Fagii pot fi utilizați în scopuri practice. Utilizarea bacteriofagelor în medicină și nu numai

Realizările medicinei și farmaceutice moderne sunt grozave, dar și microorganismele patogene se îmbunătățesc și se adaptează constant la acțiunea acelor medicamente care le erau mortale cu doar câțiva ani în urmă. Acolo unde antibioticele sunt neputincioase, bacteriofagii vor ajuta la combaterea microorganismelor patogene.

Ce sunt bacteriofagii

Tradus literal din greaca veche, bacteriofagii sunt mancatori de bacterii. Acest termen biologic se referă la virușii care infectează selectiv celulele bacteriene.

Bacteriofagii sunt prezenți oriunde trăiesc bacteriile, astfel încât habitatul lor poate fi aerul, apa, solul, corpul uman, hrana și îmbrăcămintea.

Caracteristicile structurale ale unui bacteriofag: acest virus nu are structura celulara, există doar material genetic acoperit cu un strat proteic deasupra. Prin urmare, ei trebuie să caute microorganisme celulare potrivite pentru a se reproduce.

Fagul își începe activitatea distructivă pentru bacterie prin injectarea propriei informații genetice în corpul său și apoi începe reproducerea activă. Atunci când o celulă bacteriană este distrusă, prin fragmentele ei apar de la 100 la 200 de bacteriofagi noi, care încep imediat să infecteze bacteriile din apropiere.

feluri

Cei mai faimoși bacteriofagi:

• dizenterică;
• stafilococic;
• streptococic;
• potasiu;
• pseudomonas;
• Pseudomonas aeruginosa.

Avantaje

Unii oameni de știință susțin că în curând utilizarea medicamentelor pe bază de bacteriofagi va concura cu utilizarea antibioticelor în tratamentul unei varietăți de boli.

Baza acestei presupuneri îndrăznețe este oferită de următoarele avantaje ale utilizării fagilor:

• absența dependenței și a contraindicațiilor la utilizarea medicamentului;
• fără efect inhibitor asupra sistemului imunitar;
• acțiune selectivă (flora bacteriană benefică rămâne intactă);
• combinație armonioasă cu alte metode de tratament, inclusiv terapia cu antibiotice (conform rezultatelor cercetării, fagii chiar își sporesc efectul);
• un efect pronunțat în tratamentul lentului conditii dureroase cauzate de agenți bacterieni care sunt insensibili la antibiotice.

Acest lucru permite bacteriofagului să fie utilizat cu succes pentru copii, vârstnici, femei însărcinate și pacienți debili.

Indicatii

Indicațiile pentru includerea bacteriofagelor în regimul de tratament sunt următoarele infecții:

• chirurgical (abces, panaritium, paraproctita, osteomielita, furuncule, arsuri, flegmon, carbunculi, rani purulente);
• urogenital (cistita, pielonefrita, colpita, uretrita, endometrita, salpingooforita);
• enterale (colecistita, gastroenterocolita, disbioza intestinala);
• intoxicații cu sânge;
• boli ale organelor ORL (amigdalita, sinuzita, otita medie);
• boli tractului respiratorși plămâni (traheită, pleurezie, laringită, bronșită, pneumonie).

Metode de aplicare

Metoda prin care bacteriofagul trebuie utilizat depinde direct de natura și locația sursei inflamației. ÎN situatii diferite Următoarele metode de aplicare ar fi adecvate:

• oral ( medicament luate pe cale orală);
• rectal (clismă bacteriofagă);
• local (sub formă de spălare, loțiuni, irigare, instilare, clătire, administrare de turunde înmuiate în medicament).

Bacteriofagul acționează mai eficient dacă tratamentul combină diferite metode de aplicare. Sunt sigure indicatii clinice, conform căruia bacteriofagul este administrat oral în tablete și acţiune locală oferă bacteriofag lichid sub formă de loțiune.

Preparatele pe bază de bacteriofagi, produse sub formă de soluții, aerosoli, tablete, supozitoare și geluri, câștigă popularitate. Formulare de farmacie medicamentele sunt furnizate cu instrucțiuni detaliate despre cum să ia bacteriofagul.

Contraindicații

Majoritatea persoanelor cu un anumit grad de neîncredere iau în considerare posibilitatea tratamentului cu bacteriofagi, deși eficacitatea și, cel mai important, siguranța unei astfel de terapii a fost deja dovedită.

Singurul posibila contraindicatie Pot fi sensibilitate crescută la bacteriofagi, deși cazuri reactie alergica bacteriofagii nu sunt tipici.

Preparate bacteriofage

Industria farmaceutică oferă numeroase medicamente al căror principiu de acțiune se bazează pe activitatea antimicrobiană a bacteriofagelor.

• Intesti-bacteriofag (Intestifag)

  

  Preparat lichid antimicrobian imunobiologic. Inhibă activitatea microorganismelor, provocând boli tract gastrointestinal(dizenterie bacteriană, febră tifoidă, enterocolită, febră paratifoidă, disbacterioză, salmoneloză). Se folosește intern și ca clismă. Contraindicații: hipersensibilitate la medicament. Efecte secundare: La nou-născuți, erupțiile cutanate și regurgitarea sunt posibile în primele 2 zile de utilizare.

• Piobacteriofag polivalent (Sextaphage)

  

  Face față cu succes boli purulent-septice nou-născuți și sugari, boli purulent-inflamatorii ale organelor ORL, infecții enterale. Folosit pentru tratarea rănilor nou infectate. Nu există contraindicații sau efecte secundare.

• Bacteriofagul Klebsiella pneumoniae (Klebsifag)

  

  Afectează bacteriile care provoacă pneumonie, ozenă și rinosclerom. Ajută, de asemenea, în condiții septice generalizate, pentru a preveni contaminarea tulpini nosocomiale Klebsiella Nu există efecte secundare. Contraindicație: hipersensibilitate la componente.

• Bacteriofagul Salmonella

  

  Distruge celulele Salmonella și microorganismele similare ca structură antigenică. Potrivit pentru tratamentul salmonelozei la copii și adulți. Nu există contraindicații sau efecte secundare.

• bacteriofag Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa)

  

  Folosit pentru tratamentul leziunilor diverse organe Pseudomonas aeruginosa. Efecte secundare neidentificat. Contraindicație: hipersensibilitate la medicament.

• Streptococ bacteriofag (streptofag)

  

  Omoara bacteriile streptococice, ceea ce face ca medicamentele pe baza de ele sa fie indispensabile in tratamentul durerilor de gat, amigdalitei, sinuzitei, panaritiului, ranilor purpurente si multor alte afectiuni. Pentru a trata sinuzita, se recomandă instilarea acestui bacteriofag în nas. Nu există efecte secundare. Contraindicație: hipersensibilitate la medicament.

• Bacteriofage coli

  

  Are un specific efect antibacterian, îndreptată exclusiv împotriva tulpinilor patogene de Escherichia coli. Este prescris pentru leziuni ale tractului gastrointestinal, supurația rănilor, sepsisul nou-născuților, conjunctivită, infecții urogenitale. Contraindicație: hipersensibilitate la medicament. Nu au fost identificate efecte secundare.

• Bacteriofagul Klebsiella polivalent

  

  Eficient în tratamentul peritonitei, pleureziei, bolilor purulent-inflamatorii în ginecologie. De asemenea, este utilizat în tratamentul stomatitei, parodontozei și inflamațiilor sinusurilor. Nu există efecte secundare. Contraindicații: hipersensibilitate la componentele medicamentului.

• Bacteriofagul coliproteus

  

  ÎN formă lichidăîn cerere pentru prevenirea și tratamentul colpitei și enterocolitei. Sub formă de tablete, este mai des utilizat pentru forme avansate de pielonefrită și cistită, procese inflamatoriiîn organele pelvine. Contraindicație: alergie la oricare dintre componentele medicamentului. Nu există efecte secundare.

• bacteriofag dizenter

  

  Folosit pentru tratamentul și prevenirea dizenteriei. Nu au fost identificate efecte secundare. Contraindicații: hipersensibilitate la componente, iar pentru forma de tabletă a medicamentului - vârsta pacientului este mai mică de 1 an, sarcină și alăptare.

Nu exagerați pericolul virușilor incluși în medicamente similareși analogi bacteriofagi. Sunt mortale doar pentru bacteriile care provoacă boli. Dacă medicul consideră că este potrivit să includă bacteriofagi în regimul de tratament, ar trebui să aveți încredere și să fiți pregătit pentru o recuperare rapidă.

Utilizarea bacteriofagelor se efectuează exclusiv în scopul propus și sub supravegherea medicului curant.

Bacteriofagii sau fagii (din altă greacă φᾰγω „Devor”) sunt viruși care infectează selectiv celulele bacteriene. Cel mai adesea, bacteriofagii se înmulțesc în interiorul bacteriilor și provoacă liza acestora. De obicei, un bacteriofag constă dintr-o înveliș proteic și material genetic de acid nucleic simplu sau dublu catenar (ADN sau, mai puțin frecvent, ARN). Numărul total de bacteriofagi din natură este aproximativ egal cu numărul total de bacterii (1030 – 1032 particule). Bacteriofagii participă activ la circulație substanțe chimice si energie, au un efect sesizabil asupra evolutiei microbilor si bacteriilor.Structura unui miovirus tipic bacteriofag.

Structura bacteriofagelor 1 - cap, 2 - coadă, 3 - acid nucleic, 4 - capside, 5 - „guler”, 6 - teaca proteică a cozii, 7 - fibrila cozii, 8 - spini, 9 - placa bazală

Bacteriofagii diferă în structura chimica, tipul de acid nucleic, morfologia și natura interacțiunii cu bacteriile. La dimensiune virusuri bacteriene de sute și de mii de ori mai mici decât celulele microbiene. O particulă tipică de fag (virion) constă dintr-un cap și o coadă. Lungimea cozii este de obicei de 2-4 ori diametrul capului. Capul conține material genetic - ARN sau ADN monocatenar sau dublu catenar cu enzima transcriptaza în stare inactivă, înconjurat de o înveliș proteic sau lipoproteic - capsid, care stochează genomul în afara celulei. Acidul nucleic și capsida formează împreună nucleocapsidul. Bacteriofagii pot avea o capsidă icosaedrică asamblată din mai multe copii ale uneia sau două proteine ​​specifice. În mod obișnuit, colțurile sunt făcute din pentameri ai unei proteine, iar suportul fiecărei părți este format din hexameri ai aceleiași proteine ​​sau similare. Mai mult, fagii pot avea formă sferică, în formă de lămâie sau pleomorfă. Coada sau apendicele este un tub proteic - o continuare a învelișului proteic al capului; la baza cozii există o ATPază care regenerează energia pentru injectarea materialului genetic. Există și bacteriofagi cu proces scurt, fără proces și filamentoși.

Taxonomia bacteriofagelor Numărul mare de bacteriofagi izolați și studiati determină necesitatea sistematizării acestora. Acest lucru este realizat de Comitetul Internațional pentru Taxonomia Virușilor (ICTV). În prezent, conform Clasificarea internațională iar nomenclatura virusurilor, bacteriofagii se impart in functie de tipul de acid nucleic si morfologie. Pe acest moment Se disting nouăsprezece familii. Dintre acestea, doar două conțin ARN și doar cinci familii sunt învăluite. Dintre familiile de virusuri ADN, doar două familii au genomi monocatenar. Nouă familii care conțin ADN au un genom ADN circular, în timp ce celelalte nouă au ADN liniar. Nouă familii sunt specifice numai bacteriilor, restul de nouă sunt specifice numai arheilor și (Tectiviridae) infectează atât bacteriile, cât și arheile.

Interacțiunea unui bacteriofag cu celulele bacteriene Pe baza naturii interacțiunii unui bacteriofag cu o celulă bacteriană, se disting fagii virulenți și temperați. Fagii virulenți pot crește în număr doar prin ciclul litic. Procesul de interacțiune dintre un bacteriofag virulent și o celulă constă din mai multe etape: adsorbția bacteriofagului pe celulă, pătrunderea în celulă, biosinteza componentelor fagilor și asamblarea acestora și eliberarea bacteriofagelor din celulă. Inițial, bacteriofagii se atașează de receptorii specifici fagilor de pe suprafața celulei bacteriene. Coada fagului, cu ajutorul enzimelor situate la capătul său (în principal lizozima), dizolvă local membrana celulară, se contractă, iar ADN-ul conținut în cap este injectat în celulă, în timp ce învelișul proteic al bacteriofagului rămâne în exterior. ADN-ul injectat determină o restructurare completă a metabolismului celulei: sinteza ADN-ului bacterian, ARN-ului și proteinelor se oprește. ADN-ul bacteriofagului începe să fie transcris folosind propria sa enzimă transcriptază, care este activată după intrarea în celula bacteriană. Se sintetizează mai întâi cele timpurii, apoi cele târzii. ARN-urile care intră în ribozomii celulei gazdă, unde sunt sintetizate proteine ​​bacteriofage precoce (ADN polimeraze, nucleaze) și tardive (proteine ​​capside și coadă, enzime lizozimă, ATPază și transcriptază). Replicarea ADN-ului bacteriofag are loc conform unui mecanism semi-conservator și se realizează cu participarea propriilor ADN polimeraze. După sinteza proteinelor târzii și finalizarea replicării ADN-ului, începe procesul final - maturarea particulelor de fagi sau combinarea ADN-ului fagilor cu proteina învelișului și formarea particulelor de fagi infecțioase mature.

Ciclu de viață Bacteriofagii moderati și virulenți în stadiile inițiale de interacțiune cu o celulă bacteriană au același ciclu. Adsorbția bacteriofagului pe receptorii celulari specifici fagilor. Injectarea acidului nucleic fag într-o celulă gazdă. Co-replicarea fagului și a acidului nucleic bacterian. Diviziune celulara. Mai mult, bacteriofagul se poate dezvolta după două modele: cale lizogenă sau litică. Bacterofagii temperați după divizare sunt în stare de profază (cale lizogenă).Bacterofagii virulenți se dezvoltă după modelul litic: Acidul nucleic al fagului direcționează sinteza enzimelor fagice, folosind aparatul de sinteză a proteinelor al bacteriei. Fagul într-un fel sau altul inactivează ADN-ul și ARN-ul gazdei, iar enzimele fagilor îl descompun complet; ARN-ul fagului „subordonează” aparatul celular pentru sinteza proteinelor. Acidul nucleic fag se replic și direcționează sinteza de noi proteine ​​de înveliș. Noi particule de fagi se formează ca rezultat al auto-asamblării spontane a învelișului proteic (capside) în jurul acidului nucleic fag; Lizozima este sintetizată sub controlul ARN-ului fagului. Liza celulară: celula sparge sub influența lizozimei; sunt eliberați aproximativ 200-1000 de fagi noi; fagii infectează alte bacterii.

Aplicare În medicină Unul dintre domeniile de utilizare a bacteriofagelor este terapie antibacteriană, o alternativă la administrarea de antibiotice. De exemplu, se folosesc bacteriofagi: streptococi, stafilococi, klebsiella, dizenterie și polialent, piobacteriofagi, coli, proteus și coliproteus și altele. 13 sunt înregistrate și utilizate în Rusia consumabile medicale pe baza de fagi. În prezent sunt folosite pentru a trata infecții bacteriene, care nu sunt sensibile la tratament traditional antibiotice, în special în Republica Georgia. De obicei, utilizarea bacteriofagelor este însoțită de un succes mai mare decât antibioticele acolo unde acestea sunt prezente. membrane biologice, acoperit cu polizaharide, prin care antibioticele de obicei nu pătrund. În prezent, utilizarea terapeutică a bacteriofagelor nu a primit aprobare în Occident, deși fagii sunt folosiți pentru a ucide bacteriile care provoacă toxiinfecții alimentare, cum ar fi Listeria. Cu mulți ani de experiență în valoare de oraș mareȘi zone rurale eficiența terapeutică și profilactică neobișnuit de ridicată a bacteriofagului de dizenterie a fost dovedită (P. M. Lerner, 2010). În Rusia, preparatele terapeutice cu fagi au fost făcute de mult timp; au fost tratate cu fagi chiar înainte de antibiotice. ÎN anul trecut fagii au fost folosiți pe scară largă după inundațiile de la Krymsk și Khabarovsk pentru a preveni dizenteria.

În biologie, bacteriofagii sunt utilizați în Inginerie genetică Ca vectori care transferă secțiuni de ADN, este posibil și transferul natural de gene între bacterii prin anumiți fagi (transducție). Vectorii fagi sunt de obicei creați pe baza bacteriofagului temperat λ, care conține o moleculă de ADN liniar dublu catenar. Stânga și umerii drepti fagii au toate genele necesare ciclului litic (replicare, reproducere). partea de mijloc Genomul bacteriofagului λ (conține gene care controlează lizogenia, adică integrarea sa în ADN-ul celulei bacteriene) nu este esențial pentru reproducerea sa și este de aproximativ 25 de mii de perechi de nucleotide. Această parte poate fi înlocuită cu un fragment străin de ADN. Astfel de fagi modificați suferă un ciclu litic, dar lizogenia nu are loc. Vectorii bacteriofagi λ sunt utilizați pentru a clona fragmente de ADN eucariote (adică gene mai mari) până la 23 de mii de perechi de nucleotide (kb). Mai mult, fagii fără inserții au mai puțin de 38 kb. sau, dimpotrivă, cu inserții prea mari - mai mult de 52 kb. nu dezvolta sau infecta bacterii. Deoarece reproducerea bacteriofagelor este posibilă numai în celulele vii, bacteriofagii pot fi utilizați pentru a determina viabilitatea bacteriilor. Această direcție are perspective mari, întrucât una dintre problemele principale în diferite procese biotehnologice este determinarea viabilității culturilor utilizate. Folosind metoda analizei electro-optice a suspensiilor celulare, a fost demonstrata posibilitatea studierii etapelor interactiunii fago-celula microbiana.

Și, de asemenea, în medicina veterinară pentru: prevenirea și tratamentul bolilor bacteriene ale păsărilor și animalelor; tratamentul bolilor purulent-inflamatorii ale membranelor mucoase ale ochilor și cavității bucale; prevenirea complicațiilor purulent-inflamatorii în arsuri, răni, intervenții chirurgicale; în inginerie genetică: pentru transducție - transmitere naturală gene între bacterii; ca vectori care transferă secțiuni de ADN; folosind fagi, este posibil să se realizeze modificări țintite în genomul ADN-ului gazdă; V Industria alimentară: carnea și produsele de pasăre gata de consumat sunt deja prelucrate în masă cu agenți care conțin fagi; bacteriofagii sunt utilizați la producerea produselor alimentare din carne, pasăre, brânză, produse vegetale etc.;

V agricultură: pulverizarea preparatelor fagice pentru a proteja plantele și culturile de putrezire și boli bacteriene; pentru a proteja animalele și păsările de curte de infecții și boli bacteriene; Pentru siguranța mediului: tratamentul antibacterian al semintelor si plantelor; curățarea spațiilor întreprinderilor de prelucrare a produselor alimentare; igienizarea spațiului de lucru și a echipamentelor; prevenirea spațiilor spitalicești; desfasurarea activitatilor de mediu

Astfel, astăzi bacteriofagii sunt foarte populari în viața oamenilor și a animalelor. La întreprinderi este planificat întreaga linie domenii prioritare pentru dezvoltarea și producerea bacteriofagelor terapeutice și profilactice, care se corelează cu tendințele globale nou apărute. Sunt create și introduse noi medicamente pentru tratarea multor boli. Studiul și utilizarea bacteriofagelor este efectuată de bacteriologi, virologi, biochimiști, geneticieni, biofizicieni, biologi moleculari, oncologi experimentali, specialiști în inginerie genetică și biotehnologie.

Bacteriofagii în practică medicală utilizate în diagnostic, tratament și prevenire boli infecțioase.

A. În diagnosticare, bacteriofagul este utilizat atunci când se efectuează o metodă de cercetare culturală pentru a determina tipul de izolat cultură pură, de asemenea pentru tastarea sa. Metoda descrisă mai jos pentru utilizarea unui bacteriofag pentru a indica prezența unui anumit tip de bacterii într-un material patologic fără a-l izola într-o cultură pură nu a devenit larg răspândită.

1. Reacția de creștere a titrului fagului se bazează pe capacitatea unui anumit bacteriofag de a se replica numai în celulele bacteriilor din „propria” specie. Se efectuează după următorul principiu. La materialul patologic se adaugă o anumită cantitate dintr-un bacteriofag specific, este incubată într-un termostat și apoi se determină din nou cantitatea de fag. Dacă a crescut, înseamnă că bacteriofagul a „găsit” o celulă din specia „sa” pentru a se replica, prin urmare, bacteriile din specia dorită sunt prezente în materialul patologic.

2. În procesul de identificare a unei culturi pure se folosesc bacteriofagi de specii și tip.
A. Pentru indicarea fagilor se folosesc bacteriofagi specifici speciei. Cultura pură izolată este inoculată pe o placă de agar și o picătură dintr-un bacteriofag specific este aruncată pe aceasta. Dacă cultura aparține speciei dorite, atunci nu va exista o creștere la locul în care este aplicată picătura, altfel fagul va fi observat la locul în care este aplicată picătura. creșterea bacteriană. Uneori, după aplicarea bacteriofagului, placa Petri care conține placa de agar este înclinată, permițând picăturii să se scurgă în marginea vasului (de aceea această metodă se numește „picurare prin picurare”).

b. Bacteriofagii tipici sunt utilizați pentru tiparea fagilor. Principiul metodei este următorul.
1. Tulpina de tipizat este inoculată pe agar pe placă.
2. Apoi picături de bacteriofagi tipici sunt aruncate pe suprafața inoculată (fiecare într-un pătrat propriu, marcat în prealabil, de exemplu, cu un grafic de sticlă pe fundul unei plăci Petri).
3. Vasul inoculat este incubat într-un termostat.
4. Luați în considerare experiența prin înregistrarea „petelor sterile” sau „plăcilor” - locuri de lipsă de creștere la locul aplicării unei picături de bacteriofag la care este sensibil această opțiune bacterii.
5. Phagovar (fagotip) este desemnat prin enumerarea fagilor tipici care lizează o anumită variantă.
B. Utilizarea bacteriofagelor (de obicei specii) pentru tratament este denumită terapie cu fagi. În scopul tratamentului, bacteriofagii sunt utilizați local (sub formă de irigare a suprafeței afectate, injectare într-un focar local). proces patologic etc.), deoarece administrarea lor pe cale parenterală duce la dezvoltarea unui răspuns imun la proteina fagică străină. Dacă un bacteriofag terapeutic este administrat oral (pentru a trata infectii intestinale), atunci cel mai bine este să utilizați o formă de tabletă a medicamentului, acoperită cu un strat rezistent la acid, care se dizolvă în mediul alcalin al intestinului - bacteriofagii sunt foarte sensibili la pH scăzut și sunt rapid inactivați în mediul acid al stomacului. .
B. Profilaxia fagilor este utilizarea unui bacteriofag (de asemenea, de regulă, unul specific) pentru a preveni dezvoltarea unei infecții bacteriene. Folosit în prezent pentru profilaxia de urgență febră tifoidăși dizenterie (sub prevenirea urgentelor se referă la un set de măsuri de prevenire a dezvoltării bolii după ce a avut loc actul de infectare, adică. intrarea agentului patogen în corpul pacientului).

Pentru prima dată s-a făcut presupunerea că bacteriofagii sunt viruși. D. Errel. Ulterior, virusurile fungice etc., au fost descoperite și au devenit cunoscute sub numele de fagi.

Morfologia fagilor.

Dimensiuni - 20 - 200 nm. Majoritatea fagilor sunt în formă de mormoloc. Cei mai complexi fagi constau dintr-un cap cu mai multe fațete, în care se află acidul nucleic, un gât și procese. La sfârșitul procesului există o placă bazală, cu fire și dinți care se extind din aceasta. Aceste fire și dinți servesc pentru a atașa fagul de membrana bacteriană. În fagii cel mai complex organizat, partea distală a procesului conține enzima - lizozimă. Această enzimă promovează dizolvarea membranei bacteriene în timpul pătrunderii fagului NK în citoplasmă. La mulți fagi, procesul este înconjurat de o teacă, care la unii fagi se poate contracta.

Există 5 grupe morfologice

1. Bacteriofagi cu proces lung și înveliș contractil
2. Fagi cu proces lung, dar fără înveliș contractil
3. Fagi de ramuri scurte
4. Fagi cu un analog de proces
5. Fagi filamentosi

Compoziție chimică.

Fagii sunt formați din acid nucleic și proteine. Cele mai multe dintre ele conțin ADN cu 2 catene, închise într-un inel. Unii fagi conțin o singură catenă de ADN sau ARN.

înveliș fagic - capside, constă din subunități proteice ordonate - capsomeri.

În fagii cel mai complex organizat, partea distală a procesului conține enzima - lizozimă. Această enzimă promovează dizolvarea membranei bacteriene în timpul pătrunderii fagului NK în citoplasmă.

Fagii tolerează înghețarea, încălzirea la 70 și uscarea bine. Sensibil la acizi, UV și fierbere. Fagii infectează bacterii strict definite prin interacțiunea cu receptorii celulari specifici.

După specificul interacţiunii -

Polifage - interacționează cu mai multe specii înrudite de bacterii

Monofagii - fagi specifici speciei - interacționează cu un tip de bacterii

Tip fagi - interacționează cu variante individuale de bacterii din cadrul unei specii.

După acțiunea fagilor tipici, speciile pot fi împărțite în serie de fagi. Interacțiunea fagilor cu bacteriile poate avea loc prin tip productiv, aproductiv și integrator.

Tip productiv- se formează descendenți de fagi, iar celula este lizată

Cu aproductiv- celula continuă să existe, procesul de interacțiune este întrerupt în stadiul inițial

Tip integrativ- genomul fagilor se integrează în cromozomul bacterian și coexistă cu acesta.

În funcție de tipurile de interacțiune, se disting fagi virulenți și temperați.

Virulent interacționează cu bacteriile într-un mod productiv. În primul rând, absorbția fagului pe membrana bacteriană are loc datorită interacțiunii unor receptori specifici. Există pătrunderea sau pătrunderea acidului nucleic viral în citoplasma bacteriilor. Sub influența lizozimei, se formează o mică gaură în învelișul bacterian, învelișul fagului se contractă și se injectează NK. Învelișul fagului din afara bacteriei. În continuare, are loc sinteza proteinelor timpurii. Ele asigură sinteza proteinelor structurale fagice, replicarea acidului nucleic fagic și reprimarea activității cromozomilor bacterieni.

După aceasta, are loc sinteza componente structurale replicarea fagilor și a acidului nucleic. Din aceste elemente, este asamblată o nouă generație de particule de fagi. Ansamblul se numește morfogeneză, particule noi, dintre care 10-100 pot fi formate într-o singură bacterie. Urmează liza bacteriilor și eliberarea unei noi generații de fagi în mediul extern.

Bacteriofagi temperați interacționează fie într-o manieră productivă, fie integrativă. Ciclul productiv decurge similar. Cu interacțiune integrativă, ADN-ul unui fag temperat, după ce intră în citoplasmă, este integrat în cromozom într-o anumită zonă, iar în timpul diviziunii celulare este replicat sincron cu ADN-ul bacterian și aceste structuri sunt transmise celulelor fiice. Un astfel de ADN fag încorporat - profag, iar o bacterie care conține un profag este numită lizogenă, iar fenomenul este lizogenie.

În mod spontan sau sub influența unui număr de factori externi, profagul poate fi tăiat din cromozom, adică. trec într-o stare liberă, prezintă proprietățile unui fag virulent, ceea ce va duce la formarea unei noi generații de corpuri bacteriene - inducția profagului.

Lizogeneza bacteriilor stă la baza conversiei fagice (lizogenă). Acest lucru este înțeles ca o schimbare a caracteristicilor sau proprietăților bacteriilor lizogenice în comparație cu bacteriile nelizogene din aceeași specie. Pot fi modificate proprietăți diferite- morfologice, antigenice etc.

Fagii temperați pot fi defecte - incapabili să formeze descendenți de fagi care nu sunt în conditii naturaleși în inducție.

Virionul este o particulă virală cu drepturi depline, constând din NK și o înveliș proteic

Aplicarea practică a fagilor -

1. Aplicare în diagnosticare. În raport cu un număr de specii bacteriene, monofagii sunt utilizați în reacția de fagolizabilitate ca unul dintre criteriile de identificare a unei culturi bacteriene; fagii tipici sunt utilizați pentru fagotipare și pentru diferențierea intraspecifică a bacteriilor. Realizat în scopuri epidemiologice, pentru a stabili sursa de infecție și modalitățile de eliminare a acesteia
2. Pentru tratamentul și prevenirea unui număr de infecții bacteriene - tip abdominal, infecții cu stafilococ și streptococ (comprimate rezistente la acid)
3. Bacterofagii temperați sunt utilizați în inginerie genetică ca un vector capabil să introducă material genetic într-o celulă vie.

Genetica bacteriilor

Genomul bacterian este format din elemente genetice capabile de auto-reproducere - replicoane. Repliconii sunt cromozomi și plasmide bacteriene. Cromozomul bacterian formează un nucleoid, un inel închis care nu este asociat cu proteine ​​și poartă un set haploid de gene.

O plasmidă este, de asemenea, un inel închis al unei molecule de ADN, dar mult mai mică ca dimensiune decât un cromozom. Prezența plasmidelor în citoplasma bacteriilor nu este necesară, dar acestea oferă un avantaj în mediu inconjurator. Plasmidele mari sunt reduse cu cromozomul și numărul lor în celulă este mic. Iar numărul de plasmide mici poate ajunge la câteva zeci. Unele plasmide sunt capabile să se integreze reversibil în cromozomul bacterian dintr-o anumită regiune și să funcționeze ca un singur replicon. Astfel de plasmide se numesc integrative. Unele plasmide sunt capabile să fie transmise de la o bacterie la alta prin contact direct - plasmide conjugative. Acestea conțin gene responsabile de formarea pilor F, care formează o punte conjugativă pentru transferul materialelor genetice.

Principalele tipuri de plasmide sunt

F - plasmidă congativă integrativă. Factorul sexual determină capacitatea bacteriilor de a fi donatori în timpul conjugării

R - plasmide. Rezistent. Conține gene care determină sinteza factorilor care distrug medicamentele antibacteriene. Bacteriile care posedă astfel de plasmide nu sunt sensibile la multe medicamente. Prin urmare, se formează factori rezistenți la medicamente.

Plasmid tox - factori determinanți ai patogenității -

Ent - plasmide - contine o gena pentru producerea de enterotoxine.

Hly - distruge celulele roșii din sânge.

Elemente genetice mobile. Acestea includ inserarea - elemente de inserare. Denumirea general acceptată este Is. Acestea sunt secțiuni de ADN care se pot mișca atât în ​​interiorul repliconului, cât și între ele. Conțin doar genele necesare propriei mișcări.

Transpozonii- structuri mai mari care au aceleasi proprietati ca Is, dar in plus contin gene structurale care determina sinteza substante biologice, cum ar fi toxinele. Elementele genetice mobile pot provoca inactivarea genelor, deteriorarea materialului genetic, fuziunea repliconilor și răspândirea genelor în întreaga populație bacteriană.

Variabilitatea bacteriilor.

Toate tipurile de variabilitate sunt împărțite în 2 grupe - neereditare (fenotipică, modificare) și ereditară (genotipică).

Modificări- modificări fenotipice nemoștenite ale trăsăturilor sau proprietăților. Modificările nu afectează genotipul și, prin urmare, nu sunt moștenite. Sunt reacții adaptative la schimbări în condiții specifice Mediul extern. De regulă, ele se pierd în prima generație, după ce factorul încetează să mai acționeze.

Variabilitatea genotipică afectează genotipul organismului și, prin urmare, poate fi transmis descendenților. Variabilitatea genotipică este împărțită în mutații și recombinări.

Mutații- modificări persistente, ereditare, ale caracteristicilor sau proprietăților unui organism. Baza mutațiilor este o modificare calitativă sau cantitativă a secvenței nucleotidelor dintr-o moleculă de ADN. Mutațiile pot schimba aproape orice proprietate.

Prin origine, mutațiile sunt spontane și induse.

Mutații spontane are loc în condițiile naturale ale existenței organismului și induse apar ca urmare a acțiunii dirijate a unui factor mutagen. Pe baza naturii modificărilor în structura primară a ADN-ului în bacterii, se disting mutațiile genice sau punctiforme și aberațiile cromozomiale.

Mutații genetice apar într-o singură genă și implică minim o nucleotidă. Acest tip de mutație poate fi rezultatul înlocuirii unei nucleotide cu alta, pierderii unei nucleotide sau inserării unuia suplimentar.

Cromozomiale- poate afecta mai multi cromozomi.

Poate exista o ștergere - pierderea unei secțiuni a unui cromozom sau o duplicare - dublarea unei secțiuni a unui cromozom. Rotirea unei secțiuni a unui cromozom cu 180 de grade este o inversare.

Orice mutație apare sub influența unui anumit factor mutagen. Prin natura lor, mutagenii sunt fizici, chimici și biologici. radiatii ionizante, raze X, Raze UV. Mutagenii chimici includ analogi ai bazelor azotate, acidul azotat în sine și chiar unele medicamente, citostatice. Biologic - unii virusi si transfazoni

Recombinare- schimb de secțiuni cromozomiale

Transducție - transfer de material genetic folosind un bacteriofag

Repararea materialului genetic - refacerea daunelor rezultate din mutații.

Există mai multe tipuri de reparații

1. Fotoreactivare - acest proces este asigurat de o enzimă specială care este activată în prezența luminii vizibile. Această enzimă se mișcă de-a lungul catenei ADN și repară daunele. Combină temporizatoarele care se formează sub acțiunea UV. Rezultatele reparației întunecate sunt mai semnificative. Nu depinde de lumină și este furnizată de mai multe enzime - mai întâi, nucleazele decupează secțiunea deteriorată a lanțului ADN, apoi ADN polimeraza, pe matricea lanțului complementar conservat, sintetizează un plasture, iar ligazele coase plasturele în zona deteriorata.

Reparațiile sunt supuse mutații genetice, dar cele cromozomiale de obicei nu sunt

1. Recombinarea genetică în bacterii. Ele sunt caracterizate prin pătrunderea materialului genetic din bacteria donatoare în bacteria primitoare cu formarea unui genom fiică care conține genele ambilor indivizi originali.

Încorporarea unui fragment de ADN donor în receptor are loc prin încrucișare

Trei tipuri de transmisie -

1. Transformare- un proces în care se transferă un fragment de ADN donator izolat. Depinde de competența primitorului și de starea ADN-ului donatorului. Competență- capacitatea de a absorbi ADN-ul. Depinde de prezența proteinelor speciale în membrana celulară a primitorului și se formează în anumite perioade de creștere bacteriană. ADN-ul donatorului trebuie să fie dublu catenar și să nu aibă dimensiuni foarte mari. ADN-ul donatorului pătrunde în membrana bacteriană, iar unul dintre lanțuri este distrus, celălalt este integrat în ADN-ul primitorului.
2. Transducția- realizat cu ajutorul bacteriofagelor. Transducția generală și transducția specifică.

general - apare cu participarea factorilor de virulență. În timpul asamblarii particulelor fagice, capul fagului poate include în mod eronat nu ADN fag, ci o bucată din cromozomul bacterian. Astfel de fagi sunt fagi defecte.

Specific- este realizat de fagi temperati. La tăiere, tăierea se efectuează strict de-a lungul graniței.Sunt construite între anumite gene și le transferă.

1. Conjugare- transferul materialului genetic de la bacteria donatoare la destinatar, la contactul direct al acestora. O condiție necesară- prezenţa unei plasmide congative în celula donatoare. În timpul conjugării, se formează o punte de conjugare datorită pili, prin care materialul genetic este transferat de la donator la pacient.

Diagnosticul genetic

Un set de metode care fac posibilă identificarea genomului unui microorganism sau a fragmentului acestuia în materialul studiat. Metoda de hibridizare NC a fost prima propusă. Pe baza utilizării principiului complementarităţii. Această metodă vă permite să detectați prezența fragmentelor de ADN marker ale agentului patogen în materialul genetic folosind sonde moleculare. Sondele moleculare sunt lanțuri scurte de ADN complementare regiunii marker. O etichetă fluorescentă este adăugată la sondă, izotop radioactiv, enzimă. Materialul studiat este supus unui tratament special, care îi permite să distrugă microorganismele, să elibereze ADN-ul și să-l împartă în fragmente monocatenar. După aceasta, materialul este fixat. Activitatea etichetei este apoi detectată. Această metodă nu este foarte sensibilă. Este posibil să se identifice agentul patogen numai dacă cantitatea acestuia este suficient de mare. 10 până la 4 microorganisme. Este destul de complex din punct de vedere tehnic și necesită cantitate mare sonde. Răspânditîn practică nu l-a găsit. A fost dezvoltat metoda noua - polimeraza reacție în lanț- PCR.

Această metodă se bazează pe capacitatea ADN-ului și a ARN-ului viral de a se replica, de exemplu. la auto-reproducere. Esența pacientului este copierea repetată - amplificarea in vitro a unui fragment de ADN, care este un marker pentru un anumit microorganism. Deoarece procesul are loc la suficient temperaturi mari 70-90, metoda a devenit posibilă după izolarea ADN polimerazei termostabile din bacteriile termofile. Mecanismul de amplificare este de așa natură încât copiarea lanțurilor de ADN nu începe în niciun moment, ci doar la anumite blocuri de pornire, pentru crearea cărora se folosesc așa-numiții primeri. Primerii sunt secvențe de polinucleotide complementare cu secvențele terminale ale fragmentului copiat al ADN-ului dorit, iar primerii nu numai că inițiază amplificarea, ci și o limitează. Acum există mai multe opțiuni PCR, caracterizate prin 3 etape -

1. Denaturarea ADN-ului (diviziunea în 1 fragmente de lanț)
2. Atașarea grundului.
3. Adăugarea complementară a catenelor de ADN la catenele duble

Acest ciclu durează 1,5-2 minute. Ca urmare, numărul de molecule de ADN se dublează de 20-40 de ori. Rezultatul este de la 10 la puterea a opta a copiilor. După amplificare, se efectuează electroforeza și se izolează sub formă de dungi. Se realizează într-un dispozitiv special numit amplificator.

Avantajele PCR

1. Oferă indicii directe ale prezenței unui agent patogen în materialul de testat, fără a izola o cultură pură.
2. Foarte sensibilitate crescută. Teoretic, se poate detecta pe primul.
3. Materialul pentru cercetare poate fi dezinfectat imediat după colectare.
4. 100% specificitate
5. Rezultate rapide. Analiză completă- 4-5 ore. Metoda expresă.

Este utilizat pe scară largă pentru diagnosticarea bolilor infecțioase, ai căror agenți cauzali sunt organisme necultivabile sau dificil de cultivat. Chlamydia, micoplasma, multe virusuri - hepatită, herpes. Au fost dezvoltate sisteme de testare pentru a determina antrax, tuberculoza.

Analiza restricțiilor- cu ajutorul enzimelor se separă molecula de ADN în funcție de anumite secvențe nucleoide și se analizează fragmentele în funcție de compoziția lor. Astfel puteți găsi zone unice.

Biotehnologie și inginerie genetică

Biotehnologia este o știință care, pe baza studiului proceselor vitale ale organismelor vii, utilizează aceste bioprocese, precum și obiectele biologice în sine, pentru producerea industrială a produselor necesare omului, pentru a reproduce bioefecte care nu se manifestă în mod nenatural. conditii. La fel de obiecte biologice Cel mai adesea, se folosesc microorganisme unicelulare, precum și celule de la animale și plante. Celulele se reproduc foarte repede, ceea ce permite un timp scurt cresterea biomasei producatorului. În prezent, biosinteza unor substanțe complexe, precum proteinele, antibioticele, este mai economică și mai accesibilă din punct de vedere tehnologic decât alte tipuri de materii prime.

Biotehnologia folosește celulele în sine ca sursă a produsului țintă, precum și molecule mari sintetizate de celulă, enzime, toxine, anticorpi și metaboliți primari și secundari - aminoacizi, vitamine, hormoni. Tehnologia de obținere a produselor de sinteză microbiană și celulară se rezumă la mai multe etape tipice - selectarea sau crearea unui sediu productiv. Selectarea mediului nutritiv optim, cultivare. Izolarea produsului țintă, purificarea acestuia, standardizarea, darea forma de dozare. Ingineria genetică se reduce la crearea produselor țintă necesare oamenilor. Gena țintă rezultată este fuzionată cu un vector, iar vectorul poate fi o plasmidă și este inserată în celula primitoare. Destinatar - bacterii - E. coli, drojdie. Produsele țintă sintetizate de recombinanți sunt izolate, purificate și utilizate în practică.

Primele care au fost create au fost insulina și interferonul uman. Eritropoietina, hormon de creștere, anticorpi monoclonali. Vaccinul împotriva hepatitei B.

Aplicarea practică a fagilor. Bacteriofagii sunt utilizați în diagnosticarea de laborator a infecțiilor pentru identificarea intraspecifică a bacteriilor, adică determinarea fagovarului (fagotipului). În acest scop se utilizează metoda tastarea fagilor, pe baza strictului specific al acțiunii fagilor: picături de diferiți fagi specifici tipului de diagnostic sunt aplicate pe o placă cu un mediu nutritiv dens însămânțat cu o „peluză” a unei culturi pure a agentului patogen. Fagul unei bacterii este determinat de tipul de fag care i-a cauzat liza (formarea unei pete sterile, „placă” sau „colonie negativă”, fag). Tehnica de tipare a fagilor este utilizată pentru a identifica sursa și căile de răspândire a infecției (marcaj epidemiologic). Izolarea bacteriilor aceluiași phagovar de la diferiți pacienți indică o sursă comună de infecție a acestora.

Fagii sunt utilizați și pentru tratament și prevenire o serie de infecții bacteriene. Ei produc tifoidă, salmonella, dizenterie, pseudomonas, fagi stafilococici, streptococici și preparate combinate (coliproteus, piobacteriofagi etc.). Bacteriofagii sunt prescriși conform indicațiilor pe cale orală, parenterală sau locală sub formă de lichide, tablete, supozitoare sau aerosoli.

Bacteriofagii sunt utilizați pe scară largă în inginerie genetică și biotehnologie ca vectori pentru producerea de ADN recombinant.

Agenți cauzatori ai escherichiozei. Taxonomie și caracteristici. Rolul Escherichia coli în condiții normale și patologice. Diagnosticul microbiologic al escherichiozei enterale. Principii de tratament și prevenire.

Escherichioza- boli infecțioase, al cărui agent cauzal este Escherichia coli.

Există escherichioze enterale (intestinale) și parenterale. Escherichioza enterală este o boală infecțioasă acută caracterizată prin afectarea primară a tractului gastrointestinal. Acestea apar sub formă de focare, agenții cauzali sunt tulpinile diareice de E. coli. Escherichioza parenterală este o boală cauzată de tulpini oportuniste de E. coli - reprezentanți ai microflorei normale a colonului. Cu aceste boli, este posibilă deteriorarea oricăror organe.

Poziția taxonomică. Agentul cauzal - Escherichia coli - este principalul reprezentant al genului Escherichia, familia Enterobacteriaceae, aparținând departamentului Gracilicutes.

Proprietăți morfologice și tinctoriale. E.coli sunt mici baghete gram-negative cu capete rotunjite. În frotiuri sunt dispuse aleatoriu, nu formează spori, peritric. Unele tulpini au o microcapsula, pili.

Proprietăți culturale. Escherichia coli este un anaerob facultativ, optim. ritm. pentru înălțime - 37C. E coli nu exigent medii nutritiveși crește bine pe medii simple, dând turbiditate difuză pe medii lichide și formând colonii pe medii dense. Pentru a diagnostica escherichioza, se folosesc medii de diagnostic diferenţial cu lactoză - Endo, Levin.

Activitatea enzimatică. E coli are un set mare de enzime diferite. Cel mai semn distinctiv E coli este capacitatea sa de a fermenta lactoza.

Structura antigenică. Escherichia coli are somatic DESPRE-, antigenele flagelare H și K de suprafață. Antigenul O are mai mult de 170 de variante, antigenul K - mai mult de 100, antigenul H - mai mult de 50. Structura antigenului O determină serogrupul său. Tulpini E coli având propriul set de antigeni (formulă antigenică) se numesc variante serologice (serovars).

În funcție de proprietățile antigenice, toxigenice, se disting două: varianta biologica E coli:

1) oportunist coli;

2) „cu siguranță” patogen, diareic.

Factori de patogenitate. Formează endotoxina, care are efecte enterotrope, neurotrope și pirogene. Escherichia diareeică produce o exotoxină care provoacă o perturbare semnificativă a metabolismului apă-sare. În plus, unele tulpini, cum ar fi agenții cauzali ai dizenteriei, conțin un factor invaziv care promovează pătrunderea bacteriilor în celule. Patogenitatea Escherichia diareeică se află în apariția hemoragiei și a efectului nefrotoxic. La factorii de patogenitate ai tuturor tulpinilor E coli includ pili și proteine ​​ale membranei exterioare care promovează aderența, precum și o microcapsule care previne fagocitoza.

Rezistenţă. E coli are o rezistență mai mare la acțiune diverși factori Mediul extern; este sensibil la dezinfectanți și moare rapid când este fiert.

RolE coli. Escherichia coli este un reprezentant al microflorei normale a colonului. Este un antagonist al bacteriilor intestinale patogene, al bacteriilor putrefactive și al ciupercilor din gen Candida.În plus, este implicat în sinteza vitaminelor FIȘi LA, descompune parțial fibrele.

Tulpinile care trăiesc în intestinul gros și sunt oportuniste pot trece dincolo de tractul gastrointestinal și, cu scăderea imunității și acumularea lor, devin cauza diferitelor boli purulente-inflamatorii nespecifice (cistita, colecistită) - escherichioza parenterală.

Epidemiologie. Sursa escherichiozei enterice sunt persoanele bolnave. Mecanism de infecție - fecal-oral, căi de transmitere - alimentar, de contact si gospodaresc.

Patogeneza. Cavitatea bucală Intră în intestinul subtire, este adsorbit în celulele epiteliale cu ajutorul pili și proteinelor membranei exterioare. Bacteriile se înmulțesc și mor, eliberând endotoxină, care crește motilitatea intestinală, provoacă diaree, febră și alte simptome de intoxicație generală. Produce exotoxină - diaree severă, vărsături și perturbarea semnificativă a metabolismului apă-sare.

Clinica. Perioadă incubație este de 4 zile. Boala începe acut, cu febră, dureri abdominale, diaree și vărsături. Există tulburări de somn și apetit și dureri de cap. În forma hemoragică, sângele se găsește în scaun.

Imunitate. După boală trecută imunitatea este fragilă și de scurtă durată.

Diagnosticul microbiologic . Metoda de baza - bacteriologic. Se determină tipul de cultură pură (bacili gram-negativi, oxidaz-negativi, fermentarea glucozei și lactozei la acid și gaz, formând indol, neformând hidrogen sulfurat) și aparținând serogrupului, ceea ce face posibilă deosebirea E. coli oportuniste. din cele diareice. Identificarea intraspecifică, care are semnificație epidemiologică, constă în determinarea serovarului cu ajutorul serurilor imune de diagnosticare adsorbite.

83. Structura și funcțiile sistemului imunitar.