінні риси бактеріофагів як представників царства Vira. Вірулентні фаги, стадії взаємодії з бактеріальною клітиною. Практичне застосування бактеріофагів
Вірулентні фаги викликають продуктивну інфекцію, при якій відбувається репродукція фагів та лізис бактеріальної клітини.
Механізм взаємодії вірулентного фага з мікробною клітиною:
1. Адсорбція фага на чутливій клітині.Відбувається за наявності комплементраних рецепторів у клітинній стінці бактерій та на кінцях ниток фагового відростка. Спочатку фаг приєднується нитками, а потім міцно прикріплюється до клітинної стінки за допомогою зубців банальної платівки.
2. Проникнення ДНК фага в бактеріальну клітину. За допомогою лізоциму, що знаходиться в банальній платівці, ділянка клітинної стінки гідролізується, чохол відростка скорочується і внутрішній стрижень проколювати оболонки клітини. Молекула фагової ДНК каналом стрижня проникає всередину клітини.
3. Внутрішньоклітинний розвиток фага. Фазова ДНК вносить до бактеріальної клітини генетичну інформацію. Відбувається біосинтез компонентів, необхідні репродукції. на початкових етапахсинтезуються "ранні білки" - ферменти, що здійснюють реплікацію фагової ДНК з метою утворення багатьох її копій. Потім на клітинних рибосомах формуються структурні "пізні білки"
4. Морфогенез фага. Дозрівання фага відбувається за трьома незалежними гілками в різних ділянкахклітини є роз'єднаним процесом. Окремо формуються головки фага – навколо молекули ДНК будується капсид. Незалежно йде побудова відростка. Окремо синтезуються нитки відростка. Потім усі складові фага об'єднуються, утворюючи віріони.
5. Лізис бактеріальної клітини та вихід фага.Ліза здійснюється під дією лізоциму. Вихід шляхом відбрунькування.
Сувора специфічність бактеріофагів дозволяє використовувати їх для фаготипування та диференціювання бактеріальних культур, а також для індикації їх у зовнішньому середовищі, наприклад, у водоймах.
Метод фаготипування бактерій широко застосовується у мікробіологічній практиці. Він дозволяє як визначити видову приналежність досліджуваної культури, а й її фаготип (фаговар). Це з тим, що з бактерій однієї й тієї ж виду є рецептори, адсорбуючі суворо певні фаги, які потім викликають їх лізис. Використання наборів таких типоспецифічних фагів дозволяє проводити фаготипування досліджуваних культур з метою епідеміологічного аналізу інфекційних захворювань: (Встановлення джерела інфекції та шляхів її передачі)
ІІ. Фаги застосовують для профілактики та лікування інфекційних захворювань:
а) фагопрофілактика- метод запобігання розвитку деяких бактеріальних інфекцій за допомогою прийому внутрішньо специфічного бактеріофага. Застосовують для профілактики холери, дизентерії, черевного тифута ін.
б) Фаготерапія-метод лікування бактеріальних інфекцій за допомогою прийому внутрішньо специфічного фага.(черевнотифозного, сальмонельозного, дизентерійного, протейного, синьогнійного, стафілококового, стрептококового, колі-фага та комбінованих препаратів. Їх використовують у терапії інфекційних захворювань, що викликаються вищепереліченими мікроорганізмами, а також у терапії ранових та анаеробних інфекцій.)
Генотипова мінливість
Патогенність -
Адгезія
Інвазія
Агресія.
4. Будова генетичного апарату прокаріотів. Фенотипова та генотипічна мінливість. Генетичні основипатогенності бактерій
Генетичний апаратпрокаріот- не має ядерної оболонки та представлений однією кільцевою молекулою ДНК, яка є хромосомою; знаходиться в цитоплазмі, не містить білків гістонів. Не здатний до мітозу
Фенотипова мінливість –модифікації (зміна однієї чи кількох ознак)– не зачіпає генотип. Зміни Фенотипічна відбуваються під впливом факторів довкілля. Модифікації зачіпають більшість особин у популяції. Вони не передаються у спадок і з часом згасають, тобто повертаються до вихідного фенотипу.
Генотипова мінливість- Зміна властивостей бактерій, застрагуючи їх генотип. Передається у спадок, є довготривалим. Виникає внаслідок мутацій чи генетичного обміну (трансформації, кон'югації чи трансдукції)
Патогенність -видова ознака, що передається у спадок, закріплена в геномі мікроорганізму, тобто це генотипічна ознака, що відображає потенційну можливість мікроорганізму проникати в макроорганізм і розмножуватися в ньому (інвазійність), викликати комплекс. патологічних процесів, що виникають при захворюванні.
До факторів патогенності відносять здатність мікроорганізмів прикріплюватися до клітин (адгезія), розміщуватись на їх поверхні (колонізація), проникати у клітини (інвазія) та протистояти факторам захисту організму (агресія).
Частина кодується безпосередньо генами нуклеоїда (наприклад, капсула і ферменти в деяких видів). Інша частина кодується позахромосомними факторами спадковості – плазмідами та епісомами. Плазмідні гени зазвичай визначають взаємодію збудників з епітелієм, а хромосомні – існування та розмноження бактерій позаклітинно в органах та тканинах.
АдгезіяСтруктури, відповідальні за зв'язування мікроорганізму з клітиною називаються адгезинами і розташовуються вони на його поверхні. грамнегативні бактерії̆ адгезія відбувається за рахунок пилок I та загального типів. У грампозитивних бактерій адгезини являють собою білки та тейхоєві кислоти клітинної стінки. В інших мікроорганізмів цю функцію виконують різні структури клітинної системи: поверхневі білки, ліпополісахариди та ін.
Інвазіяфермент гіалуронідазу розщеплює гіалуронову кислоту, що входить до складу міжклітинної речовини, і, таким чином, підвищує проникність слизових оболонок та сполучної тканини. Нейрамінідаза розщеплює нейрамінову кислоту, яка входить до складу поверхневих рецепторів клітин слизових оболонок, що сприяє проникненню збудника у тканини.
АгресіяДо факторів агресії відносяться: протеази – ферменти, що руйнують імуноглобуліни; коагулаза – фермент, що згортає плазму крові; фібринолізин - розчинний потік фібрину; лецитиназа - фермент, що діє на фосфоліпіди мембран м'язових волокон, еритроцитів та інших клітин .
Бактеріофаги, застосування у медицині.
Бактеріофаги. Застосування у медичній практиці.
Бактеріофаги - це віруси бактерій, здатні специфічно проникати в бактеріальні клітини, репродукувати їх і викликати лізис.
Вони зустрічаються скрізь, де є бактерії - у ґрунті, воді, кишечникулюдини. Фагом властиві всі біологічні особливості, які властиві вірусам
Морфологія фагів:
Фаги розрізняються формою - ниткоподібні, сферичні, кубічні, фаги, мають головку і хвостик (нагадають сперматозоїд).
За розмірами - дрібні, середнього розміру та великі.
Найбільш складно влаштовані великі фаги, що складаються з голівки та хвостика. Головка має форму ікосаедра. Головка за допомогою коміра та парасольки пов'язана з відростком. Усередині відростка є порожнистий циліндричний стрижень, який повідомляється з головкою, ззовні відросток має білковий чохол здатний до скорочення, хвостовий відросток закінчується шестикутною базальною пластиною з короткими шипами, від яких відходять ниткоподібні структури фібрили. У платівці та шипах міститься лізоцим. Відросток має 6 ворсинок, які забезпечують щільне прикріплення фага до бактеріальної клітини. Можуть зустрічатися фаги з чохлом, що не скорочується, фаги з короткими відростками, фаги з аналогом відростка, фаги без відростка.
Хімічний склад:
Резистентність фагів: фаги переносять температуру 50-60°С. Витримують заморожування, гинуть при температурі 70°. На них не діють такі отрути як ціанід, фторид, а також хлороформ та фенол. Фаги добре зберігаються в запаяних ампулах, але можуть руйнуватися при кип'ятінні, дії кислот, при УФ - опроміненні.
Механізм взаємодії фагів з мікробною клітиною:
По взаємодії розрізняють вірулентні та помірні фаги.
Вірулентні фаги – вони проникають у бактеріальну клітину, репродукуються та викликають лізис бактерій.
Для фагів з відростком і чохлом, що скорочується, є ряд особливостей:
Ці фаги адсорбуються на поверхні бактеріальної клітини за допомогою фібрил відростка за наявності відповідних рецепторів. Потім відбувається активація ферменту АТФ-ази, що призводить до скорочення чохла хвостатого відростка та впровадження порожнистого стрижня в клітину. У процесі проколювання стінок клітини бере участь фермент – лізоцим.
ДНК фага проходить через порожнистий стрижень відростка і впорскується в клітину. Капсид та відросток залишаються на поверхні клітини. Потім відбувається репродукція білка та нуклеїнової кислоти фага усередині клітини. Наступна стадія полягає у складанні та формуванні зрілих частинок фага. Заключна стадія: лізис клітини та вихід зрілих частинок фага з неї. Ліза може проходити як зсередини - відбувається розрив клітинної стінки і вихід зрілих фагів у зовнішнє середовищеі ззовні - фаги роблять в клітинній стінки безліч отворів, через які витікає вміст клітини, при такому лізисі фаг не розмножується.
Помірні фаги - лізують в повному обсязі клітини у популяції, з частиною клітин входять у симбіоз, у результаті ДНК фага вбудовується в хромосому клітини. І тут геном фага називається - профаг.
Профаг стає частиною хромосоми клітини і при її розмноженні синхронно реплікується з геномом клітини, не викликаючи її лізис і передається потомству.
Явище симбіозу мікробної клітиниз профагом називається – лізогенією.
А культура бактерій містять профаг-лізогенної, ця назва відображає здатність профагу мимоволі або під дією факторів навколишнього середовищапереходити в цитоплазму і поводитися як вірулентний фаг лізуючий бактерії. При переході у вірулентну форму помірний фаг може захоплювати частину хромосоми бактеріальної клітини та при лізисі перенести до іншої.
За спектром дії фаги поділяються:
1.Полівалентні - лізують споріднені бактерії (сальмонельозний фаг лізує тільки сальмонели).
2. Видові (монофаги) – лізують бактерії лише одного виду.
3. Типоспецифічні - вибірково лізують окремі варіанти бактерій усередині виду (патог. Стафілокок - 33 набори).
Практичне застосування:
Препарати фагів застосовують для лікування та профілактики інфекцій та їх діагностики. Дія фагів заснована на їх суворій специфічності, для одержання препарату фага використовують виробничі штами та відповідні культури бактерій.
Форми випуску: рідкі, сухі, у вигляді таблеток, аерозолів, свічки. Вводяться в організм парентерально, ентерально та місцево. Використовують із лікувально - профілактичною метоюпри різних захворюваннях(Дизентерії, холери, різні гнійно - запальні захворювання).
Фагодіагностика: принцип діагностики заснований на спільному культивуванні тест-культур з відомими та невідомими фагами, позитивним вважається результат за наявності лізису бактеріальної клітини. Ліза може спостерігатися на рідких та щільних поживних середовищах. На рідких живильних середовищах проявляється просвітлення бактеріальної суспензії, а на щільних формуються ділянки відсутності росту.
Фаготипування: визначення типового варіантавиду за допомогою набору типових фагів. Випускаються черевнотифозні фаги, фаги для діагностики холери, сальмонельозні фаги, дизентерійні фаги. Фаготипування необхідне при проведенні епідеміологічного аналізу захворювання та з метою встановлення джерела та шляхів передачі. По виявленню фага судять зміст відповідних мікроорганізмів.