Вирулентные бактериофаги и литический цикл

Бактериофаги – это специальный тип вирусов, которые атакуют бактерии и обладают удивительным структурным и функциональных разнообразием. Бактериофаг, заражая бактерию, может перестроить молекулярные механизмы клетки для произведения своего потомства, а затем разрушить или лизировать клетку-хозяина для высвобождения новых вирионов. Этот механизм бактериофагов и называется литическим циклом.

В видео можно включить русские субтитры.

Что такое бактериофаг?

Бактериофаг – форма вируса, которая инфицирует бактерию и размножается внутри нее. Эти бактериальные паразиты имеют голову (нуклеиновая кислота, заключенная в слой белка) и хвост (пустое ядро, заключенное в оболочку), которые могут кодировать четыре гена. Существует огромное множество бактериофагов, которые поражают различные виды бактерий в самых разнообразных средах.

Широкое разнообразие бактериофагов сделало возможным фаговую терапию, которая эффективна в самых различных ситуациях, а в частности при не успешности антибиотикотерапии. В терапии могут быть использовано только вирулентные бактериофаги, так как умеренные их виды не убивают бактериальную клетку.

Вирулентные бактерофаги были определены в 1959 году Адамсом, как «фаг, лишенные способности лизогенизироваться». Фаги могут подвергаться двум типам репликации: литическая или лизогенная репликация. В пределах лизогенного цикла нуклеиновая кислота бактериофага интегрируется в геном хозяина, но бактерия не лизирует.

Тем не менее, в литическом цикле, после репликации клетка разрывается, освобождая новые вирионы, тем самым убивая клетку-хозяина. Как ранее было описано Адамсом, вирулентные бактериофаги - это те, которые размножаются через литический цикл.

Что такое литический цикл?

Ранее мы уже объясняли, что литический цикл – это один из возможных вариантов жизненного цикла бактериофага. Литический цикл имеет несколько циклов.

Адсорбция – первая стадия, во время которой бактериофаг прикрепляется к клетке-хозяину. Это достигается путем крепления хвоста к рецепторам на поверхности клетки. К примеру, бактериофаг Т4 заражает кишечную палочку, прикрепляясь к ее клеточной стенке в местах нахождения рецепторов.

Проникновение – следующая стадия литического цикла, которая характеризуется проникновением бактериофага через клеточную мембрану. Например, бактериофаг T4 делает это, разрушая клеточную стенку специфическим ферментом. Как только мембрана поддается, генетический материал вводится в клетку, оставляя пустой капсид снаружи клетки. Этот введенный генетический материал иногда выглядит круглым, имитируя бактериальный материал и предотвращая его обнаружение иммунной системой бактерии.

Транскрипция – третья стадия, в которую транскрипционные механизмы клетки начинают регулироваться бактериофагом. Одним из первых будет синтезироваться белок, который приводит к дегрануляции ДНК бактерии и увеличивает продукцию вирионов.

Биосинтез или репликация будет следующим циклом, в течение которого продолжается образование профагов (около 200 в минуту). Репликационная фаза также подразделяется на три подцикла:

- ранняя репликация – белки вирионов предупреждают синтез бактериальных белков,

- средняя фаза репликации – транскрибируется вирусная нуклеиновая кислота,

- поздняя фаза репликации – собирается голова и хвост бактериофага.

Затем, во время фазы созревания или сборки, новые вирионы созревают во взрослые вирусные фаги, содержащие как головы, так и хвосты.

Наконец, в литической фазе клеточная стенка разрушается другим вирусным ферментом. Это означает, что осмотическое давление становится слишком большим для мембраны, что приводит к последующему набуханию и разрыву клетки. Все это приводит к высвобождению новых бактериофагов в окружающую среду, где они могут поражать другие бактерии и продолжать размножаться.