Особенности взаимодействия умеренных фагов с клетками-хозяевами

Наряду с вирулентными существуют умеренные фаги, взаимодействие которых с бактериями проявляется в двух формах: одни штаммы или клетки определенного вида бактерий они разрушают, в другие проникают, но гибели не вызывают. В последнем случае ДНК умеренного фага образует кольцо и с помощью репрессоров, кодируемых вирусным геномом, прерывается ее способность к автономной репликации, что заканчивается интеграцией с геномом бактерии. В дальнейшем генетический материал фага воспроизводится вместе с бактериальным геномом при делении клетки.

Умеренный фаг, наследственные детерминанты которого объединились с бактериальными, называется профагом, бактерии, содержащие профаг, – лизогенными, а само явление – лизогенией. Связь профага с бактерией очень прочная и в естественных условиях нарушается с частотой 10^-2 – 10^-5 (спонтанная индукция фага). Частоту выщепления профага можно увеличить, воздействуя на лизогенные бактерии УФ-лучами, ионизирующей радиацией и химическими мутагенами. При выщеплении профаг переходит в вегетативную форму и лизирует клетку. Выделившиеся фаговые частицы не способны к репродукции в лизогенных по тому же фагу бактериях(действие репрессора), но могут вызывать лизис нелизогеных или лизогенных по другим фагам родственных клеток. Изредка лизогенные бактерии утрачивают фаг без перехода его в вегетативную форму. Иногда в состоянии лизогенности у бактерий появляются новые признаки и свойства, кодируемые геномом фага(конверсия).

При индукции лизогенных бактерий в профаг нередко включаются гены бактерий, но чаще они замещают некоторую часть того его участка ДНК, которая остается в геноме бактерии. Утратившие часть своего генома умеренные фаги становятся дефектными и, будучи не способными к образованию зрелых частиц, осуществляют трансдукцию.

—В отличие от вирулентных, заражение умеренными фагам не приводит к лизису бактериальных клеток, а реализуется становление особого состояния сосуществования фага с бактериальной клеткой. Это сосуществование выражается в том, что некое начало фага присутствует в бактериальной клетке без всяких неблагоприятных условий для нее и сохраняется из поколения в поколение. На определенных этапах такого сосуществования фаг активируется в клетке и переходит в состояние литического цикла развития, вызывая лизис клетки и высвобождения фагового потомства. Такие фаги получили название лизогенезирующих или умеренных фагов, а состояние умеренного существования с фагом лизогенией, а бактерии, которые содержат в себе такой скрытый фаг - лизогенных бактерий. Термин лизогенные бактерии происходил из того, что когда-то были обнаружены культуры, у которых спонтанно появлялся фаг, и этот бактериафаг стал рассматриваться как загрязнение культуры, то есть в культуру попадает бактериальный вирус, и такие культуры получили название лизогенных, то есть они генерируют лизис.

Опыт с каплями где?

Андрэ Львов и его сотрудница Гутман (1953) провели эксперимент, который позволил продемонстрировать, что лизогенные клетки не загрезненны фагом, а фаг находится внутри в определенном взаимодействии с системами клетки хозяина. Они использовали метод микрокапель, и так называемый микроманипулятор, который позволял из анализируемого материала изолировать одиночные клетки и следить за судьбой этих клеток в оптимальных для их развития условиях. Клетки лизогенной культуры помещались в микро-капли по одной бактериальной клетке в микро-каплю. И за такой микрокаплей под микроскопом велось наблюдение, естественно создавались оптимальные температурные режимы, клетка находилась в питательной среде в этой микрокапле она могла расти и делиться. Наблюдая за этой клеткой Львов и Гутман при каждом делении клетки отлавливали одну из дочерних клеток и переносили ее в свежую микро каплю. При этом в исходной микрокапле и в новой микрокапле не определялось наличие фага, таких переносов они осуществили 19. На протяжении этих 19 переносов клетки делились и никакой фаг не обнаруживался на хромотографии, и лишь на 19 делении клетки буквально на глазах растворялись и исчезали. В микро-капле появлялся бактериофаг, таким образом был сделан вывод, что лизогенные культуры это не загрязненные фагом культуры, а это бактерии несущие особый вид бактериального вируса бактериофага, который не вызывает никаких патологических явлений, и мирно сосуществует на протяжении ряда поколений.