Praktična primjena faga. Bakteriofagi: savremeni aspekti primene, izgledi za budućnost

Prepoznatljiva svojstva bakteriofaga kao predstavnika kraljevstva Vira. Virulentni fagi, faze interakcije sa bakterijskom ćelijom. Praktična upotreba bakteriofagi

Virulentni fagi uzrokuju produktivna infekcija, pri čemu dolazi do reprodukcije faga i lize bakterijske stanice.

Mehanizam interakcije virulentnog faga sa mikrobnom ćelijom:

1. Adsorpcija faga na osjetljivim stanicama. Javlja se u prisustvu komplementarnih receptora u ćelijskom zidu bakterija i na krajevima filamenata procesa faga. Prvo je fag pričvršćen nitima, a zatim čvrsto pričvršćen za ćelijski zid uz pomoć zubaca banalne ploče.

2. Ulazak DNK faga u bakterijsku ćeliju. Uz pomoć lizozima, koji se nalazi u banalnoj ploči, dio ćelijskog zida se hidrolizira, omotač procesa se smanjuje i unutrašnji štap probija ćelijska membrana. Molekul DNK faga ulazi u ćeliju kroz kanal štapića.

3. Intracelularni razvoj faga. Fazna DNK donosi genetske informacije u bakterijsku ćeliju. Postoji biosinteza komponenti neophodnih za reprodukciju. Na ranim fazama Sintetiziraju se "rani proteini" - enzimi koji repliciraju DNK faga kako bi formirali mnoge njene kopije. Onda dalje ćelijskih ribozoma formiraju se strukturni "kasni proteini".

4. Morfogeneza faga. Sazrijevanje faga odvija se duž tri nezavisne grane u različitim dijelovima ćelije, što je disocirani proces. Odvojeno se formiraju glave faga - oko molekule DNK se gradi kapsid. Nezavisno, proces se gradi. Procesni filamenti se sintetiziraju odvojeno. Tada se svi sastavni dijelovi faga spajaju u virione.

5. Liza bakterijske ćelije i oslobađanje faga. Liza se odvija pod dejstvom lizozima. Izlaz pupljenjem.

Stroga specifičnost bakteriofaga omogućava im da se koriste za tipizaciju faga i diferencijaciju bakterijskih kultura, kao i za njihovu indikaciju u vanjskom okruženju, na primjer, u vodnim tijelima.

Metoda fagotipizacije bakterija ima široku primjenu u mikrobiološkoj praksi. Omogućava ne samo da se utvrdi pripadnost vrsti kulture koja se proučava, već i njen fagotip (fagovar). To je zbog činjenice da bakterije iste vrste imaju receptore koji adsorbiraju strogo određene fage, koji potom uzrokuju njihovu lizu. Upotreba setova takvih tip-specifičnih faga omogućava fagotipizaciju proučavanih kultura u svrhu epidemiološke analize zaraznih bolesti: (utvrđivanje izvora infekcije i načina njenog prenošenja)

II. Fagi se koriste za prevenciju i liječenje zaraznih bolesti:

a) profilaksa faga- metoda sprečavanja razvoja određenih bakterijske infekcije gutanjem specifičnog bakteriofaga. Koristi se za prevenciju kolere, dizenterije, trbušnog tifusa itd.

b) fagoterapija je metoda liječenja bakterijskih infekcija gutanjem specifičnog faga.(tifus, salmonela, dizenterija, proteus, pseudomonas, stafilokok, streptokok, kolifag i kombinovani lekovi. Koriste se u liječenju infektivnih bolesti uzrokovanih navedenim mikroorganizmima, kao i u liječenju rana i anaerobnih infekcija.)

Genotipska varijabilnost

Patogenost -

Adhezija

Invazija

Agresija.

4. Struktura genetskog aparata prokariota. Fenotipska i genotipska varijabilnost. Genetske osnove bakterijske patogenosti.

Genetski aparat prokariota- nema nuklearni omotač i predstavljen je jednim kružnim DNK molekulom, koji je hromozom; koji se nalazi u citoplazmi, ne sadrži histonske proteine. Nije sposoban za mitozu

Fenotipska varijabilnost - modifikacije (promjene u više od jedne ili više osobina) - ne utječu na genotip. Fenotipske promene nastaju pod uticajem faktora sredine.Modifikacije utiču na većinu jedinki u populaciji. Oni se ne nasljeđuju i vremenom blijede, tj. vraćaju se izvornom fenotipu.

Genotipska varijabilnost- mijenjaju svojstva bakterija, utičući na njihov genotip. Naslijeđen je, dugotrajan je. Nastaje kao rezultat mutacija ili genetske razmjene (transformacija, konjugacija ili transdukcija)

Patogenost - svojstvo vrste koje je naslijeđeno, fiksirano u genomu mikroorganizma, odnosno genotipsko svojstvo koje odražava potencijalnu sposobnost mikroorganizma da prodre u makroorganizam i umnožava se u njemu (invazivnost), izazove kompleks patoloških procesa koji se javljaju tokom bolesti.

Faktori patogenosti uključuju sposobnost mikroorganizama da se vežu za ćelije (adhezija), nasele na njihovoj površini (kolonizacija), prodiru u ćelije (invazija) i odupru se odbrambenim faktorima organizma (agresija).

Neki od njih su kodirani direktno nukleoidnim genima (na primjer, kapsula i enzimi kod nekih vrsta). Drugi dio je kodiran ekstrahromozomskim faktorima nasljeđa - plazmidima i epizomima. Plazmidni geni obično određuju interakciju patogena sa epitelom, dok hromozomski geni određuju postojanje i razmnožavanje bakterija vanćelijsko u organima i tkivima.

Adhezija Strukture odgovorne za vezivanje mikroorganizma za ćeliju nazivaju se adhezini i nalaze se na njenoj površini.Kod gram-negativnih bakterija adhezija nastaje zbog pili I i opšti tipovi. Kod Gram-pozitivnih bakterija, adhezini su proteini i teihoične kiseline ćelijskog zida. Kod drugih mikroorganizama ovu funkciju obavljaju različite strukture ćelijskog sistema: površinski proteini, lipopolisaharidi itd.

Invazija enzim hijaluronidaza razgrađuje hijaluronsku kiselinu koja je dio međućelijske supstance i na taj način povećava propusnost sluzokože i vezivnog tkiva. Neuraminidaza razgrađuje neuraminsku kiselinu, koja je dio površinskih receptora stanica sluzokože, što doprinosi prodiranju patogena u tkiva.

Agresija Faktori agresije uključuju: proteaze - enzime koji uništavaju imunoglobuline; koagulaza - enzim koji koagulira krvnu plazmu; fibrinolizin - otapanje fibrinskog ugruška; lecitinaza - enzim koji djeluje na fosfolipide membrana mišićnih vlakana, eritrocita i drugih stanica .

Praktična primjena faga. Bakteriofagi se koriste u laboratorijskoj dijagnostici infekcija prilikom intraspecifične identifikacije bakterija, odnosno određivanja fagovara (faga). Da bi se to postiglo, koristi se metoda tipizacije faga, zasnovana na strogoj specifičnosti djelovanja faga: kapi različitih dijagnostičkih faga specifičnih za tip nanose se na čašu s gustim hranjivim podlogom zasijanim "travnjakom" čiste kulture patogena. Fag faga bakterije određen je tipom faga koji je uzrokovao njenu lizu (formiranje sterilne mrlje, "plaka" ili "negativne kolonije", faga). Tehnika fagotipizacije koristi se za identifikaciju izvora i načina širenja infekcije (epidemiološko obilježavanje). Izolacija bakterija istog fagovara od različitih pacijenata ukazuje na zajednički izvor njihove infekcije.

Fagi se također koriste za liječenje i prevenciju brojnih bakterijskih infekcija. Proizvode tifus, salmonelu, dizenteriju, pseudomonas, stafilokok, streptokokne fage i kombinovani preparati(koliproteični, piobakteriofagi, itd.). Bakteriofagi se propisuju prema indikacijama oralno, parenteralno ili lokalno u obliku tečnosti, tableta, supozitorija ili aerosola.

Bakteriofagi se široko koriste u genetski inženjering i biotehnologija kao vektori za dobijanje rekombinantne DNK.

Preparati bakteriofaga koji se koriste u praksi su filtrat bujonske kulture odgovarajućih mikroba liziranih fagom, koji sadrži žive čestice faga, kao i otopljene bakterijske antigene oslobođene iz bakterijskih stanica tokom njihove lize. Dobiveni pripravak - tekući bakteriofag trebao bi izgledati kao potpuno prozirna žuta tekućina većeg ili manjeg intenziteta.

Za terapeutske i profilaktičke svrhe, fagi se mogu proizvoditi u obliku tableta sa premazom otpornim na kiseline. Tabletirani suvi fag je stabilniji tokom skladištenja i pogodan za upotrebu. Jedna tableta suvog bakteriofaga odgovara 20-25 ml tečna priprema. Rok trajanja suvog i tečnog preparata je 1 godina. Tečni bakteriofag treba čuvati na temperaturi od + 2 +10 C, suvi - ne više od +1 ° C, ali se može čuvati u frižideru na negativnoj temperaturi.

Bakteriofag koji se uzima oralno ostaje u tijelu 5-7 dana. U pravilu, uzimanje bakteriofaga ne prati nikakve reakcije ili komplikacije. Ne postoje kontraindikacije za prijem. Koriste se u obliku irigacija, ispiranja, losiona, tampona, injekcija, a ubrizgavaju se i u šupljine - trbušne, pleuralne, zglobne i bešike, ovisno o lokaciji patogena.

Dijagnostički fagi se proizvode u tečnom i suvom obliku u ampulama.Pre početka rada suvi bakteriofag se razblaži. Ako je na ampulama naznačen titar, tr, DRT (radna titarska doza), koristi se u testu fagizacije (Otto metoda) za identifikaciju bakterija, ako je naznačen tip faga, zatim za tipizaciju faga - za određivanje izvora infekcije.

Djelovanje bakteriofaga na mikrobnu kulturu u tečnom mediju i na gustom mediju

Ottoova metoda (padajući kap)

Napravite gust travnjak za sjetvu ispitivane kulture. 5-10 minuta nakon sjetve, tečni dijagnostički fag se nanosi na osušenu površinu hranljive podloge. Posuda se lagano nagne tako da se kapljica faga proširi po površini agara. Čaša se stavlja u termostat na 18-24 sata. Rezultat se uzima u obzir totalno odsustvo rast kulture na mjestu primjene kapljica faga.

Eksperimentišite na tečnom hranljivom mediju

Izvršiti setvu proučavane kulture u dve epruvete sa tečnom podlogom. Dijagnostički bakteriofag se dodaje u petlji u jednu epruvetu („O“). Nakon 18-20 sati u epruveti u koju nije dodan bakteriofag („K“), uočava se snažno zamućenje bujona - zasijana kultura je izrasla. Bujon u epruveti, u koju je dodat bakteriofag, ostao je providan zbog lize kulture pod njenim uticajem.

Fagotipizacija bakterija

Prema spektru djelovanja razlikuju se sljedeći bakteriofagi: polivalentne, lizirajuće srodne vrste bakterija; monovalentne, lizirajuće bakterije određene vrste; tipične, lizirajuće pojedinačne vrste (varijante) bakterija.

Na primjer, jedan soj patogenog stafilokoka može se lizirati sa nekoliko tipova faga, pa se svi tipični fagi (24) i sojevi patogenih stafilokoka kombiniraju u 4 grupe.

Metoda tipizacije faga ima veliki značaj za epidemiološka istraživanja, jer omogućava identifikaciju izvora i načina širenja patogena. U tu svrhu, fagovar čiste kulture izolirane iz patološkog materijala određuje se na gustim hranjivim podlogama pomoću tipičnih dijagnostičkih faga.

Fagovar kulture mikroorganizama određuje se prema vrsti faga koji je uzrokovao njegovu lizu.Izolacija bakterija istog fagovara od različitih subjekata ukazuje na izvor infekcije.

Preparati faga koriste se za liječenje i prevenciju zaraznih bolesti, kao i u dijagnostici - za određivanje osjetljivosti na fage i tipizaciju faga u identifikaciji mikroorganizama. Djelovanje faga zasniva se na njihovoj strogoj specifičnosti. Terapeutski i profilaktički učinak faga je posljedica litičke aktivnosti samog faga, kao i imunizirajućeg svojstva komponenti (antigena) uništenih mikrobnih stanica u fagolizatima, posebno u slučaju višekratne upotrebe. Prilikom dobijanja preparata faga koriste se dokazani proizvodni sojevi faga i, shodno tome, tipične kulture mikroorganizama. Bakterijska kultura u tekućem hranljivom mediju, koja je u logaritamskoj fazi razmnožavanja, inficirana je suspenzijom majke faga.

Fagizirana kultura (obično sljedećeg dana) se filtrira kroz bakterijske filtere, a otopina kinosola se dodaje kao konzervans filtratu koji sadrži fag.
Gotov preparat faga je bistra tečnost žućkaste boje. Za duže skladištenje neki fagi su dostupni u suvom obliku (u tabletama). U liječenju i prevenciji crijevnih infekcija, fagi se koriste istovremeno s otopinom natrijevog bikarbonata, jer kiseli sadržaj želuca uništava fag. Fag se ne zadržava dugo u tijelu (5-7 dana), pa se preporučuje ponovna primjena.

U Sovjetskom Savezu proizvodili su se sljedeći lijekovi za liječenje i prevenciju bolesti: tifus, salmopela, dizenterija, kolifag, stafilokokni fag i streptokok. Trenutno se fagi koriste za liječenje i prevenciju u kombinaciji s antibioticima. Ova aplikacija ima efikasniji učinak na oblike bakterija otporne na antibiotike.

Dijagnostički bakteriofagi se široko koriste za identifikaciju bakterija izoliranih od pacijenta ili iz inficiranih objekata okoline. Uz pomoć bakteriofaga, zbog njihove visoke specifičnosti, moguće je odrediti vrste bakterija i, s većom preciznošću, pojedine vrste izoliranih bakterija. Razvijena je dijagnostika faga i fagotipizacija bakterija roda Salmonella, Vibrio i stafilokoka. Fagotipizacija pomaže u utvrđivanju izvora infekcije, proučavanju epidemioloških odnosa i razlikovanju sporadičnih i epidemijskih slučajeva bolesti.
Dijagnostika faga i tipizacija faga se zasnivaju na principu ko-kultivacije izolovanog mikroorganizma sa odgovarajućom vrstom ili tipom faga. pozitivan rezultat razmatra se prisustvo dobro izražene lize proučavane kulture sa fagom vrste, a zatim sa jednim od tipičnih faga.

CM. ZAKHARENKO, kandidat medicinskih nauka, vanredni profesor, Vojnomedicinska akademija njima. CM. Kirov, Sankt Peterburg

Bakteriofagi su jedinstveni mikroorganizmi, na osnovu kojih je po svojim svojstvima i karakteristikama stvorena posebna grupa terapijskih i profilaktičkih lijekova. Prirodni fiziološki mehanizmi interakcije između faga i bakterija koji su u osnovi njihovog djelovanja omogućavaju predviđanje beskonačne raznolikosti samih bakteriofaga i mogući načini njihove aplikacije. Kako se zbirke bakteriofaga budu širile, nesumnjivo će se pojaviti novi ciljni patogeni, a širit će se i raspon bolesti kod kojih se fagi mogu koristiti i kao monoterapija i kao dio složenih režima liječenja.

Da, koristi polivalentni piobakteriofag Sextaphage u liječenju inficirane pankreasne nekroze (Permska državna medicinska akademija nazvana po akademiku E.A. Wagneru) omogućila je brzo obnavljanje glavnih parametara homeostaze i funkcija organa i sistema kod pacijenata. Značajno se smanjio i broj postoperativnih komplikacija i smrti: u grupi pacijenata koji su primali standardnu ​​terapiju mortalitet je bio 100%, dok je u grupi pacijenata koji su primali BF iznosio 16,6%.

Zbog neškodljivosti i reaktogenosti preparata BF, moguća je upotreba u pedijatrijskoj praksi, uključujući i novorođenčad. Zanimljivo je iskustvo Dječije regionalne kliničke bolnice Nižnji Novgorod, gdje su u periodu komplikacije epidemiološke situacije, uz uobičajene protivepidemijske mjere, korišćeni BP - Intesti-bacteriophage i BP Pseucfomonas aeruginosa. 11 puta smanjenje incidencije bolničke infekcije Pseudomonas aeruginosa pokazalo je visoku efikasnost upotrebe BP. BF preparati se mogu prepisivati ​​i za lečenje disbakterioze i poremećaja probavni sustav i za sprečavanje kolonizacije sluzokože gastrointestinalnog trakta oportunističke bakterije. Višekomponentni preparati BF idealni su za trenutno ublažavanje prvih znakova gastrointestinalnih smetnji.

Do danas, kompanija je planirala nekoliko prioritetne oblasti razvoj i proizvodnja terapijskih i profilaktičkih bakteriofaga, koji su u korelaciji sa novonastalim svjetskim trendovima. Stvaraju se i uvode novi preparati: razvijen je BF protiv nazubljenosti i enterobakterija, radi se na izradi preparata faga protiv Helicobacter pylori.

Samo jedan proizvođač ovih lijekova - NPO Microgen, prema izvještaju zamjenice šefa odjela za nauku i inovativni razvoj Alla Lobastova, proizvodi više od 2 miliona pakovanja godišnje. Nažalost, ideje mnogih doktora o bakteriofagima daleko su od objektivnih. Malo ljudi zna da bakteriofagi aktivni protiv istog patogena mogu pripadati različitim porodicama, imati različite životne cikluse itd. Na primjer, bakteriofagi P. aeruginosa pripadaju porodicama Myoviridae, Podoviridae, Siphoviridae, životni ciklus ili umjereno. Različiti sojevi istog patogena mogu imati različitu osjetljivost na bakteriofage. Većina stručnjaka zna (čuo, neko koristio) za postojanje tečnih i tabletiranih oblika doziranja terapijskih i profilaktičkih preparata bakteriofaga. Međutim, njihov spektar je mnogo širi, što se može pripisati bezuvjetnim prednostima, posebno u kombinaciji sa različitim načinima primjene (gutanje, primjena u klistirima, aplikacije, irigacija rana i sluzokože, uvođenje u rane, itd.) . Očigledne prednosti bakteriofaga tradicionalno uključuju specifičan učinak na prilično ograničenu populaciju bakterija, ograničeno vremensko postojanje (dok ne nestane ciljna populacija mikroorganizama), odsustvo takvih nuspojave kao otrovne i alergijske reakcije, disbiotičke reakcije, itd. Ovi lijekovi se mogu koristiti u raznim starosne grupe i tokom trudnoće. Bakteriofagi sami po sebi nisu značajni alergeni. Slučajevi netolerancije na preparate bakteriofaga uglavnom su povezani s reakcijom na komponente hranjivog medija. Svi veći proizvođači ove grupe lijekova teže maksimalnoj kvaliteti korištenih komponenti, što smanjuje vjerojatnost takvih reakcija. U kontekstu rastuće rezistencije na antibiotike, neki autori predlažu da se bakteriofagi smatraju kao najbolja alternativa antibiotici. Terapeutski i profilaktički preparati bakteriofaga su koktel posebno odabranih kombinacija (kompleks poliklonskih visoko virulentnih bakterijskih virusa posebno odabranih protiv najčešćih grupa uzročnika bakterijskih infekcija) na bazi kolekcija faga proizvođača. Ogranci Federalnog državnog jedinstvenog preduzeća NPO Microgen u Ufi, Permu i Nižnjem Novgorodu su moderni centri za proizvodnju takvih lijekova. Mogućnost kreiranja prilagođenih patogenih mikroorganizama terapijski i profilaktički preparati bakteriofaga je još jedna velika prednost ove grupe preparata. Rast rezistencije bakterija na antimikrobne lijekove i česta polietiologija modernih infektivnih bolesti zahtijevaju kombinovanu antibiotsku terapiju (dva, tri, a ponekad i više). antimikrobna sredstva). Za odabir efikasna šema terapiji antibioticima, pored stvarne osjetljivosti bakterije na lijek, potrebno je voditi računa o dovoljno veliki broj faktori. Fagoterapija također ima određene prednosti u tom pogledu. S jedne strane, korištenje kombinacije bakteriofaga nije praćeno njihovom međusobnom interakcijom i ne dovodi do promjene shema njihove primjene. Unutar postojećeg skupa terapijskih bakteriofaga postoji niz dobro dokazanih kombinacija - bakteriofag koliproteus, piobakteriofag polivalentni, intesti-bakteriofag. S druge strane, bakterije to ne čine zajedničkim mehanizmima otpornost na antibiotike i fage, stoga se mogu koristiti i kada je patogen otporan na jedan od lijekova, iu kombinaciji "antibiotik + bakteriofag". Ova kombinacija je posebno efikasna za uništavanje mikrobnih biofilma. Eksperiment to uvjerljivo pokazuje kombinovana aplikacija antagonisti gvožđa i bakteriofagi mogu poremetiti stvaranje biofilma Klebsiella pneumoniae. Istovremeno se bilježi i značajno smanjenje broja mikrobnih populacija i smanjenje broja "mladih" stanica. Još jedan važna karakteristika djelovanje bakteriofaga je takav fenomen kao što je indukcija apoptoze. Neki sojevi E. coli imaju gene koji uzrokuju smrt ćelije nakon uvođenja T4 bakteriofaga u nju. Dakle, kao odgovor na ekspresiju kasnih gena T4 faga, lit gen (kodira proteazu koja uništava faktor elongacije EF-Tu neophodan za sintezu proteina) blokira sintezu svih ćelijskih proteina. PrrC gen kodira nukleazu koja cijepa lizinsku tRNA. Nukleaza se aktivira produktom T4 fag stp gena. U stanicama inficiranim fagom T4, rex geni (koji pripadaju genomu faga i eksprimirani u lizogenim stanicama) uzrokuju stvaranje ionskih kanala, što dovodi do gubitka vitalnih jona u stanicama i kasnije do smrti. Sam T4 fag može spriječiti ćelijsku smrt zatvaranjem kanala svojim proteinima, proizvodima rII gena. U slučaju stvaranja rezistencije bakterija na antibiotik, potrebno je tražiti nove mogućnosti za modifikaciju aktivne molekule ili fundamentalno nove supstance. Nažalost za poslednjih godina tempo uvođenja novih antibiotika je značajno usporen. Situacija s bakteriofagima je bitno drugačija. Kolekcije velikih proizvođača uključuju desetke gotovih sojeva bakteriofaga i stalno se dopunjuju novim aktivnim fagima. Zbog stalnog praćenja osjetljivosti izoliranih patogena na bakteriofage, proizvođači prilagođavaju sastav faga koji se isporučuje u regije. Zahvaljujući prilagođenim bakteriofagima, moguće je eliminirati izbijanje bolničkih infekcija uzrokovanih sojevima otpornim na antibiotike.

At oralni unos bakteriofagi brzo dospiju do žarišta lokalizacije infekcije: kada se oralno uzimaju od strane pacijenata s gnojno-upalnim bolestima, nakon sat vremena fagi ulaze u krvotok, nakon 1-1,5 sati se otkrivaju iz bronhopulmonalnog eksudata i s površine opekotina, nakon 2 sati - iz urina, kao i iz cerebrospinalne tekućine pacijenata sa traumatskom ozljedom mozga.

Dakle, bakteriofagi su jedinstveni mikroorganizmi, na osnovu kojih je po svojim svojstvima i karakteristikama stvorena posebna grupa terapijskih i profilaktičkih preparata. Prirodni fiziološki mehanizmi interakcije između faga i bakterija koji su u osnovi njihovog djelovanja omogućavaju predviđanje beskonačne raznolikosti samih bakteriofaga i mogućih načina njihove upotrebe. Kako se zbirke bakteriofaga budu širile, nesumnjivo će se pojaviti novi ciljni patogeni, a širit će se i raspon bolesti kod kojih se fagi mogu koristiti i kao monoterapija i kao dio složenih režima liječenja. Moderan pristup dalje sudbine fagoterapija treba se temeljiti i na visokoj specifičnosti njihovog djelovanja i na potrebi da se striktno poštuju sva pravila terapije fagom. Kontrastiranje bakteriofaga s bilo kojim sredstvom etiotropne terapije je pogrešno.

Sredinom prošlog stoljeća biološka nauka je napravila revolucionarni korak naprijed uspostavljanjem molekularne osnove za funkcioniranje živih sistema. Ogromnu ulogu u uspješnim istraživanjima koja su dovela do utvrđivanja kemijske prirode nasljednih molekula, dekodiranja genetskog koda i kreiranja tehnologija genske manipulacije odigrali su bakteriofagi otkriveni početkom prošlog stoljeća. Do danas su ovi bakterijski virusi ovladali mnogim korisnim "profesijama" za ljude: koriste se ne samo kao sigurni antibakterijski lijekovi, već i kao dezinficijensi, pa čak i kao osnova za stvaranje elektroničkih nanouređaja.

Kada je 1930-ih grupa naučnika bavila se problemima funkcionisanja živih sistema, a zatim u potrazi za najjednostavnijim modelima obratila pažnju na bakteriofagi- bakterijski virusi. Uostalom, među biološkim objektima nema ništa jednostavnije od bakteriofaga, osim toga, oni se lako i brzo mogu uzgajati i analizirati, a virusni genetski programi su mali.

Fag je prirodna struktura minimalne veličine koja sadrži gusto zbijeni genetski program (DNK ili RNK), u kojem nema ništa suvišno. Ovaj program je zatvoren u proteinsku ljusku, opremljen minimalnim skupom uređaja za njegovu isporuku unutar bakterijske ćelije. Bakteriofagi se ne mogu sami razmnožavati, pa se u tom smislu ne mogu smatrati punopravnim živim objektima. Njihovi geni počinju da rade samo u bakterijama, koristeći biosintetske sisteme dostupne u bakterijskoj ćeliji i rezerve molekula neophodnih za sintezu. Međutim, genetski programi ovih virusa se suštinski ne razlikuju od programa složenijih organizama, pa su eksperimenti s bakteriofagima omogućili utvrđivanje fundamentalni principi struktura i rad genoma.

Nakon toga, ova znanja i metode razvijene tokom istraživanja postale su temelj za razvoj biološke i medicinske nauke, kao i širok spektar biotehnoloških primjena.

Borci protiv patogena

Prvi pokušaji upotrebe bakteriofaga u liječenju zaraznih bolesti učinjeni su gotovo odmah nakon njihovog otkrića, ali nedostatak znanja i nesavršene biotehnologije tog vremena nisu im omogućili da postignu puni uspjeh. Ipak, dalja klinička praksa pokazala je temeljnu mogućnost uspješne primjene bakteriofaga u zarazne bolesti gastrointestinalnog trakta, genitourinarnog sistema, kod akutnih gnojno-septičkih stanja pacijenata, za liječenje hirurških infekcija i dr.

U odnosu na antibiotike, bakteriofagi imaju niz prednosti: ne izazivaju nuspojave, štoviše, striktno su specifični za određene vrste bakterija, pa se pri njihovoj upotrebi ne narušava normalan ljudski mikrobiom. Međutim, tako visoka selektivnost stvara i probleme: da bi se pacijent uspješno liječio, potrebno je točno znati uzročnika infekcije i odabrati bakteriofag pojedinačno.

Fagi se mogu koristiti i profilaktički. Na primjer, Moskovski istraživački institut za epidemiologiju i mikrobiologiju. G. N. Gabrichevsky razvio je profilaktički proizvod "FOODFAG" na bazi koktela bakteriofaga, koji smanjuje rizik od infekcije akutnim crijevne infekcije. Kliničke studije su pokazale da tjedni unos lijeka omogućava vam da se riješite hemolizirajuće Escherichia coli i drugih patogenih i oportunističke bakterije uzrokuje crijevnu disbiozu.

Bakteriofagi liječe zarazne bolesti ne samo ljudi, već i domaćih i domaćih životinja: mastitis kod krava, kolibacilozu i ešerihiozu kod teladi i svinja, salmonelozu kod pilića... Posebno je pogodno koristiti preparate faga u slučaju akvakulture - za tretman industrijski uzgojene ribe i škampa, jer se dugo zadržavaju u vodi. Bakteriofagi također pomažu u zaštiti biljaka, iako je upotreba fagnih tehnologija u ovom slučaju otežana zbog utjecaja prirodni faktori, kao što su sunčeva svjetlost i kiša, štetne su za viruse.

Fagi mogu igrati veliku ulogu u održavanju mikrobiološke sigurnosti hrane, budući da upotreba antibiotika i hemijskih sredstava u prehrambenoj industriji ne rješava ovaj problem, a smanjuje razinu ekološke prihvatljivosti proizvoda. O ozbiljnosti samog problema svjedoči statistika: na primjer, u Sjedinjenim Državama i Rusiji godišnje se registruje do 40 hiljada slučajeva salmoneloze, od kojih 1% umre. Širenje ove infekcije u velikoj je mjeri povezano s uzgojem, preradom i konzumacijom raznih vrsta peradi, a pokušaji korištenja bakteriofaga u borbi protiv nje pokazali su obećavajuće rezultate.

Da, američka kompanija Intralytix proizvodi preparate faga za borbu protiv listerioze, salmoneloze i bakterijske kontaminacije Escherichia coli. Odobreni su za upotrebu kao aditivi za sprječavanje rasta bakterija na hrani - prskaju se na meso i proizvode od peradi, kao i povrće i voće. Eksperimenti su pokazali da se koktel bakteriofaga također može uspješno koristiti u transportu i prodaji žive ribnjačke ribe kako bi se smanjila bakterijska kontaminacija ne samo vode, već i same ribe.

Očigledna primjena bakteriofaga je dezinfekcija, odnosno uništavanje bakterija na mjestima gdje ih ne bi trebalo biti: u bolnicama, na proizvodnja hrane itd. U tu svrhu britanska kompanija Fixed Phage razvio metodu za fiksiranje preparata faga na površine, čime se osigurava očuvanje biološka aktivnost fagi do tri godine.

Bakteriofagi - "Drosophila" molekularne biologije

1946. godine, na 11. simpozijumu u poznatoj američkoj laboratoriji u Cold Spring Harboru, proglašena je teorija "jedan gen - jedan enzim". Bakteriolog A. Hershey i "bivši" fizičar, molekularni biolog M. Delbrück izvijestili su o razmjeni genetskih osobina između različitih faga dok su istovremeno inficirali ćelije Escherichia coli. Ovo otkriće, napravljeno u vrijeme kada još nije bio poznat fizički nosilac gena, svjedoči da je fenomen "rekombinacije" - miješanja genetskih osobina karakterističan ne samo za više organizme, već i za viruse. Otkriće ovog fenomena kasnije je omogućilo detaljno proučavanje molekularnih mehanizama replikacije. Kasnije su eksperimenti s bakteriofagima omogućili utvrđivanje principa strukture i rada genetskih programa.

Godine 1952. A. Hershey i M. Chase su eksperimentalno dokazali da su nasljedne informacije bakteriofaga T2 kodirane ne u proteinima, kao što su mnogi naučnici vjerovali, već u molekulima DNK (Hershey & Chase, 1952). Istraživači su pratili proces reprodukcije u dvije grupe bakteriofaga, jedna je nosila radioaktivno obilježene proteine, a druga je nosila molekule DNK. Nakon infekcije bakterija takvim fagima, pokazalo se da se u zaraženu ćeliju prenosi samo virusna DNK, što je poslužilo kao dokaz njene uloge u skladištenju i prijenosu nasljednih informacija.

Iste godine američki genetičari D. Lederberg i N. Zindler, u eksperimentu koji uključuje dva soja Salmonele i bakteriofag P22, otkrili su da je bakteriofag sposoban ugraditi fragmente DNK bakterije domaćina tokom reprodukcije i prenijeti ih na druge bakterije. nakon infekcije (Zinder & Lederberg, 1952). Ovaj fenomen prijenosa gena sa bakterije donora na bakteriju primaoca nazvan je "transdukcija". Rezultati eksperimenta postali su još jedna potvrda uloge DNK u prijenosu nasljednih informacija.

Godine 1969. A. Hershey, M. Delbrück i njihov kolega S. Luria postali su nobelovci "za svoja otkrića u vezi s mehanizmom replikacije i genetskom strukturom virusa".

Godine 1972, dok su proučavali proces replikacije (kopiranja staničnih informacija) DNK E. coli, R. Bird i kolege su koristili bakteriofage kao sonde sposobne za integraciju u genom bakterijske ćelije i otkrili da se proces replikacije odvija u dva smjera duž hromozoma. (Stent, 1974).

Sedam dana stvaranja

Moderne metode sintetičke biologije omogućuju ne samo razne modifikacije genoma faga, već i stvaranje potpuno umjetnih aktivnih faga. Tehnološki to nije teško, samo treba sintetizirati genom faga i uvesti ga u bakterijsku ćeliju i tamo će pokrenuti sve procese potrebne za sintezu proteina i sklapanje novih čestica faga. U modernim laboratorijama ovaj rad će trajati samo nekoliko dana.

Genetske modifikacije se koriste za promjenu specifičnosti faga i povećanje njihove efikasnosti. terapeutski efekat. Da bi se to postiglo, najagresivniji fagi imaju strukture za prepoznavanje koje ih vežu za ciljane bakterije. Također, geni koji kodiraju toksične proteine ​​za bakterije koji remete metabolizam dodatno se ubacuju u virusne genome - takvi su fagi smrtonosniji za bakterije.

Bakterije imaju nekoliko odbrambenih mehanizama protiv antibiotika i bakteriofaga, od kojih je jedan uništavanje virusnih genoma. restrikcijskim enzimima djelujući na specifične nukleotidne sekvence. Da bi se povećala terapeutska aktivnost faga, zbog degeneracije genetskog koda, sekvence njihovih gena mogu se "reformatirati" na takav način da se minimizira broj nukleotidnih sekvenci koje su "osjetljive" na enzime, a da se zadrže njihove svojstva kodiranja.

Univerzalni način zaštite bakterija od svih vanjskih utjecaja - tzv biofilmovi, filmova DNK, polisaharida i proteina koje bakterije stvaraju zajedno i gdje ne prodiru ni antibiotici ni terapeutski proteini. Takvi biofilmovi jesu glavobolja lekari, jer doprinose uništavanju zubne cakline, formiraju se na površini implantata, katetera, veštačkih zglobova, kao i kod respiratornog trakta, na površini kože itd. Za borbu protiv biofilma konstruirani su posebni bakteriofagi koji sadrže gen koji kodira poseban litički enzim koji uništava bakterijske polimere.

Enzimi "iz bakteriofaga"

Kao rezultat istraživanja bakteriofaga otkriven je veliki broj enzima koji se danas široko koriste u molekularnoj biologiji i genetskom inženjeringu.

Jedan takav primjer su restrikcijski enzimi, grupa bakterijskih nukleaza koje cijepaju DNK. Još ranih 1950-ih. Utvrđeno je da se bakteriofagi izolirani iz stanica jednog soja bakterija često slabo razmnožavaju u bliskom soju. Otkriće ovog fenomena značilo je da bakterije imaju sistem za suzbijanje razmnožavanja virusa (Luria & Human, 1952). Kao rezultat, otkriven je enzimski restrikcijski-modifikacijski sistem, uz pomoć kojeg su bakterije uništile strani DNK koji je ušao u ćeliju. Izolacija restrikcijskih enzima (restrikcijskih endonukleaza) dala je molekularnim biolozima neprocjenjivo oruđe za manipulaciju DNK: umetanje jedne sekvence u drugu ili izrezivanje potrebnih fragmenata lanca, što je na kraju dovelo do razvoja tehnologije rekombinantne DNK.

Drugi enzim koji se široko koristi u molekularnoj biologiji je bakteriofag T4 DNK ligaza, koja "poprečno povezuje" "ljepljive" i "tupe" krajeve dvolančanih DNK i RNK molekula. A nedavno su se pojavile genetski modificirane varijante ovog enzima s većom aktivnošću.

Većina RNA ligaza koje se koriste u laboratorijskoj praksi, a koje "šivaju" jednolančane RNA i DNK molekule, također potječu od bakteriofaga. U prirodi uglavnom služe za popravku slomljenih RNA molekula. Istraživači najčešće koriste bakteriofag T4 RNA ligazu, koja može "ušiti" jednolančane polinukleotide na RNA molekule kako bi ih označila. Ova tehnika se koristi za analizu strukture RNK, traženje mjesta za vezanje RNA-proteina, sintezu oligonukleotida, itd. Nedavno su se među rutinski korištenim enzimima pojavile termostabilne RNA ligaze izolovane iz bakteriofaga rm378 i TS2126 (Nordberg0 Karlsson,2011). Hjorleifsdottir, 2014.).

Od bakteriofaga su dobijeni i neki iz druge grupe izuzetno važnih enzima, polimeraze. Na primjer, vrlo "precizna" bakteriofaga T7 DNK polimeraza, koja je našla primjenu u različitim područjima molekularne biologije, poput mutageneze usmjerene na mjesto, ali se uglavnom koristi za određivanje primarne strukture DNK.

Predložena je hemijski modifikovana DNK polimeraza T7 faga savršen alat za sekvenciranje DNK već 1987. (Tabor & Richardson, 1987.). Modifikacija ove polimeraze je povećala njenu efikasnost za nekoliko puta: brzina polimerizacije DNK u ovom slučaju dostiže više od 300 nukleotida u sekundi, pa se može koristiti za amplifikaciju velikih fragmenata DNK. Ovaj enzim je postao prekursor sekvencaze, genetski modifikovanog enzima optimizovanog za sekvenciranje DNK u Sangerovoj reakciji. Sekvenaza je drugačija visoka efikasnost i sposobnost ugradnje analoga nukleotida u sekvencu DNK koji se koriste za poboljšanje rezultata sekvenciranja.

Porijeklo bakteriofaga je i glavne RNA polimeraze koje se koriste u molekularnoj biologiji (DNK zavisne RNA polimeraze) - enzimi koji kataliziraju proces transkripcije (čitanje RNK kopija sa DNK šablona). To uključuje SP6, T7 i T3 RNA polimeraze, nazvane po odgovarajućim bakteriofagima SP6, T7 i T3. Svi ovi enzimi se koriste za in vitro sintezu antisens RNK transkripata, obilježenih RNK ​​sondi, itd.

Prvi potpuno sekvencionirani DNK genom bio je φ174 genom faga, dug preko 5000 nukleotida (Sanger et al., 1977). Ovo dekodiranje izvršila je grupa engleskog biohemičara F. Sangera, tvorca čuvene istoimene metode sekvenciranja DNK.

Polinukleotidne kinaze kataliziraju prijenos fosfatne grupe sa ATP molekula na 5' kraj molekula nukleinske kiseline, razmjenu 5' fosfatnih grupa ili fosforilaciju 3' krajeva mononukleotida. U laboratorijskoj praksi najviše se koristi bakteriofag T4 polinukleotidna kinaza. Obično se koristi u eksperimentima za obilježavanje DNK radioaktivnim izotopom fosfora. Polinukleotidna kinaza se također koristi za traženje restrikcijskih mjesta, DNK i RNK otiske prstiju, sintezu supstrata za DNK ili RNK ligaze.

U molekularno biološkim eksperimentima, bakteriofagni enzimi kao što je T4 fag polinukleotid kinaza, koja se obično koristi za označavanje DNK radioaktivnim izotopom fosfora, DNK i RNK otisak prsta, itd., kao i enzimi koji cijepaju DNK, koji se koriste za dobivanje pojedinačnih -lančanih DNK šablona, ​​takođe se široko koriste u molekularno biološkim eksperimentima za sekvenciranje i analizu nukleotidnog polimorfizma.

Koristeći metode sintetičke biologije, također je bilo moguće razviti bakteriofage naoružane najsofisticiranijim oružjem koje bakterije koriste protiv samih faga. Radi se o o bakterijskim CRISPR-Cas sistemima, koji su kompleks enzima nukleaze koji cijepa DNK i RNA sekvencu koja usmjerava djelovanje ovog enzima na određeni fragment virusnog genoma. Komad DNK faga služi kao "pokazivač", koji bakterija pohranjuje "za pamćenje" u posebnom genu. Kada se sličan fragment nađe unutar bakterije, ovaj protein-nukleotidni kompleks ga uništava.

Nakon što su otkrili mehanizam rada CRISPR-Cas sistema, istraživači su pokušali da same fage opremi sličnim "oružjem", za koje je kompleks gena koji kodiraju nukleazu i adresiraju RNA sekvence komplementarne specifičnim regijama bakterijskog genoma. uveden u njihov genom. "Meta" mogu biti geni odgovorni za višestruku rezistenciju na lijekove. Eksperimenti su okrunjeni potpunim uspjehom - takvi su fagi sa velikom efikasnošću utjecali na bakterije na koje su "namješteni".

Fagi antibiotici

U terapijske svrhe, fagi se ne moraju direktno koristiti. Tokom miliona godina evolucije, bakteriofagi su razvili arsenal specifičnih proteina - alata za prepoznavanje ciljanih mikroorganizama i manipulaciju biopolimerima žrtve, na osnovu kojih se mogu kreirati antibakterijski lijekovi. Proteini ovog tipa koji najviše obećavaju su enzimi endolizin, koje fagi koriste za uništavanje ćelijskog zida nakon izlaska iz bakterije. Same po sebi, ove supstance su moćne. antibakterijska sredstva, nije otrovan za ljude. Efikasnost i smjer njihovog djelovanja može se povećati promjenom adresirajućih struktura u njima – proteina koji se specifično vezuju za određene bakterije.

Većina bakterija se prema građi ćelijskog zida dijeli na gram-pozitivne, čija je membrana prekrivena vrlo debelim slojem peptidoglikana, i gram-negativne, kod kojih se sloj peptidoglikana nalazi između dvije membrane. Upotreba prirodnih endolizina je posebno efikasna u slučaju gram-pozitivnih bakterija (stafilokoka, streptokoka, itd.), jer se njihov peptidoglikanski sloj nalazi spolja. Gram-negativne bakterije (Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Escherichia coli, itd.) su manje dostupna meta, jer enzim mora prodrijeti kroz vanjsku bakterijsku membranu da bi stigao do unutrašnjeg sloja peptidoglikana.

Da bi se ovaj problem prevazišao, stvoreni su takozvani artilizini - modifikovane varijante prirodnih endolizina koje sadrže polikationske ili amfipatske peptide koji destabilizuju vanjsku membranu i osiguravaju isporuku endolizina direktno u sloj peptidoglikana. Artilizini imaju visoku baktericidnu aktivnost i već su se pokazali efikasnim u liječenju upale srednjeg uha kod pasa (Briers et al., 2014).

Primjer modificiranog endolizina koji selektivno djeluje na određene bakterije je lijek P128 kanadske kompanije Ganga Gen Inc.. To je biološki aktivan fragment endolizina povezan s lizostafinom, ciljanim proteinskim molekulom koji se veže za površinu stafilokoknih stanica. Rezultirajući himerni protein ima visoku aktivnost protiv različitih sojeva stafilokoka, uključujući i one sa rezistencijom na više lijekova.

"Brojači" bakterija

Bakteriofagi služe ne samo kao svestrano terapeutsko i "dezinfekciono" sredstvo, već i kao pogodno i precizno analitičko sredstvo za mikrobiologa. Na primjer, zbog svoje visoke specifičnosti, prirodni su analitički reagensi za detekciju bakterija određenog tipa i soja.

U najjednostavnijoj verziji takve studije, razni dijagnostički bakteriofagi se dodaju kap po kap u Petrijevu posudu s hranjivim podlogom inokuliranim bakterijskom kulturom. Ako se pokaže da je bakterija osjetljiva na fag, tada se na ovom mjestu bakterijskog "travnjaka" formira "plak" - prozirno područje s ubijenim i liziranim bakterijskim stanicama.

Analizom umnožavanja faga u prisustvu ciljnih bakterija, može se kvantifikovati brojnost potonjih. Budući da će se broj čestica faga u otopini povećati proporcionalno broju bakterijskih stanica koje se nalaze u njemu, dovoljno je odrediti titar bakteriofaga da bi se procijenio broj bakterija.

Specifičnost i osjetljivost takve analitičke reakcije je dosta visoka, a same procedure su jednostavne za izvođenje i ne zahtijevaju sofisticiranu opremu. Važno je da dijagnostički sistemi na bazi bakteriofaga signaliziraju prisustvo živog patogena, dok druge metode, kao što su PCR i imunoanalitičke metode, samo ukazuju na prisustvo biopolimera koji pripadaju ovoj bakteriji. Ova vrsta dijagnostičkih metoda je posebno pogodna za primjenu u studijama okoliša, kao iu prehrambenoj industriji i industriji poljoprivreda.

Sada se koriste posebne metode za identifikaciju i kvantifikaciju različitih sojeva mikroorganizama. referentne vrste fagi. Vrlo brzo, radi skoro u realnom vremenu analitički sistemi mogu nastati na bazi genetski modificiranih bakteriofaga, koji, kada uđu u bakterijsku ćeliju, pokreću sintezu reporterskih fluorescentnih (ili sposobnih za luminescenciju) proteina, kao npr. luciferaza. Kada se u takav medij dodaju potrebni supstrati, u njemu će se pojaviti luminiscentni signal čija vrijednost odgovara sadržaju bakterija u uzorku. Takvi "svjetlo-obilježeni" fagi su razvijeni za otkrivanje opasnih patogena - uzročnika kuge, antraks, tuberkuloze i biljnih infekcija.

Vjerovatno će uz pomoć modificiranih faga biti moguće riješiti i dugogodišnji problem globalnog značaja - razviti jeftine i brze metode otkrivanje uzročnika tuberkuloze rana faza bolesti. Ovaj zadatak je veoma težak, jer mikobakterije, izaziva tuberkulozu, odlikuju se izuzetno sporim rastom kada se uzgajaju u laboratorijskim uslovima. Dakle, dijagnoza bolesti tradicionalne metode može potrajati i do nekoliko sedmica.

Fag tehnologija olakšava ovaj zadatak. Njegova suština je da se uzorcima analizirane krvi dodaje bakteriofag D29, sposoban da inficira širok raspon mikobakterija. Bakteriofagi se zatim odvajaju, a uzorak se miješa sa brzo rastućom nepatogenom kulturom mikobakterija, također osjetljivom na ovaj bakteriofag. Ako su u početku bile mikobakterije u krvi koje su bile inficirane fagima, tada će se u novoj kulturi primijetiti i proizvodnja bakteriofaga. Na ovaj način se mogu detektovati pojedinačne ćelije mikobakterija, a sam dijagnostički proces se smanjuje sa 2–3 nedelje na 2–5 dana (Swift & Rees, 2016).

Prikaz faga

Danas se bakteriofagi široko koriste kao jednostavni sistemi za proizvodnju proteina sa željenim svojstvima. Ovo je onaj koji je razvijen 1980-ih. izuzetno efikasna tehnika molekularne selekcije - fag displej. Ovaj termin je predložio Amerikanac J. Smith, koji je dokazao da je na bazi bakteriofaga Escherichia coli moguće stvoriti održivi modificirani virus koji na svojoj površini nosi strani protein. Da bi se to postiglo, odgovarajući gen se uvodi u genom faga, koji se spaja s genom koji kodira jedan od površinskih virusnih proteina. Ovakvi modifikovani bakteriofagi mogu se izolovati iz mešavine sa fagovima divljeg tipa zbog sposobnosti "stranog" proteina da se veže za specifična antitela (Smith, 1985).

Iz Smithovih eksperimenata slijedila su dva važnim nalazima: prvo, koristeći tehnologiju rekombinantne DNK, moguće je stvoriti populacije od 10 6 -10 14 čestica faga, ogromne raznolikosti, od kojih svaka nosi na svojoj površini različite varijante proteini. Takve populacije se nazivaju kombinatorne biblioteke faga. Drugo, izolacijom specifičnog faga iz populacije (na primjer, koji ima sposobnost da se veže za određeni protein ili organski molekul), ovaj se fag može razmnožavati u bakterijske ćelije i dobijete neograničen broj djece sa datim svojstvima.

Prikaz faga danas proizvodi proteine ​​koji se mogu selektivno vezati za terapeutske mete, poput onih izloženih na površini M13 faga koji mogu prepoznati tumorske stanice i stupiti u interakciju s njima. Uloga ovih proteina u čestici faga je da „pakuju“ nukleinsku kiselinu, pa su veoma pogodni za stvaranje lekova za gensku terapiju, samo što u ovom slučaju formiraju česticu već sa terapijskom nukleinskom kiselinom.

Danas postoje dva glavna područja primjene fagnog displeja. Tehnologija zasnovana na peptidima koristi se za istraživanje receptora i mapiranje mjesta vezivanja antitijela, dizajniranje imunogena i nanovakcina i mapiranje mjesta vezivanja supstrata za proteine ​​enzima. Tehnologija zasnovana na proteinima i proteinskim domenima - za izbor antitela sa željenim svojstvima, proučavanje interakcija protein-ligand, skrining eksprimiranih komplementarnih DNK fragmenata i ciljane modifikacije proteina.

Pomoću fagnog displeja moguće je uvesti grupe za prepoznavanje u sve vrste površinskih virusnih proteina, kao iu glavni protein koji formira tijelo bakteriofaga. Uvođenjem peptida sa željenim svojstvima u površinske proteine ​​može se dobiti čitav niz vrijednih biotehnoloških proizvoda. Na primjer, ako ovaj peptid oponaša protein opasni virus ili bakterije, prepoznatljive imunološki sistem, onda je takav modificirani bakteriofag vakcina koja se može lako, brzo i sigurno razviti.

Ako je terminalni površinski protein bakteriofaga „adresiran“ na ćelije raka, a reporterske grupe (na primjer, fluorescentne ili magnetske) su vezane za drugi površinski protein, tada će se dobiti sredstvo za otkrivanje tumora. A ako se čestici doda i citotoksični lijek (a moderna bioorganska hemija to olakšava), onda dobijamo lijek koji cilja ćelije raka.

Jedna od važnih primena proteinskog fagnog displeja je stvaranje fagnih biblioteka rekombinantnih antitela, gde se fragmenti imunoglobulina koji se vezuju za antigen nalaze na površini fd ili M13 fagnih čestica. Biblioteke ljudskih antitijela su od posebnog interesa jer se takva antitijela mogu koristiti u terapiji bez ograničenja. Posljednjih godina samo na američkom farmaceutskom tržištu prodato je desetak terapeutskih antitijela konstruiranih ovom metodom.

"Industrijski" fagi

Metodologija prikaza faga također je našla prilično neočekivane primjene. Na kraju krajeva, bakteriofagi su prvenstveno nanodimenzionalne čestice određene strukture, na čijoj površini se nalaze proteini, kojima se pomoću fagnog displeja mogu „osigurati“ svojstva da se specifično vežu za željene molekule. Takve nanočestice se otvaraju najšire mogućnosti da stvaraju materijale sa zadatom arhitekturom i "pametnim" molekularnim nanouređajima, dok će njihove proizvodne tehnologije biti ekološki prihvatljive.

Budući da je virus prilično kruta struktura sa određenim omjerom dimenzija, ova okolnost omogućava da se koristi za dobivanje poroznih nanostruktura s poznatom površinom i željenom distribucijom pora u strukturi. Kao što je poznato, površina katalizatora je kritični parametar koji određuje njegovu efikasnost. A postojeće tehnologije za formiranje najtanjeg sloja metala i njihovih oksida na površini bakteriofaga omogućavaju dobijanje katalizatora sa izuzetno razvijenom pravilnom površinom date dimenzije. (Lee et al., 2012).

Istraživač MIT-a A. Belcher koristio je bakteriofag M13 kao šablonu za rast nanočestica rodija i nikla i nanožica na površini cerijum oksida. Rezultirajuće nanočestice katalizatora olakšavaju konverziju etanola u vodonik; stoga ovaj katalizator može biti vrlo koristan za nadogradnju postojećih i stvaranje novih vodoničnih gorivnih ćelija. Katalizator uzgojen na šablonu virusa razlikuje se od “konvencionalnog” katalizatora sličnog sastava po većoj stabilnosti, manje je sklon starenju i površinskoj deaktivaciji (Nam et al. . , 2012).

Oblaganjem filamentoznih faga zlatom i indijum dioksidom dobijeni su elektrohromni materijali - porozni nanofilmovi koji menjaju boju pri promeni električnog polja, sposobni da odgovore na promenu električnog polja jedan i po puta brže od poznatih analoga. Takvi materijali obećavaju za stvaranje štedljivih ultra-tankih ekrana (Nam et al., 2012).

U Massachusettsu Institut za tehnologiju bakteriofagi su postali osnova za proizvodnju vrlo moćnih i izuzetno kompaktnih električnih baterija. Za to su korišteni živi, ​​genetski modificirani M13 fagi, koji su bezopasni za ljude i sposobni da vežu različite ione metala na površinu. Kao rezultat samosastavljanja ovih virusa, dobivene su strukture date konfiguracije, koje su, kada su obložene metalom, formirale prilično dugačke nanožice, koje su postale osnova anode i katode. Prilikom samoformiranja anodnog materijala korišten je virus sposoban da pričvrsti zlato i kobalt oksid, a za katodu - sposoban da pričvrsti željezni fosfat i srebro. Potonji fag je također posjedovao sposobnost da "pokupi" krajeve ugljične nanocijevi zahvaljujući molekularnom prepoznavanju, što je neophodno da bi se osigurao efikasan prijenos elektrona.

Materijali za solarne ćelije takođe su kreirani na bazi kompleksa bakteriofaga M13, titanijum dioksida i jednozidnih ugljeničnih nanocevi (Dang et al., 2011).

Posljednje godine obilježila su opsežna istraživanja bakteriofaga, koji nalaze nove primjene ne samo u terapiji, već iu bio- i nanotehnologijama. Njihov očigledan praktični rezultat trebao bi biti nastanak novog moćnog pravca personalizirane medicine, kao i stvaranje čitavog niza tehnologija u prehrambenoj industriji, veterini, poljoprivredi i proizvodnji modernih materijala. Očekujemo da će drugi vijek istraživanja bakteriofaga donijeti isto toliko otkrića kao i prvi.

Književnost
1. Bakteriofagi: biologija i primjena / Ed.: E. Cutter, A. Sulakvelidze. M.: Naučni svet. 2012.
2. Stent G., Kalindar R. Molekularna genetika. M.: Mir. 1974. 614 str.
3. Tikunova N. V., Morozova V. V. Fagni prikaz na bazi filamentoznih bakteriofaga: aplikacija za selekciju rekombinantnih antitijela // Acta Naturae. 2009. br. 3. C. 6–15.
4. Mc Grath S., van Sinderen D. Bacteriophage: Genetics and Molecular Biology. Horizon Scientific Press, 2007.