Медицина.

Бактериофаги - это вирусы, обладающие способностью проникать и бактериальные клетки, репродуктироваться в них и вызывать их лизис.

Фаги широко распространены в природе - в воде, почве, сточных водах, в кишечнике животных, человека, птиц, в раковых опухолях растений. Фаг был выделен из молока, овощей. Источником фагов патогенных микробов являются больные люди и животные, бактерионосители, реконвалесценты. Выделяются с содержимым кишечника, мочой, его обнаружили в мокроте, слюне, гное, носовом секрете. Особенно большое количество фагов выделяется в период выздоровления.

Фаг получают путем добавления в котлы с бульонными культурами специального производственного фага, который выдерживают сутки при 37 ° С, затем фильтруют. Проверяют на чистоту, стерильность, безвредность и активность ( силу действия ).

Структура и морфология фагов :  большинство фагов состоит из головки, воротничка и хвостового отростка, заканчивающегося базальной пластинкой, к которой прикреплены фибриллы.

Содержание головки - это ДНК ( иногда РНК ). Хвостовой отросток имеет цилиндрический стержень, окружённый сократительным чехлом. В оболочку фаговой частицы и отросток входит белок, состоящий из полиаминов : спермин, путресцин, кислоторастворимый пептид.

Фаги более устойчивы во внешней среде, чем бактерии. Выдерживают давление до 6000 АТМ , устойчивы к действию радиации. До 13 лет не теряют своих литических свойств, находятся в запаянных ампулах.

Некоторые вещества, например хлороформ и  ферментативные яды ( цианид, флорид ), не оказывают влияния на фаги, но вызывают гибель бактерий.

Однако фаги быстро погибают при кипячении, действии кислот, УФ - лучей.

Фаги обладает строгой специфичностью то есть способны паразитировать только в определенном виде микроорганизмов : стрептококках, стафилококках и так далее. Фаги с более строгой специфичностью, которые паразитируют только на определенных представителях данного вида, называются типовыми. Фаги, которые лизируют микроорганизмы близких видов, янапример видов, входящих в род возбудителей дизентерии ( шигелл ), называются поливалентными.

По механизму взаимодействия с клетками фаги подразделяются на вирулентные и умеренные.
Феномен бактериофагии, вызываемые вирулентными фагами, проходит в 5 фаз:

1. Адсорбция -  с помощью нитей хвостового отростка;

2. Проникновение в клетку; 

3. Репродукция белка нуклеиновых кислоты внутри клетки;

4. Сборка и формирование зрелых фагов;

5. Лизис клетки, выход фага из нее.

Умеренные фаги не лизируют все клетки, а с некоторыми вступают в симбиоз. Клетка выживает. Умеренный фаг превращается в профаг, который не обладает литическим действием.

Лизогенезация бактерий сопровождается изменением их морфологических, культурных, ферментативных, антигенных и биологических свойств. Так, например нетоксигенные штаммы коринебактерий дифтерии в результате  лизогенизации превращаются в токсигенные.

Практическое использование фагов :

* Назначают с профилактической и лечебной целью при дизентерии, брюшном тифе, паратифах, холере, чуме, стафилококковой инфекции;

*  В диагностике инфекционных заболеваний;

* Метод фаготипирования дает возможность устанавливать вид бактерий и тем самым выявлять источники инфекции.
 

Глава 4. 4 - Генетика бактерий.

Генетика - ( от греческого слова Genos - рождение ) - это наука, изучающая наследственность и изменчивость. Микроорганизмы обладают способностью изменять свои основные признаки :

* Морфологические ( строение ) ;

* Культурные ( рост на питательных средах );

* Биологические или ферментативные признаки ( добавление определенных веществ  в питательную среду может вызвать активацию фермента, который до этого находится в латентном состоянии );

* Биологические свойства - может меняться степень патогенности, на этом основаны способы приготовления живых вакцин.

Например, при 12 - 14 дневном культивировании возбудителя сибирской язвы при t  - 42 - 43 ° С микробы потеряли способность вызывать заболевание у животных, но сохранили свои иммуногенные свойства.

БЦЖ ( бацилла Кальмета - Герена ) снизила болезнетворность бычьего виды микобактерий туберкулеза путем длительных поссажей на картофельной  среде с желчью и глицерином при t° 38 ° С. Пересевы через каждые 14 дней получили ослабленный штамм микобактерий туберкулеза, который назван " вакциной "  БЦЖ,  используемой для профилактики туберкулеза.

Наследственность - это способность организмов сохранять определенные признаки на протяжении многих поколений.

Изменчивость - это приобретение признаков под влиянием различных факторов, отличающих их от предыдущих поколений.

Генетическая информация в клетках бактерий заключена в ДНК ( у некоторых вирусов РНК ). Молекула ДНК состоит из двух нитей, каждая из которых спирально закручена относительно другой. При делении клетки спираль удваивается. И вновь  образуется двунитчатая молекула ДНК. В состав молекулы ДНК входит 4 азотистых основания  - одекаин, гуанин, цитозин, тимин. Порядок расположения в цепи у разных организмов определяет их наследственную информацию, закодированную в ДНК.

Формы проявления изменчивости

1. Ненаследственная, фенотипическая изменчивость, или модификация, микроорганизмов возникает как ответ клетки на неблагоприятные условия её существования. Это адаптивная реакция на внешние раздражители не сопровождается изменением генотипа и поэтому не передается по наследству. Могут изменяться морфология ( удлиняется ), культуральные свойства ( стафилококки без пигмента при недостатке кислорода ) биохимические или ферментативные свойства, вырабатываются адаптивные ферменты E. coli, фермент лактаза на среде - с лактозой.

2. Наследуемая генетическая изменчивость возникает в результате мутаций и генетических рекомбинации.

Мутации - ( от латинского слова mutatio  - изменять ) - это передаваемые по наследству структурные изменения генов. При мутациях изменяются участки геномов ( то есть наследственного аппарата ).
Бактериальные мутации могут быть спонтанными ( самопроизвольными ) и индуцированными ( направленными ), то есть появляются в результате обработки микроорганизмов специальными мутагенами ( химическими веществами, температурой, излучением и так далее ).

В результате бактериальных мутации могут отмечаться :

* Изменение морфологических свойств;

* Изменение культурных свойств;

*  Возникновение у микроорганизмов устойчивости к лекарственным препаратам;

* Ослабление болезнетворных свойств и другие.

К генетическим рекомбинациям относятся рекомбинации генов, которые происходят вследствие трансформации, от донора трансдукции и конъюгации.

Трансформация - это передача генетического материала реципиенту при помощи изолированной ДНК другой клетки. Клетки, способные воспринимать ДНК другой клетки, называется компетентными.

Состояние компетентности часто совпадает с логарифмической фазой роста.  Для трансформации необходимо создавать особые условия, например, добавляя неорганические фосфаты, повышается частота трансформации.

Трансдукция - это перенос наследственного материала от бактерии - донора к бактерии - реципиенту, которые осуществляют фаг.
Например, с помощью фага можно воспроизвести трансдукцию жгутиков, ферментативные свойства, резистентность к антибиотикам, токсигенность и другие признаки.

Конъюгации  бактерий  - это передача генетического материала от одной клетки в другой путем непосредственного контакта.  Причём происходит односторонний перенос генетического материала - от донора и реципиенту. Необходимым условием для конъюгации является наличие у донора специфического фактора плодовитости F. У грамотрицательных бактерий обнаружены половые F - волоски, через них происходит перенос генетического материала. Клетки, играющие роль донора, обозначают F +, а реципиенты - F -.

F - фактор находится в цитоплазме клеток, причём он не один. При конъюгации происходит перенос только ДНК без РНК и белка.

Практическое значение изменчивости :

* С помощью генетических методов получены специальные культуры дрожжей и других микробов, используемые в технологии изготовления пищевых продуктов,  производстве анатоксинов, вакцин, антибиотиков, витаминов;

* Большое научное и практическое значение имеет генная инженерия, методы которой позволяют изменять структуру генов и включать хромосому бактерий гены других организмов, ответственных за синтез важных и нужных веществ, которые получить химическим путём очень трудно, -  инсулин, интерферон и другие ;

*  При использовании мутагенных факторов ( УФ - лучей, рентгеновские лучи, Y - лучи, диэтилсульфат и другие ) были получены мутанты - продуценты антибиотиков, которые в 100 - 1000 раз активнее исходных.