Praktična primjena faga. Bakteriofagi: suvremeni aspekti primjene, izgledi za budućnost

Izrazita svojstva bakteriofaga kao predstavnika kraljevstva Vira. Virulentni fagi, stupnjevi interakcije s bakterijskom stanicom. Praktična upotreba bakteriofaga

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

Mehanizam interakcije virulentnog faga s mikrobnom stanicom:

1. Adsorpcija faga na osjetljivim stanicama. Javlja se u prisutnosti komplementarnih receptora u staničnoj stijenci bakterija i na krajevima filamenata fagnog procesa. Prvo, fag je pričvršćen nitima, a zatim čvrsto pričvršćen za staničnu stijenku uz pomoć zuba banalne ploče.

2. Ulazak DNA faga u bakterijsku stanicu. Uz pomoć lizozima, koji se nalazi u banalnoj ploči, hidrolizira se dio stanične stijenke, smanjuje se ovojnica procesa i unutarnja šipka probija stanična membrana. Molekula DNA faga ulazi u stanicu kroz kanal štapića.

3. Intracelularni razvoj faga. Faza DNA donosi genetske informacije u bakterijsku stanicu. Postoji biosinteza komponenti potrebnih za reprodukciju. Na rani stadiji sintetiziraju se "rani proteini" - enzimi koji repliciraju fagnu DNA kako bi se stvorilo mnogo njezinih kopija. Zatim dalje stanični ribosomi nastaju strukturni "kasni proteini".

4. Morfogeneza faga. Sazrijevanje faga odvija se duž tri neovisne grane u različitim dijelovima stanice, što je disocirani proces. Zasebno se formiraju glave faga - oko molekule DNA gradi se kapsida. Neovisno, proces se gradi. Procesni filamenti se sintetiziraju zasebno. Tada se svi sastavni dijelovi faga spajaju u virione.

5. Liza bakterijske stanice i oslobađanje faga. Liza se odvija pod djelovanjem lizozima. Izlaz pupanjem.

Stroga specifičnost bakteriofaga omogućuje njihovu upotrebu za fagotipizaciju i diferencijaciju bakterijskih kultura, kao i za njihovu indikaciju u vanjskom okruženju, na primjer, u vodenim tijelima.

Metoda fagotipizacije bakterija široko se koristi u mikrobiološkoj praksi. Omogućuje ne samo određivanje pripadnosti vrsti kulture koja se proučava, već i njezin fagotip (fagovar). To je zbog činjenice da bakterije iste vrste imaju receptore koji adsorbiraju strogo određene fage, koji potom uzrokuju njihovu lizu. Korištenje skupova takvih faga specifičnih za tip omogućuje fagotipizaciju proučavanih kultura u svrhu epidemiološke analize zaraznih bolesti: (utvrđivanje izvora infekcije i načina njezina prijenosa)

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

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

b) fagoterapija je metoda liječenja bakterijskih infekcija unosom određenog faga.(protiv tifusa, salmonele, dizenterije, proteusa, pseudomonasa, stafilokoka, streptokoka, koli-faga i kombinirani lijekovi. Koriste se u liječenju zaraznih bolesti uzrokovanih navedenim mikroorganizmima, te u liječenju rana i anaerobnih infekcija.)

Genotipska varijabilnost

Patogenost -

Prianjanje

Invazija

Agresija.

4. Građa genetskog aparata prokariota. Fenotipska i genotipska varijabilnost. Genetske osnove patogenosti bakterija.

Genetski aparat prokariota- nema jezgrinu ovojnicu i predstavljena je jednom kružnom molekulom DNA, koja je kromosom; nalazi se u citoplazmi, ne sadrži histonske proteine. Nije sposoban za mitozu

Fenotipska varijabilnost - modifikacije (promjene više od jednog ili više svojstava) – ne utječe na genotip. Fenotipske promjene nastaju pod utjecajem okolišnih čimbenika.Promjene zahvaćaju većinu jedinki u populaciji. Oni nisu naslijeđeni i s vremenom blijede, tj. vraćaju se na izvorni fenotip.

Genotipska varijabilnost- mijenjanje svojstava bakterija, utječući na njihov genotip. To je naslijeđeno, to je dugoročno. Nastaje kao rezultat mutacija ili genetske izmjene (transformacija, konjugacija ili transdukcija)

Patogenost - svojstvo vrste koje je naslijeđeno, fiksirano u genomu mikroorganizma, tj. to je genotipsko svojstvo koje odražava potencijalnu sposobnost mikroorganizma da prodre u makroorganizam i razmnoži se u njemu (invazivnost), izazove složenu patoloških procesa koji se javljaju tijekom bolesti.

Čimbenici patogenosti uključuju sposobnost mikroorganizama da se pričvrste za stanice (adhezija), nasele se na njihovoj površini (kolonizacija), prodru u stanice (invazija) i odupru se obrambenim čimbenicima organizma (agresija).

Neki od njih su izravno kodirani nukleoidnim genima (na primjer, kapsula i enzimi kod nekih vrsta). Drugi dio je kodiran izvankromosomskim čimbenicima nasljeđa - plazmidima i epizomima. Plazmidni geni obično određuju interakciju patogena s epitelom, dok kromosomski geni određuju postojanje i razmnožavanje bakterija izvanstanično u organima i tkivima.

Prianjanje Strukture odgovorne za vezanje mikroorganizma na stanicu nazivaju se adhezini i nalaze se na njezinoj površini.Kod gram-negativnih bakterija do adhezije dolazi zahvaljujući pili I i opći tipovi. U Gram-pozitivnih bakterija, adhezini su proteini i teihoične kiseline stanične stijenke. U drugim mikroorganizmima ovu funkciju obavljaju različite strukture staničnog sustava: površinski proteini, lipopolisaharidi itd.

Invazija enzim hijaluronidaza razgrađuje hijaluronsku kiselinu koja je dio međustanične tvari i time povećava propusnost sluznice i vezivnog tkiva. Neuraminidaza razgrađuje neuraminsku kiselinu, koja je dio površinskih receptora stanica sluznice, što doprinosi prodiranju patogena u tkiva.

AgresijaČimbenici 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 tijekom intraspecifične identifikacije bakterija, odnosno određivanja fagovara (tipa faga). Da bi se to postiglo, koristi se metoda tipizacije faga, koja se temelji na strogoj specifičnosti djelovanja faga: kapi raznih faga specifičnih za dijagnostički tip nanose se na čašicu s gustim hranjivim medijem zasijanim "travnjakom" čiste kulture. patogena. Fag fag bakterije određen je tipom faga koji je uzrokovao njezinu lizu (stvaranje sterilne mrlje, "plaka", ili "negativne kolonije", fag). Tehnikom fagotipizacije utvrđuje se izvor i putevi širenja infekcije (epidemiološko označavanje). Izolacija bakterija istog fagovara od različitih pacijenata ukazuje na zajednički izvor njihove infekcije.

Fagi se također koriste za liječenje i prevenciju niza bakterijskih infekcija. Oni proizvode tifus, salmonelu, dizenteriju, pseudomonas, stafilokokne, streptokokne fage i kombinirani pripravci(koliproteični, piobakteriofagi itd.). Bakteriofagi se propisuju prema indikacijama oralno, parenteralno ili lokalno u obliku tekućine, tableta, čepića ili aerosola.

Bakteriofagi se široko koriste u genetski inženjering i biotehnologija kao vektori za dobivanje rekombinantne DNA.

Pripravci 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 tijekom 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 s ovojnicom otpornom na kiseline. Tabletirani suhi fag je stabilniji tijekom skladištenja i praktičniji za upotrebu. Jedna tableta suhog bakteriofaga odgovara 20-25 ml tekući pripravak. Rok trajanja suhog i tekućeg pripravka je 1 godina. Tekući bakteriofag treba čuvati na temperaturi od + 2 +10 C, suho - ne više od +1 ° C, ali se može čuvati u hladnjaku na negativnoj temperaturi.

Bakteriofag uzet oralno ostaje u tijelu 5-7 dana. U pravilu, uzimanje bakteriofaga nije popraćeno nikakvim reakcijama ili komplikacijama. Nema kontraindikacija za prijem. Koriste se u obliku ispiranja, ispiranja, losiona, tampona, injekcija, a također se ubrizgavaju u šupljine - trbušne, pleuralne, zglobne i mjehur, ovisno o mjestu uzročnika.

Dijagnostički fagi se proizvode u tekućem i suhom obliku u ampulama.Prije početka rada suhi bakteriofag se razrjeđuje. Ako je na ampulama naveden titar, tr, DRT (radna doza titra), koristi se u testu lizabilnosti faga (Otto metoda) za identifikaciju bakterija, ako je naveden tip faga, onda za fagotipizaciju - za određivanje izvora infekcije.

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

Ottova metoda (padajuća kap)

Napravite gust travnjak za sjetvu proučavane kulture. 5-10 minuta nakon sjetve na osušenu površinu hranjivog medija nanosi se tekući dijagnostički fag. Posuda se lagano nagne kako bi se kapljica faga raširila po površini agara. Šalica se stavlja u termostat 18-24 sata. Rezultat se obračunava totalna odsutnost rast kulture na mjestu aplikacije kapljice faga.

Pokus na tekućoj hranjivoj podlozi

Obavite sjetvu proučavane kulture u dvije epruvete s tekućim medijem. Dijagnostički bakteriofag dodaje se u petlji u jednu epruvetu („O“). Nakon 18-20 sati u epruveti u koju nije dodan bakteriofag ("K"), opaža se snažno zamućenje bujona - zasijana kultura je narasla. Juha u epruveti, u koju je dodan bakteriofag, ostala je prozirna zbog lize kulture pod njegovim utjecajem.

Fagotipizacija bakterija

Prema spektru djelovanja razlikuju se sljedeći bakteriofagi: polivalentni, lizirajuće vrste bakterija; monovalentne, lizirajuće bakterije određenog tipa; tipične, lizirajuće pojedine vrste (varijante) bakterija.

Na primjer, jedan soj patogenog stafilokoka može lizirati više vrsta faga, stoga se svi tipični fagi (24) i sojevi patogenih stafilokoka spajaju u 4 skupine.

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

Fagovar kulture mikroorganizama određen je tipom faga koji je uzrokovao njegovu lizu, a izolacija bakterija istog fagovara iz različitih subjekata ukazuje na izvor infekcije.

Pripravci faga koriste se za liječenje i prevenciju zaraznih bolesti, kao iu dijagnostici - za određivanje osjetljivosti na fage i fagotipizaciju u identifikaciji mikroorganizama. Djelovanje faga temelji se na njihovoj strogoj specifičnosti. Terapeutski i profilaktički učinak faga posljedica je litičke aktivnosti samog faga, kao i imunizirajućeg svojstva komponenti (antigena) uništenih mikrobnih stanica u fagolizatima, osobito u slučaju ponovljene uporabe. Pri dobivanju fagnih pripravaka koriste se dokazani proizvodni sojevi faga i sukladno tome tipične kulture mikroorganizama. Bakterijska kultura u tekućem hranjivom mediju, koja je u logaritamskoj fazi razmnožavanja, inficira se matičnom suspenzijom faga.

Fag-lizirana kultura (obično sljedeći dan) se filtrira kroz bakterijske filtre i otopina kinozola se dodaje kao konzervans filtratu koji sadrži fage.
Gotov pripravak faga je bistra tekućina žućkaste boje. Za duže skladištenje neki fagi dostupni su u suhom obliku (u tabletama). U liječenju i prevenciji crijevnih infekcija, fagi se koriste istovremeno s otopinom natrijevog bikarbonata, budući da kiseli sadržaj želuca uništava fage. Fag se ne zadržava dugo u tijelu (5-7 dana), pa se preporučuje ponovna aplikacija.

U Sovjetskom Savezu proizvodili su se sljedeći lijekovi za liječenje i prevenciju bolesti: tifusa, salmopele, dizenterije, kolifaga, stafilokoknog faga i streptokoka. Trenutno se fagi koriste za liječenje i prevenciju u kombinaciji s antibioticima. Ova primjena ima učinkovitiji učinak na oblike bakterija otporne na antibiotike.

Dijagnostički bakteriofagi naširoko se koriste za identifikaciju bakterija izoliranih iz pacijenta ili iz zaraženih okolišnih objekata. Uz pomoć bakteriofaga, zbog njihove visoke specifičnosti, moguće je odrediti vrste bakterija te s većom točnošću pojedine vrste izoliranih bakterija. Razvijena je fagodijagnostika i fagotipizacija bakterija roda Salmonella, Vibrio i stafilokoka. Fagotipizacija pomaže u utvrđivanju izvora infekcije, proučavanju epidemioloških odnosa i razlikovanju sporadičnih i epidemijskih slučajeva bolesti.
Fagodijagnostika i fagotipizacija temelji se na principu zajedničkog uzgoja izoliranog mikroorganizma s odgovarajućom vrstom ili tipom faga. pozitivan rezultat razmatra se prisutnost dobro izražene lize proučavane kulture s fagom vrste, a zatim s jednim od tipičnih faga.

CM. ZAKHARENKO, kandidat medicinskih znanosti, izvanredni profesor, Vojno-medicinska akademija ih. CM. Kirov, Sankt Peterburg

Bakteriofagi su jedinstveni mikroorganizmi, na temelju kojih je po svojim svojstvima i svojstvima stvorena posebna skupina terapijskih i profilaktičkih pripravaka. Prirodni fiziološki mehanizmi interakcije između faga i bakterija na kojima se temelji njihovo djelovanje omogućuju predviđanje beskrajne raznolikosti samih bakteriofaga i moguće načine njihove primjene. Kako se zbirke bakteriofaga budu širile, nedvojbeno 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, koristiti polivalentni piobakteriofag Sextaphage u liječenju inficirane nekroze gušterače (Državna medicinska akademija u Permu nazvana po akademiku E.A. Wagneru) omogućio je brzo vraćanje glavnih parametara homeostaze i funkcija organa i sustava u bolesnika. Značajno se smanjio i broj postoperativnih komplikacija i smrti: u skupini bolesnika koji su primali standardnu ​​terapiju mortalitet je iznosio 100%, dok je u skupini bolesnika koji su primali BP iznosio 16,6%.

Zbog neškodljivosti i reaktogenosti BF pripravaka moguće ih je koristiti u pedijatrijskoj praksi, uključujući i novorođenčad. Zanimljivo je iskustvo Nižnjenovgorodske dječje regionalne kliničke bolnice, gdje su u razdoblju kompliciranja epidemiološke situacije, uz uobičajene protuepidemijske mjere, korišteni BP - Intesti-bakteriofag i BP Pseucfomonas aeruginosa. Smanjenje incidencije nozokomijalne infekcije Pseudomonas aeruginosa 11 puta pokazalo je visoku učinkovitost primjene BP. BF pripravci mogu se propisati i za liječenje disbakterioze i poremećaja probavni sustav te spriječiti kolonizaciju sluznice gastrointestinalni trakt oportunističke bakterije. Višekomponentni pripravci BF idealni su za trenutačno ublažavanje prvih znakova gastrointestinalnih tegoba.

Do danas je tvrtka planirala niz prioritetna područja razvoj i proizvodnja terapeutskih i profilaktičkih bakteriofaga, koji su u korelaciji s novonastalim svjetskim trendovima. U izradi su i uvode se novi pripravci: razvijeni su BF protiv seracija i enterobakterija, radi se na stvaranju fagnog pripravka protiv Helicobacter pylori.

Samo jedan proizvođač ovih lijekova - NPO Microgen, prema izvješću zamjenice voditelja odjela za znanost i inovativni razvoj Alla Lobastova, proizvodi više od 2 milijuna pakiranja godišnje. Nažalost, ideje mnogih liječnika o bakteriofazima 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, netko koristio) o postojanju tekućih i tabletiranih oblika doziranja terapeutskih i profilaktičkih pripravaka bakteriofaga. Međutim, njihov je spektar mnogo širi, što se može pripisati bezuvjetnim prednostima, posebice u kombinaciji s različitim načinima primjene (ingestija, primjena u klistirima, aplikacije, ispiranje rana i sluznica, unošenje u šupljine rane i dr.) . Očite prednosti bakteriofaga tradicionalno uključuju specifičan učinak na prilično ograničenu populaciju bakterija, ograničeno vrijeme postojanja (dok ne nestane ciljna populacija mikroorganizama), odsutnost nuspojave kao otrovne i alergijske reakcije, disbiotičke reakcije, itd. Ovi se lijekovi mogu koristiti u različitim oblicima dobne skupine i tijekom trudnoće. Bakteriofagi sami po sebi nisu značajni alergeni. Slučajevi netolerancije na pripravke bakteriofaga uglavnom su povezani s reakcijom na komponente hranjivog medija. Svi veliki proizvođači ove skupine lijekova teže maksimalnoj kvaliteti korištenih komponenti, što smanjuje vjerojatnost takvih reakcija. U kontekstu rastuće otpornosti na antibiotike, neki autori predlažu da se bakteriofagi smatraju najbolja alternativa antibiotici. Terapeutski i profilaktički pripravci bakteriofaga su koktel posebno odabranih kombinacija (kompleks poliklonalnih visoko virulentnih bakterijskih virusa posebno odabranih protiv najčešćih skupina uzročnika bakterijskih infekcija) temeljenih na kolekcijama faga proizvođača. Podružnice Saveznog državnog unitarnog poduzeća NPO Microgen u Ufi, Permu i Nižnjem Novgorodu moderni su centri za proizvodnju takvih lijekova. Mogućnost izrade prilagođenih patogeni mikroorganizmi terapijski i profilaktički pripravci bakteriofaga još je jedna velika prednost ove skupine pripravaka. Porast otpornosti bakterija na antimikrobne lijekove i česta polietiologija suvremenih zaraznih bolesti zahtijevaju kombiniranu antibiotsku terapiju (dva, tri, a ponekad i više njih). antimikrobna sredstva). Za odabir učinkovita shema terapije antibioticima, osim stvarne osjetljivosti bakterije na lijek, potrebno je voditi računa o dovoljnoj veliki brojčimbenici. Terapija fagom također ima određene prednosti u tom pogledu. S jedne strane, uporaba kombinacije bakteriofaga nije popraćena njihovom međusobnom interakcijom i ne dovodi do promjene u shemama njihove primjene. Unutar postojećeg skupa terapijskih bakteriofaga postoji niz dobro dokazanih kombinacija - bakteriofag koliproteus, piobakteriofag polivalentni, intesti-bakteriofag. S druge strane, bakterije ne uobičajeni mehanizmi otpornost na antibiotike i fage, stoga se mogu koristiti i kada je uzročnik otporan na jedan od lijekova, iu kombinaciji "antibiotik + bakteriofag". Ova kombinacija je posebno učinkovita za uništavanje mikrobnih biofilmova. Eksperiment to uvjerljivo pokazuje kombinirana primjena antagonisti željeza i bakteriofag mogu poremetiti stvaranje biofilmova Klebsiella pneumoniae. Istodobno se primjećuje značajno smanjenje broja mikrobnih populacija i smanjenje broja "mladih" stanica. Još jedan važna značajka djelovanje bakteriofaga je takav fenomen kao indukcija apoptoze. Neki sojevi E. coli imaju gene koji uzrokuju smrt stanice nakon unošenja bakteriofaga T4 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 staničnih proteina. Gen prrC kodira nukleazu koja cijepa lizinsku tRNA. Nukleaza se aktivira produktom gena stp faga T4. U stanicama zaraženim fagom T4, geni rex (koji pripadaju genomu faga i izraženi su u lizogenim stanicama) uzrokuju stvaranje ionskih kanala, što dovodi do gubitka vitalnih iona u stanicama i, posljedično, do smrti. Sam fag T4 može spriječiti smrt stanice zatvarajući kanale svojim proteinima, produktima gena rII. U slučaju stvaranja bakterijske rezistencije na antibiotik, potrebno je tražiti nove mogućnosti za modificiranje aktivne molekule ili fundamentalno nove tvari. Nažalost za posljednjih godina tempo uvođenja novih antibiotika znatno je usporen. Situacija s bakteriofazima je bitno drugačija. Zbirke velikih proizvođača uključuju desetke gotovih sojeva bakteriofaga i stalno se nadopunjuju novim aktivnim fagima. Zahvaljujući stalnom praćenju osjetljivosti izoliranih patogena na bakteriofage, proizvođači prilagođavaju sastave faga koji se isporučuju u regije. Zahvaljujući prilagođenim bakteriofazima, moguće je eliminirati izbijanje bolničkih infekcija uzrokovanih sojevima rezistentnim na antibiotike.

Na oralni unos bakteriofagi brzo dopiru do žarišta lokalizacije infekcije: kada ih pacijenti s gnojno-upalnim bolestima uzimaju oralno, nakon sat vremena fagi ulaze u krvotok, nakon 1-1,5 sati otkrivaju se iz bronhopulmonalnog eksudata i s površine opeklinskih rana, nakon 2 sati - iz urina, a također i iz cerebrospinalne tekućine pacijenata s traumatskom ozljedom mozga.

Dakle, bakteriofagi su jedinstveni mikroorganizmi, na temelju kojih je po svojstvima i svojstvima stvorena posebna skupina terapijskih i profilaktičkih pripravaka. Prirodni fiziološki mehanizmi interakcije između faga i bakterija na kojima se temelji njihovo djelovanje omogućuju predviđanje beskonačne raznolikosti samih bakteriofaga i mogućih načina njihove uporabe. Kako se zbirke bakteriofaga budu širile, nedvojbeno 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 daljnju sudbinu terapija fagima treba se temeljiti kako na visokoj specifičnosti njihovog djelovanja tako i na potrebi da se strogo poštuju sva pravila terapije fagima. Kontrastiranje bakteriofaga s bilo kojim sredstvom etiotropne terapije je pogrešno.

Sredinom prošlog stoljeća biološka znanost napravila je revolucionaran iskorak uspostavivši molekularne osnove funkcioniranja živih sustava. Veliku ulogu u uspješnim istraživanjima koja su dovela do utvrđivanja kemijske prirode nasljednih molekula, dekodiranja genetskog koda i stvaranja tehnologija za manipulaciju genima odigrali su bakteriofagi otkriveni početkom prošlog stoljeća. Do danas su ti bakterijski virusi ovladali mnogim korisnim "zanimanjima" 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 skupina znanstvenika bavila se problemima funkcioniranja živih sustava, zatim u potrazi za najjednostavnijim modelima obratili su pažnju na bakteriofaga- bakterijski virusi. Doista, među biološkim objektima nema ništa jednostavnije od bakteriofaga, štoviše, oni se mogu lako i brzo uzgajati i analizirati, a virusni genetski programi su mali.

Fag je prirodna struktura minimalne veličine koja sadrži gusto upakiran genetski program (DNA ili RNA), u kojem nema ničeg suvišnog. Ovaj program je zatvoren u proteinsku ljusku, opremljenu minimalnim skupom uređaja za njegovu isporuku unutar bakterijske stanice. Bakteriofagi se ne mogu sami razmnožavati, te se u tom smislu ne mogu smatrati punopravnim živim objektima. Njihovi geni počinju djelovati tek u bakterijama, koristeći biosintetske sustave dostupne u bakterijskoj stanici i rezerve molekula potrebnih za sintezu. Međutim, genetski programi ovih virusa bitno se ne razlikuju od programa složenijih organizama, pa su pokusi s bakteriofagima omogućili utvrđivanje temeljna načela struktura i rad genoma.

Potom su ta znanja i metode razvijene tijekom istraživanja postale temelj razvoja biološke i medicinske znanosti, kao i širokog spektra biotehnoloških primjena.

Borci protiv patogena

Prvi pokušaji korištenja bakteriofaga za liječenje zaraznih bolesti učinjeni su gotovo odmah nakon njihova otkrića, ali nedostatak znanja i nesavršena biotehnologija tog vremena nisu im omogućili da postignu puni uspjeh. Ipak, daljnja klinička praksa pokazala je temeljnu mogućnost uspješne primjene bakteriofaga u zarazne bolesti gastrointestinalnog trakta, genitourinarnog sustava, kod akutnih gnojno-septičkih stanja bolesnika, za liječenje kirurških infekcija i dr.

U usporedbi s antibioticima, bakteriofagi imaju niz prednosti: ne izazivaju nuspojave, štoviše, strogo su specifični za pojedine vrste bakterija, pa se njihovom primjenom ne remeti normalan ljudski mikrobiom. No, takva visoka selektivnost stvara i probleme: za uspješno liječenje bolesnika potrebno je točno poznavati uzročnika infekcije i individualno odabrati bakteriofag.

Fagi se također mogu koristiti 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 tjedno uzimanje lijeka omogućuje uklanjanje hemolizirajuće Escherichie coli i drugih patogenih i oportunističke bakterije uzrokujući crijevnu disbiozu.

Bakteriofagi liječe zarazne bolesti ne samo ljudi, već i domaćih i domaćih životinja: mastitis kod krava, kolibacilozu i escherichiosis kod teladi i svinja, salmonelozu kod kokoši... Osobito je pogodno koristiti preparate faga u slučaju akvakulture - za tretiranje industrijski uzgojene ribe i škampa, jer oni dugo stoje u vodi. Bakteriofagi također pomažu u zaštiti biljaka, iako je korištenje fagnih tehnologija u ovom slučaju teško zbog utjecaja prirodni faktori, poput sunčeve svjetlosti i kiše, štetni su za viruse.

Fagi mogu imati veliku ulogu u održavanju mikrobiološke ispravnosti hrane, budući da uporaba antibiotika i kemijskih sredstava u prehrambenoj industriji ne rješava ovaj problem, a smanjuje razinu ekološke prihvatljivosti proizvoda. O ozbiljnosti samog problema svjedoče statistike: primjerice, u Sjedinjenim Državama i Rusiji godišnje se registrira do 40 tisuća slučajeva salmoneloze, od čega 1% umre. Širenje ove zaraze uvelike je povezano s uzgojem, preradom i konzumacijom raznih vrsta peradi, a pokušaji primjene bakteriofaga u njezinu suzbijanju pokazali su obećavajuće rezultate.

Da, američka tvrtka Intralytix proizvodi pripravke faga za suzbijanje listerioze, salmoneloze i bakterijske kontaminacije bakterijom Escherichia coli. Odobreni su za upotrebu kao aditivi koji sprječavaju razvoj bakterija na hrani - prskaju se po mesu i proizvodima od peradi, te povrću i voću. 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.

Očita 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 tvrtka Fiksni fag razvio metodu za fiksiranje pripravaka faga na površine, čime se osigurava očuvanje biološka aktivnost faga do tri godine.

Bakteriofagi - "Drosophila" molekularne biologije

Godine 1946. na 11. simpoziju u poznatom američkom laboratoriju 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 svojstava između različitih faga dok su istovremeno inficirali stanice Escherichie coli. Ovo otkriće, učinjeno u vrijeme kada još nije bio poznat fizički nositelj gena, posvjedočilo je da je fenomen "rekombinacije" - miješanja genetskih svojstava, karakterističan ne samo za više organizme, već i za viruse. Otkriće ovog fenomena kasnije je omogućilo detaljno proučavanje molekularnih mehanizama replikacije. Kasnije su pokusi s bakteriofagima omogućili utvrđivanje principa strukture i djelovanja genetskih programa.

Godine 1952. A. Hershey i M. Chase eksperimentalno su dokazali da nasljedne informacije bakteriofaga T2 nisu kodirane u proteinima, kako su mnogi znanstvenici vjerovali, već u molekulama DNA (Hershey & Chase, 1952). Istraživači su pratili proces razmnožavanja u dvije skupine bakteriofaga, od kojih je jedna nosila radioaktivno obilježene proteine, a druga nosila molekule DNK. Nakon infekcije bakterija takvim fagima, pokazalo se da se samo virusna DNK prenosi u zaraženu stanicu, što je poslužilo kao dokaz njene uloge u pohrani i prijenosu nasljednih informacija.

Iste su godine američki genetičari D. Lederberg i N. Zindler u eksperimentu s dva soja salmonele i bakteriofagom P22 otkrili da je bakteriofag sposoban ugraditi fragmente DNA bakterije domaćina tijekom reprodukcije i prenijeti ih na druge bakterije. nakon infekcije (Zinder & Lederberg, 1952). Ovaj fenomen prijenosa gena s bakterije donora na bakteriju primatelja 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 "zbog svojih otkrića koja se tiču ​​mehanizma replikacije i genetske strukture virusa".

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

Sedam dana stvaranja

Suvremene metode sintetske biologije omogućuju ne samo različite modifikacije genoma faga, već i stvaranje potpuno umjetnih aktivnih faga. Tehnološki to nije teško, samo treba sintetizirati genom faga i unijeti ga u bakterijsku stanicu, a ondje će pokrenuti sve procese potrebne za sintezu proteina i sklapanje novih čestica faga. U modernim laboratorijima ovaj će posao trajati samo nekoliko dana.

Genetske modifikacije koriste se za promjenu specifičnosti faga i povećanje njihove učinkovitosti. terapeutsko djelovanje. Da bi se to postiglo, najagresivniji fagi dobivaju strukture za prepoznavanje koje ih vežu za ciljnu bakteriju. Također, u virusne genome dodatno su umetnuti geni koji kodiraju toksične proteine ​​za bakterije koji remete metabolizam - takvi su fagi smrtonosniji za bakterije.

Bakterije imaju nekoliko obrambenih mehanizama protiv antibiotika i bakteriofaga, a jedan od njih je uništavanje virusnih genoma. restrikcijskih enzima djelujući na specifične sekvence nukleotida. Kako bi se povećala terapijska aktivnost faga, zbog degeneracije genetskog koda, sekvence njihovih gena mogu se "preformatirati" na način da se minimizira broj nukleotidnih sekvenci koje su "osjetljive" na enzime, a da se zadrži njihov svojstva kodiranja.

Univerzalni način zaštite bakterija od svih vanjskih utjecaja – tzv biofilmovi, filmovi DNK, polisaharida i proteina koje bakterije zajedno stvaraju i gdje ne prodiru niti antibiotici niti terapijski proteini. Takvi biofilmovi su glavobolja liječnici, budući da pridonose uništavanju zubne cakline, stvaraju se na površini implantata, katetera, umjetnih zglobova, kao i u dišni put, na površini kože itd. Za suzbijanje biofilma konstruirani su posebni bakteriofagi koji sadrže gen koji kodira poseban litički enzim koji uništava bakterijske polimere.

Enzimi "iz bakteriofaga"

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

Jedan takav primjer su restrikcijski enzimi, skupina bakterijskih nukleaza koje cijepaju DNA. Još početkom 1950-ih. Utvrđeno je da se bakteriofagi izolirani iz stanica jednog soja bakterija često slabo razmnožavaju u blisko srodnom soju. Otkriće ovog fenomena značilo je da bakterije imaju sustav za suzbijanje reprodukcije virusa (Luria & Human, 1952). Kao rezultat toga, otkriven je enzimski restrikcijski-modificirajući sustav, uz pomoć kojeg bakterije uništavaju stranu DNA koja je ušla u stanicu. Izolacija restrikcijskih enzima (restrikcijskih endonukleaza) dala je molekularnim biolozima neprocjenjiv alat za manipuliranje DNK: umetanje jedne sekvence u drugu ili izrezivanje potrebnih fragmenata lanca, što je u konačnici dovelo do razvoja tehnologije rekombinantne DNK.

Još jedan enzim koji se naširoko koristi u molekularnoj biologiji je bakteriofag T4 DNA ligaza, koji "povezuje" "ljepljive" i "tupe" krajeve dvolančanih DNA i RNA 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 "šiju" jednolančane molekule RNA i DNA, također potječu iz bakteriofaga. U prirodi uglavnom služe za popravak slomljenih molekula RNK. Istraživači najčešće koriste RNA ligazu bakteriofaga T4, koja može "ušiti" jednolančane polinukleotide na RNA molekule kako bi ih označila. Ova se tehnika koristi za analizu strukture RNA, traženje mjesta vezanja RNA-proteina, sintezu oligonukleotida itd. Nedavno su se među rutinski korištenim enzimima pojavile termostabilne RNA ligaze izolirane iz bakteriofaga rm378 i TS2126 (Nordberg Karlsson, et al., 2010. ; Hjorleifsdottir, 2014).

Od bakteriofaga su dobiveni i neki iz druge skupine iznimno važnih enzima, polimeraza. Primjerice, vrlo "precizna" bakteriofaga T7 DNA polimeraza, koja je našla primjenu u raznim područjima molekularne biologije, poput site-directed mutageneze, ali se uglavnom koristi za određivanje primarne strukture DNA.

Predložena je kemijski modificirana DNA polimeraza T7 faga savršen alat za sekvenciranje DNA već 1987. (Tabor & Richardson, 1987.). Modifikacija ove polimeraze povećala je njezinu učinkovitost nekoliko puta: brzina polimerizacije DNA u ovom slučaju doseže više od 300 nukleotida u sekundi, tako da se može koristiti za pojačavanje velikih fragmenata DNA. Ovaj je enzim postao prekursor sekvenaze, genetski modificiranog enzima optimiziranog za sekvenciranje DNK u Sangerovoj reakciji. Sekvenaza je drugačija visoka efikasnost i sposobnost ugradnje analoga nukleotida u sekvencu DNA koji se koriste za poboljšanje rezultata sekvenciranja.

Podrijetlo bakteriofaga su i glavne RNA polimeraze koje se koriste u molekularnoj biologiji (DNA-ovisne RNA polimeraze) – enzimi koji kataliziraju proces transkripcije (čitanje RNA kopija s DNA predloška). To uključuje SP6, T7 i T3 RNA polimeraze, nazvane po odgovarajućim bakteriofagima SP6, T7 i T3. Svi ovi enzimi koriste se za in vitro sintezu antisense RNA transkripata, obilježenih RNA sondi, itd.

Prvi potpuno sekvencirani genom DNA bio je genom faga φ174, dug preko 5000 nukleotida (Sanger et al., 1977.). Ovo dekodiranje provela je grupa engleskog biokemičara F. Sangera, tvorca poznate istoimene metode sekvenciranja DNK.

Polinukleotidne kinaze kataliziraju prijenos fosfatne skupine s ATP molekule na 5' kraj molekule nukleinske kiseline, izmjenu 5' fosfatnih skupina ili fosforilaciju 3' krajeva mononukleotida. U laboratorijskoj praksi najviše se koristi polinukleotid kinaza bakteriofaga T4. Obično se koristi u eksperimentima za označavanje DNK radioaktivnim izotopom fosfora. Polinukleotidna kinaza također se koristi za traženje restrikcijskih mjesta, DNA i RNA fingerprinting, sintezu supstrata za DNA ili RNA ligaze.

U molekularno biološkim eksperimentima, enzimi bakteriofaga kao što je T4 fag polinukleotid kinaza, koja se obično koristi za označavanje DNA radioaktivnim izotopom fosfora, DNA i RNA fingerprinting, itd., kao i enzimi koji cijepaju DNA, koji se koriste za dobivanje jedne -lančane DNA šablone, također se široko koriste u molekularno biološkim eksperimentima za sekvenciranje i analizu polimorfizma nukleotida.

Koristeći metode sintetičke biologije, također je bilo moguće razviti bakteriofage naoružane najsofisticiranijim oružjem koje bakterije koriste protiv samih faga. Riječ je o o bakterijskim CRISPR-Cas sustavima, koji su kompleks enzima nukleaze koji cijepa DNA i sekvence RNA koja usmjerava djelovanje tog enzima na određeni fragment virusnog genoma. Dio DNK faga služi kao “pokazivač” koji bakterija pohranjuje “za pamćenje” u posebnom genu. Kada se sličan fragment nađe unutar bakterije, ovaj kompleks protein-nukleotid ga uništava.

Nakon što su shvatili mehanizam rada CRISPR-Cas sustava, istraživači su pokušali opremiti same fage sličnim "oružjem", za koje je bio kompleks gena koji kodiraju nukleazu i adresiraju RNA sekvence komplementarne specifičnim regijama bakterijskog genoma. unijeti u njihov genom. "Meta" mogu biti geni odgovorni za višestruku rezistenciju na lijekove. Eksperimenti su bili okrunjeni potpunim uspjehom - takvi su fagi s velikom učinkovitošću utjecali na bakterije na koje su bili "podešeni".

Antibiotici faga

U terapeutske svrhe, fagi se ne moraju izravno koristiti. Tijekom milijuna godina evolucije bakteriofagi su razvili arsenal specifičnih proteina – alata za prepoznavanje ciljanih mikroorganizama i manipuliranje biopolimerima žrtve, na temelju kojih se mogu kreirati antibakterijski lijekovi. Proteini ove vrste koji najviše obećavaju su enzimi endolizin, koje fagi koriste za uništavanje stanične stijenke nakon izlaska iz bakterije. Ove tvari same po sebi su moćne. antibakterijska sredstva, neotrovno za ljude. Učinkovitost i usmjerenost njihova djelovanja mogu se povećati promjenom adresnih struktura u njima – proteina koji se specifično vežu na određene bakterije.

Većina bakterija dijeli se prema građi stanične stijenke na gram-pozitivne, čija je membrana prekrivena vrlo debelim slojem peptidoglikana, i gram-negativne, kod kojih se sloj peptidoglikana nalazi između dviju membrana. Primjena prirodnih endolizina posebno je učinkovita u slučaju gram-pozitivnih bakterija (stafilokoka, streptokoka i dr.), budući da se njihov peptidoglikanski sloj nalazi izvana. Gram-negativne bakterije (Pseudomonas aeruginosa, Salmonella, Escherichia coli itd.) manje su pristupačne mete, budući da enzim mora prodrijeti kroz vanjsku bakterijsku membranu da bi došao do unutarnjeg sloja peptidoglikana.

Kako bi se prevladao ovaj problem, stvoreni su takozvani artilizini - modificirane varijante prirodnih endolizina koji sadrže polikationske ili amfipatske peptide koji destabiliziraju vanjsku membranu i osiguravaju isporuku endolizina izravno u sloj peptidoglikana. Artilizini imaju visoku baktericidnu aktivnost i već su se pokazali učinkovitima u liječenju upale srednjeg uha u pasa (Briers i sur., 2014.).

Primjer modificiranog endolizina koji selektivno djeluje na određene bakterije je lijek P128 kanadske tvrtke Ganga Gen Inc.. To je biološki aktivan fragment endolizina povezan s lizostafinom, ciljanom proteinskom molekulom koja se veže na površinu stanica stafilokoka. Dobiveni himerni protein ima visoku aktivnost protiv različitih sojeva stafilokoka, uključujući one s višestrukom rezistencijom na lijekove.

"Brojači" bakterija

Bakteriofagi služe ne samo kao svestrano terapeutsko i "dezinfekcijsko" sredstvo, već i kao praktičan i točan analitički alat za mikrobiologa. Primjerice, zbog svoje visoke specifičnosti prirodni su analitički reagensi za detekciju bakterija određene vrste i soja.

U najjednostavnijoj verziji takve studije, različiti dijagnostički bakteriofagi dodaju se kap po kap u Petrijevu zdjelicu s hranjivim medijem 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 razmnožavanja faga u prisutnosti ciljnih bakterija, može se kvantificirati brojnost potonjih. Budući da će se broj čestica faga u otopini povećavati proporcionalno broju bakterijskih stanica koje se u njoj nalaze, za procjenu broja bakterija dovoljno je odrediti titar bakteriofaga.

Specifičnost i osjetljivost takve analitičke reakcije je dosta visoka, a sami postupci su jednostavni za izvođenje i ne zahtijevaju sofisticiranu opremu. Važno je da dijagnostički sustavi temeljeni na bakteriofagima signaliziraju prisutnost živog patogena, dok druge metode, poput PCR-a i imunoanalitičkih metoda, samo ukazuju na prisutnost biopolimera koji pripadaju toj bakteriji. Ova vrsta dijagnostičkih metoda posebno je prikladna za korištenje u studijama okoliša, kao iu prehrambenoj industriji i poljoprivreda.

Sada se koriste posebne metode za identifikaciju i kvantificiranje različitih sojeva mikroorganizama. referentne vrste fagi. Vrlo brzo, radi gotovo u stvarnom vremenu analitički sustavi mogu nastati na bazi genetski modificiranih bakteriofaga, koji ulaskom u bakterijsku stanicu pokreću sintezu reporterskih fluorescentnih (ili sposobnih za luminiscenciju) proteina, kao npr. luciferaza. Kada se takvoj podlozi dodaju potrebni supstrati, u njoj će se pojaviti luminiscentni signal čija vrijednost odgovara sadržaju bakterija u uzorku. Takvi "svjetlosno obilježeni" fagi razvijeni su za otkrivanje opasnih patogena - uzročnika kuge, antraks, tuberkuloza i biljne infekcije.

Vjerojatno će uz pomoć modificiranih faga biti moguće riješiti i dugogodišnji problem globalnog značaja - razviti jeftine i brze metode otkrivanje uzročnika tuberkuloze ranoj fazi bolesti. Ovaj zadatak je vrlo težak, budući da mikobakterije, izazivajući tuberkulozu, karakterizira izrazito spor rast kada se uzgajaju u laboratorijskim uvjetima. Stoga, dijagnoza bolesti tradicionalne metode može potrajati i do nekoliko tjedana.

Fagna tehnologija olakšava ovaj zadatak. Njegova suština je da se uzorcima analizirane krvi dodaje bakteriofag D29 koji može inficirati širok raspon mikobakterije. Zatim se bakteriofagi odvajaju, a uzorak se miješa s brzo rastućom nepatogenom kulturom mikobakterija, također osjetljivih na ovaj bakteriofag. Ako je u početku u krvi bilo mikobakterija koje su bile zaražene fagima, tada će se proizvodnja bakteriofaga također primijetiti u novoj kulturi. Na taj način mogu se detektirati pojedinačne stanice mikobakterija, a sam dijagnostički proces skraćuje se s 2-3 tjedna na 2-5 dana (Swift & Rees, 2016.).

Prikaz faga

Danas se bakteriofagi široko koriste kao jednostavni sustavi za proizvodnju proteina željenih svojstava. Ovo je onaj razvijen 1980-ih. izuzetno učinkovita tehnika molekularne selekcije - fagni prikaz. Taj je pojam predložio Amerikanac J. Smith, koji je dokazao da je na temelju bakteriofaga Escherichie 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. Takvi modificirani bakteriofagi mogu se izolirati iz mješavine s divljim tipom faga zbog sposobnosti "stranog" proteina da se veže na specifična protutijela (Smith, 1985).

Iz Smithovih eksperimenata slijedila su dva važni nalazi: prvo, koristeći tehnologiju rekombinantne DNA, moguće je stvoriti populacije od 10 6 -10 14 čestica faga, goleme raznolikosti, od kojih svaka nosi na svojoj površini različite varijante bjelančevine. Takve populacije nazivamo kombinatorne biblioteke faga. Drugo, izolacijom specifičnog faga iz populacije (na primjer, koji ima sposobnost vezanja na određeni protein ili organsku molekulu), taj se fag može razmnožavati u bakterijske stanice i dobiti neograničen broj djece sa zadanim svojstvima.

Prikaz faga danas proizvodi proteine ​​koji se mogu selektivno vezati na terapeutske mete, poput onih izloženih na površini faga M13 koji mogu prepoznati tumorske stanice i stupiti u interakciju s njima. Uloga ovih proteina u fagnoj čestici je da "pakiraju" nukleinsku kiselinu, tako da su vrlo prikladni za stvaranje lijekova za gensku terapiju, samo što u ovom slučaju tvore česticu već s terapeutskom nukleinskom kiselinom.

Danas postoje dva glavna područja primjene fagnog prikaza. Tehnologija temeljena na peptidima koristi se za istraživanje receptora i mapiranje veznih mjesta antitijela, dizajniranje imunogena i nanovakcina i mapiranje veznih mjesta supstrata za enzimske proteine. Tehnologija temeljena na proteinima i proteinskim domenama - za odabir antitijela sa željenim svojstvima, proučavanje interakcija protein-ligand, probir izraženih komplementarnih fragmenata DNA i ciljane modifikacije proteina.

Pomoću fagnog prikaza moguće je uvesti skupine za prepoznavanje u sve vrste površinskih virusnih proteina, kao i u glavni protein koji tvori tijelo bakteriofaga. Uvođenjem peptida željenih svojstava u površinske proteine ​​može se dobiti cijeli niz vrijednih biotehnoloških proizvoda. Na primjer, ako ovaj peptid oponaša protein opasan virus ili bakterije, prepoznatljive imunološki sustav, onda je takav modificirani bakteriofag cjepivo koje se može lako, brzo i sigurno razviti.

Ako se terminalni površinski protein bakteriofaga “adresira” na stanice raka, a reporterske skupine (na primjer, fluorescentne ili magnetske) se pričvrste na drugi površinski protein, tada će se dobiti sredstvo za otkrivanje tumora. A ako je citotoksični lijek također vezan za česticu (a moderna bioorganska kemija to olakšava), tada dobivamo lijek koji cilja na stanice raka.

Jedna od važnih primjena proteinskog fagnog prikaza je stvaranje fagnih biblioteka rekombinantnih antitijela, gdje se fragmenti imunoglobulina koji vežu antigen nalaze na površini čestica fd ili M13 faga. Biblioteke ljudskih antitijela su od posebnog interesa jer se takva antitijela mogu koristiti u terapiji bez ograničenja. Posljednjih godina samo na američkom farmaceutskom tržištu prodano je desetak terapijskih protutijela konstruiranih ovom metodom.

"Industrijski" fagi

Metodologija prikaza faga također je pronašla prilično neočekivane primjene. Uostalom, bakteriofagi su prvenstveno nanočestice određene strukture, na čijoj se površini nalaze proteini, kojima se pomoću fagnog prikaza mogu “osigurati” svojstva specifičnog vezanja na željene molekule. Takve se nanočestice otvaraju najšire mogućnosti stvarati materijale sa zadanom arhitekturom i "pametne" molekularne nanouređaje, dok će njihove proizvodne tehnologije biti ekološki prihvatljive.

Budući da je virus prilično kruta struktura s određenim omjerom dimenzija, ta okolnost omogućuje njegovu upotrebu za dobivanje poroznih nanostruktura s poznatom površinom i željenom raspodjelom pora u strukturi. Kao što je poznato, površina katalizatora je kritični parametar koji određuje njegovu učinkovitost. A postojeće tehnologije za stvaranje najtanjeg sloja metala i njihovih oksida na površini bakteriofaga omogućuju dobivanje katalizatora s iznimno razvijenom pravilnom površinom zadane dimenzije. (Lee i sur., 2012.).

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

Oblaganjem filamentnih faga zlatnim i indijevim dioksidom dobiveni su elektrokromni materijali - porozni nanofilmovi koji mijenjaju boju pri promjeni električnog polja, sposobni odgovoriti na promjenu električnog polja jedan i pol puta brže od poznatih analoga. Takvi su materijali obećavajući za stvaranje uređaja s ultratankim zaslonom koji štede energiju (Nam i sur., 2012.).

U Massachusettsu Institut tehnologije bakteriofagi su postali osnova za proizvodnju vrlo snažnih i iznimno kompaktnih električnih baterija. Za to su korišteni živi, ​​genetski modificirani fagi M13, koji su bezopasni za ljude i sposobni su pričvrstiti različite metalne ione na površinu. Kao rezultat samosastavljanja ovih virusa, dobivene su strukture određene konfiguracije, koje su, kada su obložene metalom, oblikovale prilično dugačke nanožice, koje su postale osnova anode i katode. Prilikom samooblikovanja anodnog materijala korišten je virus sposoban vezati zlato i kobaltov oksid, za katodu - sposoban vezati željezni fosfat i srebro. Posljednji fag također je posjedovao sposobnost "pokupiti" krajeve ugljikove nanocijevi zbog molekularnog prepoznavanja, što je neophodno za osiguranje učinkovitog prijenosa elektrona.

Stvoreni su i materijali za solarne ćelije na bazi kompleksa bakteriofaga M13, titanijevog dioksida i ugljikovih nanocijevi s jednom stijenkom (Dang i sur., 2011.).

Posljednje su godine obilježene opsežnim istraživanjima bakteriofaga koji pronalaze nove primjene ne samo u terapiji, već iu bio- i nanotehnologijama. Njihov očiti praktični rezultat trebao bi biti pojava novog snažnog smjera personalizirane medicine, kao i stvaranje čitavog niza tehnologija u prehrambenoj industriji, veterini, poljoprivredi iu proizvodnji suvremenih materijala. Očekujemo da će drugo stoljeće istraživanja bakteriofaga donijeti isto toliko otkrića kao i prvo.

Književnost
1. Bakteriofagi: biologija i primjena / Urednici: E. Cutter, A. Sulakvelidze. M.: Znanstveni svijet. 2012.
2. Stent G., Kalindar R. Molekularna genetika. M.: Mir. 1974. 614 str.
3. Tikunova N. V., Morozova V. V. Prikaz faga na bazi filamentoznih bakteriofaga: aplikacija za odabir rekombinantnih antitijela // Acta Naturae. 2009. br. 3. C. 6–15.
4. Mc Grath S., van Sinderen D. Bakteriofag: Genetika i molekularna biologija. Horizon Scientific Press, 2007.