З практичною метою фаги можуть використати. Використання бактеріофагів у медицині і не тільки

Досягнення сучасної медицини та фармацевтики великі, але хвороботворні мікроорганізми теж постійно вдосконалюються та пристосовуються до дії тих лікарських препаратів, які ще кілька років тому були для них смертельно небезпечні. Там, де безсили антибіотики, бактеріофаги допоможуть боротися з патогенними мікроорганізмами.

Що таке бактеріофаги

У дослівному перекладі з давньогрецької мови бактеріофаги – це пожирачі бактерій. Під цим біологічним терміном маються на увазі віруси, які вибірково вражають бактеріальні клітини.

Бактеріофаги присутні скрізь, де живуть бактерії, тому середовищем для них може бути повітря, вода, грунт, організм людини, продукти харчування, одяг.

Особливості будови бактеріофага: такий вірус не має клітинної будовиЄ тільки генетичний матеріал, покритий зверху білковою оболонкою. Тому для розмноження їм доводиться шукати відповідні клітинні мікроорганізми.

Фаг починає згубну для бактерії діяльність з того, що впорскує в її тіло власну генетичну інформацію, а потім починає активне розмноження. Коли бактеріальна клітина руйнується, через її уламки виходить від 100 до 200 нових бактеріофагів, які негайно приступають до ураження бактерій, що знаходяться поруч.

Види

Найбільш відомі бактеріофаги:

• дизентерійний;
• стафілококовий;
• стрептококовий;
• калійний;
• псевдомонадний;
• синьогнійний.

Переваги

Деякі вчені стверджують, що незабаром застосування препаратів на основі бактеріофагів складе гідну конкуренцію вживанню антибіотиків у ході лікування різних хвороб.

Підстава для цього сміливого припущення дають такі плюси застосування фагів:

• відсутність звикання та протипоказань до застосування препарату;
• відсутність гнітючої дії на імунну систему;
• вибіркова дія (корисна бактеріальна флора залишається недоторканою);
• гармонійне поєднання з іншими способами лікування, включаючи терапію за допомогою антибіотиків (згідно з результатами досліджень, фаги навіть посилюють їх дію);
• яскраво виражений ефект при терапії млявих хворобливих станів, викликаних малочутливими до антибіотиків бактеріальними агентами

Це дозволяє успішно використовувати бактеріофаг для дітей, людей похилого віку, вагітних жінок, ослаблених пацієнтів.

Показання

Показаннями для включення бактеріофагів до схеми лікування є такі інфекції:

• хірургічні (абсцес, панарицій, парапроктит, остеомієліт, фурункули, опіки, флегмони, карбункули, гнійні рани);
• урогенітальні (цистит, пієлонефрит, кольпіт, уретрит, ендометрит, сальпінгоофорит);
• ентеральні (холецистит, гастроентероколіт, дисбактеріоз кишечника);
• зараження крові;
• хвороби ЛОР органів (ангіна, гайморит, отит);
• захворювання дихальних шляхівта легень (трахеїт, плеврит, ларингіт, бронхіт, пневмонія).

Способи застосування

Метод, яким повинен застосовуватися бактеріофаг, безпосередньо залежить від характеру та місця розташування вогнища запалення. У різних ситуаціяхдоречними будуть такі способи застосування:

• перорально ( лікарський засібприймається через рот);
• ректально (клізма бактеріофагом);
• місцево (у вигляді промивання, примочок, зрошень, закапування, полоскання, запровадження турунд, просочених препаратом).

Бактеріофаг діє більш ефективно, якщо лікування поєднує різні способи застосування. Існують певні клінічні показання, за якими внутрішньо приймається бактеріофаг у таблетках, а місцева діявиявляє бактеріофаг рідкий у вигляді примочки.

Набирають популярність препарати на основі бактеріофагів, що випускаються у формі розчинів, аерозолів, таблеток, свічок та гелів. Аптечні формипрепаратів мають докладну інструкцію, як приймати бактеріофаг.

Протипоказання

Більшість людей з певною часткою недовіри розглядають можливість лікування бактеріофагами, хоча вже доведено ефективність, а головне, безпеку подібної терапії.

Єдиним можливим протипоказаннямможе бути підвищена чутливістьдо бактеріофагів, хоча випадки алергічної реакціїна бактеріофаги є типовими.

Препарати бактеріофаги

Фармацевтична промисловість пропонує безліч препаратів, принцип дії яких ґрунтується на протимікробній спрямованості бактеріофагів.

• Інтесті-бактеріофаг (Інтестіфаг)

  

  Рідкий імунобіологічний препарат протимікробної спрямованості. Він пригнічує активність мікроорганізмів, викликають хвороби шлунково-кишковий тракт(бактеріальну дизентерію, черевний тиф, ентероколіт, паратиф, дисбактеріоз, сальмонельоз). Застосовується внутрішньо та у вигляді клізми. Протипоказання: гіперчутливість до препарату. Побічні ефекти: у новонароджених у перші 2 дні прийому можливі висипання на шкірі та зригування.

• Піобактеріофаг полівалентний (Секстафаг)

  

  Успішно справляється з гнійно-септичними захворюванняминовонароджених та немовлят, гнійно-запальними захворюваннями ЛОР-органів, ентеральних інфекцій. Застосовується для обробки свіжоінфікованих ран. Протипоказання та побічні ефекти відсутні.

• Бактеріофаг клебсієлл пневмонії (Клебсифаг)

  

  Вражає бактерії, що спричиняють пневмонію, озени, риносклероми. Також допомагає при генералізованих септичних станах, для профілактики обсіменіння внутрішньолікарняними штамамиклебсієл. Побічних дій немає. Підвищена чутливість до компонентів.

• Бактеріофаг сальмонельозний

  

  Руйнує клітини сальмонел і схожих із нею по антигенної структурі мікроорганізмів. Підходить для лікування сальмонельозу у дітей та дорослих. Протипоказання та побічні ефекти відсутні.

• Бактеріофаг синьогнійний (Псевдомонас аеругінозу)

  

  Застосовується для терапії при ураженні різних органівсиньогнійною паличкою. Побічна діяне виявлено. Протипоказання – підвищена чутливість до препарату.

• Бактеріофаг стрептококовий (Стрептофаг)

  

  Вбиває стрептококові бактерії, що робить препарати на його основі незамінними при лікуванні ангіни, тонзиліту, синуситу, панариції, ран, що нагноилися, і безлічі інших недуг. Для лікування гаймориту рекомендується закопувати цей бактеріофаг у ніс. Побічних дій немає. Протипоказання: надчутливість до препарату.

• Бактеріофаг коли

  

  Має специфічне антибактеріальною дієюспрямованим виключно проти патогенних штамів кишкової палички. Призначається при ураженнях шлунково-кишкового тракту, нагноєннях ран, сепсисі новонароджених, кон'юнктивіті, урогенітальних інфекціях. Підвищена чутливість до препарату. Побічних дій не виявлено.

• Бактеріофаг клебсієловий полівалентний

  

  Ефективний при лікуванні перитонітів, плевритів, гнійно-запальних захворювань у гінекології. Використовується також при лікуванні стоматиту, пародонтиту та запалення пазух носа. Побічні дії відсутні. Протипоказання – гіперчутливість до компонентів препарату.

• Коліпротейний бактеріофаг

  

  У рідкій формізатребуваний для профілактики та терапії кольпітів, ентероколітів. У формі таблеток він частіше застосовується при запущених формах пієлонефритів та циститів, запальних процесіву органах малого таза. Протипоказання: алергія на будь-який із його компонентів препарату. Побічні ефекти відсутні.

• Дизентерійний бактеріофаг

  

  Застосовується для терапії та профілактики дизентерії. Побічні дії не виявлено. Протипоказання: надчутливість до компонентів, а для форми препарату у таблетках – вік пацієнта менше 1 року, період вагітності та годування груддю.

Не варто перебільшувати небезпеку вірусів, що входять до складу подібних препаратівта бактеріофаг-аналогів. Вони смертельно небезпечні лише бактерій, викликають захворювання. Якщо лікар вважає за доцільне включення бактеріофагів у схему лікування, варто довіритися і налаштуватися на якнайшвидше одужання.

Застосування бактеріофагів проводиться виключно за призначенням і під наглядом лікаря.

Бактеріофаги або фагі (від ін. грец. φᾰγω «пожираю») - віруси, вибірково вражають бактеріальні клітини. Найчастіше бактеріофаги розмножуються усередині бактерій та викликають їх лізис. Як правило, бактеріофаг складається з білкової оболонки та генетичного матеріалу одноланцюгової або дволанцюжкової нуклеїнової кислоти (ДНК або, рідше, РНК). Загальна чисельність бактеріофагів у природі приблизно дорівнює загальній чисельності бактерій (1030 – 1032 часток). Бактеріофаги беруть активну участь у кругообігу хімічних речовині енергії, що помітно впливають на еволюцію мікробів і бактерій Структура типового міовіруса бактеріофага.

Будова бактеріофагів 1 – головка, 2 – хвіст, 3 – нуклеїнова кислота, 4 – капсид, 5 – «комірець», 6 – білковий чохол хвоста, 7 – фібрила хвоста, 8 – шипи, 9 – базальна пластинка

Бактеріофаги відрізняються за хімічної структури, типу нуклеїнової кислоти, морфології та характеру взаємодії з бактеріями По розміру бактеріальні вірусиу сотні та тисячі разів менше мікробних клітин. Типова фагова частка (віріон) складається з голівки та хвоста. Довжина хвоста зазвичай у 2- 4 рази більша за діаметр головки. У головці міститься генетичний матеріал - одноланцюжкова або дволанцюжкова РНК або ДНК з ферментом транскриптазою в неактивному стані, оточена білковою або ліпопротеїновою оболонкою - капсидом, що зберігає ген поза клітиною. Нуклеїнова кислота та капсид разом становлять нуклеокапсид. Бактеріофаги можуть мати ікосаедральний капсид, зібраний з безлічі копій одного або двох специфічних білків. Зазвичай кути складаються з пентамерів білка, а опора кожної сторони гексамерів того ж або подібного білка. Більше того, фаги за формою можуть бути сферичні, лимонні або плеоморфні. Хвіст, або відросток, є білковою трубкою - продовження білкової оболонки головки, в основі хвоста є АТФаза, яка регенерує енергію для ін'єкції генетичного матеріалу. Існують також бактеріофаги з коротким відростком, що не мають відростка та ниткоподібні.

Систематика бактеріофагів Велика кількість виділених та вивчених бактеріофагів визначає необхідність їх систематизації. Цим займається Міжнародний комітет із таксономії вірусів (ICTV). В даний час, згідно Міжнародної класифікаціїта номенклатурі вірусів, бактеріофаги поділяють залежно від типу нуклеїнової кислоти та морфології. на Наразівиділяють дев'ятнадцять сімейств. З них лише два РНК містять і лише п'ять сімейств мають оболонку. З сімейств ДНКсодержащих вірусів лише дві сімейства мають одноланцюгові геноми. У дев'яти ДНК-містять сімейств геном представлений кільцевої ДНК, а в інших дев'яти - лінійної. Дев'ять сімейств специфічні лише бактерій, інші дев'ять лише архей, а (Tectiviridae) інфікує як бактерій, і архей

Взаємодія бактеріофага з бактеріальними клітинами За характером взаємодії бактеріофага з бактеріальною клітиною розрізняють вірулентні та помірні фаги. Вірулентні фаги можуть лише збільшуватися у кількості за допомогою літичного циклу. Процес взаємодії вірулентного бактеріофага з клітиною складається з кількох стадій: адсорбції бактеріофага на клітині, проникнення в клітину, біосинтезу компонентів фага та їх збирання, виходу бактеріофагів із клітини. Спочатку бактеріофаги прикріплюються до фагоспецифічних рецепторів на поверхні бактеріальної клітини. Хвіст фага за допомогою ферментів, що знаходяться на його кінці (в основному лізоциму), локально розчиняє оболонку клітини, скорочується і ДНК, що міститься в головці, ін'єктується в клітину, при цьому білкова оболонка бактеріофага залишається зовні. Ін'єктована ДНК викликає повну перебудову метаболізму клітини: припиняється синтез бактеріальної ДНК, РНК та білків. ДНК бактеріофага починає транскрибуватися за допомогою власного ферменту транскриптази, який після потрапляння до бактеріальної клітини активується. Синтезуються спочатку ранні, а потім пізні та. РНК, які надходять на рибосоми клітини-господаря, де синтезуються ранні (ДНК-полімерази, нуклеази) та пізні (білки капсиду та хвостового відростка, ферменти лізоцим, АТФаза та транскриптаза) білки бактеріофага. Реплікація ДНК бактеріофага відбувається за напівконсервативним механізмом і здійснюється за участю власних ДНК-полімераз. Після синтезу пізніх білків та завершення реплікації ДНК настає заключний процес - дозрівання фагових частинок або з'єднання фагової ДНК з білком оболонки та утворення зрілих інфекційних фагових частинок

Життєвий циклПомірні та вірулентні бактеріофаги на початкових етапах взаємодії з бактеріальною клітиною мають однаковий цикл. Адсорбція бактеріофага на фагоспецифічних рецепторах клітини. Ін'єкція фагової нуклеїнової кислоти у клітину господаря. Спільна реплікація фагової та бактеріальної нуклеїнової кислоти. Розподіл клітини. Далі бактеріофаг може розвиватися за двома моделями: лізогенний чи літичний шлях. Помірні бактеріофаги після поділу перебувають у стані профазу (лізогенний шлях) Вірулентні бактеріофаги розвиваються за літичною моделлю: Нуклеїнова кислота фага спрямовує синтез ферментів фага, використовуючи для цього білоксинтезуючий апарат бактерії. Фаг тим чи іншим способом інактивує ДНК та РНК господаря, а ферменти фага дуже розщеплюють її; РНК фага «підпорядковує» собі клітинний апарат синтезу білка. Нуклеїнова кислота фага реплікується та спрямовує синтез нових білків оболонки. Утворюються нові частки фага в результаті спонтанного самоскладання білкової оболонки (капсид) навколо нуклеїнової фагової кислоти; під контролем РНК фагу синтезується лізоцим. Ліза клітини: клітина лопається під впливом лізоциму; вивільняється близько 200-1000 нових фагів; фаги інфікують інші бактерії.

Застосування У медицині Однією з областей використання бактеріофагів є антибактеріальна терапія, альтернативна прийому антибіотиків Наприклад, застосовуються бактеріофаги: стрептококовий, стафілококовий, клебсієлезний, дизентерійний і полив алентний, піобактеріофаг, коли, протейний та коліпротейний та інші. У Росії зареєстровано та застосовується 13 медичних препаратівна основі фагів. В даний час їх застосовують для лікування бактеріальних інфекцій, які не чутливі до традиційному лікуваннюантибіотиками, особливо у республіці Грузія. Зазвичай застосування бактеріофагів супроводжується більшим, ніж антибіотики, успіхом там, де присутні. біологічні мембрани, покриті полісахаридами, якими антибіотики зазвичай не проникають. В даний час терапевтичне застосування бактеріофагів не отримало схвалення на Заході, хоча й застосовуються фаги для знищення бактерій, що викликають харчові отруєння, таких як листерії. У багаторічному досвіді в обсязі великого містаі сільскої місцевостідоведено надзвичайно високу лікувальну та профілактичну ефективність дизентерійного бактеріофага (П. М. Лернер, 2010). У Росії її терапевтичні фагові препарати роблять давно, фагами лікували ще до антибіотиків. У Останніми рокамифаги широко використовували після повеней у Кримську та Хабаровську, щоб запобігти дизентерії.

У біології Бактеріофаги застосовуються в генної інженеріїяк вектори, що переносять ділянки ДНК, можлива також природна передача генів між бактеріями за допомогою деяких фагів (трансдукція). Фагові вектори зазвичай створюють на базі помірного бактеріофага λ, що містить дволанцюгову лінійну молекулу ДНК. Ліве та праве плечіФаги мають усі гени, необхідні літичного циклу (реплікації, розмноження). Середня частинагеному бактеріофага λ (містить гени, що контролюють лізогенію, тобто його інтеграцію в ДНК бактеріальної клітини) не суттєва для його розмноження і становить приблизно 25 тисяч пар нуклеотидів. Ця частина може бути замінена на чужорідний фрагмент ДНК. Такі модифіковані фаги проходять літичний цикл, але лізогенію не відбувається. Вектори на основі бактеріофага λ використовують для клонування фрагментів ДНК еукаріотів (тобто більших генів) розміром до 23 тисяч пар нуклеотидів (т. п. н.). Причому фаги без вставок - менше 38 т. п. н. або, навпаки, із надто великими вставками - понад 52 т. п. н. не розвиваються та не вражають бактерії. Оскільки розмноження бактеріофага можливе лише у живих клітинах, бактеріофаги можуть бути використані для визначення життєздатності бактерій. Даний напрямокмає великі перспективи, оскільки одним із основних питань при різних біотехнологічних процесах є визначення життєздатності використовуваних культур. За допомогою методу електрооптичного аналізу клітинних суспензій була показана можливість вивчення етапів взаємодії фаг-мікробна клітина

А також у ветеринарії для: профілактики та лікування бактеріальних захворювань птахів та тварин; лікування гнійно-запальних захворювань слизових очей; порожнини рота; профілактики гнійно-запальних ускладнень при опіках, пораненнях, операційних втручаннях; у генній інженерії: для трансдукції - природної передачігенів між бактеріями; як вектори, які переносять ділянки ДНК; за допомогою фагів можна конструювати спрямовані зміни у геномі господарської ДНК; в харчової промисловості: у масовому порядку фагосодержащими засобами вже обробляють готові до вживання продукти з м'яса та свійської птиці; бактеріофаги застосовують у виробництві продуктів харчування з м'яса, м'яса птиці, сирів, рослинної продукції та ін.;

в сільському господарстві: розпилення фагопрепаратів для захисту рослин та врожаю від гниття та бактеріальних захворювань; для захисту худоби та птиці від інфекцій та бактеріальних захворювань; для екологічної безпеки: антибактеріальна обробка насіння та рослин; очищення приміщень харчопереробних підприємств; санітарна обробка робочого простору та обладнання; профілактика приміщень лікарень; проведення екологічних заходів

Таким чином, на сьогоднішній день бактеріофаги користуються великою популярністю у житті людини та тварин. На підприємствах намічено цілий рядпріоритетних напрямів розробки та виробництва лікувально-профілактичних бактеріофагів, які корелюють із загальносвітовими тенденціями, що знову зароджуються. Створюються та впроваджуються нові препарати, для лікування багатьох захворювань. Вивченням та застосуванням бактеріофагів займаються бактеріологи, вірусологи, біохіміки, генетики, біофізики, молекулярні біологи, експериментальні онкологи, фахівці з генної інженерії та біотехнології

Бактеріофаги в медичної практикизастосовуються в діагностиці, лікуванні та профілактиці інфекційних захворювань.

А. У діагностиці бактеріофаг застосовується при здійсненні культурального методу дослідження для визначення виду виділеної чистої культуритакож для її типування. Викладений нижче метод використання бактеріофага з метою індикації наявності в патологічному матеріалі певного виду бактерій без виділення його в чистій культурі не набув широкого поширення.

1. Реакція наростання титру фага полягає в здатності видового бактеріофага реплікуватися лише у клітинах бактерій «свого» виду. Здійснюється вона за таким принципом. До патологічного матеріалу додають певну кількість видового бактеріофага, інкубують його в термостаті, а потім знову визначають кількість фага. Якщо воно зросло, значить, бактеріофаг "найшов" для реплікації клітини "свого" виду, отже - в патологічному матеріалі присутні бактерії шуканого виду.

2. У процесі ідентифікації чистої культури використовують видові та типові бактеріофаги.
а. Видові бактеріофаги використовуються для фагоіндикації. Виділену чисту культуру засівають газоном на пластинчастий агар і капають на нього краплю видового бактеріофага. Якщо культура відноситься до шуканого виду, то в місці нанесення краплі зростання не буде, інакше в місці нанесення краплі фага спостерігатиметься бактеріальне зростання. Іноді після нанесення бактеріофага чашку Петрі з пластинчастим агаром нахиляють, даючи краплі стекти в краю чашки (через цей метод називають «стікаюча крапля»).

б. Типові бактеріофаги використовуються для фаготипування. Принцип методу ось у чому.
1. Типований штам засівають газоном на пластинчастий агар.
2. Потім на засіяну поверхню капають краплі типових бактеріофагів (кожну до свого квадрата, позначеного заздалегідь, наприклад, склографом на дні чашки Петрі).
3. Чашку з посівом інкубують у термостаті.
4. Враховують досвід, реєструючи «стерильні плями» або «бляшки» – місця відсутності зростання в місці нанесення краплі бактеріофага, до якого чутливий даний варіантбактерій.
5. Фаговар (фаготип) позначається шляхом перерахування типових фагів, що лізують цей варіант.
Б. Застосування бактеріофагів (як правило, видових) для лікування позначається терміном фаготерапія. З метою лікування бактеріофаги застосовуються місцево (у вигляді зрошення ураженої поверхні, вколювання в локальне вогнище). патологічного процесуі т.п.), тому що введення їх парентеральним шляхом призводить до розвитку імунної відповіді на чужорідний фаговий білок. Якщо лікувальний бактеріофаг застосовують перорально (для лікування кишкових інфекцій), то найкраще використовувати таблетовану форму препарату, покриту кислотостійкою оболонкою, що розчиняється в лужному середовищі кишечника - бактеріофаги дуже чутливий до низького рН і швидко інактивуються в кислому середовищі шлунка.
В. Фагопрофілактика - використання бактеріофага (теж, як правило, видового) для профілактики розвитку бактеріальної інфекції. В даний час застосовується для екстреної профілактики черевного тифута дизентерії (під екстреною профілактикоюрозуміється комплекс заходів для запобігання розвитку хвороби вже після акту інфікування, що відбувся, тобто. попадання збудника в організм пацієнта).

Вперше припущення, що бактеріофаги є вірусами зробив. Д.Еррель. Надалі відкриті віруси грибків тощо, називати стали фаги.

Морфологія фага.

Розміри – 20 – 200нм. Більшість фагів мають форму пуголовків. Найбільш складно влаштовані фаги складаються з багатогранної головки, в якій розташовується нуклеїнова кислота, шийка та відростки. На кінці відростка розташовується базальна пластинка, з нитками і зубцями, що відходять від неї. Ці нитки та зубці служать для прикріплення фага до оболонки бактерії. У найбільш складноорганізованих фагів у дистальній частині відростка, міститься фермент - лізоцим. Цей фермент сприяє розчиненню оболонки бактерій при проникненні фагової ПК у цитоплазму. У багатьох фагів відросток оточений чохлом, який у деяких фагів може скорочуватися.

Розрізняють 5 морфологічних груп

1. Бактеріофаги з довгим відростком і чохлом, що скорочується.
2. Фаги з довгим відростком, але не чехлом, що скорочується.
3. Фаги з коротким відростком
4. Фаги з аналогом відростка
5. Ниткоподібні фаги

Хімічний склад.

Фаги складаються з нуклеїнової кислоти та білків. Більшість їх містить 2хнитевую ДНК, замкнуту в кільце. Деякі фаги містять одну нитку ДНК або РНК.

Оболонка фагів - капсид, Складається з упорядкованих білкових субодиниць - капсомерів.

У найбільш складноорганізованих фагів у дистальній частині відростка, міститься фермент - лізоцим. Цей фермент сприяє розчиненню оболонки бактерій при проникненні фагової ПК у цитоплазму.

Фаги добре переносять заморожування, нагрівання до 70, висушування. Чутливі до кислот, УФ та кип'ятіння. Фаги інфікують строго певні бактерії, взаємодіють зі специфічними рецепторами клітин.

За специфічністю взаємодії -

Поліфаги - взаємодіючі з кількома родинними видами бактерій

Монофаги – видові фаги – взаємодіють з одним видом бактерій

Типові фаги - взаємодіють із окремими варіантами бактерій усередині виду.

По дії типових фагів вид можна поділити на фаговий ряд. Взаємодія фагів з бактеріями може протікати по продуктивного, апродуктивного та інтегративного типу.

Продуктивний тип- утворюється фагове потомство, а клітина лізується

При апродуктивному- Клітина продовжує існувати, процес взаємодії обривається на початковій стадії

Інтегративний тип- геном фага інтегрує в хромосому бактерій та співіснує з ним.

Залежно від типів взаємодії розрізняють вірулентні та помірні фаги.

Вірулентнівзаємодіють із бактеріями за продуктивним типом. Спочатку відбувається абсорбція фага на оболонці бактерій, за рахунок взаємодії специфічних рецепторів. Наявне проникнення або пенетрація вірусної нуклеїнової кислоти в цитоплазму бактерій. Під дією Лізоциму в оболонці бактерії утворюється невеликий отвір, чохол у фага скорочується і НК впорскується. Оболонка фага поза бактерії. Далі здійснюється синтез ранніх білків. Вони забезпечують синтез фагових структурних білків, реплікацію фагової нуклеїнової кислоти та репресію діяльності бактеріальної хромосом.

Після цього відбувається синтез структурних компонентівфагів та реплікація нуклеїнової кислоти. З цих елементів відбувається збирання нового покоління фагових частинок. Складання носить назву морфогенез, нових частинок, яких в одній бактерії може утворюватися 10-100. Далі лізис бактерії та вихід нового покоління фагів у зовнішнє середовище.

Помірні бактеріофагивзаємодіють або за продуктивним, або за інтегративним типом. Продуктивний цикл іде аналогічно. При інтегративній взаємодії - ДНК помірного фага після попадання в цитоплазму вбудовується в хромосому в певній ділянці, причому при розподілі клітини синхронно реплікується з бактеріальною ДНК і ці структури передаються дочірнім клітинам. Така вбудована ДНК фага - профаг, а бактерія, що містить профаг, називається лізогенною, а явище - лізогенію.

Спонтанно, чи під впливом низки зовнішніх чинників профаг може вирізатися з хромосоми, тобто. переходити у вільний стан, виявляти властивості вірулентного фага, що призводитиме до утворення нового покоління бактеріальних тіл. індукція профагу.

Лізогенезація бактерій лежить в основі фагової (лізогенної) конверсії. Під цим розуміють зміну ознак або властивостей у лізогенних бактерій, порівняно з нелізогенними того ж виду. Змінюватися можуть різні властивості- морфологічні, антигенні та ін.

Помірні фаги можуть бути дефектними - не здатними утворювати фагове потомство не в природних умовта в індукції.

Віріон - повноцінна вірусна частка, що складається з НК та білкової оболонки.

Практичне застосування фагів -

1. Застосування у діагностиці. Стосовно ряду видів бактерій монофаги, що використовуються в реакції фаголізабельності, як один з критеріїв ідентифікації культури бактерії, типові фаги застосовують для фаготипування, для внутрішньовидової диференціації бактерій. Проводяться з епідіміологічними цілями, для встановлення джерела інфекції та шляхів усунення
2. Для лікування та профілактики ряду бактеріальних інфекцій черевний тип, стафілококові та стрептококові інфекції (таблетки з кислотостійким покриттям)
3. Помірні бактеріофаги застосовують у генній інженерії як вектор, здатних вносити генетичний матеріал у живу клітину.

Генетика бактерій

Бактеріальний геном складається з генетичних елементів, здатних до самовідтворення. репліконів.Репліконами є бактеріальні хромосоми та плазміди. Бактеріальна хромосома формує нуклеоїд, замкненим кільцем не пов'язаним з білками та несе гаплоїдний набір генів.

Плазміди є також замкнене кільце молекули ДНК, але набагато менших розмірів ніж хромосома. Наявності плазмід в цитоплазмі бактерій не обов'язково, але вони надають перевагу в навколишньому середовищі. Великі плазміди редукуються з хромосомою і кількість їх у клітині невелика. А кількість дрібних плазмід може досягати кількох десятків. Деякі плазміди здатні оборотно вбудовуватись у бактеріальну хромосому у певній її ділянці та функціонувати у вигляді єдиного реплікону. Такі плазміди називаються інтеграційними. Деякі плазміди здатні передаватися від однієї бактерії до іншої за безпосереднього контакту - кон'югативні плазміди. Вони містять гени, відповідальні за утворення F-пилів, що формують кон'югативний місток, для передачі генетичного матеріалу.

Основні типи плазмідів-

F – інтегративна коньгативна плазміда. Статевий фактор визначає здатність бактерій бути донорами при кон'югації.

R – плазміди. резистентна. Містить гени, які детермінують синтез факторів, що руйнують антибактеріальні препарати. Бактерії, які мають такі плазміди, не чутливі до багатьох препаратів. Тому формуються стійкі до препаратів фактори.

Токс плазміди - детермінуючі фактори патогенності -

Ent – плазміди – містить ген за вироблення ентеротоксинів.

Hly – руйнують еритроцит.

Рухливі генетичні елементи. До них відносяться вставні - інсерційні елементи. Загальноприйняте позначення - Is. Це ділянки ДНК, здатні переміщатися як усередині реплікону, і між ними. Вони містять лише гени, необхідні їхнього власного переміщення.

Транспозони- більші структури, що мають ті ж властивості, що і Is, го крім вони містять структурні гени, що визначають синтез біологічних речовиннаприклад токсинів. Рухливі генетичні елементи можуть викликати інактивацію гена, пошкодження генетичного матеріалу, злиття репліконів та поширення генів у популяції бактерій.

Мінливість у бактерій.

Усі види мінливості поділяють на 2 групи - неспадкова (фенотипова, модифікаційна) та спадкова (генотипічна).

Модифікації- фенотипчі не успадковані зміни ознак або властивостей. Модифікації не торкаються генотипу, а тому не передаються у спадок. Вони є адаптивними реакціями, на зміну якихось конкретних умов зовнішнього середовища. Як правило, втрачаються в першому поколінні, після припинення дії фактора.

Генотипова мінливістьторкається генотипу організму, а тому здатна передаватися нащадкам. Генотипова мінливість поділяється на мутації та рекомбінації.

Мутації- стійкі, успадковані зміни ознак чи властивостей організму. Основа мутацій - якісна чи кількісна зміна послідовності нуклеотидів у молекулі ДНК. Мутації можуть змінювати практично будь-які властивості.

За походженням мутації - спонтанні та індуковані.

Спонтанні мутаціївідбувається у природних умовах існування організму, а індкованівиникають у результаті спрямованої дії мутагенного фактора. За характером змін у первинній структурі ДНК у бактерій розрізняють генні або точкові мутації та хромосомні аберації.

Генні мутаціївідбуваються всередині одного гена та мінімально захоплюють один нуклеотид. Цей тип мутацій може бути наслідком заміни одного нуклеотиду на інший, випадання нуклеотиду або вставлення зайвого.

Хромосомні- можуть зачіпати кілька хромосом.

Можливо делеція - втрата ділянки хромосоми, дуплікація - подвоєння ділянки хромосоми. Поворот ділянки хромосоми на 180 градусів – інверсія.

Будь-яка мутація виникає під впливом певного мутагенного чинника. За своєю природою мутагени - фізичні, хімічні та біологічні. Іонізуюча радіація, рентгенівське проміння, УФ промені. До хімічних мутагенів - аналоги азотистих основ, саму азотисту кислоту, і навіть деякі лікарські засобицитостатики. До біологічних - деякі віруси та трансфазони

Рекомбінація- обмін ділянками хромосом

Трансдукція - перенесення генетичного матеріалу за допомогою бактеріофага

Репарація генетичного матеріалу -відновлення виниклих у результаті мутацій ушкоджень.

Існує кілька видів репарації

1. Фотореактивація – цей процес забезпечується спеціальним ферментом, який активується у присутності видимого світла. Цей фермент переміщається ланцюжком ДНК і відновлює пошкодження. Об'єднує тимери, які утворюються під час дії УФ. Найбільш значні результати темнової репарації. Вона не залежить від світла і забезпечується декількома ферментами - спочатку нуклеази вирізують пошкоджену ділянку ланцюга ДНК, потім ДНК полімераза, на матриці ланцюга, що зберігся комплементарно, синтезує латку, а лігази вшивають латку на пошкоджене місце.

Репарації зазнають генні мутації, а хромосомні зазвичай немає

1. Генетичні рекомбінації бактерій. Характеризуються проникненням генетичного матеріалу від бактерії донора до бактерії реципієнта з формуванням дочірнього геному, що містить гени обох вихідних особин.

Включення фрагмента ДНК донора до рецепієнта відбувається кросинговером

Три типи передачі -

1. Трансформація- процес, у якому відбувається передача фрагмента ізольованої ДНК донора. Залежить від компетентності рецепієнта та стану донорської ДНК. Компетентність- Здатність поглинати ДНК. Вона залежить від присутності в клітинній мембрані реципієнта спеціальних білків і формується у певні періоди зростання бактерії. Донорська ДНК обов'язково має бути дволанцюжковою і не дуже великою за розміром. Донорська ДНК проникає через оболонку бактерій, причому один з ланцюжків руйнується, інший вбудовується в ДНК реципієнта.
2. Трансдукція- здійснюється за допомогою бактеріофагів. Загальна трансдукція та специфічна трансдукція.

Загальна -відбувається за участю вірулентних факторів. У процесі складання фагів частинок в головку фага помилково може включатися не фагова ДНК, а шматочок хромосоми бактерій. Такі фаги – дефектні фаги.

Специфічна- вона здійснюється помірними фагами. При вирізанні, вирізування його суворо здійснюється за кордоном. Вбудовуються між певними генами та переносять їх.

1. Кон'югація- передача генетичного матеріалу від бактерії донора рецепієнту, за їх безпосередньому контакті. Необхідною умовою- наявність у клітині донора коньгативного плазміду. При кон'югації за рахунок пилок утворюється кон'югаційний місток, яким генетичний матеріал передається від донора до пацієнта.

Генодіагностика

Комплекс методів, що дозволяють виявити геном мікроорганізму чи його фрагмента у досліджуваному матеріалі. Першим було запропоновано метод гібридизації ПК. Заснований використання принципу компліментарності. Цей метод дозволяє виявити у генетичному матеріалі наявність маркерних фрагментів ДНК збудника за допомогою молекулярних зондів. Молекулярні зонди є короткими ланцюжками ДНК, комплементарними маркерній ділянці. До складу зонда вводиться мітка - флюорозром, радіоактивний ізотоп, фермент. Досліджуваний матеріал піддається спеціальної обробки, що дозволяє зруйнувати мікроорганізми, вивільнити ДНК і розділити її на одноланцюгові фрагменти. Після цього матеріал фіксується. Потім виявляється активність мітки. Цей метод не відрізняється високою чутливістю. Можна виявити збудника лише за досить велику його кількість. 10 у 4 мікроорганізмів. Він досить складний технічно та вимагає великої кількостізондів. Широкого поширенняна практиці він не знайшов. Був розроблений новий метод - полімеразна ланцюгова реакція- ПЛР.

Цей метод заснований на здатності ДНК та вірусних РНК до реплікації, тобто. до саморепродукції. Суть у пацієнта - багаторазове копіювання - ампліфікація in vitro фрагмента ДНК, що є маркерного для даного мікроорганіща. Так як процес проходить при достатньо високих температурах 70-90 то метод став можливий після виділення з термофільних бактерій термостабільної ДНК-полімерази. Механізм ампліфікації такий, що копіювання ланцюжків ДНК починається над будь-якій точці, лише у певних стартових блоках до створення яких використовують звані праймери. Праймери є полінуклеотидні послідовності, компліментарні кінцевим послідовностям копіюваного фрагмента шуканої ДНК, причому праймери не тільки ініціюють ампліфікацію, але і обмежують. Наразі існує кілька варіантів ПЛР характерні 3 етапи -

1. Денатурація ДНК (поділ на 1 ланцюжкові фрагменти)
2. Приєднання праймера.
3. Компліментарне добудовування ланцюгів ДНК до 2хланцюгових.

Цей цикл триває 1,5-2 хвилини. В результаті кількість молекул ДНК подвоює 20-40 разів. В результаті 10 у 8 ступеня копій. Після ампліфікації виробляють електрофорез та виділяються у вигляді смужок. Вона проводиться у спеціальному приладі, який називається ампліфікатором.

Переваги ПЛР

1. Дає прямі вказівки на присутність збудника у досліджуваному матеріалі, без виділення чистої культури.
2. Дуже висока чутливість. Теоретично можна знайти 1го.
3. Матеріал для дослідження можливо відразу дизенфікувати після забору.
4. 100% специфічність
5. Швидкість отримання результатів. Повний аналіз- 4-5 годин. Експрес-метод.

Досить широко використовується для діагностики інфекційних захворювань, збудниками яких є не культивовані або важко культивовані організми. Хламідії, мікоплазми, багато вірусів – гепатиту, герпесу. Розроблено тест системи для визначення сибірки, туберкульоз.

Рестрикційний аналіз- за допомогою ферментів молекула ДНК поділяється за певними послідовностями нуклеоїдів та фрагменти аналізуються поп складом. Таким чином, можна знайти унікальні ділянки.

Біотехнологія та генна інженерія

Біотехнологія це наука, яка на основі вивчення процесів життєдіяльності живих організмів використовує ці біопроцеси, а також самі біологічні об'єкти для промислового виробництва продуктів, необхідних для людини, для відтворення біоефектів, що не виявляються в неприродних умовах. В якості біологічних об'єктівнайчастіше використовуються одноклітинні мікроорганізми, а також клітини, тварин та рослин. Клітини дуже швидко відтворюються, що дозволяє за короткий часнаростити біомасу продуцента. В даний час біосинтез складних речовин, таких як білки, антибіотики, економічніший і технологічно доступніший за інші види сировини.

Біотехнологія використовує самі клітини як джерело цільового продукту і великі молекули, синтезовані клітиною, ферменти токсини, антитіла і первинні і вторинні метаболіти - амінокислоти, вітаміни, гормони. Технологія отримання продуктів мікробного та клітинного синтезу зводиться до кількох типових стадій – вибір чи створення продуктивного штабу. Підбір оптимального живильного середовища, культивування. Виділення цільового продукту, його очищення, стандартизація, надання лікарської форми. Генетична інженерія зводиться до створення необхідної для людини цільової продукції. Отриманий цільовий ген зшивають з вектором, а вектором може бути плазміди та вбудовують його в клітину реципієнта. Реципієнт – бактерія – кишкова паличка, дріжджі. Синтезовані рекомбінантами цільові продукти, що виділяють очищають і використовують у практиці.

Першими були створені інсулін і людський інтерферон. Еритропоетин, гормон росту, монокланальні антитіла. Вакцина проти гепатиту Б.

Практичне застосування фагів.Бактеріофаги використовують у лабораторній діагностиці інфекцій при внутрішньовидовій ідентифікації бактерій, тобто визначенні фаговару (фаготипу). Для цього застосовують метод фаготипування,заснований на суворій специфічності дії фагів: на чашку із щільним живильним середовищем, засіяною «газоном» чистою культурою збудника, наносять краплі різних діагностичних типоспецифічних фагів. Фаговар бактерії визначається тим типом фага, який викликав її лізис (освіта стерильного плями, «бляшки», або «негативної колонії», фага). Методику фаготипування використовують для виявлення джерела та шляхів поширення інфекції (епідеміологічне маркування). Виділення бактерій одного фаговара від різних хворих свідчить про загальне джерело їх зараження.

Фаги застосовують також для лікування та профілактикинизки бактеріальних інфекцій. Виробляють черевнотифозний, сальмонельозний, дизентерійний, синьогнійний, стафілококовий, стрептококовий фаги та комбіновані препарати (коліпротейний, піобактеріофаги та ін). Бактеріофаги призначають за показаннями перорально, парентерально або місцево у вигляді рідких, таблетованих форм, свічок або аерозолів.

Бактеріофаги широко застосовують у генній інженерії та біотехнології.як вектори для отримання рекомбінантних ДНК.

Збудники ешеріхіозів. Таксономія та характеристика. Роль кишкової палички в нормі та патології. Мікробіологічна діагностика ентеральних ешеріхіозів. Принципи лікування та профілактики.

Ешеріхіози- інфекційні захворюваннязбудником яких є Escherichia coli.

Розрізняють ентеральні (кишкові) та парентеральні ешеріхіози. Ентеральні ешеріхіози – гострі інфекційні хвороби, що характеризуються переважним ураженням ШКТ. Вони протікають у вигляді спалахів, збудниками є діареєгенні штами E.coli. Парентеральні ешеріхіози – хвороби, що викликаються умовно-патогенними штамами E.coli – представниками нормальної мікрофлори товстої кишки. При цих хворобах можливе ураження будь-яких органів.

Таксономічний стан. Збудник – кишкова паличка – основний представник роду Escherichia, сімейства Enterobacteriaceae, що відноситься до відділу Gracilicutes.

Морфологічні та тинкторіальні властивості. E.coli – це дрібні грамнегативні палички із закругленими кінцями. У мазках вони розташовуються безладно, не утворюють суперечки, перитрихи. Деякі штами мають мікрокапсулу, пили.

Культуральні характеристики.Кишкова паличка – факультативний анаероб, оптим. темп. для зростання – 37С. E.coliне вимоглива до поживним середовищамі добре росте на простих середовищах, даючи дифузне помутніння на рідких та утворюючи колонії на щільних середовищах. Для діагностики ешеріхіоз використовують диференціально-діагностичні середовища з лактозою - Ендо, Левіна.

Ферментативна активність. E.coliмає великий набір різних ферментів. Найбільш відмітною ознакою E.coliє її здатність ферментувати лактозу.

Антигенна структура. Кишкова паличка має соматичний О-,джгутиковим Н і поверхневим К-антигенами. Про-антиген має більше 170 варіантів, К-антиген - понад 100, Н-антиген - понад 50. Будова О-антигена визначає приналежність до серогрупи. Штами E.coli,що мають властивий їм набір антигенів (антигенну формулу), називаються серологічними варіантами (серовари).

За антигенними, токсигенними властивостями розрізняють два біологічних варіанти E.coli:

1) умовно-патогенні кишкові палички;

2) «безумовно» патогенні, діареєгенні.

Чинники патогенності. Утворює ендотоксин, що володіє ентеротропною, нейротропною та пірогенною дією. Діареєгенні ешерихії продукують екзотоксин, що викликає значне порушення водно-сольового обміну. Крім того, у деяких штамів, як і збудників дизентерії, виявляється інвазивний фактор, що сприяє проникненню бактерій усередину клітин. Патогенність діареєгенної ешерихії – у виникненні геморагії, у нефро-токсичній дії. До факторів патогенності всіх штамів E.coliвідносяться пили та білки зовнішньої мембрани, що сприяють адгезії, а також мікрокапсула, що перешкоджає фагоцитозу.

резистентність. E.coliвідрізняється вищою стійкістю до дії різних факторівдовкілля; вона чутлива до дезінфектантів, що швидко гине при кип'ятінні.

РольE.coli. Кишкова паличка – представник нормальної мікрофлори товстої кишки. Вона є антагоністом патогенних кишкових бактерій, гнильних бактерій та грибів роду. Candida.Крім того, вона бере участь у синтезі вітамінів групи В, Еі До,частково розщеплює клітковину.

Штами, що мешкають у товстій кишці і є умовно-патогенними, можуть потрапити за межі шлунково-кишкового тракту та при зниженні імунітету та їх накопиченні стати причиною різних неспецифічних гнійно-запальних хвороб (циститів, холециститів). парентеральних ешеріхіозів.

Епідеміологія.Джерело ентеральних ешеріхіозів – хворі люди. Механізм зараження – фекально-оральний, шляхи передачі - аліментарний, контактно-побутовий.

Патогенез.Порожнина рота. тонку кишкуадсорбується в клітинах епітелію за допомогою пилок і білків зовнішньої мембрани Бактерії розмножуються, гинуть, звільняючи ендотоксин, який посилює перистальтику кишечника, спричиняє діарею, підвищення температури тіла та інші симптоми загальної інтоксикації. Виділяє екзотоксин – важка діарея, блювання та значне порушення водно-сольового обміну.

клініка. Інкубаційний періодстановить 4 дні. Хвороба починається гостро, з підвищення температури тіла, болю у животі, проносу, блювання. Відзначаються порушення сну та апетиту, головний біль. При геморагічній формі в калі виявляють кров.

Імунітет.Після перенесеної хворобиімунітет неміцний та нетривалий.

Мікробіологічна діагностика . Основний метод - бактеріологічний.Визначають вид чистої культури (грамнегативні палички, оксидазонегативні, що ферментують глюкозу і лактозу до кислоти і газу, що утворюють індол, що не утворюють сірководень) і приналежність до серогрупи, що дозволяє відрізнити умовно-патогенні кишкові палички від діареєгенних. Внутрішньовидова ідентифікація, що має епідеміологічне значення, полягає у визначенні серовару за допомогою адсорбованих діагностичних імунних сироваток.

83. Структура та функції імунної системи.