О Бактериофагах

Что такое бактериофаги?

xорошо известно, что бактериофаги умеют адаптироваться к новым условиям благодаря мутациям, но из признаков «живого» им присущи только способность к размножению и передаче потомкам наследственной информации. Именно эти свойства позволили человеку использовать их как альтернативу антибиотикам для борьбы с инфекциями и уничтожения болезнетворных бактерий.

Бактериофаги - это вирусы, мельчайшие природные структуры, похожие на молекулярные кристаллы. Но, в отличие от большинства известных человечеству вирусов, они поражают не высшие организмы (например - человека), а только низшие - одноклеточные, недаром «бактериофаг» буквально переводится как «пожиратель бактерий». Бактериофаги устроены настолько просто, что даже не могут размножаться самостоятельно – для этого им, как и другим вирусам, нужна «чужая» живая клетка.

Из чего состоит бактериофаг

Типичный фаг состоит из «головы» с плотно упакованной генетической программой, состоящей из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), и «хвоста», с помощью которого «впрыскивает» свои гены в клетку бактерии. Зараженная бактерия начинает с помощью собственных внутриклеточных систем и ресурсов синтезировать белки и нуклеиновые кислоты, необходимые для сборки новых вирусных частиц. Зрелые фаги выходят на поиски новой добычи, а «родительская» бактериальная клетка погибает.

Благодаря последним исследованиям стало понятно, что бактериофаги играют важную для поддержания глобального «микробного баланса» роль в биосфере: каждые двое суток они уничтожают половину мировой популяции бактерий и тем самым препятствуют этим быстро размножающимся организмам покрыть толстым слоем земную поверхность. 

Бактериофаги появляются везде, где живут бактерии: на суше и в океанах, в почве и в воде, в растениях и животных. Даже в желудочно-кишечном тракте человека содержится около 10¹² бактериофагов – на порядок больше, чем звезд в нашей Галактике! И хотя размер фаговых частиц не превышает 0,0001 мм, биомасса фагов на планете достигает фантастической цифры – 1 млрд тонн. Поэтому эти невидимые глазом, но вездесущие создания называют иногда «темной материей» биосферы.

Преимущества бактериофагов

Применение бактериофагов

Сразу после открытия бактериофагов, препараты на их основе стали использовать для борьбы с инфекционными болезнями человека. Однако в результате изобретения антибиотиков и недостатка знаний о бактериофагах их лечебный потенциал не был реализован.

Спустя полстолетия бактериофагами заинтересовались молекулярные биологи. Они выяснили, что эти простые «наноустройства» с короткими генетическими программами являются удобными объектами для экспериментальных исследований по изучению устройства и работы генома. Дальнейшее изучение фагов и механизмов, с помощью которых бактерии защищаются от врагов, открыло науке один из самых эффективных инструментов редактирования генома – CRISPR-CAS, основанный на системе «бактериального иммунитета».

Фаги нашли применение в разных сферах человеческой деятельности, включая био- и нанотехнологии. Например, как простые системы для наработки белков с заданными свойствами или как основа для создания материалов с заданной архитектурой в каталитической химии.

В качестве «умных» молекулярных устройств их используют для транспорта лекарств в организме и как диагностические сенсоры – например, для выявления патогенных бактерий в продуктах питания. Препараты фагов применяются для дезинфекции в сельском хозяйстве и в пищевой промышленности. Это увеличивает экологическую чистоту продуктов.

Но все-таки медицина, как и столетие назад, остается главной областью применения этих врагов бактерий. С ростом лекарственной устойчивости бактерий к химическим антибиотикам возросло значение фаготерапии для профилактики и лечения инфекционных болезней человека.