Строение

Заключённую в головке фага нуклеиновою кислоту защищает белковая оболочка. На нижнем своём конце головка переходит в отросток, который заканчивается шестиугольной «площадкой» (базальной пластинкой) с шестью короткими выростами (шипами) и шестью длинными фибриллами (нитями). Отросток окружён чехлом по всей длине, от головки до пластинки.

Естественной средой обитания фагов является бактериальная клетка, поэтому фаги распространены повсеместно (например, в сточных водах). Фагам присущи биологические особенности, свойственные и другим вирусам.

Наиболее морфологически распространенный тип фагов характеризуется наличием головки- икосаэдра, отростка (хвоста) со спиральной симметрией (часто имеет полый стержень и сократительный чехол), шипов и отростков (нитей), т.е. внешне несколько напоминают сперматозоид.

Жизненный цикл бактериофагов. Размножение вирулентного фага

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 рисунке 24 Первое состояние (А) характерно для активного фага, в головке которого заключена ДНК, второе (Б) – для фага, который инъецировал свою ДНК в бактериальную клетку.

А. Фаг с вытянутым чехлом до адсорбции. Б. Фаг с сократившимся чехлом после адсорбции и инъекции, 1-поперечный разрез вытянутого отростка: видны 6 белковых субъединиц чехла в одной плоскости; 2-поперечный разрез сократившегося чехла: видны 12 белковых субъединиц чехла в одной плоскости; 3-базальная пластинка готового к адсорбции фага со свободными нитями.

Рисунок 24 – Модель фага Т2.

Репродукция вируса в клетке-хозяине – процесс очень сложный. Его отдельные этапы, от заражения клетки-хозяина до освобождения зрелых инфекционных частиц, довольно хорошо изучены с биохимической, генетической и морфологической стороны на примере фагов серии Т (Т2, Т4, Т6).

Подобно другим вирусам, фаги неподвижны. При смешивании взвеси свободных фагов со взвесью бактерий фаговые частицы в результате случайных столкновений с клетками прикрепляются к поверхности последних (адсорбция) и вводят в клетку свою ДНК (инъекция). По прошествии некоторого времени, необходимого для процессов синтеза и созревания, клетки лизируются и новообразованные фаговые частицы выходят наружу.

АДСОРБЦИЯ 1) Фаг приближается к бактерии, и хвостовые нити связываются с рецепторными участками на поверхности бактериальной клетки.

Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т.е. прикрепления вирусных частиц к клеточной поверхности. Процесс адсорбции возможен при наличии соответствующих рецепторов на поверхности клетки и «узнающих» их субстанций на поверхности вируса. Самые начальные процессы адсорбции имеют неспецифический характер, и в основе их может лежать электростатическое взаимодействие положительно и отрицательно заряженных группировок на поверхности вируса и клетки. Однако узнавание клеточных рецепторов вирусными белками, ведущее к прикреплению вирусной частицы к клетке, является высоко специфическим процессом. Белки на поверхности вируса, узнающие специфические группировки на плазматической мембране клетки и обусловливающие прикрепление к ним вирусной частицы, называются прикрепительными белками.

Прикрепление вирусной частицы к клеточной поверхности вначале происходят путем образования единичной связи вирусной частицы с рецептором. Однако такое прикрепление непрочно, и вирусная частица может легко оторваться от клеточной поверхности (обратимая адсорбция). Для того чтобы наступила необратимая адсорбция, должны появиться множественные связи между вирусной частицей и многими молекулами рецепторов, т.е. должно произойти стабильное мультивалентное прикрепление.

Рецепторы для одних фагов находятся в липопротеиновом слое, для других в липополисахаридном. Фагорезистентность некоторых бактерий определяется, вероятно, отсутствием у них соответствующих рецепторов. При избытке бактериофага на одной клетке может адсорбироваться 200-300 фаговых частиц.

ИНЪЕКЦИЯ 2) Хвостовые нити изгибаются и закрепляет шипы и базальную пластинку на поверхность клетки; хвостовой чехол сокращается, заставляя, полый стержень входить в клетку; этому способствует фермент - лизоцим, который находится в базальной пластинке; таким образом, ДНК вводится внутрь клетки. У фага Т2 при этом базальная пластинка, по-видимому, фиксируется на клетке, чехол отростка сокращается и в результате этого полый стержень входит в бактериальную клетку. Опыты с фагом, у которого нуклеиновая кислота была помечена ³²Р, а белок - ³⁵S, показали, что в клетку проникает только нуклеиновая кислота, а белковая оболочка остается снаружи.

Латентный период (3,4,5):

3) ДНК фага кодирует синтез ферментов фага, используя для этого белоксинтезирующий аппарат (рибосомы и т.п.) хозяина.

4) Фаг тем или иным способом инактивирует ДНК хозяина, а фермент фага совсем расщепляет ее; ДНК фага подчиняет себе клеточный аппарат. Инъецированная ДНК фага прежде всего вызывает полную перестройку метаболизма зараженной клетки. Сразу же прекращается синтез бактериальной ДНК. Через несколько минут прекращается также синтез бактериальной РНК и бактериальных белков, хотя общее количество белка продолжает непрерывно возрастать.

5)ДНК фага реплицируется и кодирует синтез новых белков. Синтез ДНК возобновляется, даже с повышенной скоростью. Сначала фаговая ДНК образуется за счет распавшейся бактериальной. Эту перестройку и последующее новообразование фаговой ДНК можно количественно проследить по увеличению количества 5-гидроксиметилцитозина-основания, специфичного для ДНК некоторых Т-фагов. Необходимые для синтеза фаговой ДНК ферменты образуются уже вскоре после заражения; это так называемые «ранние белки». К «поздним белкам» относятся белки оболочки и фаговые лизоцимы, или эндолизины; они образуются лишь во второй половине скрытого периода.

СОЗРЕВАНИЕ 6) Новые частицы фага, образующиеся в результате спонтанной само сборки белковой оболочки вокруг фаговой ДНК; под контролем ДНК фагов синтезируется лизоцим. Заключительный процесс - созревание состоит в соединении фаговой ДНК с белком оболочки и образовании зрелых инфекционных фаговых частиц. Созревание Т-фагов сложный многоступенчатый процесс:

а)Сначала образуются капсиды, наполненные внутри белками.

б)После растворения этих внутренних белков готовые головки наполняются ДНК до определенной, зависимой от типа фага плотности и закрываются.

в)После этого пристраиваются компоненты отростка (хвостовой части)

7) Освобождение новых фагов, взрыв или лизис клетки, т.е. клетка, лопается под воздействием лизоцима; высвобождается около 200-1000 новых фагов; фаги индуцируют другие клетки. В конце концов клеточная стенка бактерии размягчается под действием фагового лизоцима, и новые фаги освобождаются. Такое внезапное разрушение клетки можно наблюдать под микроскопом в условиях темного поля. Продолжительность латентного периода и величина урожая фаговых частиц варьируют в широких пределах в зависимости от вида фага, вида бактерии и условий среды.

Жизненный цикл фага составляет 30 минут.

Рис 2. Схема развития фага в бактериальной клетке:

а — адсорбция; б — переход ДНК в клетку; в — перестройка обмена веществ в клетке; г — образование новых частиц бактериофага; д — растворение клеточной стенки

Бактериофаги наносят большой вред в молочной промышленности (производстве сыров, творога, сметаны) и в производстве маргарина. Они поражают в основном молочнокислые стрептококки заквасок для получения этих продуктов. Под влиянием бактериофага клетки стрептококков лизируются (растворяются) и погибают. В антибиотической промышлен­ности актинофаги лизируют производственную культуру актиномицетов — продуцентов антибиотиков.

В медицине бактериофаги применяются для лечения некоторых заболеваний, например дизентерии.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 216; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!