Біологія та екологія бактеріофагів (стр. 5 из 6)

На початку третьої стадії розмноження, у екліпс-фазі, виявити в зараженій клітині вегетативний фаг не вдається. Проте саме в цей час під його впливом відбувається пригнічення функції синтезу низки клітинних ферментів і водночас індукується утворення фагових ферментів або так званих «ранніх» білків, які каталізують процеси реплікації фагової ДНК з використанням нуклеїнових кислот самої бактеріальної клітини.

Дещо пізніше в клітині починається синтез “пізніх” білків, які являють собою структурні білки фагів. У результаті агрегації таких білків відбувається побудова окремих елементів нових фагів: головок, відростків, базальних пластинок тощо. Після утворення всіх компонентів фага здійснюється складання дозрілих віріонів фага відповідної форми. Залежно від виду фага, стану бактеріальної клітини та інших чинників у одній клітині може утворитися від кількох десятків до кількох сотень фагових частинок.

Отже, в результаті дії вегетативного фага у зараженій бактерії з'являється значна кількість нових корпускул фагів і ми говоримо про репродукцію фагів бактеріальною клітиною на основі генетичної інформації, заданої нуклеїновою кислотою батьківського фага. Саме в цьому й виявляється своєрідна форма паразитизму фагів на субклітинному молекулярному рівні.

Внутрішньоклітинний розвиток у фагів, які містять різні типи нуклеїнової кислоти, дещо відрізняється за характером її реплікації, зокрема, одноланцюгова ДНК і РНК фага спочатку повинні набути дволанцюгової реплікативної форми, а вже після цього в клітині нагромаджуються нові молекули відповідної фагової нуклеїнової кислоти.

Водночас із формуванням дозрілих вібріонів у бактеріальній клітині утворюються літичні ферменти, детерміновані нуклеїновою кислотою фага. Ці ферменти можуть розкладати цупкий пептидо-глікановий шар клітинної стінки; з їхньою допомогою здійснюється четверта стадія взаємодії фага з бактеріальною клітиною — лізис клітинної стінки і вихід нового потомства бактеріофагів назовні (рис. 9).

Літичний, або продуктивний, цикл розвитку характерний для вірулентних фагів, які є справжніми паразитами бактерій. Однак у природі поширеними є й так звані помірні фаги. При зараженні ними бактерій гине тільки невелика частина клітин, а решта нормально розмножується і стає носіями відповідних помірних або симбіотичних фагів. Явище фагоносіння бактеріями дістало назву лізогенії.

Докладне вивчення показало, що існують псевдолізогенні та справжньолізогенні бактеріальні культури. Переважна більшість клітин першого типу є стійкою до цього фага і тільки невеличка кількість їх може заражатися фагом і давати його репродукцію. Справжньолізогенні — це теорія несе в собі фаг у певній прихованій формі і може за відповідних умов репродукувати його.

Рис. 9. Схема циклу розмноження бактеріофага Т2:

1 — фаги оточили бактерію, 2 — вібріон фага прикріплюється до клітини, 3 — в клітину впорскується вірусна ДНК, 4 — капсид фага залишається ззовні бактерії, 5 — синтезуються нові молекули ДНК, 6 — утворюються білкові оболонки фагів, 7 — відбувається збирання нових вірюнів, S— бактерія руйнується (лізується), І вібріони фага виходять назовні.

Встановлено, що особлива форма фага, яка перебуває у справжньо-лізигенних бактеріях (профаг) є нуклеїновою кислотою (геном фага), яка тісно інтегрована з генетичним матеріалом бактеріальної клітини, і в разі поділу бактерії передається її потомству. Отже, в лізигенній клітині профаг поводить себе як нормальний її компонент.

Важливою властивістю лізигенної культури є її стійкість до фагів, які містяться в ній. У зв'язку з цим вивчення помірних фагів лізигенної культури можливе тільки тоді, коли є інша культура цього виду, чутлива до помірного фага даної лізигенної культури. Такі культури дістали назву індикаторних.

Лізогенія дуже поширена серед усіх систематичних груп мікробів. Вона спостерігається у збудників черевного тифу і паратифу, дифтерійної палички, спороносних і бульбочкових бактерій, дріжджів, пеніцилу тощо.

Профаг лізигенної культури може спонтанно або в разі індукції перетворитися на дозрілий бактеріофаг. Натомість у деяких випадках під впливом різних чинників у профага виникають мутації, в результаті яких при індукції він не здатний перетворюватися на повноцінну фагову частинку. Внаслідок цього в середовище можуть виділятися дефектні фаги, що складаються тільки з однієї головки або відростка. Такі фаги можуть адсорбуватися на бактеріях, але не можуть розмножуватися у них. Дефектні фаги привернули до себе увагу вчених, оскільки, як виявилось, багато описаних бактеріцинів є дефектними фагами. Дефектна лізогенія дуже поширена в природі.

Останніми роками одержано цікаві дані не тільки з вивчення суті лізогенії, а й щодо з'ясування ролі профагів як додаткових генетичних факторів. Зміни, які зумовлюються помірними фагами в лізигенній клітині, дістали назву лізигенних конверсій. Слід зазначити, що немало досягнень сучасної генетики і молекулярної біології ґрунтується на вивченні явищ спадковості і мінливості у фагів, оскільки помірним фагам властиве явище трансдукції.

Розділ 3. Культивування, практичне значення вірусів та бактеріофагів

У 1932 p. E. Гудпасчером зі співавторами було запропоновано метод культивування вірусів в ембріонах курчат. Цей метод економічний і зручний. Його й нині широко застосовують для культивування багатьох вірусів тварин. Матеріал, що містить вірус, вводять за допомогою шприца або іншим шляхом у курячий ембріон на 8—12-й день його розвитку (рис. 10). Результати дослідів показали, що більшість видів вірусів добре розвивається в амніоні, жовтковому мішку, хоріоналантоїсній оболонці та інших частинах ембріона.

Рис. 10. Зараження курячого ембріона вірусним матеріалом (за Соколовим, 1968):

А — в алантоїсну порожнину; Б — в амніон відкритим способом; В — в амніон закритим способом

У 50-х роках у практику було впроваджено методи культивування клітинних культур, які істотно вплинули на розвиток вірусології. Тепер віруси успішно культивуються в культурах одношарових трипсинозованих клітин, які виготовляють з ембріональних тканин курей, кроликів, морських свинок, мишей, а також нирок мавп і ембріонів людини. Широко культивуються віруси і в так званих перещеплюваних культурах клітин — штамах тканин, злоякісних пухлин (Hela, Hep-2, KB) тощо. Велика перевага перещеплюваних клітинних ліній, в порівнянні з первинними культурами, полягає в тому, що їх можна розмножувати послідовним пасажуванням протягом тривалого часу.

Наприклад, культура клітин Hela, одержана Дж. Геймом з пухлини хворої жінки Генрієти Лекс ще в 1950 p., до сьогоднішнього часу пройшла тисячі генерацій і використовується нині у всіх вірусологічних лабораторіях світу.

Культури клітин використовуються не тільки для первинного виділення вірусу, але й для виробництва вакцин, коли необхідно одержати чималу масу вірусного матеріалу. Вирощування вірусів у клітинних культурах широко застосовується і для біохімічних досліджень.

Культивування вірусів проводять також в організмі чутливих лабораторних тварин, зокрема тих вірусів, які не вирощуються в клітинних культурах і ембріонах курчат. Так, для вивчення онкогенних вірусів використовують хом'ячків, агента куру і вірусу гепатиту — приматів, вірусів Коксакі та арбовірусів — мишей. За допомогою кроликів одержують антисироватки. Експерименти з вивчення механізмів патогенезу і ролі імунної відповіді можуть бути проведені тільки на лабораторних тваринах.

Культивування вірусів рослин. Для культивування фітопатогенних вірусів використовують сприйнятливі до них рослини, які вирощують у природних умовах або в теплицях і оранжереях.

Рослина, призначена для культивування певного вірусу, повинна бути: 1) придатною для нагромадження вірусу у великій кількості; 2) стійкою проти зараження іншими близькими вірусами; 3) не містити речовин, які здатні інактивувати або осаджувати вірус в екстракті; 4) стійкою проти обробки інсектофунгіцидами; 5) стійкою проти бактеріальних та грибкових захворювань.

Для культивування фітопатогенних вірусів найчастіше використовують молоді рослини, які добре ростуть, не мають будь-яких патологічних ознак і не містять у своїх клітинах високих концентрацій фенолів, слизів і камедей, рибонуклеази тощо, а також можуть інгібувати або незворотне осаджувати віруси. Такими рослинами, наприклад, можуть бути тютюн сорту Самсун для культивування вірусу тютюнової мозаїки, дурман для вирощування Х-вірусу картоплі. Тепер відома велика кількість рослин-індикаторів з різних ботанічних родин, що їх застосовують для культивування вірусів. Рослини-індикатори, умови, в яких вони вирощуються, і час, коли рослини можна використовувати для виділення вірусів, треба вибирати так, щоб вихідна концентрація вірусних частинок була якомога найвищою. За даними Р. Метьюза (1973), концентрація багатьох вірусів досягає максимуму через кілька днів або тижнів, а потім дуже швидко знижується.

Культивування бактеріофагів. Бактеріофаги — паразити бактерій та інших мікроорганізмів. їх, як і віруси, що уражають рослини й тварини, не культивують на штучних поживних середовищах. У природних умовах фаги трапляються там, де є чутливі до них бактерії. В лабораторних умовах їх вирощують тільки на чутливих до них бактеріях, від яких фагів можна відокремити і очистити фільтрацією, ультрацентрифугуванням та іншими методами.

Встановлено, що бактеріофаги певною мірою характеризуються як видовою, так і типовою специфічністю. Кожен окремий вид фага можна культивувати в клітинах одного виду або близько споріднених видів мікробів. Натомість фаги відзначаються високою адаптаційною здатністю. Поступовим пасеруванням певний вид фага можна привчити до культивування на інших видах бактерій.