Бактериофаги: строение, принцип организации, основы классификации. Практическое использование фагов.

Следовательно, можно ожидать, что лечение антибиотиками, особенно теми, которые нацелены на микробную флору кишечника, также изменит вирусный (фаговый) микробиом. Бактериофаги не так легко инактивируются, как вегетативные бактериальные клетки, но они уязвимы к ультрафиолетовой инактивации, автоклавированию и стандартным процедурам дезинфекции в больницах.Для всех членов бригады, ухаживающих за пациентом с заболеванием, опосредованным фаговыми токсинами, таким как холера или шигелла, важно, чтобы процедуры дезинфекции выбирались с учетом их способности инактивировать вирусы, а также бактерии. Несмотря на то, что бактериофаги не заражают клетки человека напрямую, они могут опосредовать передачу генов вирулентности от патогенных штаммов бактерий к непатогенным. [5]Фаги сыграли важную роль в лабораторных исследованиях. Первыми изученными фагами были те, которые были обозначены как тип 1 (T1)-тип 7 (T7). Т-четные фаги, Т2, Т4 и Т6, были использованы в качестве модельных систем для изучения размножения вирусов. В 1952 году Альфред Дэй Херши и Марта Чейз использовали бактериофаг Т2 в знаменитом эксперименте, в котором они продемонстрировали, что только нуклеиновые кислоты молекул фага необходимы для их репликации внутри бактерий. Результаты эксперимента подтвердили теорию о том, что ДНК - это генетический материал. За свою работу с бактериофагами Херши был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1969 году. Он разделил награду с биологами Сальвадором Лурией и Максом Дельбрюком, чьи эксперименты с фагом T1 в 1943 году (флуктуационный тест) показали, что устойчивость бактерий к фагам является продуктом спонтанной мутации, а не прямой реакцией на факторы окружающей среды. Определенные фаги, такие как лямбда, Mu и M13, используются в технологии рекомбинантной ДНК. Фаг ϕx174 был первым организмом, у которого была определена вся его нуклеотидная последовательность, подвиг, который был совершен Фредериком Сэнгером и его коллегами в 1977 году. [4]В 1980-х годах американский биохимик Джордж П. Смит разработал технологию, известную как фаговый дисплей, которая позволила генерировать инженерные белки. Такие белки были получены путем слияния чужеродных или сконструированных фрагментов ДНК с геном III фага. Ген III кодирует белок, экспрессируемый на поверхности вириона фага. Таким образом, слитые белки гена III, поглощенные фагами, были обнаружены на поверхности частиц вириона. Затем исследователи могли бы использовать антитела, разработанные для распознавания чужеродного фрагмента белка, для очистки слитых фаговых культур, тем самым эффективно амплифицируя последовательность чужеродного гена для дальнейшего изучения. Британский биохимик Грегори П. Винтер впоследствии усовершенствовал технологию фагового отображения для разработки белков человеческих антител. Такие белки могли бы быть использованы для лечения заболеваний у людей с меньшим риском индуцирования потенциально опасных иммунных реакций по сравнению с предыдущими терапевтическими антителами, полученными от животных. Адалимумаб (Хумира), используемый для лечения ревматоидного артрита, был первым полностью человеческим антителом, полученным с помощью фагового дисплея и одобренным Управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами США (одобрено в 2002 году). За свои открытия, связанные с проявлением фагов, Смит и Винтер были удостоены доли Нобелевской премии по химии 2018 года. [2]Лечение бактериофагами применялось у животных, растений и людей с различной степенью эффективности. Бактериофаги обладают различными потенциальными преимуществами по сравнению с антибиотиками, но в то же время у них есть и недостатки. Главным преимуществом бактериофагов является их специфичность к бактериям-мишеням хозяина, что значительно уменьшает разрушение нормальной флоры хозяина. Сначала необходимо распознать бактерии, на которые следует нацелиться, в противном случае следует использовать смесь бактериофагов. Фаги самоограничиваются, то есть им требуется, чтобы их хозяева постоянно росли; их сохранение в окружающей среде в течение длительного периода времени зависит от наличия у них конкретного хозяина. Размножение в очаге инфекции - еще одно достоинство бактериофагов. Они безопасны и не имеют побочных эффектов или имеют незначительное их количество. Если бактерии становятся устойчивыми к бактериофагам, бактериофаги естественным образом изменяются, заражая резистентные бактерии, снижая вероятность выхода бактерий.После их введения бактериофаги могут очень быстро рассеиваться по организму, достигая почти каждого органа; но иммунная система быстро выводит системные бактериофаги, что создает еще одну проблему для их принятия в качестве терапевтических средств [5-7]. Одной из серьезных проблем, связанных с использованием бактериофаговой терапии in vivo, является сильная реакция антител, которая позволила бы быстрее выводить бактериофаги, и, следовательно, применение бактериофагов в течение длительного периода времени было бы невозможно.Другими ограничениями бактериофагов как терапевтических агентов являются их узкий диапазон хозяев и тот факт, что бактериофаги не являются постоянно вирулентными в определенных физиологических ситуациях. Во время приготовления запасов бактериофагов необходимо убедиться, что препараты бактериофага не содержат бактерий и бактериальных токсинов, чтобы предотвратить вторичные инфекции. Но стерилизующие бактериофаги могли бы дезактивировать их. Бактериофаги могут передавать бактериям токсические свойства, что приводит к вирулентности [6]. Одним из способов обойти это является использование эндолизинов, литических ферментов бактериофагов, вместо введения всего вириона [1,2]. Аналогичным образом, могут быть использованы генетически улучшенные бактериофаги, которые будут доставлять только ДНК, необходимую для производства антибактериальных препаратов, специфичных к бактериям-мишеням [3].ЗаключениеПриведенные выше подробности дают представление о широком спектре применения фагов в области биотехнологии и медицинской науки. Области применения фагов варьируются от диагностики заболевания с помощью фаготипирования и его профилактики (фаговая вакцина) до лечения (фаготерапия). Есть надежда, что фаги могли бы быть полезны людям во многих отношениях. Создав "петушиный хвост" из фагов, стало бы легко лечить широкий спектр бактериальных инфекций, которые в противном случае устойчивы к последним поколениям антибиотиков. Фаг может быть использован индивидуально для лечения бактериальной инфекции путем лизиса бактериальной клетки, поскольку она обладает литическим потенциалом. В то же время универсальность фагов позволила бы нам использовать антитела против бактерий, которые были обнаружены на поверхности фага. Аналогичным образом защитный антиген может быть доставлен в виде ДНК- или фаговой дисплейной вакцины. Таким образом, смесь генетически модифицированных фагов была бы более полезной для решения всех этих проблем. Фаги также хорошо справляются с проблемой порчи пищевых продуктов и лечат бактериальную инфекцию растений и фруктов.Существуют некоторые опасения по поводу использования фагов. Она включает в себя вопросы безопасности и эффективности, а также иммунный ответ на вводимые фаги. Оптимизация роста и стратегии очистки фагов также являются некоторыми вопросами, которые необходимо решить. В связи с быстрым прогрессом в области биотехнологии и молекулярной биологии есть надежда, что эти сущности (фаги), которые в изобилии присутствуют в биосфере, смогут ответить на многие вопросы, возникающие у людей.Список использованной литературыЛитусов Н.В. Бактериофаги. Иллюстрированное учебное пособие. – Екатеринбург: Изд-во УГМА, 2012. - 38 сHaq, I.U., Chaudhry, W.N., Akhtar, M.N. et al. Bacteriophages and their implications on future biotechnology: a review. Virol J 9, 9 (2012). https://doi.org/10.1186/1743-422X-9-9Бактериофаги – вирусы бактерий: учеб. пособие / авт. сост. Н. В. Иконникова. – Минск: ИВЦ Минфина, 2017. – 41 c.Борисов, Л. Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология : учебник для студентов высших учебных заведений, обучающихся по медицинским специальностям / Л. Б. Борисов. — 5-е изд., испр. — Москва : Медицинское информационное агентство, 2016. — 792 с. Коротяев, А. И. Медицинская микробиология, иммунология и вирусология : учебник для студентов медицинских вузов / А. И. Коротяев, С. А. Бабичев. — 5-е изд., испр. и доп. – Санкт-Петербург : СпецЛит, 2010. — 760 с.Медицинская микробиология, вирусология и иммунология : учебник для студентов медицинских вузов / под ред. А. А. Воробьева. — Москва : МИА, 2015. — 704 с.Поздеев, О. К. Медицинская микробиология : учебное пособие для студентов медицинских вузов / О. К. Поздеев ; ред. В. И. Покровский. — 4-е изд., стер. — Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 768 с.Захаренко С. М. Бактериофаги: современные аспекты применения, перспективы на будущее // МС. 2013. №10.Вакарина А.А., Катаева Л.В., Карпухина Н.Ф. Рациональные аспекты использования бактериофагов // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2015. №5.