Вирусы бактерий (бактериофаги).

Бактериофаги («пожиратели бактерий») — это группа вирусов, которые способны проникать в бактериальные клетки, размножаться в них и вызывать их гибель. Многие бактериофаги имеют простое строение — нитевидные (двуцепочечный ДНК-содержащий колифаг fd), многогранные (одноцепочечные РНК- содержащие, фаги fr, R17, Qb). Размеры их невелики, а их генетический материал состоит всего из нескольких генов.

Вирусы бактерий обладают, как правило, высокой специфичностью, т. е. способны заражать только определенные виды бактерий, хотя есть бактериофаги, которые могут паразитировать и на нескольких родственных видах бактерий.

Бактерии, как известно, окружены клеточной стенкой, поэтому вирусу достаточно сложно проникнуть внутрь бактериальной клетки. Поэтому в процессе эволюции возникли виды бактериофагов, имеющих очень сложное строение и приспособленных для проникновения в бактериальные клетки через оболочку и плазматическую мембрану.

Типичными и наиболее изученными бактериофагами такого типа являются колифаги серии Т (Т2, Т4, Тб), поражающие бактерию — кишечную палочку Escherichia coli, обитающую в кишечнике животных и человека.

Бактериофаг Т2 состоит из многогранной головки длиной 100 нм и хвостового отростка, имеющего сложную структуру. В нем выделяют не менее трех частей: полый белковый стержень, окруженный «чехлом», способным к сокращению и базальную пластинку с нитями. Длинная молекула двухцепочечной ДНК упакована в головке фага. В ДНК фагов (она может содержать до 200 генов) закодированы многие белки, не входящие в структуру самого фага, но необходимые для жизненного цикла вируса. Один из таких белков — фермент лизоцим вызывает лизис (распад) клеточной стенки бактерии и способствует выходу вновь синтезированных вирусных частиц из бактерии.

Подобно другим вирусам, фаги неподвижны. В результате случайных соприкосновений с бактериями фаги прикрепляются к бактерии. Специфичность прикрепления зависит от рецепторных молекул, находящихся в клеточной стенке бактерии. К одной бактерии может одновременно прикрепляться до нескольких сотен фагов. После прикрепления к стенке бактерии базальной пластинки фага чехол отростка сокращается, и через полый цилиндр в бактериальную клетку «впрыскивается» молекула ДНК. Происходит инфицирование бактерии.

Процесс формирования новых бактериофагов довольно сложный и протекает в несколько этапов (рис. 6.2):

  • • сначала инъецированная вирусная ДНК вызывает полную перестройку метаболизма бактерии. В ней прекращается синтез собственной ДНК, РНК и бактериальных белков;
  • • затем начинается синтез фаговой ДНК и белков оболочки фага (за счет ресурсов бактерии);
  • • на заключительном этапе происходит соединение фаговой ДНК с капсидом, к нему присоединяются формирующиеся отдельно хвостовая часть и базальная пластинка с нитями;
  • • под действием фагового фермента лизоцима стенка бактерии размягчается и происходит массовый выход новых бактериофагов из бактерии.
Жизненный цикл вируса — бактериофага Т2

Рис. 6.2. Жизненный цикл вируса — бактериофага Т2:

А — стадии жизненного цикла; Б — бактериофаги на поверхности бактериальной клетки (электронная микрофотография): 1 — прикрепление бактериофага;

  • 2 — ДНК бактериофага в цитоплазме бактерии; 3 — репликация ДНК бактериофага; 4 — пустой капсид бактериофага; 5 — синтез, сборка и выход новых бактериофагов из клетки; 6 — лизис (гибель) бактерии в результате интенсивного образования вируса; 7 — бактериофаг на поверхности бактерии;
  • 8 — внедрение ДНК бактериофага в цитоплазму бактерии

Весь цикл от заражения бактериальной клетки до выхода новых вирусных частиц и гибели бактерии занимает 30—40 мин, а число новых вирусов составляет от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч (в зависимости от вида фага).

Изучение бактериофагов и других вирусов дало очень много для понимания механизмов синтеза белка, организации генов, механизмов транскрипции и трансляции, природу рака, заложило основы современной молекулярной биологии, генной инженерии и биотехнологии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >