Ιδιότητες βακτηριοφάγων και χρήση τους στην ιατρική. Πρακτική εφαρμογή φάγων στην ιατρική

ΕΚ. ZAKHARENKO, Ph.D., Αναπληρωτής Καθηγητής, Στρατός Ιατρική Ακαδημίατους. ΕΚ. Kirov, Αγία Πετρούπολη

Οι βακτηριοφάγοι είναι μοναδικοί μικροοργανισμοί με βάση τους οποίους έχει δημιουργηθεί μια ομάδα θεραπευτικών και προφυλακτικών φαρμάκων με ιδιαίτερες ιδιότητες και χαρακτηριστικά. Οι υποκείμενοι φυσικοί φυσιολογικοί μηχανισμοί αλληλεπίδρασης μεταξύ φάγων και βακτηρίων καθιστούν δυνατή την πρόβλεψη της άπειρης ποικιλομορφίας τόσο των ίδιων των βακτηριοφάγων όσο και πιθανούς τρόπουςτις εφαρμογές τους. Καθώς οι συλλογές βακτηριοφάγων επεκτείνονται, αναμφίβολα θα εμφανιστούν νέα παθογόνα στόχοι και θα διευρυνθεί το φάσμα των ασθενειών για τις οποίες οι φάγοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο ως μονοθεραπεία όσο και ως μέρος σύνθετων θεραπευτικών σχημάτων.

Ναι, χρησιμοποιήστε πολυσθενής πυοβακτηριοφάγοςΤο Sextaphage στη θεραπεία της μολυσμένης παγκρεατικής νέκρωσης (Perm State Medical Academy που πήρε το όνομά του από τον Academician E.A. Wagner) κατέστησε δυνατή την ταχύτερη αποκατάσταση των βασικών παραμέτρων της ομοιόστασης και της λειτουργίας οργάνων και συστημάτων στους ασθενείς. Σημαντική μείωση σημειώθηκε και στον αριθμό μετεγχειρητικές επιπλοκέςΚαι θάνατοι: στην ομάδα των ασθενών που έλαβαν τυπική θεραπεία, η θνησιμότητα ήταν 100%, ενώ στην ομάδα που έλαβε BF ήταν 16,6%.

Λόγω της αβλαβότητας και της αντιδραστικότητας των παρασκευασμάτων BF, η χρήση τους σε παιδιατρική πρακτική, συμπεριλαμβανομένων των νεογνών. Η εμπειρία του περιφερειακού παιδικού σχολείου του Νίζνι Νόβγκοροντ είναι ενδιαφέρουσα κλινικό νοσοκομείο, όπου κατά την περίοδο των επιπλοκών της επιδημιολογικής κατάστασης, μαζί με τα συνήθη αντιεπιδημικά μέτρα, χρησιμοποιήθηκαν τόσο BF - Intesti-bacteriophage όσο και BF Pseucfomonas aeruginosa. Μια 11πλάσια μείωση της συχνότητας νοσοκομειακών λοιμώξεων αιτιολογίας ψευδομονάδας έδειξε την υψηλή αποτελεσματικότητα της χρήσης του BF. Τα φάρμακα BF μπορούν να συνταγογραφηθούν για τη θεραπεία της δυσβίωσης και των διαταραχών πεπτικό σύστημακαι για την πρόληψη του αποικισμού των βλεννογόνων γαστρεντερικός σωλήναςευκαιριακά βακτήρια. Τα πολυσυστατικά σκευάσματα BF είναι ιδανικά για άμεση ανακούφιση από τα πρώτα σημάδια γαστρεντερικής δυσφορίας.

Σήμερα, η επιχείρηση έχει σκιαγραφήσει μια σειρά από τομείς προτεραιότητας για την ανάπτυξη και παραγωγή θεραπευτικών και προφυλακτικών βακτηριοφάγων, οι οποίοι συσχετίζονται με τις πρόσφατα αναδυόμενες παγκόσμιες τάσεις. Δημιουργούνται και εισάγονται νέα φάρμακα: έχουν αναπτυχθεί BF κατά των οδοντώσεων και των εντεροβακτηρίων, οι εργασίες βρίσκονται σε εξέλιξη για τη δημιουργία ενός φαρμάκου φάγου κατά του ελικοβακτηριδίου του πυλωρού.

Μόνο ένας κατασκευαστής αυτών των φαρμάκων είναι η NPO Microgen, σύμφωνα με την έκθεση του αναπληρωτή επικεφαλής του τμήματος επιστήμης και καινοτόμος ανάπτυξηΗ Alla Lobastova παράγει περισσότερα από 2 εκατομμύρια πακέτα ετησίως. Δυστυχώς, οι ιδέες πολλών γιατρών για τους βακτηριοφάγους δεν είναι αντικειμενικές. Δεν γνωρίζουν πολλοί ότι οι βακτηριοφάγοι που δραστηριοποιούνται έναντι του ίδιου παθογόνου μπορούν να ανήκουν σε διαφορετικές οικογένειες, να έχουν διαφορετικούς κύκλους ζωής κ.λπ. Για παράδειγμα, οι βακτηριοφάγοι P. aeruginosa ανήκουν στις οικογένειες Myoviridae, Podoviridae, Siphoviridae και έχουν λυτικό κύκλο ζωής ή μέτριο. Διαφορετικά στελέχη του ίδιου παθογόνου μπορεί να έχουν διαφορετική ευαισθησία στους βακτηριοφάγους. Οι περισσότεροι ειδικοί γνωρίζουν (έχουν ακούσει, κάποιος το χρησιμοποίησε) για την ύπαρξη υγρού και δισκίου φόρμα δοσολογίαςθεραπευτικά και προφυλακτικά φάρμακα βακτηριοφάγων. Ωστόσο, το εύρος τους είναι σημαντικά μεγαλύτερο, γεγονός που μπορεί να θεωρηθεί απόλυτο πλεονέκτημα, ειδικά σε συνδυασμό με ποικίλους τρόπους χορήγησης (από του στόματος χορήγηση, κλύσματα, εφαρμογές, άρδευση τραυμάτων και βλεννογόνων, χορήγηση σε κοιλότητες πληγών κ.λπ.). ΠΡΟΣ ΤΗΝ προφανή πλεονεκτήματαΟι βακτηριοφάγοι αποδίδονται παραδοσιακά σε μια ειδική επίδραση σε έναν αρκετά περιορισμένο πληθυσμό βακτηρίων, σε μια χρονικά περιορισμένη ύπαρξη (μέχρι να εξαφανιστεί ο πληθυσμός στόχος των μικροοργανισμών), στην απουσία τέτοιων παρενέργειεςως τοξικό και αλλεργικές αντιδράσεις, δυσβιοτικές αντιδράσεις κ.λπ. Αυτά τα φάρμακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια ποικιλία από ηλικιακές ομάδεςκαι κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης. Οι ίδιοι οι βακτηριοφάγοι δεν είναι σημαντικά αλλεργιογόνα. Οι περιπτώσεις δυσανεξίας σε φάρμακα βακτηριοφάγου συνδέονται κυρίως με αντίδραση σε συστατικά του θρεπτικού μέσου. Όλοι οι μεγάλοι κατασκευαστές αυτής της ομάδας φαρμάκων προσπαθούν για τη μέγιστη ποιότητα των συστατικών που χρησιμοποιούνται, γεγονός που μειώνει την πιθανότητα τέτοιων αντιδράσεων. Στο πλαίσιο της αυξανόμενης αντοχής στα αντιβιοτικά, ορισμένοι συγγραφείς προτείνουν να θεωρηθούν οι βακτηριοφάγοι ως η καλύτερη εναλλακτική λύση στα αντιβιοτικά. Τα θεραπευτικά και προφυλακτικά φάρμακα των βακτηριοφάγων είναι ένα κοκτέιλ από ειδικά επιλεγμένους συνδυασμούς (ένα σύμπλεγμα πολυκλωνικών εξαιρετικά λοιμωδών βακτηριακών ιών, ειδικά επιλεγμένων έναντι των πιο κοινών ομάδων παθογόνων βακτηριακές λοιμώξεις) με βάση τις συλλογές φάγων του κατασκευαστή. Υποκαταστήματα της FSUE NPO Microgen σε Ufa, Perm και Νίζνι Νόβγκοροντ – σύγχρονα κέντραπαραγωγή τέτοιων φαρμάκων. Δυνατότητα δημιουργίας προσαρμοσμένων παθογόνους μικροοργανισμούςΤα θεραπευτικά και προφυλακτικά φάρμακα των βακτηριοφάγων είναι ένα άλλο σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της ομάδας φαρμάκων. Η αυξανόμενη αντοχή των βακτηρίων στα αντιμικροβιακά φάρμακα και η συχνή πολυαιτιολογία των σύγχρονων λοιμωδών νοσημάτων απαιτούν συνδυασμένη αντιβιοτική θεραπεία (δύο, τρία και μερικές φορές περισσότερες αντιμικροβιακά). Για επιλογή αποτελεσματικό σύστημαΗ αντιβιοτική θεραπεία, εκτός από την πραγματική ευαισθησία των βακτηρίων στο φάρμακο, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη επαρκής μεγάλος αριθμόςπαράγοντες. Η θεραπεία με φάγο έχει επίσης ορισμένα πλεονεκτήματα από αυτή την άποψη. Αφενός, η χρήση συνδυασμού βακτηριοφάγων δεν συνοδεύεται από την αλληλεπίδρασή τους μεταξύ τους και δεν οδηγεί σε αλλαγές στα πρότυπα χρήσης τους. Μέσα στο υπάρχον σύνολο θεραπευτικών βακτηριοφάγων, υπάρχει ένας αριθμός καλά αποδεδειγμένων συνδυασμών - κολιπρωτεϊκός βακτηριοφάγος, πολυσθενής πυοβακτηριοφάγος, βακτηριοφάγος εντέρου. Από την άλλη πλευρά, τα βακτήρια δεν έχουν κοινούς μηχανισμούς αντοχής στα αντιβιοτικά και στους φάγους, επομένως, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο όταν το παθογόνο είναι ανθεκτικό σε ένα από τα φάρμακα όσο και σε συνδυασμό «αντιβιοτικό + βακτηριοφάγο». Αυτός ο συνδυασμός είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικός για την καταστροφή μικροβιακών βιοφίλμ. Το πείραμα το δείχνει πειστικά συνδυασμένη χρήσηοι ανταγωνιστές σιδήρου και οι βακτηριοφάγοι μπορούν να διαταράξουν το σχηματισμό βιοφίλμ Klebsiella pneumoniae. Ταυτόχρονα, παρατηρείται τόσο σημαντική μείωση του μεγέθους του μικροβιακού πληθυσμού όσο και μείωση του αριθμού των «νεαρών» κυττάρων. Ενα ακόμα σημαντικό χαρακτηριστικόΗ δράση των βακτηριοφάγων είναι ένα φαινόμενο όπως η πρόκληση απόπτωσης. Ορισμένα στελέχη E. coli έχουν γονίδια που προκαλούν κυτταρικό θάνατο μετά την εισαγωγή του βακτηριοφάγου Τ4 σε αυτό. Έτσι, ως απόκριση στην έκφραση των όψιμων γονιδίων του φάγου Τ4, το γονίδιο lit (κωδικοποιεί μια πρωτεάση που καταστρέφει τον παράγοντα επιμήκυνσης EF-Tu, απαραίτητο για τη σύνθεση πρωτεϊνών), μπλοκάρει τη σύνθεση όλων των κυτταρικών πρωτεϊνών. Το γονίδιο prrC κωδικοποιεί μια νουκλεάση που διασπά το tRNA της λυσίνης. Η νουκλεάση ενεργοποιείται από το προϊόν γονιδίου stp του φάγου Τ4. Σε κύτταρα μολυσμένα με φάγο Τ4, τα γονίδια rex (που ανήκουν στο γονιδίωμα του φάγου και εκφράζονται σε λυσογόνα κύτταρα) προκαλούν το σχηματισμό διαύλων ιόντων, οδηγώντας σε απώλεια ζωτικών ιόντων από τα κύτταρα και στη συνέχεια σε θάνατο. Ο ίδιος ο φάγος Τ4 μπορεί να αποτρέψει τον κυτταρικό θάνατο κλείνοντας τα κανάλια με τις πρωτεΐνες του, προϊόντα των γονιδίων rII. Εάν τα βακτήρια αναπτύξουν αντοχή σε ένα αντιβιοτικό, είναι απαραίτητο να αναζητηθούν νέες επιλογές για την τροποποίηση του ενεργού μορίου ή θεμελιωδώς νέων ουσιών. Δυστυχώς, για τα τελευταία χρόνιαΟ ρυθμός εισαγωγής νέων αντιβιοτικών έχει επιβραδυνθεί σημαντικά. Η κατάσταση με τους βακτηριοφάγους είναι ριζικά διαφορετική. Οι συλλογές μεγάλων κατασκευαστών περιλαμβάνουν δεκάδες έτοιμα στελέχη βακτηριοφάγων και αναπληρώνονται συνεχώς με νέους ενεργούς φάγους. Χάρη στη συνεχή παρακολούθηση της ευαισθησίας των απομονωμένων παθογόνων σε βακτηριοφάγους, οι κατασκευαστές προσαρμόζουν τις συνθέσεις φάγων που παρέχονται στις περιοχές. Χάρη στους προσαρμοσμένους βακτηριοφάγους, είναι δυνατό να εξαλειφθούν τα κρούσματα νοσοκομειακών λοιμώξεων που προκαλούνται από στελέχη ανθεκτικά στα αντιβιοτικά.

Στο προφορικάΟι βακτηριοφάγοι φτάνουν γρήγορα στα σημεία μόλυνσης: όταν λαμβάνονται από το στόμα από ασθενείς με πυώδεις-φλεγμονώδεις ασθένειες, μέσα σε μία ώρα οι φάγοι εισέρχονται στο αίμα, μετά από 1-1,5 ώρα ανιχνεύονται από βρογχοπνευμονικό εξίδρωμα και από την επιφάνεια των εγκαυμάτων, μετά από 2 ώρες - από τα ούρα, καθώς και από το εγκεφαλονωτιαίο υγρό ασθενών με τραυματικές εγκεφαλικές κακώσεις.

Έτσι, οι βακτηριοφάγοι είναι μοναδικοί μικροοργανισμοί, με βάση τους οποίους έχει δημιουργηθεί μια ομάδα θεραπευτικών και προφυλακτικών φαρμάκων με ιδιαίτερες ιδιότητες και χαρακτηριστικά. Οι υποκείμενοι φυσικοί φυσιολογικοί μηχανισμοί αλληλεπίδρασης μεταξύ φάγων και βακτηρίων καθιστούν δυνατή την πρόβλεψη μιας άπειρης ποικιλίας τόσο των ίδιων των βακτηριοφάγων όσο και των πιθανών τρόπων χρήσης τους. Καθώς οι συλλογές βακτηριοφάγων επεκτείνονται, αναμφίβολα θα εμφανιστούν νέα παθογόνα στόχοι και θα διευρυνθεί το φάσμα των ασθενειών για τις οποίες οι φάγοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο ως μονοθεραπεία όσο και ως μέρος σύνθετων θεραπευτικών σχημάτων. Μια σύγχρονη άποψη για τη μελλοντική μοίρα της φαγοθεραπείας θα πρέπει να βασίζεται τόσο στην υψηλή ειδικότητα της δράσης τους όσο και στην ανάγκη αυστηρής τήρησης όλων των κανόνων της θεραπείας με φάγο. Η αντίθεση βακτηριοφάγων με οποιοδήποτε μέσο ετιοτροπικής θεραπείας είναι εσφαλμένη.

Για πρώτη φορά, έγινε η υπόθεση ότι οι βακτηριοφάγοι είναι ιοί. D. Errel. Στη συνέχεια, ανακαλύφθηκαν ιοί μυκήτων κ.λπ. και έγιναν γνωστοί ως φάγοι.

Μορφολογία φάγων.

Διαστάσεις - 20 - 200nm. Οι περισσότεροι φάγοι έχουν σχήμα γυρίνου. Οι πιο περίπλοκοι φάγοι αποτελούνται από μια πολύπλευρη κεφαλή, στην οποία βρίσκεται το νουκλεϊκό οξύ, έναν λαιμό και διεργασίες. Στο τέλος της διαδικασίας υπάρχει μια βασική πλάκα, με κλωστές και δόντια που εκτείνονται από αυτήν. Αυτά τα νήματα και τα δόντια χρησιμεύουν για τη σύνδεση του φάγου στη βακτηριακή μεμβράνη. Στους πιο πολύπλοκα οργανωμένους φάγους, το περιφερικό τμήμα της διαδικασίας περιέχει το ένζυμο - λυσοζύμη. Αυτό το ένζυμο προάγει τη διάλυση της βακτηριακής μεμβράνης κατά τη διείσδυση του φάγου ΝΚ στο κυτταρόπλασμα. Σε πολλούς φάγους, η διαδικασία περιβάλλεται από ένα περίβλημα, το οποίο σε ορισμένους φάγους μπορεί να συστέλλεται.

Υπάρχουν 5 μορφολογικές ομάδες

1. Βακτηριοφάγοι με μακρά διαδικασία και συσταλτικό περίβλημα
2. Φάγοι με μακρά διαδικασία αλλά χωρίς συσταλτικό περίβλημα
3. Φάγοι μικρού κλάδου
4. Φάγοι με ανάλογο διεργασίας
5. Νηματώδεις φάγοι

Χημική σύνθεση.

Οι φάγοι αποτελούνται από νουκλεϊκό οξύ και πρωτεΐνες. Τα περισσότερα από αυτά περιέχουν 2κλωνο DNA, κλειστό σε κύκλο. Ορισμένοι φάγοι περιέχουν έναν μόνο κλώνο DNA ή RNA.

Κέλυφος φάγου - καψίδιο, αποτελείται από διατεταγμένες πρωτεϊνικές υπομονάδες - καψομερή.

Στους πιο πολύπλοκα οργανωμένους φάγους, το περιφερικό τμήμα της διαδικασίας περιέχει το ένζυμο - λυσοζύμη. Αυτό το ένζυμο προάγει τη διάλυση της βακτηριακής μεμβράνης κατά τη διείσδυση του φάγου ΝΚ στο κυτταρόπλασμα.

Οι φάγοι ανέχονται την κατάψυξη, τη θέρμανση στους 70°C και το στέγνωμα καλά. Ευαίσθητο σε οξέα, UV και βρασμό. Οι φάγοι μολύνουν αυστηρά καθορισμένα βακτήρια αλληλεπιδρώντας με συγκεκριμένους κυτταρικούς υποδοχείς.

Σύμφωνα με την ιδιαιτερότητα της αλληλεπίδρασης -

Πολυφάγοι - αλληλεπιδρούν με πολλά σχετικά είδη βακτηρίων

Οι μονοφάγοι - φάγοι για συγκεκριμένο είδος - αλληλεπιδρούν με έναν τύπο βακτηρίων

Τύποι φάγων - αλληλεπιδρούν με μεμονωμένες παραλλαγές βακτηρίων σε ένα είδος.

Σύμφωνα με τη δράση των τυπικών φάγων, το είδος μπορεί να χωριστεί σε σειρά φάγων. Η αλληλεπίδραση των φάγων με τα βακτήρια μπορεί να συμβεί μέσω παραγωγικό, παραγωγικό και ολοκληρωμένο τύπο.

Παραγωγικός τύπος- Σχηματίζονται απόγονοι φάγων και το κύτταρο λύεται

Με παραγωγικό- το κελί συνεχίζει να υπάρχει, η διαδικασία αλληλεπίδρασης διακόπτεται στο αρχικό στάδιο

Ενσωματωμένος τύπος- το γονιδίωμα του φάγου ενσωματώνεται στο βακτηριακό χρωμόσωμα και συνυπάρχει μαζί του.

Ανάλογα με τους τύπους αλληλεπίδρασης, διακρίνονται λοιμογόνοι και εύκρατοι φάγοι.

Δηλητηριώδηςαλληλεπιδρούν με τα βακτήρια με παραγωγικό τρόπο. Πρώτον, η απορρόφηση του φάγου στη βακτηριακή μεμβράνη συμβαίνει λόγω της αλληλεπίδρασης συγκεκριμένων υποδοχέων. Υπάρχει διείσδυση ή διείσδυση ιικού νουκλεϊκού οξέος στο κυτταρόπλασμα των βακτηρίων. Υπό την επίδραση της Λυσοζύμης, σχηματίζεται μια μικρή οπή στο βακτηριακό κέλυφος, η θήκη των φάγων συστέλλεται και η ΝΚ εγχέεται. Το κέλυφος του φάγου έξω από το βακτήριο. Στη συνέχεια, λαμβάνει χώρα η σύνθεση πρώιμων πρωτεϊνών. Εξασφαλίζουν τη σύνθεση των δομικών πρωτεϊνών του φάγου, την αντιγραφή του νουκλεϊκού οξέος του φάγου και την καταστολή της δραστηριότητας των βακτηριακών χρωμοσωμάτων.

Μετά από αυτό, γίνεται σύνθεση δομικά στοιχείαφάγους και αντιγραφή νουκλεϊκού οξέος. Από αυτά τα στοιχεία, συναρμολογείται μια νέα γενιά σωματιδίων φάγου. Το συγκρότημα ονομάζεται μορφογένεση, νέα σωματίδια, από τα οποία 10-100 μπορούν να σχηματιστούν σε ένα βακτήριο. Ακολουθεί η λύση των βακτηρίων και η απελευθέρωση μιας νέας γενιάς φάγων στο εξωτερικό περιβάλλον.

Εύκρατοι βακτηριοφάγοιαλληλεπιδρούν είτε με παραγωγικό είτε με ολοκληρωμένο τρόπο. Ο παραγωγικός κύκλος προχωρά παρόμοια. Με ολοκληρωμένη αλληλεπίδραση, το DNA ενός εύκρατου φάγου, αφού εισέλθει στο κυτταρόπλασμα, ενσωματώνεται στο χρωμόσωμα σε μια συγκεκριμένη περιοχή και κατά την κυτταρική διαίρεση αντιγράφεται συγχρόνως με το βακτηριακό DNA και αυτές οι δομές μεταδίδονται στα θυγατρικά κύτταρα. Τέτοιο ενσωματωμένο DNA φάγου - προφάγη, και ένα βακτήριο που περιέχει ένα προφάγο ονομάζεται λυσογόνο, και το φαινόμενο είναι λυσογονία.

Αυθόρμητα ή υπό την επίδραση ενός αριθμού εξωτερικών παραγόντων, ο προφάγος μπορεί να αποκοπεί από το χρωμόσωμα, δηλ. περνούν σε ελεύθερη κατάσταση, παρουσιάζουν τις ιδιότητες ενός λοιμογόνου φάγου, ο οποίος θα οδηγήσει στο σχηματισμό μιας νέας γενιάς βακτηριακών σωμάτων - επαγωγή προφάγου.

Η λυσογένεση των βακτηρίων αποτελεί τη βάση της μετατροπής των φάγων (λυσογονική). Αυτό νοείται ως αλλαγή των χαρακτηριστικών ή των ιδιοτήτων σε λυσογόνα βακτήρια σε σύγκριση με μη λυσογόνα βακτήρια του ίδιου είδους. Υποκεινται σε ΑΛΛΑΓΕΣ διαφορετικές ιδιότητες- μορφολογικά, αντιγονικά κ.λπ.

Οι εύκρατοι φάγοι μπορεί να είναι ελαττωματικοί - δεν μπορούν να σχηματίσουν απογόνους φάγους που δεν βρίσκονται μέσα φυσικές συνθήκεςκαι στην επαγωγή.

Το Virion είναι ένα πλήρες ιικό σωματίδιο που αποτελείται από NK και ένα κέλυφος πρωτεΐνης

Πρακτική εφαρμογή φάγων -

1. Εφαρμογή στη διάγνωση. Σε σχέση με έναν αριθμό βακτηριακών ειδών, οι μονοφάγοι χρησιμοποιούνται στην αντίδραση φαγολυσιμότητας, καθώς ένα από τα κριτήρια για την αναγνώριση μιας βακτηριακής καλλιέργειας χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό φαγοτύπων και για την ενδοειδική διαφοροποίηση των βακτηρίων. Διεξάγεται για επιδημιολογικούς σκοπούς, για τον προσδιορισμό της πηγής μόλυνσης και των τρόπων εξάλειψής της
2. Για τη θεραπεία και την πρόληψη μιας σειράς βακτηριακών λοιμώξεων - κοιλιακός τύπος, σταφυλοκοκκικές και στρεπτοκοκκικές λοιμώξεις (ανθεκτικά στα οξέα δισκία)
3. Οι εύκρατες βακτηριοφάγοι χρησιμοποιούνται σε γενετική μηχανικήως φορέας ικανός να εισάγει γενετικό υλικό σε ένα ζωντανό κύτταρο.

Γενετική των βακτηρίων

Το βακτηριακό γονιδίωμα αποτελείται από γενετικά στοιχεία ικανά για αυτοαναπαραγωγή - αντίγραφα.Τα αντίγραφα είναι βακτηριακά χρωμοσώματα και πλασμίδια. Το βακτηριακό χρωμόσωμα σχηματίζει ένα νουκλεοειδές, έναν κλειστό δακτύλιο που δεν σχετίζεται με πρωτεΐνες και φέρει ένα απλοειδές σύνολο γονιδίων.

Ένα πλασμίδιο είναι επίσης ένας κλειστός δακτύλιος ενός μορίου DNA, αλλά πολύ μικρότερο σε μέγεθος από ένα χρωμόσωμα. Η παρουσία πλασμιδίων στο κυτταρόπλασμα των βακτηρίων δεν είναι απαραίτητη, αλλά παρέχουν ένα πλεονέκτημα περιβάλλον. Τα μεγάλα πλασμίδια μειώνονται με το χρωμόσωμα και ο αριθμός τους στο κύτταρο είναι μικρός. Και ο αριθμός των μικρών πλασμιδίων μπορεί να φτάσει αρκετές δεκάδες. Ορισμένα πλασμίδια είναι ικανά να ενσωματώνονται αναστρέψιμα στο βακτηριακό χρωμόσωμα σε μια συγκεκριμένη περιοχή και να λειτουργούν ως ένα ενιαίο αντίγραφο. Τέτοια πλασμίδια ονομάζονται ολοκληρωμένα. Μερικά πλασμίδια είναι ικανά να μεταδίδονται από το ένα βακτήριο στο άλλο μέσω πλασμιδίων άμεσης επαφής - συζεύξεως. Περιέχουν γονίδια που είναι υπεύθυνα για το σχηματισμό των σωρών F, που σχηματίζουν μια συζυγική γέφυρα για τη μεταφορά γενετικών υλικών.

Οι κύριοι τύποι πλασμιδίων είναι

F - ολοκληρωμένο συγγενικό πλασμίδιο. Ο παράγοντας φύλο καθορίζει την ικανότητα των βακτηρίων να είναι δότες κατά τη σύζευξη

R - πλασμίδια. Ανθεκτικός. Περιέχει γονίδια που καθορίζουν τη σύνθεση παραγόντων που καταστρέφουν αντιβακτηριακά φάρμακα. Τα βακτήρια που διαθέτουν τέτοια πλασμίδια δεν είναι ευαίσθητα σε πολλά φάρμακα. Ως εκ τούτου, σχηματίζονται παράγοντες ανθεκτικοί στα φάρμακα.

Τοξικό πλασμίδιο - καθοριστικοί παράγοντες παθογένειας -

Ent - πλασμίδια - περιέχει ένα γονίδιο για την παραγωγή εντεροτοξινών.

Hly - καταστρέφει τα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Κινητά γενετικά στοιχεία. Αυτά περιλαμβάνουν την εισαγωγή - στοιχεία εισαγωγής. Η γενικά αποδεκτή ονομασία είναι Is. Αυτά είναι τμήματα DNA που μπορούν να κινηθούν τόσο εντός του αντιγράφου όσο και μεταξύ τους. Περιέχουν μόνο τα γονίδια που είναι απαραίτητα για τη δική τους κίνηση.

Τρανσποζόνια- μεγαλύτερες δομές που έχουν τις ίδιες ιδιότητες με το Is, αλλά επιπλέον περιέχουν δομικά γονίδια που καθορίζουν τη σύνθεση βιολογικές ουσίες, όπως οι τοξίνες. Τα κινητά γενετικά στοιχεία μπορούν να προκαλέσουν αδρανοποίηση γονιδίων, βλάβη στο γενετικό υλικό, σύντηξη αντιγράφων και εξάπλωση γονιδίων σε έναν βακτηριακό πληθυσμό.

Μεταβλητότητα στα βακτήρια.

Όλοι οι τύποι μεταβλητότητας χωρίζονται σε 2 ομάδες - μη κληρονομικές (φαινοτυπικές, τροποποιητικές) και κληρονομικές (γονοτυπικές).

Τροποποιήσεις- φαινοτυπικές μη κληρονομικές αλλαγές σε χαρακτηριστικά ή ιδιότητες. Οι τροποποιήσεις δεν επηρεάζουν τον γονότυπο και επομένως δεν κληρονομούνται. Είναι προσαρμοστικές αντιδράσεις σε αλλαγές σε συγκεκριμένες συνθήκες εξωτερικό περιβάλλον. Κατά κανόνα, χάνονται στην πρώτη γενιά, αφού ο παράγοντας παύσει να δρα.

Γονοτυπική μεταβλητότηταεπηρεάζει τον γονότυπο του οργανισμού και επομένως μπορεί να μεταδοθεί στους απογόνους. Η γονοτυπική μεταβλητότητα χωρίζεται σε μεταλλάξεις και ανασυνδυασμούς.

Μεταλλάξεις- επίμονες, κληρονομήσιμες αλλαγές στα χαρακτηριστικά ή τις ιδιότητες ενός οργανισμού. Η βάση των μεταλλάξεων είναι μια ποιοτική ή ποσοτική αλλαγή στην αλληλουχία των νουκλεοτιδίων σε ένα μόριο DNA. Οι μεταλλάξεις μπορούν να αλλάξουν σχεδόν οποιαδήποτε ιδιότητα.

Από την προέλευση, οι μεταλλάξεις είναι αυθόρμητες και επαγόμενες.

Αυθόρμητες μεταλλάξειςεμφανίζεται στις φυσικές συνθήκες ύπαρξης του οργανισμού και που προκαλείταιπροκύπτουν ως αποτέλεσμα της κατευθυνόμενης δράσης ενός μεταλλαξιογόνου παράγοντα. Με βάση τη φύση των αλλαγών στην πρωτογενή δομή του DNA στα βακτήρια, διακρίνονται γονιδιακές ή σημειακές μεταλλάξεις και χρωμοσωμικές ανωμαλίες.

Γονιδιακές μεταλλάξειςεμφανίζονται σε ένα μόνο γονίδιο και περιλαμβάνουν ελάχιστα ένα νουκλεοτίδιο. Αυτός ο τύπος μετάλλαξης μπορεί να είναι το αποτέλεσμα της αντικατάστασης ενός νουκλεοτιδίου με ένα άλλο, της απώλειας ενός νουκλεοτιδίου ή της εισαγωγής ενός επιπλέον.

Χρωμοσωμική- μπορεί να επηρεάσει πολλά χρωμοσώματα.

Μπορεί να υπάρξει μια διαγραφή - απώλεια τμήματος ενός χρωμοσώματος, ή διπλασιασμός - ο διπλασιασμός ενός τμήματος ενός χρωμοσώματος. Η περιστροφή ενός τμήματος ενός χρωμοσώματος κατά 180 μοίρες είναι μια αντιστροφή.

Οποιαδήποτε μετάλλαξη συμβαίνει υπό την επίδραση ενός συγκεκριμένου μεταλλαξογόνου παράγοντα. Από τη φύση τους, τα μεταλλαξιογόνα είναι φυσικά, χημικά και βιολογικά. Ιοντίζουσα ακτινοβολία, ακτινογραφίες, Ακτίνες UV. Τα χημικά μεταλλαξιογόνα περιλαμβάνουν ανάλογα αζωτούχων βάσεων, το ίδιο το νιτρώδες οξύ και ακόμη και μερικά φάρμακα, κυτταροστατικά. Βιολογικά - ορισμένοι ιοί και τρανσφαζόνια

Ανασυνδυασμός- ανταλλαγή τμημάτων χρωμοσωμάτων

Μετατροπή - μεταφορά γενετικού υλικού με χρήση βακτηριοφάγου

Επισκευή γενετικού υλικού -αποκατάσταση της βλάβης που προκύπτει από μεταλλάξεις.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι αποκατάστασης

1. Φωτοεπανενεργοποίηση - αυτή η διαδικασία εξασφαλίζεται από ένα ειδικό ένζυμο που ενεργοποιείται παρουσία ορατού φωτός. Αυτό το ένζυμο κινείται κατά μήκος του κλώνου του DNA και επιδιορθώνει τη βλάβη. Συνδυάζει χρονόμετρα που σχηματίζονται υπό τη δράση της UV. Τα αποτελέσματα της αποκατάστασης του σκοτεινού είναι πιο σημαντικά. Δεν εξαρτάται από το φως και παρέχεται από πολλά ένζυμα - πρώτα, οι νουκλεάσες κόβουν το κατεστραμμένο τμήμα της αλυσίδας του DNA, μετά η DNA πολυμεράση, στη μήτρα της συμπληρωματικής αλυσίδας που διατηρείται, συνθέτει ένα έμπλαστρο και οι λιγάσες ράβουν το έμπλαστρο στο κατεστραμμένη περιοχή.

Οι αποζημιώσεις υπόκεινται σε γονιδιακές μεταλλάξεις, αλλά τα χρωμοσωμικά συνήθως δεν είναι

1. Γενετικός ανασυνδυασμός σε βακτήρια. Χαρακτηρίζονται από τη διείσδυση γενετικού υλικού από το βακτήριο δότη στο βακτήριο λήπτη με το σχηματισμό θυγατρικού γονιδιώματος που περιέχει τα γονίδια και των δύο αρχικών ατόμων.

Η ενσωμάτωση ενός θραύσματος DNA δότη στον δέκτη γίνεται με διασταύρωση

Τρεις τύποι μετάδοσης -

1. Μεταμόρφωση- μια διαδικασία κατά την οποία ένα θραύσμα απομονωμένου DNA δότη μεταφέρεται. Εξαρτάται από την ικανότητα του λήπτη και την κατάσταση του DNA του δότη. Επάρκεια- ικανότητα απορρόφησης DNA. Εξαρτάται από την παρουσία ειδικών πρωτεϊνών στην κυτταρική μεμβράνη του δέκτη και σχηματίζεται κατά τη διάρκεια ορισμένων περιόδων βακτηριακής ανάπτυξης. Το DNA του δότη πρέπει να είναι δίκλωνο και όχι πολύ μεγάλο σε μέγεθος. Το DNA του δότη διεισδύει στη βακτηριακή μεμβράνη και η μία από τις αλυσίδες καταστρέφεται, η άλλη ενσωματώνεται στο DNA του δέκτη.
2. μεταγωγή- πραγματοποιείται με τη βοήθεια βακτηριοφάγων. Γενική μεταγωγή και ειδική μεταγωγή.

Γενικά -εμφανίζεται με τη συμμετοχή παραγόντων λοιμογόνου δράσης. Κατά τη συναρμολόγηση των σωματιδίων φάγου, η κεφαλή του φάγου μπορεί κατά λάθος να περιλαμβάνει όχι DNA φάγου, αλλά ένα κομμάτι του βακτηριακού χρωμοσώματος. Τέτοιοι φάγοι είναι ελαττωματικοί φάγοι.

Ειδικός- πραγματοποιείται από εύκρατους φάγους. Κατά την κοπή, η κοπή πραγματοποιείται αυστηρά κατά μήκος των συνόρων Οικοδομούνται μεταξύ ορισμένων γονιδίων και τα μεταφέρουν.

1. Σύζευξη- μεταφορά γενετικού υλικού από το βακτήριο δότη στον λήπτη, με την άμεση επαφή τους. Απαραίτητη προϋπόθεση- παρουσία συγγενούς πλασμιδίου στο κύτταρο δότη. Κατά τη σύζευξη, σχηματίζεται μια γέφυρα σύζευξης λόγω πυλών, μέσω της οποίας το γενετικό υλικό μεταφέρεται από τον δότη στον ασθενή.

Γονιδιακή διάγνωση

Ένα σύνολο μεθόδων που καθιστούν δυνατή την αναγνώριση του γονιδιώματος ενός μικροοργανισμού ή του θραύσματος του στο υπό μελέτη υλικό. Η μέθοδος του υβριδισμού NC ήταν η πρώτη που προτάθηκε. Με βάση τη χρήση της αρχής της συμπληρωματικότητας. Αυτή η μέθοδος σάς επιτρέπει να ανιχνεύσετε την παρουσία θραυσμάτων DNA δείκτη του παθογόνου στο γενετικό υλικό χρησιμοποιώντας μοριακούς ανιχνευτές. Οι μοριακοί ανιχνευτές είναι μικρές αλυσίδες DNA συμπληρωματικές προς την περιοχή δείκτη. Μια φθορίζουσα ετικέτα προστίθεται στον ανιχνευτή, ραδιενεργό ισότοπο, ένζυμο. Το υλικό που μελετάται υποβάλλεται σε ειδική επεξεργασία, η οποία του επιτρέπει να καταστρέφει μικροοργανισμούς, να απελευθερώνει DNA και να το διαιρεί σε μονόκλωνα θραύσματα. Μετά από αυτό, το υλικό είναι σταθερό. Στη συνέχεια ανιχνεύεται η δραστηριότητα της ετικέτας. Αυτή η μέθοδος δεν είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη. Είναι δυνατός ο εντοπισμός του παθογόνου μόνο εάν η ποσότητά του είναι αρκετά μεγάλη. 10 έως 4 μικροοργανισμοί. Είναι αρκετά τεχνικά πολύπλοκο και απαιτεί μεγάλο αριθμό ανιχνευτών. Διαδεδομένηστην πράξη δεν το βρήκε. Αναπτύχθηκε νέα μέθοδος - πολυμεράση αλυσιδωτή αντίδραση- PCR.

Αυτή η μέθοδος βασίζεται στην ικανότητα του DNA και του ιικού RNA να αναδιπλασιάζονται, δηλ. στην αυτοαναπαραγωγή. Η ουσία του ασθενούς είναι η επαναλαμβανόμενη αντιγραφή - η in vitro ενίσχυση ενός θραύσματος DNA, που είναι δείκτης για έναν δεδομένο μικροοργανισμό. Δεδομένου ότι η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε επαρκώς υψηλές θερμοκρασίες 70-90, η μέθοδος κατέστη δυνατή μετά την απομόνωση της θερμοσταθερής DNA πολυμεράσης από θερμόφιλα βακτήρια. Ο μηχανισμός ενίσχυσης είναι τέτοιος ώστε η αντιγραφή των αλυσίδων DNA να μην ξεκινά σε κανένα σημείο, αλλά μόνο σε ορισμένα αρχικά μπλοκ, για τη δημιουργία των οποίων χρησιμοποιούνται οι λεγόμενοι εκκινητές. Οι εκκινητές είναι πολυνουκλεοτιδικές αλληλουχίες συμπληρωματικές προς τις τερματικές αλληλουχίες του αντιγραμμένου θραύσματος του επιθυμητού DNA και οι εκκινητές όχι μόνο ξεκινούν την ενίσχυση, αλλά και τον περιορίζουν. Τώρα υπάρχουν πολλές επιλογές PCR, που χαρακτηρίζονται από 3 στάδια -

1. Μετουσίωση του DNA (διαίρεση σε 1 θραύσματα αλυσίδας)
2. Τοποθέτηση του ασταριού.
3. Συμπληρωματική προσθήκη κλώνων DNA σε διπλούς κλώνους

Αυτός ο κύκλος διαρκεί 1,5-2 λεπτά. Ως αποτέλεσμα, ο αριθμός των μορίων DNA διπλασιάζεται 20-40 φορές. Το αποτέλεσμα είναι 10 προς την 8η δύναμη των αντιγράφων. Μετά την ενίσχυση, πραγματοποιείται ηλεκτροφόρηση και απομονώνεται με τη μορφή λωρίδων. Εκτελείται σε μια ειδική συσκευή που ονομάζεται ενισχυτής.

Πλεονεκτήματα της PCR

1. Δίνει άμεσες ενδείξεις για την παρουσία παθογόνου στο υλικό δοκιμής, χωρίς να απομονώνει καθαρή καλλιέργεια.
2. Πολύ υψηλή ευαισθησία. Θεωρητικά μπορεί κανείς να εντοπίσει το 1ο.
3. Το υλικό για έρευνα μπορεί να απολυμανθεί αμέσως μετά τη συλλογή.
4. 100% ειδικότητα
5. Γρήγορα αποτελέσματα. Πλήρης ανάλυση- 4-5 ώρες. Μέθοδος Express.

Χρησιμοποιείται ευρέως για τη διάγνωση μολυσματικών ασθενειών, οι αιτιολογικοί παράγοντες των οποίων είναι ακαλλιέργητοι ή δύσκολο να καλλιεργηθούν μικροοργανισμοί. Χλαμύδια, μυκόπλασμα, πολλοί ιοί - ηπατίτιδα, έρπης. Συστήματα δοκιμών έχουν αναπτυχθεί για τον προσδιορισμό άνθρακας, φυματίωση.

Ανάλυση περιορισμών- με τη βοήθεια ενζύμων, το μόριο του DNA χωρίζεται σε ορισμένες ακολουθίεςνουκλεοειδή και θραύσματα αναλύονται με βάση τη σύνθεση. Με αυτόν τον τρόπο μπορείτε να βρείτε μοναδικές περιοχές.

Βιοτεχνολογία και γενετική μηχανική

Η βιοτεχνολογία είναι μια επιστήμη που, βασισμένη στη μελέτη των ζωτικών διεργασιών των ζωντανών οργανισμών, χρησιμοποιεί αυτές τις βιοδιεργασίες, καθώς και τα ίδια τα βιολογικά αντικείμενα, για τη βιομηχανική παραγωγή προϊόντων απαραίτητων για τον άνθρωπο, για την αναπαραγωγή βιοεπιδράσεων που δεν εκδηλώνονται σε αφύσικα συνθήκες. Οι μονοκύτταροι μικροοργανισμοί, καθώς και τα κύτταρα των ζώων και των φυτών, χρησιμοποιούνται συχνότερα ως βιολογικά αντικείμενα. Τα κύτταρα αναπαράγονται πολύ γρήγορα, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση της βιομάζας του παραγωγού σε σύντομο χρονικό διάστημα. Επί του παρόντος, η βιοσύνθεση σύνθετων ουσιών, όπως οι πρωτεΐνες, τα αντιβιοτικά, είναι πιο οικονομική και τεχνολογικά προσβάσιμη από άλλους τύπους πρώτων υλών.

Η βιοτεχνολογία χρησιμοποιεί τα ίδια τα κύτταρα ως πηγή του προϊόντος-στόχου, καθώς και μεγάλα μόρια που συντίθενται από το κύτταρο, ένζυμα, τοξίνες, αντισώματα και πρωτογενείς και δευτερογενείς μεταβολίτες - αμινοξέα, βιταμίνες, ορμόνες. Η τεχνολογία για την απόκτηση προϊόντων μικροβιακής και κυτταρικής σύνθεσης καταλήγει σε πολλά τυπικά στάδια - επιλογή ή δημιουργία παραγωγικής έδρας. Επιλογή βέλτιστου θρεπτικού μέσου, καλλιέργεια. Απομόνωση του προϊόντος στόχου, καθαρισμός του, τυποποίηση, χορήγηση δοσολογικής μορφής. Η γενετική μηχανική καταλήγει στη δημιουργία προϊόντων-στόχων που είναι απαραίτητα για τον άνθρωπο. Το προκύπτον γονίδιο στόχος συντήκεται με έναν φορέα και ο φορέας μπορεί να είναι ένα πλασμίδιο και εισάγεται στο κύτταρο δέκτη. Δέκτης - βακτήριο - coli, μαγιά. Τα προϊόντα-στόχοι που συντίθενται από ανασυνδυασμούς απομονώνονται, καθαρίζονται και χρησιμοποιούνται στην πράξη.

Ινσουλίνη και ανθρώπινη ιντερφερόνη. Ερυθροποιητίνη, αυξητική ορμόνη, μονοκλωνικά αντισώματα. Εμβόλιο ηπατίτιδας Β.

Οι βακτηριοφάγοι ή φάγοι (από τα άλλα ελληνικά φᾰγω «καταβροχθίζω») είναι ιοί που μολύνουν επιλεκτικά τα βακτηριακά κύτταρα. Τις περισσότερες φορές, οι βακτηριοφάγοι πολλαπλασιάζονται μέσα στα βακτήρια και προκαλούν τη λύση τους. Τυπικά, ένας βακτηριοφάγος αποτελείται από ένα πρωτεϊνικό κέλυφος και γενετικό υλικό μονόκλωνου ή δίκλωνου νουκλεϊκού οξέος (DNA ή, λιγότερο συχνά, RNA). Ο συνολικός αριθμός των βακτηριοφάγων στη φύση είναι περίπου ίσος με τον συνολικό αριθμό των βακτηρίων (1030 – 1032 σωματίδια). Οι βακτηριοφάγοι συμμετέχουν ενεργά στην κυκλοφορία των χημικών ουσιών και της ενέργειας και έχουν σημαντική επίδραση στην εξέλιξη των μικροβίων και των βακτηρίων.

Δομή βακτηριοφάγων 1 - κεφάλι, 2 - ουρά, 3 - νουκλεϊκό οξύ, 4 - καψίδιο, 5 - "κολάρο", 6 - πρωτεϊνικό περίβλημα της ουράς, 7 - ινίδιο ουράς, 8 - αγκάθια, 9 - βασική πλάκα

Οι βακτηριοφάγοι διαφέρουν σε χημική δομή, τύπος νουκλεϊκού οξέος, μορφολογία και φύση αλληλεπίδρασης με βακτήρια. Στο μέγεθος βακτηριακούς ιούςεκατοντάδες και χιλιάδες φορές μικρότερες από τα μικροβιακά κύτταρα. Ένα τυπικό σωματίδιο φάγου (virion) αποτελείται από μια κεφαλή και μια ουρά. Το μήκος της ουράς είναι συνήθως 2-4 φορές τη διάμετρο του κεφαλιού. Το κεφάλι περιέχει γενετικό υλικό - μονόκλωνο ή δίκλωνο RNA ή DNA με το ένζυμο τρανσκριπτάση σε ανενεργή κατάσταση, που περιβάλλεται από ένα κέλυφος πρωτεΐνης ή λιποπρωτεΐνης - το καψίδιο, το οποίο αποθηκεύει το γονιδίωμα έξω από το κύτταρο. Το νουκλεϊκό οξύ και το καψίδιο μαζί αποτελούν το νουκλεοκαψίδιο. Οι βακτηριοφάγοι μπορεί να έχουν ένα εικοσαεδρικό καψίδιο συναρμολογημένο από πολλαπλά αντίγραφα μιας ή δύο ειδικών πρωτεϊνών. Συνήθως, οι γωνίες είναι κατασκευασμένες από πενταμερή πρωτεΐνης και το στήριγμα κάθε πλευράς αποτελείται από εξαμερή της ίδιας ή παρόμοιας πρωτεΐνης. Επιπλέον, οι φάγοι μπορεί να είναι σφαιρικοί, λεμονόμορφοι ή πλειομορφικοί. Η ουρά, ή το προσάρτημα, είναι ένας σωλήνας πρωτεΐνης - μια συνέχεια του πρωτεϊνικού κελύφους της κεφαλής στη βάση της ουράς υπάρχει μια ΑΤΡάση που αναγεννά την ενέργεια για την έγχυση γενετικού υλικού. Υπάρχουν και βακτηριοφάγοι με σύντομη διαδικασία, χωρίς διεργασία και νηματώδεις.

Ταξινομία βακτηριοφάγων Ο μεγάλος αριθμός απομονωμένων και μελετημένων βακτηριοφάγων καθορίζει την ανάγκη συστηματοποίησής τους. Αυτή είναι ευθύνη της Διεθνούς Επιτροπής για την Ταξινόμηση των Ιών (ICTV). Επί του παρόντος, σύμφωνα με Διεθνής ταξινόμησηκαι την ονοματολογία των ιών, οι βακτηριοφάγοι χωρίζονται ανάλογα με τον τύπο του νουκλεϊκού οξέος και τη μορφολογία. Επί αυτή τη στιγμήΔιακρίνονται δεκαεννέα οικογένειες. Από αυτά, μόνο δύο περιέχουν RNA και μόνο πέντε οικογένειες είναι περικαλυμμένες. Από τις οικογένειες των ιών DNA, μόνο δύο οικογένειες έχουν μονόκλωνο γονιδίωμα. Εννέα οικογένειες που περιέχουν DNA έχουν κυκλικό γονιδίωμα DNA, ενώ οι άλλες εννέα έχουν γραμμικό DNA. Εννέα οικογένειες είναι ειδικές μόνο για βακτήρια, οι υπόλοιπες εννέα είναι ειδικές μόνο για αρχαία και (Tectiviridae) μολύνουν τόσο τα βακτήρια όσο και τα αρχαία

Αλληλεπίδραση ενός βακτηριοφάγου με βακτηριακά κύτταρα Με βάση τη φύση της αλληλεπίδρασης ενός βακτηριοφάγου με ένα βακτηριακό κύτταρο, διακρίνονται οι λοιμογόνοι και οι εύκρατοι φάγοι. Οι λοιμώδεις φάγοι μπορούν να αυξηθούν σε αριθμό μόνο μέσω του λυτικού κύκλου. Η διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός παθογόνου βακτηριοφάγου και ενός κυττάρου αποτελείται από διάφορα στάδια: προσρόφηση του βακτηριοφάγου στο κύτταρο, διείσδυση στο κύτταρο, βιοσύνθεση των συστατικών φάγων και τη συναρμολόγηση τους και απελευθέρωση βακτηριοφάγων από το κύτταρο. Αρχικά, οι βακτηριοφάγοι προσκολλώνται σε ειδικούς για φάγους υποδοχείς στην επιφάνεια του βακτηριακού κυττάρου. Η ουρά του φάγου, με τη βοήθεια ενζύμων που βρίσκονται στο άκρο της (κυρίως λυσοζύμη), διαλύει τοπικά την κυτταρική μεμβράνη, συσπάται και το DNA που περιέχεται στην κεφαλή εγχέεται στο κύτταρο, ενώ το πρωτεϊνικό κέλυφος του βακτηριοφάγου παραμένει έξω. Το ενέσιμο DNA προκαλεί πλήρη αναδιάρθρωση του μεταβολισμού του κυττάρου: η σύνθεση του βακτηριακού DNA, RNA και πρωτεϊνών σταματά. Το DNA του βακτηριοφάγου αρχίζει να μεταγράφεται χρησιμοποιώντας το δικό του ένζυμο μεταγραφάση, το οποίο ενεργοποιείται μετά την είσοδο στο βακτηριακό κύτταρο. Πρώτα συντίθενται τα πρώιμα και μετά τα όψιμα. Τα RNA που εισέρχονται στα ριβοσώματα του κυττάρου ξενιστή, όπου συντίθενται πρώιμες (πολυμεράσες DNA, νουκλεάσες) και όψιμες (πρωτεΐνες καψιδίου και ουράς, ένζυμα λυσοζύμη, ΑΤΡάση και μεταγραφάση) πρωτεΐνες βακτηριοφάγου. Η αντιγραφή του DNA του βακτηριοφάγου γίνεται σύμφωνα με έναν ημι-συντηρητικό μηχανισμό και πραγματοποιείται με τη συμμετοχή των δικών του DNA πολυμερασών. Μετά τη σύνθεση των όψιμων πρωτεϊνών και την ολοκλήρωση της αντιγραφής του DNA, τελική διαδικασία- ωρίμανση σωματιδίων φάγου ή συνδυασμός DNA φάγου με την πρωτεΐνη περιβλήματος και σχηματισμός ώριμων μολυσματικών σωματιδίων φάγου

Κύκλος ζωήςΕύκρατοι και λοιμογόνοι βακτηριοφάγοι σε αρχικά στάδιαΟι αλληλεπιδράσεις με ένα βακτηριακό κύτταρο έχουν τον ίδιο κύκλο. Προσρόφηση βακτηριοφάγου σε ειδικούς για φάγους κυτταρικούς υποδοχείς. Έγχυση νουκλεϊκού οξέος φάγου σε κύτταρο ξενιστή. Συναντιγραφή φάγου και βακτηριακού νουκλεϊκού οξέος. Κυτταρική διαίρεση. Επιπλέον, ο βακτηριοφάγος μπορεί να αναπτυχθεί σύμφωνα με δύο μοντέλα: λυσογονική ή λυτική διαδρομή. Οι εύκρατες βακτηριοφάγοι μετά τη διαίρεση βρίσκονται σε κατάσταση προφάσης (λυσογονική οδός αναπτύσσονται λοιμώδεις βακτηριοφάγοι σύμφωνα με το λυτικό μοντέλο: Το νουκλεϊκό οξύ του φάγου κατευθύνει τη σύνθεση των ενζύμων των φάγων, χρησιμοποιώντας τη συσκευή σύνθεσης πρωτεΐνης του βακτηρίου). Ο φάγος με τον ένα ή τον άλλο τρόπο απενεργοποιεί το DNA και το RNA του ξενιστή και τα ένζυμα του φάγου το διασπούν πλήρως. Το RNA του φάγου «υποτάσσει» την κυτταρική συσκευή για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Το νουκλεϊκό οξύ του φάγου αντιγράφεται και κατευθύνει τη σύνθεση νέων πρωτεϊνών φακέλου. Νέα σωματίδια φάγου σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αυθόρμητης αυτοσυναρμολόγησης του πρωτεϊνικού κελύφους (καψίδια) γύρω από το νουκλεϊκό οξύ του φάγου. Η λυσοζύμη συντίθεται υπό τον έλεγχο του RNA φάγου. Κυτταρική λύση: το κύτταρο εκρήγνυται υπό την επίδραση της λυσοζύμης. απελευθερώνονται περίπου 200-1000 νέοι φάγοι. οι φάγοι μολύνουν άλλα βακτήρια.

Εφαρμογή στην ιατρική Ένας από τους τομείς χρήσης των βακτηριοφάγων είναι αντιβακτηριδιακή θεραπεία, μια εναλλακτική λύση στη λήψη αντιβιοτικών. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται βακτηριοφάγοι: στρεπτόκοκκος, σταφυλοκοκκικός, κλεμπσιέλλα, δυσεντερία και πολυαλέντη, πυοβακτηριοφάγος, coli, πρωτεύς και κολιπρωτεάς και άλλα. Στη Ρωσία, καταγράφονται και χρησιμοποιούνται 13 ιατρικά προϊόντα με βάση τους φάγους. Επί του παρόντος χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία βακτηριακών λοιμώξεων που δεν είναι ευαίσθητες παραδοσιακή θεραπείααντιβιοτικά, ιδιαίτερα στη Δημοκρατία της Γεωργίας. Τυπικά, η χρήση βακτηριοφάγων συνοδεύεται από μεγαλύτερη επιτυχία από τα αντιβιοτικά όπου υπάρχουν. βιολογικές μεμβράνες, επικαλυμμένα με πολυσακχαρίτες, μέσω των οποίων συνήθως δεν διεισδύουν τα αντιβιοτικά. Επί του παρόντος θεραπευτική χρήσηΟι βακτηριοφάγοι δεν έχουν λάβει έγκριση στη Δύση, αν και οι φάγοι χρησιμοποιούνται για να σκοτώσουν βακτήρια που προκαλούν τροφική δηλητηρίαση, όπως η λιστέρια. Με πολυετή εμπειρία στο ποσό των μεγάλη πόληΚαι αγροτικές περιοχέςη ασυνήθιστα υψηλή θεραπευτική και προφυλακτική αποτελεσματικότητα του βακτηριοφάγου δυσεντερίας έχει αποδειχθεί (P. M. Lerner, 2010). Στη Ρωσία, τα θεραπευτικά σκευάσματα φάγων παρασκευάζονταν για μεγάλο χρονικό διάστημα που έλαβαν θεραπεία με φάγους ακόμη και πριν από τα αντιβιοτικά. Τα τελευταία χρόνια, οι φάγοι έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως μετά από πλημμύρες στο Krymsk και στο Khabarovsk για την πρόληψη της δυσεντερίας.

Στη βιολογία, οι βακτηριοφάγοι χρησιμοποιούνται στη γενετική μηχανική ως φορείς που μεταφέρουν τμήματα του φυσικού γονιδίου μεταξύ βακτηρίων μέσω ορισμένων φάγων (μετααγωγή). Οι φορείς φάγων δημιουργούνται συνήθως με βάση τον εύκρατο βακτηριοφάγο λ, που περιέχει ένα δίκλωνο γραμμικό μόριο DNA. Αριστερά και δεξιούς ώμουςΟι φάγοι έχουν όλα τα γονίδια που είναι απαραίτητα για τον λυτικό κύκλο (αντιγραφή, αναπαραγωγή). μεσαίο τμήμαΤο γονιδίωμα του βακτηριοφάγου λ (περιέχει γονίδια που ελέγχουν τη λυσογένεση, δηλαδή την ενσωμάτωσή του στο DNA του βακτηριακού κυττάρου) δεν είναι απαραίτητο για την αναπαραγωγή του και είναι περίπου 25 χιλιάδες ζεύγη νουκλεοτιδίων. Αυτό το τμήμα μπορεί να αντικατασταθεί με ένα ξένο θραύσμα DNA. Τέτοιοι τροποποιημένοι φάγοι υφίστανται έναν λυτικό κύκλο, αλλά δεν εμφανίζεται λυσογένεση. Φορείς που βασίζονται σε βακτηριοφάγους λ χρησιμοποιούνται για την κλωνοποίηση θραυσμάτων ευκαρυωτικού DNA (δηλ. μεγαλύτερα γονίδια) έως 23 χιλιάδες ζεύγη νουκλεοτιδίων (kb). Επιπλέον, οι φάγοι χωρίς ένθετα είναι μικρότεροι από 38 kb. ή, αντίθετα, με πολύ μεγάλα ένθετα - περισσότερα από 52 kb. δεν αναπτύσσουν ή μολύνουν βακτήρια. Δεδομένου ότι η αναπαραγωγή βακτηριοφάγων είναι δυνατή μόνο σε ζωντανά κύτταρα, οι βακτηριοφάγοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της βιωσιμότητας των βακτηρίων. Αυτή η κατεύθυνσηέχει μεγάλες προοπτικές, αφού ένα από τα κύρια ζητήματα σε διάφορες βιοτεχνολογικές διαδικασίες είναι ο προσδιορισμός της βιωσιμότητας των καλλιεργειών που χρησιμοποιούνται. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτροοπτικής ανάλυσης κυτταρικών εναιωρημάτων, παρουσιάστηκε η δυνατότητα μελέτης των σταδίων αλληλεπίδρασης φάγου-μικροβιακού κυττάρου

Και επίσης στην κτηνιατρική για: πρόληψη και θεραπεία βακτηριακές ασθένειεςπουλιά και ζώα· θεραπεία πυωδών-φλεγμονωδών ασθενειών των βλεννογόνων των ματιών και της στοματικής κοιλότητας. πρόληψη πυωδών-φλεγμονωδών επιπλοκών σε εγκαύματα, πληγές, χειρουργικές επεμβάσεις. στη γενετική μηχανική: για μεταγωγή - φυσική μετάδοσηγονίδια μεταξύ βακτηρίων? ως φορείς που μεταφέρουν τμήματα DNA. Χρησιμοποιώντας φάγους, είναι δυνατό να κατασκευαστούν στοχευμένες αλλαγές στο γονιδίωμα του DNA του ξενιστή. V Βιομηχανία τροφίμων: έτοιμα προς κατανάλωση κρέατα και προϊόντα πουλερικών υποβάλλονται ήδη σε μαζική επεξεργασία με παράγοντες που περιέχουν φάγους. Οι βακτηριοφάγοι χρησιμοποιούνται στην παραγωγή τροφίμων από κρέας, πουλερικά, τυρί, φυτικά προϊόντα κ.λπ.

V γεωργία: ψεκασμός παρασκευασμάτων φάγων για την προστασία των φυτών και των καλλιεργειών από σήψη και βακτηριακές ασθένειες. για την προστασία των ζώων και των πουλερικών από μολύνσεις και βακτηριακές ασθένειες· Για περιβαλλοντική ασφάλεια: αντιβακτηριακή επεξεργασία σπόρων και φυτών. καθαρισμός χώρων επιχειρήσεων επεξεργασίας τροφίμων· απολύμανση του χώρου εργασίας και του εξοπλισμού· προληπτική συντήρηση των χώρων του νοσοκομείου· την πραγματοποίηση περιβαλλοντικών δραστηριοτήτων

Έτσι, σήμερα οι βακτηριοφάγοι είναι πολύ δημοφιλείς στη ζωή των ανθρώπων και των ζώων. Οι επιχειρήσεις έχουν σκιαγραφήσει μια σειρά από τομείς προτεραιότητας για την ανάπτυξη και παραγωγή θεραπευτικών και προφυλακτικών βακτηριοφάγων, οι οποίοι συσχετίζονται με τις πρόσφατα αναδυόμενες παγκόσμιες τάσεις. Δημιουργούνται και εισάγονται νέα φάρμακα για τη θεραπεία πολλών ασθενειών. Η μελέτη και χρήση των βακτηριοφάγων πραγματοποιείται από βακτηριολόγους, ιολόγους, βιοχημικούς, γενετιστές, βιοφυσικούς, μοριακούς βιολόγους, πειραματικούς ογκολόγους, ειδικούς στη γενετική μηχανική και τη βιοτεχνολογία

FSBEI HPE "Mari State University"

Σχολή Βιολογίας και Χημείας

Τμήμα Βιοχημείας και Φυσιολογίας

Περίληψη για τη Μικροβιολογία και τα βασικά της Ιολογίας

"Βακτηριοφάγοι"

Εκτελέστηκε:

μαθητης σχολειου III σειρά μαθημάτων

Ομάδα BPG-21

Τσεσνόκοβα Έλενα

Τετραγωνισμένος:

Αναπληρωτής Καθηγητής, Ph.D.

Gazheeva T.P.

Yoshkar-Ola, 2011

Εισαγωγή 3

Βακτηριοφάγοι. Ο ρόλος τους στη βιόσφαιρα 4

Δομή βακτηριοφάγων 6

Αλληλεπίδραση βακτηριοφάγου με βακτηριακά κύτταρα 7

Κύκλος ζωής 9

Ταξινομία βακτηριοφάγων 10

Εφαρμογή 11

Στην ιατρική 11

Στη βιολογία 11

Στη μικροβιολογική βιομηχανία 12

Τα κύρια στάδια ανάπτυξης και οι απλούστερες μέθοδοι για τη μελέτη των βακτηριοφάγων 13

Κατάλογος πηγών πληροφοριών 17

Εισαγωγή

Ο Άγγλος βακτηριολόγος Frederick Twort 1 σε ένα άρθρο του το 1915 περιέγραψε μια μολυσματική ασθένεια του σταφυλόκοκκου, ο μολυσματικός παράγοντας περνούσε από φίλτρα και μπορούσε να μεταφερθεί από τη μια αποικία στην άλλη.

Ανεξάρτητα από τον Frederick Twort, ο Γαλλο-Καναδός μικροβιολόγος Felix D'Herelle ανέφερε την ανακάλυψη βακτηριοφάγων στις 3 Σεπτεμβρίου 1917. Μαζί με αυτό, είναι γνωστό ότι ο Ρώσος μικροβιολόγος Nikolai Fedorovich Gamaleya 3, το 1898, παρατήρησε για πρώτη φορά το φαινόμενο της λύσης βακτηρίων (βάκιλος του άνθρακα) υπό την επίδραση ενός μεταμοσχεύσιμου παράγοντα.

Ο Felix D'Herelle πρότεινε επίσης ότι οι βακτηριοφάγοι είναι σωματιδιακών στη φύση. Ωστόσο, μόνο μετά την εφεύρεση του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου ήταν δυνατό να δούμε και να μελετήσουμε την υπερδομή των φάγων. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι ιδέες για τη μορφολογία και τα κύρια χαρακτηριστικά των φάγων βασίστηκαν στα αποτελέσματα της μελέτης των φάγων της ομάδας Τ - T1, T2, ..., T7, οι οποίοι αναπαράγονται σε E. coli (E. coli)στέλεχος Β. Ωστόσο, κάθε χρόνο εμφανίζονταν νέα δεδομένα σχετικά με τη μορφολογία και τη δομή των διάφορων φάγων, γεγονός που καθιστούσε αναγκαία τη μορφολογική τους ταξινόμηση.

Βακτηριοφάγοι. Ο ρόλος τους στη βιόσφαιρα

Οι βακτηριοφάγοι (φάγοι) (από τα αρχαία ελληνικά φᾰγω - «καταβροχθίζω») είναι ιοί που μολύνουν επιλεκτικά τα βακτηριακά κύτταρα. Τις περισσότερες φορές, οι βακτηριοφάγοι πολλαπλασιάζονται μέσα στα βακτήρια και προκαλούν τη λύση τους 4 . Τυπικά, ένας βακτηριοφάγος αποτελείται από ένα κάλυμμα πρωτεΐνης και μονόκλωνο ή δίκλωνο γενετικό υλικό νουκλεϊκού οξέος (DNA ή, λιγότερο συχνά, RNA). Το μέγεθος των σωματιδίων είναι περίπου 20 έως 200 nm.

Δομή ενός τυπικού μυοϊού βακτηριοφάγου (Εικ. 1).

Οι βακτηριοφάγοι είναι οι πιο πολυάριθμοι, διαδεδομένοι στη βιόσφαιρα και, πιθανώς, η πιο αρχαία εξελικτικά ομάδα ιών. Το εκτιμώμενο μέγεθος πληθυσμού φάγου είναι περισσότερα από 1030 σωματίδια φάγου.

Υπό φυσικές συνθήκες, οι φάγοι βρίσκονται σε μέρη όπου υπάρχουν βακτήρια ευαίσθητα σε αυτούς. Όσο πιο πλούσιο είναι ένα συγκεκριμένο υπόστρωμα (έδαφος, εκκρίσεις ανθρώπων και ζώων, νερό κ.λπ.) σε μικροοργανισμούς, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των αντίστοιχων φάγων που βρίσκονται σε αυτό. Έτσι, φάγοι που λύουν κύτταρα όλων των τύπων μικροοργανισμών του εδάφους βρίσκονται στα εδάφη. Τα τσερνόζεμ και τα εδάφη στα οποία έχουν εφαρμοστεί οργανικά λιπάσματα είναι ιδιαίτερα πλούσια σε φάγους.

Οι βακτηριοφάγοι εκτελούν σημαντικός ρόλοςστον έλεγχο του αριθμού των μικροβιακών πληθυσμών, στην αυτόλυση γηραντικών κυττάρων, στη μεταφορά βακτηριακών γονιδίων, που λειτουργούν ως «συστήματα» φορέα.

Πράγματι, οι βακτηριοφάγοι είναι ένα από τα κύρια κινητά γενετικά στοιχεία. Μέσω της μεταγωγής, εισάγουν νέα γονίδια στο βακτηριακό γονιδίωμα. Έχει υπολογιστεί ότι 1024 βακτήρια μπορούν να μολυνθούν σε 1 δευτερόλεπτο. Αυτό σημαίνει ότι η συνεχής μεταφορά γενετικού υλικού κατανέμεται μεταξύ των βακτηρίων που ζουν σε παρόμοιες συνθήκες.

Το υψηλό επίπεδο εξειδίκευσης, η μακροχρόνια ύπαρξη και η ικανότητα γρήγορης αναπαραγωγής σε κατάλληλο ξενιστή συμβάλλουν στη διατήρησή τους σε μια δυναμική ισορροπία μεταξύ μιας μεγάλης ποικιλίας βακτηριακών ειδών σε οποιοδήποτε φυσικό οικοσύστημα. Όταν ένας κατάλληλος ξενιστής δεν είναι διαθέσιμος, πολλοί φάγοι μπορούν να παραμείνουν μολυσματικοί για δεκαετίες εκτός εάν καταστραφούν από ακραίες ουσίες ή περιβαλλοντικές συνθήκες.

Τα παρασκευάσματα φάγων χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία και την πρόληψη μολυσματικών ασθενειών, καθώς και στη διάγνωση - για τον προσδιορισμό της ευαισθησίας σε φάγους και του τύπου φάγου για την αναγνώριση μικροοργανισμών. Η δράση των φάγων βασίζεται στην αυστηρή ειδικότητά τους. Το θεραπευτικό και προφυλακτικό αποτέλεσμα των φάγων καθορίζεται από τη λυτική δραστηριότητα του ίδιου του φάγου, καθώς και από την ανοσοποιητική ιδιότητα των συστατικών (αντιγόνων) κατεστραμμένων μικροβιακών κυττάρων που βρίσκονται στα προϊόντα φαγόλυσης, ειδικά στην περίπτωση επαναλαμβανόμενης χρήσης. Κατά τη λήψη παρασκευασμάτων φάγων, χρησιμοποιούνται αποδεδειγμένα στελέχη φάγων και, κατά συνέπεια, τυπικές καλλιέργειες μικροοργανισμών. Βακτηριακή καλλιέργεια σε υγρό θρεπτικό μέσο, που βρίσκεται στη λογαριθμική φάση της αναπαραγωγής, μολύνεται με εναιώρημα της μήτρας του φάγου.

Η καλλιέργεια που έχει λυθεί με φάγο (συνήθως την επόμενη ημέρα) διηθείται μέσω βακτηριακών φίλτρων και ένα διάλυμα κινοσόλης προστίθεται στο διήθημα που περιέχει τον φάγο ως συντηρητικό.
Έτοιμο φάρμακοφάγος είναι καθαρό υγρό κιτρινωπό χρώμα. Για μεγαλύτερη αποθήκευση, ορισμένοι φάγοι είναι διαθέσιμοι σε ξηρή μορφή (σε δισκία). Στη θεραπεία και την πρόληψη εντερικές λοιμώξειςΟι φάγοι χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα με διάλυμα διττανθρακικού νατρίου, καθώς το όξινο περιεχόμενο του στομάχου καταστρέφει τον φάγο. Ο φάγος δεν παραμένει στο σώμα για μεγάλο χρονικό διάστημα (5-7 ημέρες), επομένως συνιστάται η επαναχρησιμοποίησή του.

Παράγεται στη Σοβιετική Ένωση τα ακόλουθα φάρμακα, χρησιμοποιείται για τη θεραπεία και την πρόληψη ασθενειών: τύφο, σαλμονέλα, δυσεντερία, κολιφάγο, σταφυλοκοκκικό φάγο και στρεπτόκοκκο. Επί του παρόντος, οι φάγοι χρησιμοποιούνται για θεραπεία και πρόληψη σε συνδυασμό με αντιβιοτικά. Αυτή η εφαρμογή έχει περισσότερα αποτελεσματική δράσηγια ανθεκτικές στα αντιβιοτικά μορφές βακτηρίων.

Οι διαγνωστικοί βακτηριοφάγοι χρησιμοποιούνται ευρέως για την αναγνώριση βακτηρίων που απομονώνονται από έναν ασθενή ή από μολυσμένα περιβαλλοντικά αντικείμενα. Με τη βοήθεια των βακτηριοφάγων, λόγω της υψηλής ειδικότητάς τους, είναι δυνατός ο προσδιορισμός των τύπων βακτηρίων και, με μεγαλύτερη ακρίβεια, των επιμέρους τύπων απομονωμένων βακτηρίων. Επί του παρόντος, έχει αναπτυχθεί η διάγνωση φάγου και ο τύπος φάγου των βακτηρίων του γένους Salmonella, Vibrio και σταφυλόκοκκων. Ο τύπος φάγου βοηθά στον προσδιορισμό της πηγής μόλυνσης, στη μελέτη των επιδημιολογικών σχέσεων και στη διάκριση των σποραδικών περιπτώσεων ασθενειών από τις επιδημικές.
Η διάγνωση φάγων και ο τύπος φάγου βασίζονται στην αρχή της συγκαλλιέργειας ενός απομονωμένου μικροοργανισμού με τα αντίστοιχα είδη ή τύπους φάγους. Θετικό αποτέλεσμαΘεωρείται ότι υπάρχει μια καλά καθορισμένη λύση της υπό μελέτη καλλιέργειας με το είδος του φάγου και στη συνέχεια με έναν από τους τυπικούς φάγους.