Лекция 1. Открытие бактериофагов, бактериофагия, классификация бактериофагов, особенности взаимодействия с клеткой вирулентных и умеренных фагов, три состояния бактериофага

Бактериофаги (или просто фаги) − вирусы бактерий.

Бактериофагия – процесс взаимодействия фагов с бактериями, заканчивающийся очень часто их разрушением (от лат. bacteriophaga – пожира­ющий бактерии).

Явление бактериофагии открыл Ф. Туорт. В 1915 г. он наблюдал «остекленение» (лизис) колоний белого стафилококка. Полученный Туортом фильтрат биомассы таких колоний вызывал аналогичный эффект у свежевыросших нормальных колоний, а на газоне ага­ровых культур стафилококка вызывал появление точечных прозрачных (стериль­ных) участков.

Явление бактериофагии наблюдали многие ученые, но приоритет открытия фагов (1916) принад­лежит Ф. Д'Эреллю – канадскому ученому, работавшему в Париже в Институте Пастера. Феликс Д'Эрелль задумался над лекцияом: почему возбудитель дизентерии, высевающийся в ее начале в большом количестве, в конце заболевания очень часто перестает выделяться? Ученый к свежей бульонной культуре дизентерийной палочки стал добавлять по нескольку капель фильтрата испражнений больного. После одного из таких посевов Д'Эрелль обнаружил агент, способный разрушать дизентерийные бактерии. При добавлении к мутной бульонной культуре он вызвал ее просветление, а при добавлении к культуре, засеянной на плотную среду, появлялись прозрачные (стерильные) пятна - колонии. Способность вызывать такие пятна и размножаться при повторных посевах дали основание считать его живым корпускулярным агентом. Д'Эрелль назвал его Bacteriophagum intestinale, т. е. выделенный из кишечника пожира­тель бактерий.

Последующие наблюдения показали, что бактериофаги распространены повсеместно. Они встречаются всюду, где есть бактерии - в почве, воде, кишечном тракте человека и животных, гнойных выделениях и т. п. Особенно много фагов в сточных водах; из этого источника можно выделить практически любой фаг.

Классификация бактериофагов

Фаги, как и вирусы позвоночных, беспозвоночных и расте­ний, по содержанию нуклеиновых кислот подразделяются на ДНК- и РНК-содержащие, а по характеру взаимодействия с бак­териями – на вирулентные и умеренные с полноценным и де­фектным геномами.

По спектру действия на бактерии фаги подразделяются на

− поливалентные, лизирующие бактерии нескольких видов;

− монофаги, лизирующие бактерии только одного вида;

− типоспецифические фаги (типовые, Т-фаги), которые избирательно лизируют отдельные варианты бактерий внутри вида.

По способности вызывать инфекцию различают фаги инфекционные, т. е. способные вызвать разные формы фаговой инфекции, и неинфекционные (вегетативные), или незрелые фаги, находящиеся еще в стадии размножения. В свою очередь инфекционные фаги разделяют на покоящиеся (находящиеся вне клетки), вирулент­ные − способные вызвать продуктивную форму инфекции, и умеренные фаги − способные вызывать не только продуктивную, но и редуктивную фаговую инфекцию.

По размерам различают фаги мелкие, средние и крупные. Чем крупнее фаги, тем больше у них генов и сложнее их жизненный цикл. К самым маленьким относятся фаги М13 и φX174.

Выделяют пять основных морфологических типов бактериофагов:

─ тип I − ДНК-содержащие нитевидные фаги, лизирующие бактерии, содержащие F-плазмиды;

─ тип II − фаги, состоящие из головки и рудимента хвоста. Геном большинства из них образован молекулой РНК и лишь у фага φX174— однонитевой ДНК;

─ Типа III − фаги, имеющие короткий хвост (например, Т-фаги 3 и 7);

─ Тип IV − фаги с несокращающимся хвостом и двухнитевой ДНК (например, Т-фаги 1 и 5);

─ Типа V − фаги, имеющие ДНК-геном, сокращающийся чехол хвоста, который заканчивается базальной пластиной (например, Т-фаги 2 или 4).

Типичный бактериофаг может существовать в трех состояниях: профага, вегетативного фага и зрелого фага. В зрелом состоянии фаги (зрелый фаг) существуют вне клетки – хозяина, метаболически они инертны. После адсорбции на клетке-хозяине часть фаговой частицы проникает внутрь клетки, где начинает размножаться. Такая размножающаяся внутри клетки частица отличается во многих отношениях от зрелого фага; ее называют вегетативным фагом вследствие присущей ей почти безграничной способности к воспроизведению. Умеренные фаги, характеризуются способностью существовать в третьем состоянии – в состоянии профага, когда фаг вместо репликации обратимо взаимодействует с генетической системой клетки-хозяина, интегрируясь в хромосому или сохраняясь в виде плазмиды. Таким образом, вирусный геном реплицируется синхронно с ДНК хозяина и делением клетки, а подобное состояние фага называется профагом. Таким образом, профаг – внутриклеточное состояние фага в условиях, когда его литические функции подавлены.

 

Лекция 2. Пути передачи вирусов животных и человека (вертикальная и горизонтальная передача), особенности эпидемиологии вирусных инфекций (источники инфекции, пути проникновения вирусов), классификация вирусных инфекций, эпидемический процесс

Экологическая ниша вирусов – это многокомпонентная система взаимосвязанных элементов, включающая клетку, организм, популяцию хозяина, переносчиков, другие вирусы и внешнюю среду. Для сохранения вируса как биологического вида необходима его последовательная передача от хозяина к хозяину. Передача происходит по горизонтальному и вертикальному направлениям, что имеет место не только в популяциях человека и животных, но и среди бактерий, насекомых, растений, грибов.

Горизонтальная передача – рассеивание возбудителей среди восприимчивых хозяев с использованием различных механизмов и путей, во многом определяемых средой обитания и особенностями жизнедеятельности организма-хозяина.

Вертикальная передача – это передача возбудителя от родителей потомству, которая также может осуществляться различными путями, и предполагает сохранение вируса в ряду поколений.

Бактериофаги в природных условиях встречаются в тех местах, где есть чувствительные бактерии (в воде, почве, выделениях человека и животных), которые инфицируются вирусом при случайных контактах и распространяются водными потоками или путями, используемыми хозяином. Применение бактериофагов в качестве лечебных препаратов значительно увеличило интенсивность циркуляции вирусов бактерий в биосфере. Возможно распространение бактериофагов воздушным путем, что создает определенные трудности при работе с бактериальными культурами в научно-исследовательских лабораториях.

Вирусы насекомых инфицируют хозяина в процессе его питания и размножения. Различают трасспермальную, трансовариальную и трансстадийную (в процессе метаморфоза) передачи вируса. Распространяются вирусы в процессе миграций насекомых.

Распространение вирусов позвоночных осуществляется с использованием механизмов, которые реализуются различными путями, и часто включают внешнюю среду и промежуточных хозяев вируса. Важную роль в распространении вирусов играют миграционные процессы, наблюдаемые среди людей и животных.

Распространение вирусов в человеческой популяции имеет свои особенности. В соответствии с четырьмя основными типами локализации возбудителя в организме (дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, кровь, наружные покровы) выделены несколько механизмов передачи вирусов.

Трансмиссивный механизм – передача с помощью биологических переносчиков. При любом варианте такой передачи вирус черпается переносчиком из внутренних сред донора и внедряется во внутреннюю среду реципиента.

Парентеральный механизм – передача вирусов через кровь. Вирусы, циркулирующие в крови, могут передаваться в процессе переливаний крови, при использовании загрязненных шприцев и других медицинских инструментов (искусственный путь), в процессе сексуальных контактов (половой путь) и другими путями.

Алиментарный (энтеральный) механизм – вирус проникает через слизистые оболочки органов пищеварения. Разновидностью алиментарного механизма является фекально-оральный механизм передачи вируса.

Аэрогенный механизм –входными воротами инфекции являются слизистые органов дыхания. Реализуется воздушно-капельным или пылевым путем.

Контактный механизм – реализуется через кожные покровы. Такой механизм передачи могут использовать очень немногие вирусы. Так, например, вирус бешенства может проникать в организм животного и человека при ослюнении кожных покровов. Слюна собак содержит гиалуронидазу, которая облегчает проникновение вируса в кровь через кожу.

Вертикальный механизм – передача вирусов от матери плоду во время вынашивания и родов. Возбудитель может передаваться через плаценту, через околоплодные воды и оболочки, при прохождении плода через родовые пути матери.

Место проникновения возбудителя в организм человека или животного называется входными воротами инфекции.

Эпидемический процесс

Вирусные инфекции возникают при наличии трех звеньев эпидемического процесса: 1) источника-резервуара инфекции (человек и животное); 2) восприимчивых особей и 3) механизма педачи.

Различают три формы эпидемического процесса: спорадическую заболеваемость, эпидемии и пандемии. Спорадической называют заболеваемость, свойственную определенной местности и болезни в данный период времени. Под эпидемией понимают необычно высокий уровень заболеваемости, во много раз превышающий спорадическую. Очень интенсивные эпидемии, сопровождающиеся массовой заболеваемостью людей на обширных территориях, именуют пандемией. Привязанность вирусного заболевания к определенному региону называют эндемией или природно-очаговой инфекцией, не регистрируемые в данной местности инфекции – экзотическими (греч. exotikos - чужой) или завозными. Применительно к животному миру эпидемический процесс называют эпизоотическим, а эпидемии и пандемии - эпизоотиями.

Особенности вирусных инфекций. Так же как все другие инфекционные болезни, вирусные инфекции отличаются от соматических:

1) контагиозностью (заразительностью);

2) эпидемичностью (способностью распространяться);

3) передачей посредством специфического механизма;

4) специфичностью локализации возбудителя в определенных органах и тканях, в которых возникают характерные для определенной болезни патологические изменения;

5) неповторяемостью в результате воз­никновения иммунитета.

Существуют три основных возможных источника инфекции: человек (больной, реконвалесцент, бактерионоситель), животные и объекты внешней среды. В соответствии с этим различают вирусные болезни: антропонозные; зоонозные (от греч. zoon – животное и nosos — болезнь, ими болеют только животные, например, чума рогатого скота, чума свиней и другие); зооантропонозные (ими болеют и животные, и заражающиеся от них люди). Особенно важную роль в эпидемиологии кишечных инфекций играют инфицированные вода и пищевые продукты.