Полная версия научной работы 51 КБ

Enterobacteriaphage T4 как модельный объект в современной молекулярной биологии
Давыденко Ю.О., Фоменко Н.Г.
ГБОУ ВПО «ВолгГМУ» Минздрава России, медико-биологический факультет направление подготовки
«Биология», 1 курс
Государственный медицинский университет
Волгоград, Россия
Estimation of influence of the Enterobacteriaphage T4 as model object in modern molecular biology
Davydenko Y.O., Fomenko N.G.
Volgograd State Medical University
Volgograd, Russia
Бактериофаги, или фаги (с древнегреческого - «пожиратели бактерий»), – это вирусы,
способные поражать клетки бактерий. Они были открыты еще в начале прошлого века, и уже в
то время ученые пришли к выводу, что данный вирус может стать важным средством борьбы с
опасными инфекциями. Именно благодаря этим микроорганизмам начали лечить такие тяжелые
заболевания, как бубонная чума и туберкулез. Вскоре были открыты антибиотики, и
существование
фагов
было
благополучно
забыто.
Но
сегодня
интерес
к
данным
микроорганизмам ученых вновь возвращается.
Бактериофаги – наиболее многочисленная и весьма распространенная, а возможно, и
самая древняя группа вирусов. Они были обнаружены для большинства бактерий, патогенных, и
также сапротрофных. В природе фаги также встречаются там, где есть чувствительные к ним
бактерии: в почве и воде, в кишечнике человека и животных, в растениях и т. д. Чем богаче
субстрат будет обогащен микроорганизмами, тем намного больше в нем будет бактериофагов.
Модельный объект - бактериофаг очень широко используют для научных исследований.
Многие фундаментальные открытия в молекулярной биологии были открыты именно с
помощью бактериофага, таковыми являются: генетический код, рекомбинация и репликация
нуклеиновых кислот. Его очень легко культивировать самыми примитивными биологическими
методами и получать в очень больших количествах.
Бактериофаг Т4 очень удобный модельный объект для развития методов молекулярной
биологии и выяснения структурных основ инфекционности вируса. Enterobacteriaphage T4—
один из самых изученных вирусов, бактериофаг, поражающий бактерию E. coli. Имеет
геномную ДНК порядка 169—170 тысяч пар нуклеотидов, упакованную в икосаэдрическую
головку. Вирион также имеет ствол, основание ствола и стволовые отростки — шесть длинных
и шесть коротких. Enterobacteriaphage T4 является крупным фагом, имеющий диаметр около 90
нм и длину около 200 нм. Фаг T4 использует только литический цикл развития, но не
лизогенный. Рассмотрев строение бактериофага, мы выяснили, что все известные бактериофаги
состоят из двух основных компонентов: белков и нуклеиновых кислот. По типу нуклеиновой
кислоты они делятся на ДНК - и РНК-содержащие.
Базальная пластинка бактериофага – это сложная молекулярная структура, содержащая
не менее 15 различных белков, которая узнает рецепторы на поверхности клеток хозяина и
осуществляет структурную перестройку хвоста вируса, необходимую для инфицирования
клеток. С помощью криоэлектронной микроскопии, удалось реконструировать трехмерную
структуру базальной пластинки фага.
Полученная структура имеет форму шатра, обладающего симметрией шестого порядка
относительно продольной оси хвоста вируса, в центре которого находится молекулярная игла,
которая пронизывает клеточную стенку хозяина в процессе инфицирования. К верхней части
базальной пластинки прикреплен хвостовой стержень, который имеет форму полой трубки, по
которой осуществляется доставка ДНК вируса в клетку. Заражение бактерии начинается с
адсорбции фага, т.е. прикрепления хвостового отростка бактериофага к поверхности клетки.
Адсорбцию осуществляют фибриллы хвостового отростка, которые прикрепляются к
структурам бактериальной клетки, называемым фагорецепторами. Вслед за адсорбцией
базальная пластинка хвоста бактериофага вступает в тесный контакт с клеточной стенкой, в
результате чего сократительный чехол хвоста сокращается, а центральный его стержень
прокалывает клеточную мембрану и, вероятно, за счет сокращения головки ДНК фага
впрыскивается внутрь бактерии. Бактериофаг немедленно, после проникновения ДНК в
бактерии, начинает реализовываться генетическая информация, записанная в ДНК фага. В
случае Т-четных бактериофагов в клетке синтезируются ферменты, разрушающие ДНК
бактерии, и ферменты, необходимые для репродукции ДНК фага. После этого этапа,
называемого синтезом ранних белков, в бактерии синтезируются поздние белки, образующие
оболочку бактериофага. В результате возникают новые частицы бактериофага, бактерия
лизируется, а размножившийся в ней бактериофаг выходит в окружающую среду. Если нанести
отдельные бактериофаги на поверхность твердой питательной среды с растущими бактериями,
то размножившиеся в бактериях бактериофаги разрушают бактерии, образуя на этом месте так
называемые «стерильные пятна».
Бактериофаги, способные репродуцироваться в бактерии, разрушать их и выходить при
этом в виде полноценных частиц в среду, называются вирулентными фагами.
Наряду с такими фагами существуют и другие - умеренные фаги. ДНК таких фагов после
заражения клетки внедряется в ДНК самих бактерий, не нарушая их жизнедеятельности. Она
удваивается и в результате передается потомству. Бактерия, в ДНК которой присутствует ДНК
умеренного фага, называется лизогенной, а фаговая ДНК, объединенная с бактериальной ДНК,
профагом. Если лизогенную бактерию облучить ультрафиолетовым светом или обработать
химическими мутагенами, то можно вызвать превращение профага в фаг, т. е. возбудить в
бактериальной клетке воспроизведение полноценных частиц фага, в результате которого клетка
погибает. Следовательно, в лизогенной бактерии в составе единой бактериальной хромосомы
сосуществуют генетический аппарат бактерии с геном вируса, который передается от
родительской клетки потомству и может быть активирован (индуцирован).
Из этого можно сделать вывод, что фаги это не только средства против бактерий, но и
главный их помощник. Именно бактериофаги помогают меняться бактериям, встраивая свой
генетический материал в ее ДНК. Разработка новых антибиотиков - чрезвычайно дорогой и
долгий процесс. Но даже появление нового лекарства не гарантирует того, что микробы не
выработают от него защиты. Эти условия заставляют специалистов искать средства, которые на
современном этапе могут помочь при лечении бактериальных инфекций и повысить его
эффективность. Такими препаратами в настоящий момент называют бактериофаги.
Список использованной литературы:
1. Материалы международной научно-практической конференции «Бактериофаги: Теоретические и практические аспекты применения в медицине, ветеринарии и пищевой промышленности» / - Ульяновск: УГСХА им. П.А. Столыпина, 2013, т. II - 186 с.
2. Раутенштейн Я.И., Бактериофагия, М., 1955