Как работают бактериофаги

После открытия пенициллина ученые надеялись на полную победу над инфекционными заболеваниями, которые убивали миллионы людей. Во второй половине ХХ-го века ученые выявили, что бактерии мутируют и приобретают стойкость к разным антибиотикам. Кроме этого, они передают измененный геном потомству. Люди и бактерии начали «гонку вооружений», которая продолжается до сих пор.

Антибиотики и бактериофаги принципиально отличаются. Антибиотик полностью уничтожает все на своем пути, включая полезную микрофлору. Фаговые препараты действуют избирательно, поражая лишь патологические микроорганизмы. Фаги и бактерии на протяжении трех миллиардов лет эволюционировали совместно, поэтому соответствующие вирусы-«убийцы» имеются почти для каждого вида болезнетворных бактерий. Бактериофаги отличаются способностью самостоятельно модифицировать собственную генетическую программу.

В итоге фаг эффективно действует на один конкретный вид или штамм бактерий. Механизм уничтожения бактериальных клеток представляет собой алгоритм, состоящий из нескольких этапов, запрограммированных генной программой фагов.

Эффективность фаготерапии

Основное преимущество фагов - избирательность. Они уничтожают только те бактерии, которые чувствительны к бактериофагу, исключая какое-либо воздействие на полезную микрофлору и клетки человеческого организма. Фаготерапия, в отличие от лечения антибиотиками, не имеет побочных эффектов: дисбактериоза, аллергии, вторичных инфекций и др. Фаги могут быть составной частью комбинированной терапии, они совместимы со всеми типами лекарственных средств, в том числе антибиотиками.

Фаговые препараты — это растворы, которые назначаются наружно или принимаются внутрь. В организме фаги находят участки с максимально пораженными клетками и концентрируются в этих местах. Они размножаются пока не уничтожат все болезнетворные бактерии. После этого бактериофаги выводятся из организма естественным путем. Фаготерапия используется для остановки и подавления инфекционных процессов, что позволяет иммунной системе человека справиться с заболеванием. Единственным противопоказанием к использованию фаговых препаратов является наличие индивидуальной непереносимости.

С помощью бактериофагов лечат

Инфекции мочеполовой системы	Инфекции органов дыхания
Инфекции желудочно-кишечного тракта	Ожоговые и раневые инфекции
Трофические язвы	Остеомиелит
Гнойно-воспалительные заболевания кожи и слизистых	Внутрибольничные инфекции

Лечение наиболее результативно, если перед его началом у пациента выделяют бактериальную культуру и подбирают соответствующий фаг для борьбы именно с ней. Сложность стандартизации фаговых препаратов заключается в специфической технологии производства. Проблема в сходстве симптоматики заболеваний, спровоцированных разными бактериальными штаммами, может вызывать затруднения в определении средства с необходимым видом фагов в составе. Оптимальный вариант - производить фаговые «коктейли», которые будут справляться с различными видами и родами бактерий. Ряд таких комплексных и поливалентных препаратов уже существует.

6 этапов работы бактериофагов

Адсорбция бактериофагов на бактериальных клетках

Специальные элементы фага, расположенные на поверхности в виде фибрилл или шипов, связываются со специфичными поверхностными молекулами — рецепторами на своей жертве — бактерии. Пока бактериофаг достаточно плотно не закрепится на поверхности бактерии, следующей стадии не происходит. Так как существует специальная система блокировки.

Инъекция нуклеиновой кислоты бактериофага внутрь клетки

После плотного прикрепления фага (адсорбции) происходит внедрение генетического материала бактериофага в тело бактерии. Для этого в структуре фага природа предусмотрела наличие специальных структур, которые действуют по типу шприца. Именно за счет этого фаг как бы делает инъекцию, растворяет оболочку и вводит свой генетический материал в бактерию. Для этого у фага есть агрессивный фермент для прокалывания бактерии.

Сборка фаговых частиц

Сборка молодых фагов начинается с упаковывания генетического материала в икосаэдрические белковые оболочки. Далее к фагам присоединяется хвост, на головке фага появляются различные, необходимые для его жизнедеятельности белки. Количество молодых фагов внутри бактерии возрастает. Новое поколение готовится к выходу из бактериальной клетки.

Репликация копий нуклеиновой кислоты бактериофага

Когда ДНК фага попадает в бактерию она может раствориться ферментами бактерии. Однако фаг защищает свою ДНК специальными липкими белками, которые замыкают молекулу в кольцо, делая ее неуязвимой. Далее происходит тиражирование генетического материала (ДНК) фага прямо в клетке бактерии.

Синтез белковых и нуклеиновых частиц

После заражения бактерии начинается перестройка клеточного метаболизма под нужды фага: разрушаются некоторые клеточные белки. Далее происходит включение генетического материала фага в метаболизм бактерии и начинается сборка новых, молодых фагов.

Выход зрелых фагов и смерть бактерии

Финал жизненного цикла фага — клеточный лизис. Молодые фаги используют для разрушения бактериальной клетки набор ферментов, которые расщепляют оболочки бактерий (лизины), и белков, создающих поры во внутренней мембране бактерии и обеспечивающих ускорение действия фермента лизина.