Как действует бактериофаг

      Комментарии к записи Как действует бактериофаг отключены

Как действует бактериофаг

    Фотография, сделанная посредством электронного микроскопа, показывает процесс закрепления бактериофагов (колифагов T1) на поверхности бактерии E. coli. Как действует бактериофаг Бактериофаг — это не живое существо, а молекулярный наномеханизм, созданный природой. Хвост бактериофага — шприц, что протыкает стенку бактерии и впрыскивает вирусную ДНК, которая хранится в головке (капсиде), вовнутрь клетки.

В конце ХХ века стало ясно, что бактерии непременно господствуют в биосфере Почвы, составляя более 90% ее биомассы. У каждого вида имеется множество специальных типов вирусов. По предварительным оценкам, число видов бактериофагов образовывает около 1015.

Чтобы выяснить масштаб данной цифры, возможно заявить, что в случае если любой человек на Земле будет ежедневно открывать по одному новому бактериофагу, то на описание всех их пригодится 30 лет.

Так, бактериофаги — самые малоизученные существа в отечественной биосфере. Большая часть известных сейчас бактериофагов принадлежит к отряду Caudovirales — хвостатые вирусы. Их частицы имеют размер от 50 до 200 нм. Хвост различной формы и длины снабжает присоединение вируса к поверхности бактерии-хозяина, головка (капсид) является хранилищем для генома.

Геномная ДНК кодирует структурные белки, формирующие «тело» бактериофага, и белки, каковые снабжают размножение фага в клетки в ходе заразы.

Возможно заявить, что бактериофаг — это природный высокотехнологичный нанообъект. К примеру, хвосты фагов являются «молекулярный шприц», что протыкает стенку бактерии и, уменьшаясь, впрыскивает собственную ДНК вовнутрь клетки. С этого момента начинается инфекционный цикл.

Его предстоящие этапы складываются из переключения механизмов жизнедеятельности бактерии на обслуживание бактериофага, размножение его генома, построение множества копий вирусных оболочек, упаковки в них ДНК вируса и, наконец, разрушение (лизис) хозяйской клетки.

У каждого этапа существует множество нюансов, имеющих глубочайший эволюционный и экологический суть. Так как бактерии и их вирусные паразиты сосуществуют много миллионов, если не миллиарды лет. И эта борьба за выживание не закончилась ни тотальным уничтожением одноклеточных, ни приобретением тотальной устойчивости к фагам и бесконтрольным размножением бактерий.

Кроме постоянного эволюционного соревнования механизмов защиты у нападения и бактерий у вирусов, обстоятельством сложившегося равновесия можно считать да и то, что бактериофаги специализировались по собственному инфекционному действию. В случае если имеется большая колония бактерий, где собственных жертв отыщут и следующие поколения фагов, то уничтожение бактерий литическими (убивающими, дословно — растворяющими) фагами идет скоро и непрерывно.

В случае если потенциальных жертв мало либо внешние условия не через чур подходят для действенного размножения фагов, то преимущество приобретают фаги с лизогенным циклом развития. В этом случае по окончании внедрения вовнутрь бактерии ДНК фага не сходу запускает механизм заразы, а до поры до времени существует в клетки в пассивном состоянии, обычно внедряясь в бактериальный геном.

В таком состоянии профага вирус существует продолжительно, проходя вместе с хромосомой бактерии циклы деления клетки. И только в то время, когда бактерия попадает в благоприятную для размножения среду, активируется литический цикл заразы. Наряду с этим, в то время, когда ДНК фага освобождается из бактериальной хромосомы, довольно часто захватываются и соседние участки бактериального генома, а их содержимое в будущем может перенестись в следующую бактерию, которую заразит бактериофаг.

Данный процесс (трансдукция генов) считается наиболее значимым средством переноса информации между прокариотами — организмами без клеточных ядер.

Все эти молекулярные тонкости не были известны во втором десятилетии ХХ века, в то время, когда были открыты «невидимые инфекционные агенты, уничтожающие бактерий». Но и без электронного микроскопа, благодаря которому в конце 1940-х в первый раз удалось взять изображения бактериофагов, было ясно, что они способны уничтожать бактерии, среди них и вредные. Это свойство было без промедлений пользуется спросом медициной.

Первые попытки лечения фагами дизентерии, раневых зараз, холеры, тифа а также чумы были совершены достаточно бережно, и успех смотрелся в полной мере убедительно. Но по окончании начала использования и массового выпуска фаговых препаратов эйфория сменилась разочарованием. О том, что такое бактериофаги, как создавать, очищать и использовать их лекарственные формы, было известно еще мало.

Достаточно заявить, что по итогам предпринятой в Соединенных Штатах в начале прошлого века проверки во многих промышленных фагопрепаратах фактически бактериофагов по большому счету не выяснилось.

Неприятность с антибиотиками

Вторую половину ХХ века в медицине возможно назвать «эрой антибиотиков». Но еще первооткрыватель пенициллина Александр Флеминг в собственной нобелевской лекции давал предупреждение, что устойчивость микробов к пенициллину появляется достаточно скоро. До поры до времени антибиотикоустойчивость компенсировалась разработкой новых типов противомикробных лекарств.

Но с 1990-х годов стало ясно, что человечество проигрывает «гонку оружий» против микробов.

Виновато в первую очередь бесконтрольное использование антибиотиков не только в лечебных, но и в профилактических целях, причем не только в медицине, но и в сельском хозяйстве, пищевой индустрии и быту. В следствии устойчивость к этим препаратам начала вырабатываться не только у вредных бактерий, но и у самых простых микроорганизмов, живущих в воде и почве, делая из них «условных патогенов».

Такие бактерии комфортно существуют в медицинских учреждениях, заселяя сантехнику, мебель, медицинскую аппаратуру, иногда кроме того дезинфицирующие растворы. У людей с ослабленным иммунитетом, каких в поликлиниках большая часть, они вызывают тяжелейшие осложнения.

Неудивительно, что медицинское сообщество бьёт в набат. В прошедшем, 2012 году генеральный директор ВОЗ Маргарет Чен выступила с заявлением, предвещающим беззащитность эры человечества и конец антибиотиков перед инфекционными болезнями. Но, практические возможности комбинаторной химии — базы фармакологической науки — далеко не исчерпаны.

Однако разработка противомикробных средств — весьма дорогой процесс, не приносящий таких доходов, как многие другие лекарства. Так что страшилки о «супербактериях» — это скорее предостережение, побуждающее людей к поискам других ответов.

На медицинской работе

В полной мере логичным выглядит восстановление интереса к применению бактериофагов — естественных неприятелей бактерий — для лечения зараз. Вправду, за десятилетия «эры антибиотиков» бактериофаги деятельно помогали науке, но не медицине, а фундаментальной молекулярной биологии. Достаточно упомянуть расшифровку «триплетов» генетического кода и процесса рекомбинации ДНК.

на данный момент о бактериофагах известно достаточно, дабы обоснованно выбирать фаги, подходящие для терапевтических целей.

Преимуществ у бактериофагов как потенциальных лекарств множество. В первую очередь — это их несметное количество. Не смотря на то, что изменять генетический аппарат бактериофага также существенно проще, чем у бактерии, и тем более — у высших организмов, в этом нет необходимости. Неизменно возможно подобрать что-то подходящее в природе.

Речь заходит скорее о селекции, закреплении востребованных особенностей и размножении нужных бактериофагов.

Это возможно сравнить с выведением пород псов — ездовых, сторожевых, охотничьих, гончих, бойцовых, декоративных Все они наряду с этим остаются псами, но оптимизированы под определенный вид действий, нужных человеку. Во-вторых, бактериофаги строго специфичны, другими словами они уничтожают лишь определенный вид микробов, не угнетая наряду с этим обычную микрофлору человека.

В-третьих, в то время, когда бактериофаг находит бактерию, которую обязан стереть с лица земли, он в ходе собственного жизненного цикла начинает размножаться. Так, не столь острым делается вопрос дозировки. В-четвертых, бактериофаги не вызывают побочных эффектов.

Все случаи аллергических реакций при применении терапевтических бактериофагов были позваны или примесями, от которых препарат был не хватает очищен, или токсинами, выделяющимися при массовой смерти бактерий. Последнее явление, «эффект Герксхаймера», часто отмечается и при применении антибиотиков.

Две стороны медали

К сожалению, недочётов у медицинских бактериофагов также много. Самая основная неприятность проистекает из преимущества — высокой специфичности фагов. Любой бактериофаг инфицирует строго определенный тип бактерий, кроме того не таксономический вид, а последовательность более узких разновидностей, штаммов.

Условно говоря, как если бы сторожевая собака начинала лаять лишь на одетых в тёмные плащи громил двухметрового роста, а на лезущего в дом ребёнка в шортах никак не реагировала.

Исходя из этого для нынешних фаговых препаратов нередки случаи неэффективного применения. Препарат, сделанный против определенного комплекта штаммов и замечательно лечащий стрептококковую ангину в Смоленске, может оказаться бессильным против по всем показателям такой же ангины в Кемерове. Заболевание та же, вызывается тем же микробом, а штаммы стрептококка в различных регионах выясняются разными.

Для максимально действенного применения бактериофага нужна правильная диагностика патогенного микроба, впредь до штамма. Самый популярный на данный момент способ диагностики — культуральный посев — занимает большое количество времени и требуемой точности не дает. Стремительные способы — типирование посредством полимеразной цепной реакции либо весов-спектрометрии — внедряются медлительно из-за дороговизны аппаратуры и более высоких требований к квалификации лаборантов.

В совершенстве подбор фагов-компонентов лекарственного препарата возможно было бы делать против заразы каждого конкретного больного, но это дорого и на практике неприемлемо.

Второй ответственный недочёт фагов — их биологическая природа. Помимо этого, что бактериофаги для поддержания инфекционности требуют особенных транспортировки и условий хранения, таковой способ лечения открывает простор для множества спекуляций на тему «посторонней ДНК в человеке». И не смотря на то, что как мы знаем, что бактериофаг в принципе не имеет возможности заразить людскую клетку и внедрить в нее собственную ДНК, поменять публичное вывод непросто.

Из биологической природы и большого, если сравнивать с низкомолекулярными лекарствами (теми же антибиотиками), размера вытекает третье ограничение — неприятность доставки бактериофага в организм. В случае если микробная зараза начинается в том месте, куда бактериофаг возможно приложить напрямую в виде капель, спрея либо клизмы, — на коже, открытых ранах, ожогах, слизистых оболочках носоглотки, ушей, глаз, толстого кишечника — то неприятностей не появляется.

Но в случае если заражение происходит во внутренних органах, обстановка сложнее. Случаи успешного исцеления зараз почек либо селезенки при простом пероральном приеме препарата бактериофага известны. Но сам механизм проникновения довольно больших (100 нм) фаговых частиц из желудка в кровоток и во внутренние органы изучен не хорошо и очень сильно разнится от больного к больному.

Бактериофаги бессильны и против тех микробов, каковые развиваются в клеток, к примеру проказы и возбудителей туберкулёза. Через стенку людской клетки бактериофаг пробраться не имеет возможности.

Необходимо подчернуть, что противопоставлять использование антибиотиков и бактериофагов в медицинских целях не нужно. При совместном их действии отмечается обоюдное усиление противобактериального результата. Это разрешает, к примеру, снизить дозы антибиотиков до значений, не вызывающих выраженных побочных эффектов.

Соответственно, и механизм выработки у бактерий устойчивости к обоим компонентам комбинированного лекарства практически неосуществим.

Расширение арсенала противомикробных препаратов дает больше степеней свободы в выборе методики лечения. Так, научно обоснованное развитие концепции применения бактериофагов в противомикробной терапии — перспективное направление. Бактериофаги помогают не столько альтернативой, сколько усилением и дополнением в борьбе с заразами.

иммунитет и Бактериофаги

    Создатель — и. о. заведующего лабораторией молекулярной биоинженерии Университета биоорганической химии им. Шемякина и Овчинникова РАН

Потому, что бактериофагов в природе несметное количество и они всегда попадают в организм человека с водой, пищей и воздухом, то иммунитет их . Существует кроме того догадка о симбиозе бактериофагов в кишечнике, регулирующем кишечную микрофлору. Добиться какой-то иммунной реакции возможно только при долгом введении в организм громадных доз фагов.

Но так возможно добиться аллергии на практически каждые вещества. И наконец, крайне важно, что бактериофаги недороги. производство и Разработка препарата, складывающегося из совершенно верно подобранных бактериофагов с всецело расшифрованными геномами, культивированных по современным биотехнологическим стандартам на определенных штаммах бактерий в химически чистых средах и прошедших высокую очистку, на порядки дешевле, чем современных сложных антибиотиков.

Это разрешает скоро приспосабливать фаготерапевтические препараты к изменяющимся комплектам патогенных бактерий и использовать бактериофаги в ветеринарии, где дорогие лекарства экономически не оправданы.

Статья «Пожиратели бактерий» размещена в издании «Популярная механика» (№132, октябрь 2013).

Бактериофаг разрушает бактерию.mp4


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: