Microbiology

Бактериофаги (фаги) (от др.-греч. φᾰγω — "пожираю") — вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис.

Бактериофаг был открыт канадским микробиологом Феликсом д'Эрелем в 1917 году, он же выдвинул предположение, что бактериофаги имеют корпускулярную природу. Однако только после изобретения электронного микроскопа удалось увидеть и изучить ультраструктуру фагов. Долгое время представления о морфологии и основных особенностях фагов основывались на результатах изучения фагов Т-группы — Т1, Т2,..., Т7, которые размножаются на Е. coli штамма В. Однако с каждым годом появлялись новые данные, касающиеся морфологии и структуры разнообразных фагов, что обусловило необходимость их морфологической классификации.

Выделение и выявление. Выделить бактериофаг нетрудно. Нужно лишь взять материал из естественного местообитания соответствующего вида бактерий и вместе с бактериями залить питательной средой. Если та­кую накопительную культуру инкубировать в условиях, благоприятных для данных бактерий, то вскоре размножатся и содержавшиеся в пробе фаги. Вирус размножается всегда только в растущих клетках. Можно путем центрифугирования или фильтрации удалить оставшиеся бактерии, а затем в надосадочной жидкости - «лизате» - определить количество фагов. Если засеять плотную питательную среду бактериальной взвесью, не содержащей фагов, то на ее поверхности образуется сплошной газон из бактерий. Если же теперь высеять суспензию, содержащую небольшое число фагов, в газоне появятся свободные от бактерий участки (стерильные пятна, или бляшки). В том месте, куда попал фаг и где он поразил бактерию, лизируется все большее число бактериальных клеток; через некоторое время инфицированная фагом область становится заметной уже невооруженным глазом как пятно, не содержащее бактерий, на фоне бактериального газона (рис. 4.1, В). Используя подходящие методы, можно быстро размножать бактериофаги на бактериальных газонах на твердых средах или в суспензиях бактерий. Затем отделяют бактериальные клетки центрифугированием, убивают оставшиеся бактерии хлороформом и получают таким образом фаговый лизат, содержащий обычно от 10¹⁰ до 10¹³ фагов в 1 мл.

Морфология бактериофагов. Строение бактериофагов в основном изучали на примере фагов серии Т Escherichia coli. Колифаг Т2 состоит из полиэдрической головки длиной 100 нм и отростка, или «хвоста», примерно такой же длины. Поэтому говорят о «составных» вирусах (табл. 4.1). Головка состоит из капсомеров и содержит внутри ДНК. Количество белка и ДНК примерно одинаково. Отросток фага Т2 имеет сложное строение. В нем можно различить не менее трех частей: полый стержень, окружающий его сократимый чехол и находящуюся на дистальном конце стержня базальную пластинку с шипами и нитями (от последних зависит специфическая адсорбция на клетке-хозяине). На электронных микрофотографиях, полученных при негативном контрастировании, можно видеть фаговые частицы в двух состояниях: у одних частиц головка очень резко выделяется на электроноплотном фоне и чехол отростка растянут, у других головка мало отличается от фона по плотности и чехол находится в сокращенном состоянии. Это схематиче­ски изображено на рис. 4.7. Первое состояние (А) характерно для активного фага, в головке которого заключена ДНК, второе (Б) - для фага, который инъецировал свою ДНК в бактериальную клетку.

Многие бактериофаги имеют более простое строение. В зависимости от формы зрелых фаговых частиц различают ряд типов, которые представлены на рис. 4.8 и 4.9. Большинство фагов содержит двухцепочечную ДНК. В последние годы, однако, было обнаружено несколько фагов с одноцепочечной ДНК и несколько с одноцепочечной РНК. Содержащие РНК фаги fr (рис. 4.9, Д), R17, QP и другие обладают наименьшими из известных геномов: в них 3500-4500 нуклеотидов.