Бактериофаг (бактериальный вирус, фаг) — это субмикроскопический инфекционный агент, являющийся внутриклеточным паразитом бактерий.
В состав бактериофага входит нуклеиновая кислота, несущая в своей структуре наследственную информацию бактериофага, и белок, защищающий нуклеиновую кислоту от внешних воздействий и обеспечивающий проникновение бактериофага внутрь бактерии. Инфекционный цикл бактериофага состоит из следующих этапов: 1) взаимодействие с поверхностью бактериальной клетки (адсорбция); 2.) проникновение нуклеиновой кислоты бактериофага внутрь бактерии; 3) синтез компонентов частиц потомства бактериофага внутри клетки; 4) разрушение зараженных клеток и выход в среду потомства бактериофага. Другой путь развития бактериофага заключается в формировании между ним и клеткой-хозяином симбиотических взаимоотношений.
Для подсчета числа частиц бактериофага (титрование бактериофага) используют метод агаровых слоев Грациа: 1 мл сильно разведенного препарата бактериофага добавляют к 3—5 мл расплавленной питательной среды, содержащей 0,7% агара и зараженной предварительно 1—2 каплями густой культуры бактерий, чувствительных к бактериофагу (индикаторная культура). Смесь перемешивают и разливают ровным слоем на поверхности плотной агаровой среды в чашки Петри. Когда верхний слой агара застынет, чашки инкубируют в течение ночи при t° 37°. На поверхности среды образуется сплошной газон бактериального роста с небольшим количеством прозрачных стерильных пятен (негативные колонии). Каждое такое пятно возникает в результате размножения одной частицы бактериофага. Умножая число негативных колоний в чашке на степень разбавления исходного препарата бактериофага, подсчитывают концентрацию в нем фаговых частиц. Каждый бактериофаг способен размножаться только в определенном типе хозяина.
На этом свойстве бактериофагов основано их использование для диагностики (фагодиагностика) и профилактики (фагопрофилактика) ряда бактериальных инфекций (например, дизентерия, брюшной тиф, холера и др.). Использование бактериофагов в терапевтических целях (фаготерапия) малоэффективно. См. также Лизогения, Фаготипирование.
Бактериофаг (бактерии и греч. phagos — пожирающий; синоним: фаг, бактериальный вирус) — ультрамикроскопический агент корпускулярной природы, обладающий основными свойствами вирусов, растворяющий бактерии и актиномицеты. Впервые явление бактериофагии наблюдали Н. Ф. Гамалея (1898), Туорт (F. Twort, 1915).
В 1917 г. д'Эрелль (F. d'Herelle) выделил из испражнений больных дизентерией фильтрующийся литический агент, пассирующийся на культуре дизентерийных микробов и растворяющий их клетки. Д'Эреллем и был введен термин «бактериофаг» (пожиратель бактерий).
Будучи вирусом бактерий, бактериофаг способен репродуцироваться (размножаться) исключительно внутри бактериальной клетки и во внеклеточном (свободном) состоянии неактивен. Из-за очень малых размеров бактериофага (тысячные доли микрона) его морфология изучается в электронном микроскопе. Большинство изученных бактериофагов имеет форму головастика или сперматозоида и состоит из сферической или гексагональной головки и прямого или несколько изогнутого отростка (хвоста) различной длины (рис. 1 и 2). На конце отростка у многих фагов имеется расширение в виде шестигранной пластинки, от которой отходит до шести длинных нитей, играющих важную роль при взаимодействии фага с бактериальной клеткой, в частности определяющих специфичность в отношении круга хозяев. Описаны бактериофаги, частицы которых имеют палочковидную форму, и бактериофаги с очень короткими отростками. Фаговая частица состоит из белковой оболочки и содержимого, представленного нуклеиновой кислотой (рис. 3). Большинство фагов содержит ДНК; в последнее время открыты бактериофаги, в состав которых входит РНК.
Рис. 1. Бактериофаг Т2: головка гексагональной формы с коротким отростком (электронная микроскопия, х ЗЗ 000).
Рис. 2. Частицы бактериофага к Staphylococcus aureus. Утолщение на конце отростка (электронная микроскопия, X 100 000).
Рис. 3. Схематичная реконструкция фаговой частицы (размеры — средние величины измерений): 1 — белковая оболочка головки; 2 — нитевидная молекула ДНК, находящаяся внутри головки; 3 — оболочка отростка (сократимая); 4 — сердцевина отростка с полостью в середине; 5 — область лизоцимной активности, связанной с цистальным участком отростка; в — нить (часть ее закручена вокруг стержня отростка, другая — свободна).
Бактериофаг обладает специфическими антигенами (см.), отличающимися от антигенов клетки хозяина (бактерии, в которых репродуцируется фаг). Антифаговая сыворотка, получаемая путем иммунизации лабораторных животных, обладает высокоспецифической инактивирующей активностью. Антифаговые сыворотки нейтрализуют только тот фаг, против которого они получены, и в определенной степени серологически родственны бактериофагам, не действуя на клетки хозяина. В антифаговых сыворотках обнаруживаются вируснейтрализующие, комплементсвязывающие и агглютинирующие антитела. Серологическими исследованиями установлено, что частица бактериофага представляет сложный антигенный комплекс, состоящий из нескольких различных антигенов.
Взаимодействие бактериофага с микробной культурой может завершиться двумя различными результатами. В первом случае (это касается так называемых вирулентных фагов) происходит растворение (лизис) бактериальных клеток, сопровождающееся выходом большого количества вновь сформировавшихся фаговых частиц (рис. 4). Во втором случае (это присуще умеренным фагам) взаимодействие бактериофага с бактериями обусловливает лизогенизацию культуры, не сопровождающуюся лизисом бактериальных клеток; при этом большинство бактерий приобретает способность сохранять внутриклеточно и передавать из поколения в поколение бактериофаг без проявления его активности (см. Лизогения).
Бактериофаг имеет большое значение в медицинской практике. Несмотря на огромные успехи, достигнутые в результате применения антибиотиков и сульфаниламидов, бактериофаг используется для лечения — фаготерапии — и профилактики — фагопрофилактики — таких инфекционных заболеваний, как дизентерия, брюшной тиф, холера, чума, стафилококковые и анаэробные инфекции и др. Большое значение имеет бактериофаг для диагностики некоторых кишечных заболеваний (дизентерия, брюшной тиф). Метод фагодиагностики основан на быстром обнаружении в исследуемом материале незначительных количеств патогенных бактерий при помощи реакции нарастания титра фага (РНФ), предложенный советскими микробиологами В. Д. Тимаковым и Д. М. Гольдфарбом. Титром бактериофага называется количество фаговых частиц, содержащихся в 1 мл препарата (суспензии бактериофагов). Определение титра бактериофага производится на жидких или плотных питательных средах по методу агаровых слоев или двухслойному методу Грациа (рис. 5), который дает возможность точно судить о биологической активности исследуемого бактериофага и в котором определение титра бактериофага основывается на подсчете негативных колоний бактериофага («бляшек»), развивающихся на газоне чувствительного к нему микроорганизма (рис. 6).
Рис. 4. Лизис зараженной бактериофагом клетки Е. coli: «взрыв» — распад клеточной оболочки на мелкие частицы; видны остатки оболочки и цитоплазмы и несколько сотен частиц бактериофага (электронная микроскопия, X 15 000).
Рис. 5. Техника определения титра бактериофага по методу агаровых слоев.
Рис. 6. Результат титрования бактериофага методом агаровых слоев (негативные колонии бактериофага).
Бактериофаг — мощный фактор изменчивости микроорганизмов (см. Изменчивость микроорганизмов). Под его влиянием могут возникать формы бактерий и актиномицетов, обладающие признаками, ранее им не присущими. Бактериофаги широко распространены в природе. Их можно выделить из открытых полостей организма животных и человека, из почвы, водоемов, растительных остатков и т. п. Особенно много бактериофагов там, где существуют благоприятные условия для размножения микроорганизмов, в которых они паразитируют (кишечник человека и животных, унавоженные почвы, сточные воды, выделения больных в период выздоровления и т. д.).
Известны бактериофаги, паразитирующие в различных аэробных и анаэробных патогенных и сапрофитных микроорганизмах — кокках, палочках, вибрионах, микобактериях и актиномицетах. См. также Вирусы, Фаготипирование.