Бактериофаги, фаги

Бактериофаги (фаги) — вирусы, поражающие бактерии. Впервые описаны Фредериком Туортом в 1915 году, а термин «бактериофаг» ввёл Феликс Д’Эрелль в 1917 году. Эти вирусы характеризуются значительным химическим и структурным разнообразием.

Частицы сложно устроенных бактериофагов (например, фаг Т2 Escherichia coli) состоят из головки и отростка.

• Головка образована белковой оболочкой (капсидом), внутри которой заключена генетическая информация в виде молекулы ДНК или РНК.
• Отросток представляет собой полую белковую трубку, состоящую из сократительных белков, аналогичных мышечным. На его дистальном конце находится базальная пластинка с шипами и нитями, которые обеспечивают специфическое прикрепление (адсорбцию) фага к клеточной стенке бактерии-хозяина.

После адсорбции клеточная стенка бактерии локально разрушается (в этом процессе участвует фермент лизоцим, содержащийся в отростке фага), и нуклеиновая кислота вируса «впрыскивается» внутрь клетки. Попавшая в цитоплазму вирусная нуклеиновая кислота перехватывает управление клеточными механизмами и программирует синтез фаговых белков и копий своей нуклеиновой кислоты. Из этих компонентов происходит самосборка новых зрелых фаговых частиц. Выходя из клетки, они, как правило, приводят к её гибели — такие фаги называют вирулентными.

Помимо вирулентных, существуют и другие типы бактериофагов:

• Умеренные фаги способны встраивать свою ДНК в геном бактерии, вызывая состояние лизогении, при котором вирусный геном реплицируется вместе с бактериальной хромосомой, не убивая клетку.
• Некоторые фаги могут покидать клетку-хозяина, не разрушая её полностью.

Отдельные ДНК-содержащие фаги способны осуществлять перенос генетического материала между бактериями (трансдукцию) и участвовать в рекомбинационных процессах.

Бактериофаги обнаружены для всех культивируемых видов бактерий и являются классическим объектом изучения в молекулярной биологии.

Современный контекст

Сегодня бактериофаги рассматриваются не только как фундаментальная модель для изучения вирусологии и генетики, но и как перспективные агенты в медицине и биотехнологии. Фаготерапия — использование бактериофагов для лечения бактериальных инфекций — переживает ренессанс в связи с глобальным распространением антибиотикорезистентности. Исследования также активно ведутся в области использования фагов для дезинфекции поверхностей в больницах, в пищевой промышленности для борьбы с патогенами (например, Listeria), а также в качестве инструментов для генной инженерии и доставки лекарств.