Фагите могат да се използват за практически цели. Използването на бактериофаги в медицината и извън нея

Постиженията на съвременната медицина и фармацевтиката са големи, но патогенните микроорганизми също непрекъснато се подобряват и се адаптират към действието на тези лекарства, които бяха смъртоносни за тях само преди няколко години. Там, където антибиотиците са безсилни, бактериофагите ще помогнат в борбата с патогенните микроорганизми.

Какво представляват бактериофагите

В буквален превод от старогръцки бактериофагите са бактериофаги. Този биологичен термин се отнася до вируси, които селективно заразяват бактериални клетки.

Бактериофагите присъстват навсякъде, където живеят бактериите, така че тяхното местообитание може да бъде въздух, вода, почва, човешкото тяло, храна и дрехи.

Структурни характеристики на бактериофага: този вирус няма клетъчна структура, има само генетичен материал, покрит с протеинова обвивка отгоре. Следователно те трябва да търсят подходящи клетъчни микроорганизми за възпроизвеждане.

Фагът започва разрушителната си дейност за бактерията чрез инжектиране на собствена генетична информация в тялото й, след което започва активно размножаване. Когато една бактериална клетка бъде унищожена, от нейните фрагменти се появяват от 100 до 200 нови бактериофаги, които веднага започват да заразяват близките бактерии.

Видове

Най-известните бактериофаги:

• дизентериен;
• стафилококова;
• стрептококов;
• калий;
• псевдомонас;
• Pseudomonas aeruginosa.

Предимства

Някои учени твърдят, че скоро употребата на лекарства, базирани на бактериофаги, ще се конкурира с употребата на антибиотици при лечението на различни заболявания.

Основата за това смело предположение се осигурява от следните предимства на използването на фаги:

• липса на пристрастяване и противопоказания за употребата на лекарството;
• няма инхибиторен ефект върху имунната система;
• селективно действие (полезната бактериална флора остава непокътната);
• хармонично съчетаване с други методи на лечение, включително терапия с антибиотици (според резултатите от изследванията, фагите дори засилват ефекта си);
• изразен ефект при лечение на муден болезнени състоянияпричинени от бактериални агенти, които са нечувствителни към антибиотици.

Това позволява бактериофагът да се използва успешно при деца, възрастни хора, бременни жени и отслабени пациенти.

Показания

Показания за включване на бактериофаги в схемата на лечение са следните инфекции:

• хирургични (абсцес, панарициум, парапроктит, остеомиелит, циреи, изгаряния, флегмони, карбункули, гнойни рани);
• урогенитални (цистит, пиелонефрит, колпит, уретрит, ендометрит, салпингоофорит);
• ентерален (холецистит, гастроентероколит, чревна дисбиоза);
• отравяне на кръвта;
• заболявания на УНГ органи (тонзилит, синузит, отит);
• заболявания респираторен тракти белите дробове (трахеит, плеврит, ларингит, бронхит, пневмония).

Начини на приложение

Методът, по който трябва да се използва бактериофагът, зависи пряко от естеството и местоположението на източника на възпаление. IN различни ситуацииСледните методи на приложение биха били подходящи:

• устно ( лекарствен продуктприема се през устата);
• ректално (клизма с бактериофаг);
• локално (под формата на измиване, лосиони, напояване, вливане, изплакване, прилагане на турунди, напоени с лекарството).

Бактериофагът действа по-ефективно, ако лечението комбинира различни методи на приложение. Има определени клинични показания, според който бактериофагът се приема през устата в таблетки и локално действиеосигурява течен бактериофаг под формата на лосион.

Препаратите на базата на бактериофаги, произведени под формата на разтвори, аерозоли, таблетки, супозитории и гелове, набират популярност. Аптечни формилекарствата са снабдени с подробни инструкции как да приемате бактериофага.

Противопоказания

Повечето хора с известна степен на недоверие разглеждат възможността за лечение с бактериофаги, въпреки че ефективността и, най-важното, безопасността на такава терапия вече е доказана.

Единствения възможно противопоказаниеМоже би повишена чувствителносткъм бактериофаги, въпреки че случаите алергична реакциябактериофагите не са типични.

Препарати от бактериофаг

Фармацевтичната индустрия предлага много лекарства, чийто принцип на действие се основава на антимикробната активност на бактериофагите.

• Интести-бактериофаг (Intestiphage)

  

  Течен имунобиологичен антимикробен препарат. Той инхибира активността на микроорганизмите, причиняващи заболявания стомашно-чревния тракт(бактериална дизентерия, коремен тиф, ентероколит, паратиф, дисбактериоза, салмонелоза). Прилага се вътрешно и като клизма. Противопоказания: свръхчувствителност към лекарството. Странични ефекти: При новородени са възможни кожни обриви и регургитация през първите 2 дни на употреба.

• Пиобактериофаг поливалентен (Sextaphage)

  

  Справя се успешно с гнойно-септични заболяванияновородени и кърмачета, гнойно-възпалителни заболявания на УНГ органи, ентерални инфекции. Използва се за лечение на новоинфектирани рани. Няма противопоказания и странични ефекти.

• Бактериофаг Klebsiella pneumoniae (Klebsifag)

  

  Той засяга бактериите, които причиняват пневмония, озена и риносклерома. Също така помага при генерализирани септични състояния, за предотвратяване на замърсяване нозокомиални щамовеКлебсиела Няма странични ефекти. Противопоказания: свръхчувствителност към компонентите.

• Салмонела бактериофаг

  

  Унищожава клетките на Salmonella и микроорганизми, сходни по антигенна структура. Подходящ за лечение на салмонелоза при деца и възрастни. Няма противопоказания и странични ефекти.

• Бактериофаг Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosis)

  

  Използва се за лечение на лезии различни органи Pseudomonas aeruginosa. Странични ефектине е идентифициран. Противопоказание: свръхчувствителност към лекарството.

• Бактериофаг стрептококов (стрептофаг)

  

  Убива стрептококови бактерии, което прави лекарствата, базирани на него, незаменими при лечението на възпалено гърло, тонзилит, синузит, панарициум, гнойни рани и много други заболявания. За лечение на синузит се препоръчва да се вкара този бактериофаг в носа. Няма странични ефекти. Противопоказание: свръхчувствителност към лекарството.

• Бактериофаг коли

  

  Има специфичен антибактериален ефект, насочен изключително срещу патогенни щамове на Escherichia coli. Предписва се за лезии на стомашно-чревния тракт, нагнояване на рани, сепсис на новородени, конюнктивит, урогенитални инфекции. Противопоказание: свръхчувствителност към лекарството. Не са установени странични ефекти.

• Бактериофаг Klebsiella поливалентен

  

  Ефективен при лечение на перитонит, плеврит, гнойно-възпалителни заболявания в гинекологията. Използва се и при лечение на стоматит, пародонтит и възпаление на синусите. Няма странични ефекти. Противопоказания: свръхчувствителност към компонентите на лекарството.

• Колипротеус бактериофаг

  

  IN течна формав търсенето за профилактика и лечение на колпит и ентероколит. Под формата на таблетки се използва по-често при напреднали форми на пиелонефрит и цистит, възпалителни процесив тазовите органи. Противопоказание: алергия към някой от компонентите на лекарството. Няма странични ефекти.

• Дизентериен бактериофаг

  

  Използва се за лечение и профилактика на дизентерия. Не са установени странични ефекти. Противопоказания: свръхчувствителност към компонентите, а за таблетната форма на лекарството - възрастта на пациента под 1 година, бременност и кърмене.

Не преувеличавайте опасността от вируси, включени в подобни лекарстваи аналози на бактериофаг. Те са смъртоносни само за бактериите, които причиняват болести. Ако лекарят прецени, че е подходящо да включите бактериофагите в схемата на лечение, трябва да се доверите и да сте готови за бързо възстановяване.

Използването на бактериофаги се извършва изключително по предназначение и под наблюдението на лекуващия лекар.

Бактериофагите или фагите (от други гръцки φᾰγω „поглъщам“) са вируси, които селективно заразяват бактериалните клетки. Най-често бактериофагите се размножават вътре в бактериите и причиняват техния лизис. Обикновено бактериофагът се състои от протеинова обвивка и генетичен материал от едно- или двуверижна нуклеинова киселина (ДНК или, по-рядко, РНК). Общият брой на бактериофагите в природата е приблизително равен на общия брой на бактериите (1030 – 1032 частици). Бактериофагите активно участват в кръвообращението химически веществаи енергия, имат забележим ефект върху еволюцията на микробите и бактериите Структурата на типичен бактериофаг миовирус.

Структура на бактериофагите 1 - глава, 2 - опашка, 3 - нуклеинова киселина, 4 - капсид, 5 - "яка", 6 - протеинова обвивка на опашката, 7 - фибрил на опашката, 8 - шипове, 9 - базална плоча

Бактериофагите се различават по химическа структура, тип нуклеинова киселина, морфология и характер на взаимодействие с бактерии. За размер бактериални вирусистотици и хиляди пъти по-малки от микробните клетки. Типичната фагова частица (вирион) се състои от глава и опашка. Дължината на опашката обикновено е 2-4 пъти диаметъра на главата. Главата съдържа генетичен материал - едноверижна или двуверижна РНК или ДНК с ензима транскриптаза в неактивно състояние, заобиколен от белтъчна или липопротеинова обвивка - капсид, който съхранява генома извън клетката. Нуклеиновата киселина и капсидът заедно образуват нуклеокапсид. Бактериофагите могат да имат икосаедричен капсид, събран от множество копия на един или два специфични протеина. Обикновено ъглите са направени от пентамери на протеин, а опората на всяка страна е направена от хексамери на същия или подобен протеин. Освен това фагите могат да бъдат сферични, лимоновидни или плеоморфни по форма. Опашката или придатъкът е протеинова тръба - продължение на протеиновата обвивка на главата; в основата на опашката има АТФ-аза, която регенерира енергия за инжектиране на генетичен материал. Има и бактериофаги с къс процес, без процес и нишковидни.

Таксономия на бактериофагите Големият брой изолирани и изследвани бактериофаги обуславя необходимостта от тяхното систематизиране. Това се прави от Международния комитет по таксономия на вирусите (ICTV). В момента, според Международна класификацияи номенклатурата на вирусите, бактериофагите се разделят в зависимост от вида на нуклеиновата киселина и морфологията. На този моментОтличават се деветнадесет семейства. От тях само две са РНК-съдържащи и само пет семейства са обвити. От семействата на ДНК вируси само две семейства имат едноверижни геноми. Девет семейства, съдържащи ДНК, имат кръгов ДНК геном, докато останалите девет имат линейна ДНК. Девет семейства са специфични само за бактерии, останалите девет са специфични само за археи и (Tectiviridae) заразява както бактериите, така и археите

Взаимодействие на бактериофаг с бактериални клетки Въз основа на естеството на взаимодействието на бактериофаг с бактериална клетка се разграничават вирулентни и умерени фаги. Вирулентните фаги могат да се увеличат само чрез литичния цикъл. Процесът на взаимодействие между вирулентен бактериофаг и клетка се състои от няколко етапа: адсорбция на бактериофага върху клетката, проникване в клетката, биосинтеза на фаговите компоненти и тяхното сглобяване и освобождаване на бактериофагите от клетката. Първоначално бактериофагите се прикрепят към фагоспецифични рецептори на повърхността на бактериалната клетка. Опашката на фага, с помощта на ензими, разположени в нейния край (главно лизозим), локално разтваря клетъчната мембрана, свива се и съдържащата се в главата ДНК се инжектира в клетката, докато протеиновата обвивка на бактериофага остава отвън. Инжектираната ДНК предизвиква пълно преструктуриране на клетъчния метаболизъм: синтезът на бактериална ДНК, РНК и протеини спира. ДНК на бактериофага започва да се транскрибира с помощта на собствен ензим транскриптаза, който се активира след навлизане в бактериалната клетка. Първо се синтезират ранните, а след това късните. РНК, които навлизат в рибозомите на клетката гостоприемник, където се синтезират ранни (ДНК полимерази, нуклеази) и късни (капсидни и опашни протеини, ензими лизозим, АТФаза и транскриптаза) бактериофагни протеини. Репликацията на ДНК на бактериофага се осъществява по полуконсервативен механизъм и се осъществява с участието на собствени ДНК полимерази. След синтеза на късните протеини и завършването на репликацията на ДНК започва последният процес - узряването на фаговите частици или комбинирането на фагова ДНК с протеина на обвивката и образуването на зрели инфекциозни фагови частици

Жизнен цикълУмерените и вирулентните бактериофаги в началните етапи на взаимодействие с бактериална клетка имат същия цикъл. Адсорбция на бактериофаг върху фагоспецифични клетъчни рецептори. Инжектиране на фагова нуклеинова киселина в клетка гостоприемник. Ко-репликация на фаг и бактериална нуклеинова киселина. Клетъчно делене. Освен това бактериофагът може да се развие по два модела: лизогенен или литичен път. Умерените бактериофаги след разделяне са в състояние на профаза (лизогенен път).Вирулентните бактериофаги се развиват според литичния модел: Нуклеиновата киселина на фага насочва синтеза на фаговите ензими, използвайки протеиносинтезиращия апарат на бактерията. Фагът по един или друг начин инактивира ДНК и РНК на гостоприемника, а ензимите на фага напълно го разграждат; РНК на фага "подчинява" клетъчния апарат за синтез на протеини. Нуклеиновата киселина на фага репликира и насочва синтеза на нови протеини на обвивката. Нови фагови частици се образуват в резултат на спонтанно самосглобяване на протеиновата обвивка (капсиди) около нуклеиновата киселина на фага; Лизозимът се синтезира под контрола на фагова РНК. Клетъчен лизис: клетката се разрушава под въздействието на лизозим; отделят се около 200-1000 нови фаги; фагите заразяват други бактерии.

Приложение В медицината Една от областите на използване на бактериофагите е антибактериална терапия, алтернатива на приема на антибиотици. Например се използват бактериофаги: стрептококови, стафилококови, клебсиелни, дизентерийни и полиалентни, пиобактериофаги, коли, протей и колипротей и др. 13 са регистрирани и използвани в Русия медицински изделияна базата на фаги. В момента те се използват за лечение на бактериални инфекции, които не са чувствителни към традиционно лечениеантибиотици, особено в Република Грузия. Обикновено използването на бактериофаги е придружено с по-голям успех от антибиотиците, където те присъстват. биологични мембрани, покрити с полизахариди, през които антибиотиците обикновено не проникват. Понастоящем терапевтичната употреба на бактериофаги не е получила одобрение на Запад, въпреки че фагите се използват за унищожаване на бактерии, които причиняват хранително отравяне, като Listeria. С дългогодишен опит в размер на голям градИ селски районидоказана е необичайно високата терапевтична и профилактична ефективност на дизентерийния бактериофаг (P. M. Lerner, 2010). В Русия терапевтичните препарати от фаги са направени от дълго време, те са били лекувани с фаги дори преди антибиотиците. IN последните годинифагите бяха широко използвани след наводненията в Кримск и Хабаровск за предотвратяване на дизентерия.

В биологията бактериофагите се използват в генното инженерствоКато вектори, които пренасят ДНК участъци, е възможен и естествен генен трансфер между бактерии чрез определени фаги (трансдукция). Фаговите вектори обикновено се създават на базата на умерения бактериофаг λ, съдържащ двуверижна линейна ДНК молекула. Ляво и десни раменефаг имат всички гени, необходими за литичния цикъл (репликация, репродукция). средна частГеномът на бактериофага λ (съдържа гени, които контролират лизогенията, т.е. интегрирането му в ДНК на бактериалната клетка) не е от съществено значение за неговото възпроизвеждане и е приблизително 25 хиляди нуклеотидни двойки. Тази част може да бъде заменена с чужд ДНК фрагмент. Такива модифицирани фаги претърпяват литичен цикъл, но не настъпва лизогения. Векторите на бактериофаг λ се използват за клониране на еукариотни ДНК фрагменти (т.е. по-големи гени) до 23 хиляди нуклеотидни двойки (kb). Освен това фагите без вмъквания са по-малки от 38 kb. или, напротив, с твърде големи вложки - повече от 52 kb. не развиват и не заразяват бактерии. Тъй като възпроизвеждането на бактериофаги е възможно само в живи клетки, бактериофагите могат да се използват за определяне на жизнеспособността на бактериите. Тази посокаима големи перспективи, тъй като един от основните въпроси в различните биотехнологични процеси е определянето на жизнеспособността на използваните култури. С помощта на метода за електрооптичен анализ на клетъчни суспензии беше показана възможността за изследване на етапите на взаимодействие фаг-микробна клетка

А също и във ветеринарната медицина за: профилактика и лечение на бактериални заболявания на птици и животни; лечение на гнойно-възпалителни заболявания на лигавиците на очите и устната кухина; профилактика на гнойно-възпалителни усложнения при изгаряния, рани, хирургични интервенции; в генното инженерство: за трансдукция - естествено предаванегени между бактерии; като вектори, пренасящи ДНК секции; използвайки фаги, е възможно да се проектират целенасочени промени в генома на ДНК на гостоприемника; V Хранително-вкусовата промишленост: готовите за консумация месни и птичи продукти вече се обработват масово с фагосъдържащи агенти; бактериофагите се използват при производството на хранителни продукти от месо, птици, сирене, растителни продукти и др.;

V селско стопанство: пръскане с фагови препарати за защита на растенията и културите от гниещи и бактериални заболявания; за защита на добитъка и птиците от инфекции и бактериални заболявания; За екологична безопасност: антибактериално третиране на семена и растения; почистване на помещения на хранително-вкусови предприятия; хигиенизиране на работното пространство и оборудването; профилактика на болнични помещения; извършване на екологични дейности

По този начин днес бактериофагите са много популярни в живота на хората и животните. В предприятията се планира цяла линияприоритетни области за разработване и производство на лечебни и профилактични бактериофаги, които корелират с нововъзникващите световни тенденции. Създават се и се въвеждат нови лекарства за лечение на много заболявания. Изследването и използването на бактериофагите се извършва от бактериолози, вирусолози, биохимици, генетици, биофизици, молекулярни биолози, експериментални онколози, специалисти по генно инженерство и биотехнологии

Бактериофагите в медицинска практикаизползвани за диагностика, лечение и профилактика инфекциозни заболявания.

А. В диагностиката бактериофагът се използва при провеждане на културен метод за изследване за определяне на вида на изолирания чиста култура, също и за неговото набиране. Описаният по-долу метод за използване на бактериофаг за индикация на наличието на определен вид бактерии в патологичен материал, без да се изолира в чиста култура, не е получил широко разпространение.

1. Реакцията на нарастване на титъра на фага се основава на способността на специфичен бактериофаг да се репликира само в клетките на бактериите от „своя“ вид. Извършва се по следния принцип. Към патологичния материал се добавя определено количество от специфичен бактериофаг, инкубира се в термостат и след това отново се определя количеството на фага. Ако се е увеличил, това означава, че бактериофагът е „намерил“ клетка от „своя“ вид за репликация, следователно в патологичния материал присъстват бактерии от желания вид.

2. В процеса на идентифициране на чиста култура се използват видове и типове бактериофаги.
А. Видово специфичните бактериофаги се използват за фагова индикация. Изолираната чиста култура се инокулира върху плака агар и върху нея се накапва капка от определен бактериофаг. Ако културата принадлежи към желания вид, тогава няма да има растеж на мястото, където е поставена капката, в противен случай ще се наблюдава фаг на мястото, където е нанесена капката. бактериален растеж. Понякога, след прилагане на бактериофага, петриевото блюдо, съдържащо плочата с агар, се накланя, позволявайки на капката да се отцеди в ръба на блюдото (поради което този метод се нарича „капково капене“).

b. Типичните бактериофаги се използват за фаготипизиране. Принципът на метода е следният.
1. Щамът, който трябва да се типизира, се инокулира върху плоча с агар.
2. След това върху инокулираната повърхност се накапват капки типични бактериофаги (всеки в собствен квадрат, маркиран предварително, например със стъклена графика на дъното на петриево блюдо).
3. Инокулираното блюдо се инкубира в термостат.
4. Вземете предвид опита, като запишете "стерилни петна" или "плаки" - места на липса на растеж на мястото на приложение на капка от бактериофага, към който е чувствителен тази опциябактерии.
5. Фаговар (фаготип) се обозначава чрез изброяване на типичните фаги, които лизират даден вариант.
Б. Използването на бактериофаги (обикновено видове) за лечение се нарича фаготерапия. За целите на лечението бактериофагите се използват локално (под формата на напояване на засегнатата повърхност, инжектиране в локален фокус). патологичен процеси др.), тъй като парентералното им приложение води до развитие на имунен отговор към белтъка на чужд фаг. Ако терапевтичен бактериофаг се прилага перорално (за лечение чревни инфекции), тогава е най-добре да използвате таблетна форма на лекарството, покрита с киселинно-устойчиво покритие, което се разтваря в алкална среда на червата - бактериофагите са много чувствителни към ниско pH и бързо се инактивират в киселата среда на стомаха .
Б. Фагопрофилактиката е използването на бактериофаг (също, като правило, специфичен) за предотвратяване на развитието на бактериална инфекция. В момента се използва за спешна профилактика Коремен тифи дизентерия (под предотвратяване на извънредни ситуациисе отнася до набор от мерки за предотвратяване на развитието на болестта след акта на инфекцията, т.е. проникване на патогена в тялото на пациента).

За първи път беше направено предположението, че бактериофагите са вируси. Д. Ерел. Впоследствие бяха открити гъбични вируси и др., които станаха известни като фаги.

Фагова морфология.

Размери - 20 - 200nm. Повечето фаги са с форма на попова лъжица. Най-сложните фаги се състоят от многостранна глава, в която се намира нуклеиновата киселина, шийка и процеси. В края на процеса има базална плоча, от която излизат нишки и зъби. Тези нишки и зъби служат за прикрепване на фага към бактериалната мембрана. В най-сложно организираните фаги дисталната част на процеса съдържа ензима - лизозим. Този ензим насърчава разтварянето на бактериалната мембрана по време на проникването на фаг NK в цитоплазмата. При много фаги процесът е заобиколен от обвивка, която при някои фаги може да се свие.

Има 5 морфологични групи

1. Бактериофаги с дълъг процес и контрактилна обвивка
2. Фаги с дълъг процес, но без контрактилна обвивка
3. Къси разклонени фаги
4. Фаги с процес аналог
5. Нишковидни фаги

Химичен състав.

Фагите са съставени от нуклеинова киселина и протеини. Повечето от тях съдържат 2-верижна ДНК, затворена в пръстен. Някои фаги съдържат една верига ДНК или РНК.

Фагова обвивка - капсид, се състои от подредени протеинови субединици - капсомери.

В най-сложно организираните фаги дисталната част на процеса съдържа ензима - лизозим. Този ензим насърчава разтварянето на бактериалната мембрана по време на проникването на фаг NK в цитоплазмата.

Фагите понасят добре замръзване, нагряване до 70 и сушене. Чувствителен към киселини, UV и кипене. Фагите заразяват строго определени бактерии чрез взаимодействие със специфични клетъчни рецептори.

Според спецификата на взаимодействието -

Полифаги – взаимодействат с няколко родствени вида бактерии

Монофагите - видово специфични фаги - взаимодействат с един вид бактерии

Типови фаги - взаимодействат с отделни варианти на бактерии в рамките на един вид.

Според действието на типичните фаги видовете могат да бъдат разделени на фагова серия. Взаимодействието на фагите с бактериите може да се осъществи чрез продуктивен, апродуктивен и интегративен тип.

Продуктивен тип- образува се фагово потомство и клетката се лизира

С апродуктивен- клетката продължава да съществува, процесът на взаимодействие се прекъсва в началния етап

Интегративен тип- геномът на фага се интегрира в бактериалната хромозома и съществува съвместно с нея.

В зависимост от видовете взаимодействие те разграничават вирулентни и умерени фаги.

Вирулентенвзаимодействат с бактериите по продуктивен начин. Първо, абсорбцията на фага върху бактериалната мембрана се дължи на взаимодействието на специфични рецептори. Има проникване или проникване на вирусна нуклеинова киселина в цитоплазмата на бактериите. Под въздействието на лизозима се образува малък отвор в бактериалната обвивка, обвивката на фага се свива и се инжектира НК. Фаговата обвивка извън бактерията. След това настъпва синтезът на ранните протеини. Те осигуряват синтеза на фагови структурни протеини, репликация на фагова нуклеинова киселина и потискане на активността на бактериалните хромозоми.

След това настъпва синтез структурни компонентифаги и репликация на нуклеинова киселина. От тези елементи се сглобява ново поколение фагови частици. Съвкупността се нарича морфогенеза, нови частици, от които 10-100 могат да се образуват в една бактерия. Следва лизиране на бактериите и освобождаване на ново поколение фаги във външната среда.

Умерени бактериофагивзаимодействат по продуктивен или интегративен начин. По подобен начин протича производственият цикъл. При интегративно взаимодействие ДНК на умерен фаг, след като влезе в цитоплазмата, се интегрира в хромозомата в определена област и по време на клетъчното делене се репликира синхронно с бактериална ДНК и тези структури се предават на дъщерните клетки. Такава вградена фагова ДНК - профаг, а бактерия, съдържаща профаг, се нарича лизогенна, а явлението е лизогения.

Спонтанно или под въздействието на редица външни фактори, профагът може да бъде изрязан от хромозомата, т.е. преминават в свободно състояние, проявяват свойствата на вирулентен фаг, което ще доведе до образуването на ново поколение бактериални тела - индукция на профаг.

Лизогенезата на бактериите е в основата на фаговата (лизогенна) конверсия. Това се разбира като промяна в характеристиките или свойствата на лизогенните бактерии в сравнение с нелизогенните бактерии от същия вид. Подлежи на промяна различни свойства- морфологични, антигенни и др.

Умерените фаги може да са дефектни - неспособни да образуват фагово потомство, което не е в него природни условияи в индукция.

Вирионът е пълноценна вирусна частица, състояща се от NK и протеинова обвивка

Практическо приложение на фагите -

1. Приложение в диагностиката. По отношение на редица бактериални видове, монофагите се използват в реакцията на фаголизабилност като един от критериите за идентифициране на бактериална култура; типичните фаги се използват за фаготипиране и за вътревидова диференциация на бактерии. Провежда се за епидемиологични цели, за да се установи източникът на инфекцията и начините за нейното премахване
2. За лечение и профилактика на редица бактериални инфекции - коремен тип, стафилококови и стрептококови инфекции (киселинноустойчиви таблетки)
3. Умерените бактериофаги се използват в генното инженерство като вектор, способен да въведе генетичен материал в жива клетка.

Генетика на бактериите

Бактериалният геном се състои от генетични елементи, способни на самовъзпроизвеждане - репликони.Репликоните са бактериални хромозоми и плазмиди. Бактериалната хромозома образува нуклеоид, затворен пръстен, който не е свързан с протеини и носи хаплоиден набор от гени.

Плазмидът също е затворен пръстен на ДНК молекула, но много по-малък по размер от хромозомата. Наличието на плазмиди в цитоплазмата на бактериите не е необходимо, но те осигуряват предимство при заобикаляща среда. Големите плазмиди се редуцират с хромозомата и броят им в клетката е малък. А броят на малките плазмиди може да достигне няколко десетки. Някои плазмиди са способни да се интегрират обратимо в бактериалната хромозома в определен регион и да функционират като единичен репликон. Такива плазмиди се наричат ​​интегративни. Някои плазмиди са способни да се предават от една бактерия на друга чрез директен контакт - конюгирани плазмиди. Те съдържат гени, отговорни за образуването на F-пилоти, които образуват конюгативен мост за трансфер на генетични материали.

Основните видове плазмиди са

F - интегративен конгативен плазмид. Половият фактор определя способността на бактериите да бъдат донори по време на конюгиране

R - плазмиди. Устойчив. Съдържа гени, които определят синтеза на фактори, които унищожават антибактериалните лекарства. Бактериите, притежаващи такива плазмиди, не са чувствителни към много лекарства. Поради това се формират резистентни към лекарства фактори.

Плазмиден токс - определящи фактори за патогенност -

Ent - плазмиди - съдържа ген за производството на ентеротоксини.

Hly - унищожават червените кръвни клетки.

Мобилни генетични елементи. Те включват вмъкване - елементи за вмъкване. Общоприетото обозначение е Is. Това са участъци от ДНК, които могат да се движат както вътре в репликона, така и между тях. Те съдържат само гените, необходими за собственото им движение.

Транспозони- по-големи структури, които имат същите свойства като Is, но освен това съдържат структурни гени, които определят синтеза биологични вещества, като токсини. Мобилните генетични елементи могат да причинят инактивиране на ген, увреждане на генетичен материал, сливане на репликони и разпространение на гени в бактериална популация.

Изменчивост на бактериите.

Всички видове изменчивост се разделят на 2 групи - ненаследствена (фенотипна, модификационна) и наследствена (генотипна).

Модификации- фенотипни ненаследствени промени в белези или свойства. Модификациите не засягат генотипа и следователно не се наследяват. Те са адаптивни реакции към промени в специфични условия външна среда. По правило те се губят в първото поколение, след като факторът престане да действа.

Генотипна изменчивостзасяга генотипа на организма и следователно може да се предава на потомци. Генотипната изменчивост се разделя на мутации и рекомбинации.

Мутации- устойчиви, наследствени промени в характеристиките или свойствата на даден организъм. Основата на мутациите е качествена или количествена промяна в последователността на нуклеотидите в ДНК молекулата. Мутациите могат да променят почти всяко свойство.

По произход мутациите са спонтанни и предизвикани.

Спонтанни мутациивъзниква в естествените условия на съществуване на организма и индуциранвъзникват в резултат на насоченото действие на мутагенен фактор. Въз основа на естеството на промените в първичната структура на ДНК в бактериите се разграничават генни или точкови мутации и хромозомни аберации.

Генни мутациивъзникват в рамките на един ген и включват минимално един нуклеотид. Този тип мутация може да бъде резултат от заместване на един нуклеотид с друг, загуба на нуклеотид или вмъкване на допълнителен.

Хромозомни- може да засегне няколко хромозоми.

Може да има делеция - загуба на част от хромозома или дупликация - удвояване на част от хромозома. Завъртането на част от хромозома на 180 градуса е инверсия.

Всяка мутация възниква под въздействието на определен мутагенен фактор. По своето естество мутагените биват физични, химични и биологични. йонизиращо лъчение, рентгенови лъчи, UV лъчи. Химическите мутагени включват аналози на азотни основи, самата азотиста киселина и дори някои лекарства, цитостатици. Биологични - някои вируси и трансфазони

Рекомбинация- обмен на хромозомни участъци

Трансдукция - прехвърляне на генетичен материал с помощта на бактериофаг

Възстановяване на генетичен материал -възстановяване на щети в резултат на мутации.

Има няколко вида репарация

1. Фотореактивация – този процес се осигурява от специален ензим, който се активира при наличие на видима светлина. Този ензим се движи по веригата на ДНК и поправя щетите. Комбинира таймери, които се образуват под действието на UV. Резултатите от тъмната репарация са по-значими. Не зависи от светлината и се осигурява от няколко ензима - първо нуклеазите изрязват увредения участък от ДНК веригата, след това ДНК полимеразата, върху матрицата на комплементарната верига, запазена, синтезира пластир и лигазите зашиват пластира в увредена зона.

Репарациите подлежат на генни мутации, но хромозомните обикновено не са

1. Генетична рекомбинация при бактерии. Те се характеризират с проникване на генетичен материал от бактерията донор в бактерията реципиент с образуването на дъщерен геном, съдържащ гените и на двата оригинални индивида.

Включването на донорен ДНК фрагмент в реципиента става чрез кросингоувър

Три вида предаване -

1. Трансформация- процес, при който се пренася фрагмент от изолирана донорна ДНК. Зависи от компетентността на реципиента и състоянието на донорната ДНК. Компетентност- способност за абсорбиране на ДНК. Зависи от наличието на специални протеини в клетъчната мембрана на реципиента и се образува през определени периоди на бактериален растеж. Донорната ДНК трябва да бъде двуверижна и не много голяма по размер. Донорната ДНК прониква през бактериалната мембрана и една от веригите се разрушава, другата се интегрира в ДНК на реципиента.
2. Трансдукция- осъществява се с помощта на бактериофаги. Обща трансдукция и специфична трансдукция.

Общ -протича с участието на вирулентни фактори. По време на сглобяването на фагови частици главата на фага може погрешка да включва не фагова ДНК, а част от бактериалната хромозома. Такива фаги са дефектни фаги.

Специфични- осъществява се от умерени фаги. При рязане, рязане се извършва стриктно по границата Те се изграждат между определени гени и ги пренасят.

1. Конюгация- трансфер на генетичен материал от бактерията донор към реципиента, при техния директен контакт. Необходимо условие- наличие на конгативен плазмид в донорната клетка. По време на конюгацията се образува конюгативен мост поради пили, през който генетичният материал се прехвърля от донора към пациента.

Генна диагностика

Набор от методи, които правят възможно идентифицирането на генома на микроорганизма или негов фрагмент в изследвания материал. Първият е предложен методът на NC хибридизация. Въз основа на използването на принципа на допълване. Този метод ви позволява да откриете наличието на маркерни ДНК фрагменти на патогена в генетичния материал с помощта на молекулярни сонди. Молекулярните проби са къси ДНК вериги, комплементарни на маркерната област. Към сондата се добавя флуоресцентен етикет, радиоактивен изотоп, ензим. Изследваният материал се подлага на специална обработка, която му позволява да унищожи микроорганизмите, да освободи ДНК и да я раздели на едноверижни фрагменти. След това материалът се фиксира. След това се открива активността на етикета. Този метод не е много чувствителен. Възможно е да се идентифицира патогенът само ако количеството му е достатъчно голямо. 10 до 4 микроорганизми. Тя е доста сложна технически и изисква голямо количествосонди. Широко разпространенна практика не го намери. Беше разработен нов метод - полимераза верижна реакция- PCR.

Този метод се основава на способността на ДНК и вирусната РНК да се репликират, т.е. към самовъзпроизвеждане. Същността на пациента е многократно копиране - ин витро амплификация на ДНК фрагмент, който е маркер за даден микроорганизъм. Тъй като процесът протича при достатъчно високи температури 70-90, методът стана възможен след изолирането на термостабилна ДНК полимераза от термофилни бактерии. Механизмът на амплификация е такъв, че копирането на ДНК веригите не започва от която и да е точка, а само от определени начални блокове, за създаването на които се използват т. нар. праймери. Праймерите са полинуклеотидни последователности, комплементарни на крайните последователности на копирания фрагмент от желаната ДНК, а праймерите не само инициират амплификацията, но и я ограничават. Сега има няколко опции за PCR, характеризиращи се с 3 етапа -

1. Денатурация на ДНК (разделяне на 1 верижни фрагменти)
2. Закрепване на грунда.
3. Комплементарно добавяне на ДНК вериги към двойни вериги

Този цикъл продължава 1,5-2 минути. В резултат на това броят на ДНК молекулите се удвоява 20-40 пъти. Резултатът е 10 на 8-ма степен на копия. След усилване се извършва електрофореза и се изолира под формата на ивици. Извършва се в специално устройство, наречено усилвател.

Предимства на PCR

1. Дава директни индикации за наличието на патоген в изследвания материал, без да се изолира чиста култура.
2. Много висока чувствителност. Теоретично може да се открие 1-вото.
3. Материалът за изследване може да бъде дезинфекциран веднага след събирането.
4. 100% специфичност
5. Бързи резултати. Пълен анализ- 4-5 часа. Експресен метод.

Използва се широко за диагностика на инфекциозни заболявания, чиито причинители са некултивирани или трудни за култивиране организми. Хламидия, микоплазма, много вируси - хепатит, херпес. Разработени са тестови системи за определяне антракс, туберкулоза.

Рестрикционен анализ- с помощта на ензими молекулата на ДНК се разделя според определени нуклеоидни последователности и фрагментите се анализират въз основа на техния състав. По този начин можете да намерите уникални области.

Биотехнологии и генно инженерство

Биотехнологията е наука, която въз основа на изучаването на жизнените процеси на живите организми използва тези биопроцеси, както и самите биологични обекти, за промишлено производство на продукти, необходими на хората, за възпроизвеждане на биоефекти, които не се проявяват в неестествени условия. Като биологични обектиНай-често се използват едноклетъчни микроорганизми, както и клетки от животни и растения. Клетките се възпроизвеждат много бързо, което позволява кратко времеувеличаване на биомасата на производителя. В момента биосинтезата на сложни вещества, като протеини, антибиотици, е по-икономична и технологично достъпна от други видове суровини.

Биотехнологиите използват самите клетки като източник на целевия продукт, както и големи молекули, синтезирани от клетката, ензими, токсини, антитела и първични и вторични метаболити – аминокиселини, витамини, хормони. Технологията за получаване на продукти от микробен и клетъчен синтез се свежда до няколко типични етапа - подбор или създаване на продуктивна централа. Избор на оптимална хранителна среда, култивиране. Изолиране на целевия продукт, неговото пречистване, стандартизация, даване доза от. Генното инженерство се свежда до създаването на целеви продукти, необходими на хората. Полученият целеви ген се слива с вектор и векторът може да бъде плазмид и се вмъква в реципиентната клетка. Реципиент - бактерии - E. coli, дрожди. Целевите продукти, синтезирани чрез рекомбинанти, се изолират, пречистват и използват в практиката.

Първите създадени са инсулин и човешки интерферон. Еритропоетин, растежен хормон, моноклонални антитела. Ваксина срещу хепатит B.

Практическо приложение на фагите.Бактериофагите се използват в лабораторната диагностика на инфекции за вътреспецифична идентификация на бактерии, т.е. определяне на фаговар (фаготип). За целта се използва методът фагово типизиране,въз основа на строгата специфичност на действието на фагите: капки от различни диагностични тип-специфични фаги се нанасят върху плоча с плътна хранителна среда, засята с „морава“ от чиста култура на патогена. Фагът на една бактерия се определя от вида на фага, който е причинил нейния лизис (образуване на стерилно петно, „плака“ или „отрицателна колония“, фаг). Техниката за фаготипиране се използва за идентифициране на източника и пътищата на разпространение на инфекцията (епидемиологично маркиране). Изолирането на бактерии от един и същ фаговар от различни пациенти показва общ източник на тяхната инфекция.

Фагите се използват и за лечение и профилактикаредица бактериални инфекции. Те произвеждат тифни, салмонелни, дизентерийни, псевдомонасни, стафилококови, стрептококови фаги и комбинирани препарати (колипротеи, пиобактериофаги и др.). Бактериофагите се предписват според показанията перорално, парентерално или локално под формата на течност, таблетни форми, супозитории или аерозоли.

Бактериофагите се използват широко в генното инженерство и биотехнологиитекато вектори за производство на рекомбинантна ДНК.

Причинители на ешерихиоза. Таксономия и характеристики. Ролята на Escherichia coli в нормални и патологични състояния. Микробиологична диагностика на ентерална ешерихиоза. Принципи на лечение и профилактика.

Ешерихиоза- инфекциозни заболявания, чийто причинител е ешерихия коли.

Различават се ентерална (чревна) и парентерална ешерихиоза. Ентералната ешерихиоза е остро инфекциозно заболяване, характеризиращо се с първично увреждане на стомашно-чревния тракт. Проявяват се под формата на огнища, причинителите са диарогенни щамове на E. coli. Парентералната ешерихиоза е заболяване, причинено от опортюнистични щамове на E. coli - представители на нормалната микрофлора на дебелото черво. При тези заболявания е възможно увреждане на всякакви органи.

Таксономично положение. Причинителят - Escherichia coli - е основният представител на род Escherichia, семейство Enterobacteriaceae, принадлежащи към отдела Gracilicutes.

Морфологични и тинкториални свойства. E.coli са малки грам-отрицателни пръчици със заоблени краища. В петна те са подредени произволно, не образуват спори, перитрихични. Някои щамове имат микрокапсула, pili.

Културни ценности. Escherichia coli е факултативен анаероб, оптимален. темпо. за височина - 37С. E.coliне е взискателен хранителни средии расте добре върху обикновена среда, давайки дифузна мътност върху течна среда и образувайки колонии върху плътна среда. За диагностициране на ешерихиоза се използват диференциално диагностични среди с лактоза - Endo, Levin.

Ензимна активност. E.coliима голям набор от различни ензими. Повечето отличителен белег E.coliе способността му да ферментира лактоза.

Антигенна структура. Ешерихия коли има соматични ОТНОСНО-,флагеларни Н и повърхностни К антигени. О-антигенът има повече от 170 варианта, К-антигенът - повече от 100, Н-антигенът - повече от 50. Структурата на О-антигена определя неговата серогрупа. Щамове E. coliимащи собствен набор от антигени (антигенна формула) се наричат серологични варианти (серовари).

Според антигенни, токсигенни свойства се разграничават две: биологичен вариант E. coli:

1) опортюнистичен коли;

2) „със сигурност“ патогенен, диарогенен.

Фактори на патогенност. Образува ендотоксин, който има ентеротропно, невротропно и пирогенно действие. Диарогенната ешерихия произвежда екзотоксин, който причинява значително нарушаване на водно-солевия метаболизъм. В допълнение, някои щамове, като причинителите на дизентерия, съдържат инвазивен фактор, който насърчава проникването на бактерии в клетките. Патогенността на диарогенната ешерихия е в появата на хеморагия и нефротоксичен ефект. Към факторите на патогенност на всички щамове E.coliвключват пили и протеини на външната мембрана, които насърчават адхезията, както и микрокапсула, която предотвратява фагоцитозата.

Съпротива. E.coliима по-висока устойчивост на действие различни факторивъншна среда; чувствителен е към дезинфектанти и бързо умира при варене.

РоляE.coli. Ешерихия коли е представител на нормалната микрофлора на дебелото черво. Той е антагонист на патогенни чревни бактерии, гнилостни бактерии и гъбички от рода Кандида.В допълнение, той участва в синтеза на витамини БЪДАИ ДА СЕ,частично разгражда фибрите.

Щамовете, които живеят в дебелото черво и са опортюнистични, могат да излязат извън стомашно-чревния тракт и с намаляване на имунитета и натрупването им да станат причина за различни неспецифични гнойно-възпалителни заболявания (цистит, холецистит) - парентерална ешерихиоза.

Епидемиология.Източник на чревна ешерихиоза са болни хора. Механизъм на заразяване - фекално-орален, пътища на предаване - хранителни, контактни и битови.

Патогенеза.Устна кухина Попада в тънко черво, се адсорбира в епителните клетки с помощта на пили и протеини на външната мембрана. Бактериите се размножават и умират, освобождавайки ендотоксин, който увеличава чревната подвижност, причинява диария, треска и други симптоми на обща интоксикация. Произвежда екзотоксин - тежка диария, повръщане и значително нарушаване на водно-солевия метаболизъм.

Клиника. Инкубационен периоде 4 дни. Заболяването започва остро, с висока температура, болки в корема, диария и повръщане. Има нарушения на съня и апетита, главоболие. При хеморагичната форма се открива кръв в изпражненията.

Имунитет.След минало заболяванеимунитетът е крехък и краткотраен.

Микробиологична диагностика . Основен метод - бактериологичен.Определя се видът на чистата култура (грам-отрицателни бацили, оксидаза-отрицателни, ферментиращи глюкоза и лактоза до киселина и газ, образуващи индол, необразуващи сероводород) и принадлежност към серогрупата, което прави възможно разграничаването на опортюнистични Е. coli от диарогенните. Интраспецифичната идентификация, която има епидемиологично значение, се състои в определяне на серовара с помощта на диагностични адсорбирани имунни серуми.

83. Устройство и функции на имунната система.