Історія відкриття бактеріофагів
Відео: Про бактеріофагів
Бактеріофаги (фаги) (від грец. - пожирати) - віруси, вибірково вражають бактеріальні клітини. Найчастіше, бактеріофаги розмножуються всередині бактерій і викликають їх лізис.
Бактеріофаги - процес взаємодії фагів з бактеріями, який закінчується дуже часто їх руйнуванням (від лат. Bacteriophage - пожирає бактерії).
1896 - відкриття бактеріофагів Британським бактериологом Ернестом Ханкін.
1898 рік - бактеріофаги досліджені російським вченим Миколою Гамалія. В цьому ж році фаги стали використовувати при лікуванні ран і різних інфекцій.
1920-ті роки - Фелікс Д`Ерель - канадський співробітник Інституту Пастера (Париж) назвав бактеріофаги «бактеріофагами» і охарактеризував їх: «віруси, що розмножуються в бактеріях».
1940-і роки - всюди, крім СРСР розробки бактеріофагів викреслені з числа перспективних досліджень. В СРСР дослідження тривають.
У всьому світі популярності набуває метод застосування антибіотиків.
1980-і роки Ефективність лікування антибіотиками значно знизилася. Бактерії виробили лікарську стійкість.
Інтерес до фаговой терапії відновився.
Початок 2000-х років - Гленн Морріс - співробітник Університету Меріленд (США) спільно з НДІ бактеріофагів, мікробіології і вірусології в Тбілісі налагодив випробування фагових препаратів для отримання ліцензії на їх застосування в США.
Липень 2007 року- бактеріофаги схвалені для використання в США.
Протягом останніх декількох років дослідження властивостей бактеріофагів проводяться в Росії, Грузії, Польщі, Франції, Німеччини, Фінляндії, Канаді, США, Великобританії, Мексиці, Ізраїлі, Індії, Австралії.
Явище бактеріофагії спостерігали багато вчених. Однак до появи короткої, але яскравої статті Туорт (1915) вивченням цих явищ не займалися. Англійська бактеріолог Туорт писав гостру інфекційну хворобу стафілококів, яка викликала значні зміни морфології колоній. Інфекційний агент проходив через фільтри, і його можна було страхувати від однієї колонії до іншої. Туорт висунув кілька гіпотез для пояснення цього явища, в тому числі і гіпотезу про вірусом, що фільтрується, аналогічному патогенних вірусів рослин і тварин. У чудовій статті Туорт міститься сутність сучасного погляду на природу бактеріофага, однак ця стаття свого часу не привернула уваги вчених, а Туорт НЕ продовжив свою роботу, може бути, тому, що служив в цей час в армії.
У 1917 р канадський бактеріолог Фелікс Д`Ерелль. працював в інституті Пастера в Парижі, незалежно від Туорт повідомив у пресі про відкриття «бактеріофага». У ряді цікавих робіт він описав і правильно витлумачив багато фактів, що стосуються дії бактеріофага, а в 1921 р опублікував свою класичну працю з цього питання.
Під впливом повідомлення про те, що чума свиней викликається синергічний дією мікроба і вірусу, Д`Ерелль зайнявся пошуками доказів подібної ж змішаної етіології бацилярних дизентерії людини.
Займаючись вивченням дизентерії, Фелікс Д`Ерелль задумався над питанням: чому збудник цієї хвороби, висівають в її початку у великій кількості, в кінці захворювання дуже часто перестає виділятися? Запідозривши тут дію якого - то агента, Д`Ерелль вирішив його виявити. З цією метою до свіжої бульонной культурі дизентерійної палички він став додавати по кілька крапель фільтрату випорожнень хворого. Після одного з таких посівів Д`Ерелль і виявив цей агент по його здатності руйнувати дизентерійні бактерії. При додаванні до каламутній бульонной культурі він викликав її просвітлення, а при додаванні до культури, засіяної на щільну середу, з`являлися прозорі (стерильні) плями - колонії. Здатність викликати такі плями і розмножуватися при повторних посівах дали підставу вважати його живим корпускулярним агентом. Д`Ерелль назвав його Bacteriophagum intestinale, т. Е. Виділений з кишечника пожирач бактерій. Подальші спостереження показали, що бактеріофаги поширені повсюдно. Вони зустрічаються всюди, де є бактерії - в грунті, воді, кишковому тракті людини і тварин, гнійних виділеннях і т. П. Особливо багато фагів в стічних водах- з цього джерела можна виділити практично будь-який фаг. Оскільки природним місцем існування будь-якого фага є мікробна клітина, життя фагів пов`язана з бактеріями.
У період між 1920 і 1940 рр. було проведено дуже багато робіт, присвячених вивченню можливості застосування бактеріофагів з терапевтичною метою. У більшості випадків результати виявилися сумнівними або невтішними, але при деяких захворюваннях, наприклад при холері, вдалося отримати терапевтичний ефект. З відкриттям більш дієвих хіміотерапевтичних препаратів інтерес до застосування фага значно зменшився. Початкові надії на ефективність застосування фага в медицині послужили стимулом для проведення багатьох цінних робіт, що стосуються специфіки, імуногенності, стабільності і мінливості, а також інших властивостей бактеріофагів. У списку літератури з фагу значаться імена багатьох відомих бактеріологів та імунологів - Борде. Круц, Дёрр, А. Флемінг, Одюруа, Левадіті, Праусніц, Топлн, але лише деякі вчені присвятили всю свою діяльність вивченню фагів. Крім ДЕрелля, це були Ашешов. Бронфенбреннер, Флу, Граціа, Е. Вольман і Е. Вольман (старші). Ці вчені, цікавилися біологією бактеріофагів і можливістю їх практичного застосування, внесли великий вклад у вчення про фагах. Потім вивченням фага зайнялися вчені, які поєднували у своїй роботі біологічну «інтуїцію» із застосуванням сучасних кількісних методів дослідження: Бернет, Шлезінгер, Ендрьюс.
теорія походження
У своїй першій роботі Туорт (1915), розглядаючи природу відкритого їм тоді ще не мав назви литического фактора, задавався питанням - подібний цей фактор бактеріям, найпростішим або фільтрується вірусам- чи не є він фільтрується стадією життєвого циклу ураженого Мікрококи або, можливо, це бактеріальний фермент, що утворюється аутокаталітіческі при руйнуванні продукує його мікроорганізму. Ряд ретельніше розроблених гіпотез наведено в до ніге ДЕрелля (1926). З них тільки дві зберегли своє значення до теперішнього часу: «теорія попередника» і «теорія вірусу». Жива полеміка між прихильниками цих двох теорій тривала багато років-вона стала стимулом для проведення численних експериментальних робіт і породила спеціальну термінологію.
Відповідно до теорії попередника, бактеріофаги виникають ендогенно: вони існують в бактеріях у вигляді попередників, які спонтанно або під впливом якогось впливу перетворюються в характерні литические речовини, подібно до того як трипсиноген перетворюється в трипсин. Цю теорію підтримували Гільдемейстер (1921), Борде (1925), Нортроп (1939а), Крюгер і Скрібнер (1939), а також Фелікс (1953). У більшості випадків експериментальне підтвердження цієї точки зору отримували при вивченні лізогенних бактерій, що і буде розглянуто нижче.
Згідно вірусної теорії, бактеріофаги, подібно до вірусів рослин і тварин, є автономні мікроорганізми, які є облігатними паразитами бактерій. Цій теорії дотримувався Д`Ерелль на самому початку своїх досліджень, і її приймали як щось само собою зрозуміле більшість вірусологів, коли-небудь вивчали біологію вірусів. Однак у світлі сучасних даних ця концепція, по суті справи, мало дає, так як в застосуванні до вірусів такі терміни, як автономність і паразитизм, важко піддаються визначенню. Нижче представлені деякі сучасні погляди, пов`язані з цими двома теоріями походження фагів.
Як часто трапляється в розвитку будь-якої науки, і тут виявилося, що кожна з конкуруючих гіпотез, сама по собі неповноцінна, несе в собі зерно істини. Сучасні уявлення про природу бактеріофага склалися на основі синтезу старих і нових, недавно розроблених положень. Подібно до того як типова бактерія може існувати в стані суперечки і в вегетативному стані, типовий бактеріофаг може існувати в трьох станах профага, вегетативного фага і зрілого фага. У зрілому стані фаги існують поза клітиною - господаря, метаболічно вони інертні і трохи нагадують спори бактерій. Після адсорбції на клітині-хазяїні частина фагової частки проникає всередину клітини, де починає розмножуватися. Така розмножується всередині клітини частка відрізняється у багатьох відношеннях від зрілого фага- її називають вегетативним фагом внаслідок властивою їй майже безмежній здатності до відтворення. Деякі фаги, названі помірними, характеризуються здатністю існувати в третьому стані, а саме в стані профага. Інфікуючи чутливу бактеріальну клітину, зріла частка помірного фага може переходити або в вегетативний стан, що веде до руйнування клітини - господаря, або в стан профага, який входить в спадково закріплені симбіотичні взаємини з кліткою-хазяїном, відомі під назвою лизогении. Ми говоримо тут про симбіозі, а не про паразитизм, так як легко помітити, що лізогенія сприяє виживанню і фага, і клітини - господаря.
Визнання того факту, що помірні фаги здатні існувати в трьох різних станах, служить основою для об`єднання теорії попередника і теорії вірусу. Ендогенний попередник в лізогенних бактеріях - це по суті справи профаг певного помірного фага. Можливість такого об`єднання протилежних поглядів ясно передбачали Поверне і Мак-Кі (1929). Правда, залишається нез`ясованим, як саме теорія попередника застосовна до пояснення інфекції екзогенними фагами.
Нещодавно проведені дослідження встановили виражене схожість між фізичними, хімічними і біологічними властивостями бактеріофагів і інших вірусів. Завдяки цьому подібністю бактеріофаги часто використовувалися в якості моделі вірусів тварин, як це і було, наприклад, в роботах по дослідженню противірусних антибіотиків. Хоча до деякої міри це було виправдано, навряд чи можна проводити подібну аналогію далі. Судячи з даних, викладених нижче, цілком можливо, що бактеріофаги та інші віруси походять від абсолютно різних предків. Тому факту, що в відомих нам бактеріофагів міститься ДНК, тоді як в деяких типових віруси рослин і тварин міститься РНК, слід, мабуть, надавати більше значення, ніж згаданого вище, швидше випадковим, подібністю між бактеріофагами і вірусами.
В даний час загальновизнано, що фаги утворюють групу досить різноманітних за своїми властивостями специфічних бактеріальних вірусів - ультрамікробів, що зазнали тривалу еволюцію, пов`язану з адаптацією і спеціалізацією. Сам Д`Ерелль в повному обсязі поділяв цю точку зору-він вважав, що всі бактеріофаги відносяться до одного виду, хоча і представленому великим числом різноманітних форм. Стверджуючи це, Д`Ерелль і багато інших противники вірусної теорії ігнорували або заперечували найбільш вагомі доводи цієї теорії, внаслідок чого, на жаль, основні дослідження по фагів протягом 10 або більше років виявилися марними.
У відкритому Д`Ереллем литическом циклі настільки яскраво виявилася активність бактеріофагів, що інші їх властивості майже не вивчалися. І лише в останні роки, з відкриттям нелітіческой фази фага, в вивченні фагів з`явився новий напрямок. Ні-які штами бактеріофага, потрапляючи в чутливу культуру бактерій, здатні вступати з нею в тісні симбіотичні відносини, при яких клітина-господар продовжує розмножуватися, несучи в собі вірус в неінфекційному стані протягом нескінченного числа поділів. Це тонко врівноважена фаза розмноження вірусу, під час якої інфікована клітина-господар і знаходиться в ній профаг розмножуються з однаковою скоростью- дане явище отримало назву «Лізогенія», або «лизогении». Тепер вважають, що інфікування, що приводить до Лізогенія, викликає модифікацію генетичного апарату бактеріальної клітини і часто призводить до зміни властивостей бактерій-як приклад вкажемо на перетворення авірулентние штаму дифтерійної бактерії в високотоксігенний під впливом зараження відповідним фагом.
При певних умовах деякі бактеріофаги вражають і вбивають чутливі бактерії, не викликаючи лізису і не розмножуючись. В цьому випадку фагів частка поводиться як антибіотик, а не як вірус. Деякі антибіотики, які продукують бактеріями, наприклад колнціни і піоціни, дійсно по ряду властивостей нагадують бактеріофаги.
Ще по темі:
Особливості будови біофагов
Практичне застосування бактеріофагів
