Особенности строения биофагов


Строение фага более сложно, чем строение вирусов животных и растений. Довольно своеобразна морфология фага. У него различают головку, имеющую овальную форму, иногда шестигранную, призматическую, иногда круглую. От головки отходит более или менее длинный полый отросток. Фаг сравнивают с барабанной палочкой, булавкой, головастиком. По своим размерам фаги относятся к средним по величине вирусам. Диаметр головки их составляет 60-90 ммк, длина отростка - 250 ммк, толщина - 10-25 ммк. Величина фагов довольно изменчива. Даже разные варианты (типы) одного и того же вида фага могут сильно различаться по своим размерам. Молекулярный вес фага 200 млн.

Частица фага является нуклепротеидом и состоит из белка (50-60%) и ДНК (45-50%). Некоторые фаги содержат небольшое количество липоидов (1,5-2%). Белок образует оболочку фага, а ДНК находится во внутреннем пространстве головки фага. Белковая оболочка состоит из большого числа белковых частиц, называемых субъединицами.

Некоторые ученые считают, что ДНК фага имеет очень небольшую примесь белка, который отличается от белковой оболочки фага. ДНК различных фагов отличаются друг от друга и от ДНК клеток бактерий, в которых они обитают. Кишечная палочка содержит ДНК около 5%, а лизирующие ее фаги - около 45%. Кроме того, ДНК кишечной палочки имеет основание цитозин, а ее фаг содержит другое основание, несколько отличающееся от цитозина.

Фаги являются паразитами бактерий (фаг - пожиратель). Они найдены почти у всех болезнетворных для человека и животных бактерий и у многих непатогенных микробов, в том числе у молочнокислых бактерий, азотобактера, клубеньковых бактерий, у многих лучистых грибов, из которых готовят антибиотики. Фаги широко распространены в природе. Они находятся там, где встречаются бактерии и актиномицеты. Их выделяют из молока, почвы, воды, содержащих большое количество микробов. Основным источником фагов болезнетворных микробов являются больные люди и животные, а также бациллоносители. Фаги выделяются при кишечных инфекциях из испражнений, при гнойных заболеваниях из гноя. Особенно легко они выделяются в период выздоровления.

Размеры и строение фага Т2
Рис. Размеры и строение фага Т2

Современная классификация бактериофагов включает 13 семейств, подразделенных более чем на 140 родов, которые содержат более 5300 видов фагов. В настоящее время эти вирусы выявлены у большинства бактерий, как болезнетворных, так и неболезнетворных, а также ряда других микроорганизмов (например, грибов).

Фаги различаются по форме, структурной организации, типу нуклеиновой кислоты и характеру взаимодействия с микробной клеткой.

Фагам присущи все биологические особенности, которые свойственны вирусам. Их геном представлен либо ДНК, либо РНК и заключен в белковую оболочку (капсид), структурные субъединицы которой уложены по типу либо спиральной, либо кубической симметрии. Крупные фаги, имеющие хвостик, устроены по типу бинарной симметрии (головка - икосаэдр, хвостик - спиральная симметрия). Фаги различаются по форме - нитевидные, сферические; фаги, имеющие головку и хвостик; по размерам - мелкие, среднего размера и крупные (рис. 1).

Различные формы фаговых вирионов

Рис. 1. Различные формы фаговых вирионов по Г. Шлегелю, 1972 г.

1 - нитевидная форма (фаг fd); 2 - гексагональная головка с отростком и сократительным чехлом (фаги Т2. Т4, Т6); 3 - гексагональная головка с длинным, не способным к сокращению хвостиком; 4 - головка с коротким отростком (фаги ТЗ, Т7); 5 - октаэдр; 6 – икосаэдр.

Большинство фагов под электронным микроскопом имеют форму головастика или сперматозоида, некоторые - кубическую и нитевидную формы. Размеры фагов колеблются от 20 до 800 нм у нитевидных фагов.

Наиболее полно изучены крупные бактериофаги, имеющие форму сперматозоида. Они состоят из вытянутой икосаэдрической головки размером 65-100 нм и хвостового отростка длиной более 100 нм (рис. 3).

Внутри хвостового отростка имеется полый цилиндрический стержень, сообщающийся отверстием с головкой, снаружи - чехол, способный к сокращению наподобие мышцы. Хвостовой отросток заканчивается шестиугольной базальной пластинкой с короткими шипами, от которых отходят нитевидные структуры - фибриллы.

Существуют также фаги, имеющие длинный отросток, чехол которого не способен сокращаться, фаги с короткими отростками, аналогами отростков, без отростка.[2,4]

Бактериофаг (схема строения)

Рис.3. Бактериофаг (схема строения).

1 - головка, 2- хвост, 3 - нуклеиновая кислота, 4 — капсид, 5 -"воротничок", 6 - белковый чехол хвоста, 7- фибрилла хвоста, 8 - шипы, 9 - базальная пластинка.

Головка Т-фагов образована из однотипных субъединиц, организованных по принципу кубической симметрии, и может достигать размеров 100 нм. Капсомеры головки состоят из белковых молекул, построенных преимущественно из аспарагиновой и глутаминовой кислот, а также лизина. Содержание белка и ДНК в головке примерно одинаково. Геном большинства фагов образует спирально упакованная двойная нить ДИК. Число фагов, содержащих одноцепочечную молекулу ДНК или РНК, незначительно. У некоторых фагов (например, Т2) в головке находится внутренний белок, содержащий полиамины (спермин и путресцин) и обеспечивающий суперспирализацию большой молекулы ДНК. В таком виде она может упаковываться сравнительно небольшом объёме. В составе фаговой ДНК обнаружены необычные азотистые основания (например, оксиметилцитозин).

Хвост Т-фагов может достигать 250 нм в длину и 25 нм в ширину. Он включает поль - стержень (сконструирован по принципу спиральной симметрии) и сократительный чехол, присоединяющийся к воротничку, окружающему стержень около головки. Чехол образован 120-140 белковыми молекулами, каждая из которых связывает одну молекулу АТФ и ионы Са2+. В дистальном отделе стержня расположена шестиугольная базальная пластина с шестью шипами шестью нитями (фибриллами). У чётных фагов (например, у Т2) окончания фибрилл опущен вниз, а у нечётных — загнуты вверх. У некоторых Т-фагов ( бактериофагов ) в дистальной части хвоста находит лизоцим (эндолизин).

Фаги состоят из двух основных химических компонентов - нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белка. У фагов, имеющих форму сперматозоида, двунитчатая ДНК плотно упакована в виде спирали внутри головки.

Белки входят в состав оболочки (капсида), окружающей нуклеиновую кислоту, и во все структурные элементы хвостового отростка. Структурные белки фага различаются по составу полипептидов и представлены в виде множества идентичных субъединиц, уложенных по спиральному или кубическому типу симметрии.

Кроме структурных белков, у некоторых фагов обнаружены внутренние (геномные) белки, связанные с нуклеиновой кислотой, и белки - ферменты (лизоцим, АТФ - аза), участвующие во взаимодействии фага с клеткой.

Фаги более устойчивы к действию химических и физических факторов, чем бактерии. По степени устойчивости к действию различных факторов внешней среды и химических веществ фаги занимают место между вирусами и неспоровыми бактериями. Они устойчивы в пределах рН от 5,0 до 8,0, большинство из них не инактивируется холодными водными растворами глицерина и этилового спирта. На них не действуют такие ферментные яды, как цианид, фторид, динитрофенол, а также хлороформ и фенол. Фаги хорошо сохраняются в запаянных ампулах и в лиофилизированном состоянии, но легко разрушаются при кипячении, действии кислот, химических дезинфектантов, при УФ облучении.

Высокочувствительны фаги к формалину и кислотам. Инактивация большинства фагов наступает при температуре 65-70 °С. Длительное время они сохраняются при высушивании в запаянных ампулах, замораживании при температуре -185 °С в глицерине.

Ещё по теме:
История открытия бактериофагов
Взаимодействие фага с бактериальной клеткой
Жизненный цикл фага
Методы выращивание и определения бактериальных вирусов
Практическое применение бактериофагов



Реклама