трудом освобождаются из клеток в культурах in vitro; в живом организме

выходу таких вирусов из клеток и их распространению способствует захват

поврежденных вирусом клеток фагоцитами и их переваривание. Вирусы растений

обычно не освобождаются путем лизиса клеток, а переходят из клетки в

клетку через межклеточные соединения.

Взаимодействие фага с бактериями.

Основные проблемы и явления

Бактериофаги являются паразитами представителей почти всех групп

прокариотических организмов от крошечных Dellovibrios, которые сами

паразитируют на других бактериях, до некоторых крупных сине-зеленых

водорослей. Общие свойства фагов обычно служат отражением свойств клетки

бактерии-хозяина. Наличие жесткой клеточной стенки у большинства

прокариот требует особых механизмов для проникновения или выхода вирусов.

Прокариоты не дифференцируются в стволовые или специализированные клетки, а

являются популяцией более или менее сходных клеток, которые продолжают

размножаться, пока имеется соответствующая питательная среда. Поэтому

взаимодействие фагов с бактериями происходит в бактериальной культуре

циклически, пока не наступит некое равновесное состояние, которое

определяется числом клеток-хозяев и вирусных элементов и скоростью их

воспроизведения. Другая ситуация возникает тогда, когда бактерии способны к

дифференцировке, например при споруляции или смене состояний.

Прикрепление и проникновение

Прикрепление вирионов фага к бактериальной клетке является реакцией

первого порядка и происходит обычно на клеточной поверхности. Последняя

различна по своей структуре у разных типов бактерий. Некоторые фаги

прикрепляются к особым выростам, так называемым F и L-ворсинкам, которые

принимают участие в процессе конъюгации. Вирионы фагов группы х обратимо

прикрепляются к жгутикам бактерий и затем соскальзывают вдоль них к

поверхности клетки, причем этому процессу, по-видимому, способствует

движение самих жгутиков (поскольку неподвижные бактериальные мутанты не

бывают хозяевами этих фагов). На поверхности бактериальной клетки имеются

специфические рецепторы для фагов , однако данные об их природе весьма

ограничены. Тот факт, что фаг неспособен адсорбироваться на бактериальном

мутанте, не обязательно означает, что мутант утратил химические группы,

выполняющие роль рецепторов фага, - последние могут быть просто скрыты

другими компонентами клеточной оболочки. Рецепторы не всегда необходимы

для самой клетки; например, при росте бактерий в определенных температурных

условиях они могут утрачиваться.

Из оболочки бактерий, чувствительных к фагу, удается экстрагировать

специфическое вещество, способное инактивировать фаг. Возможно ,это

вещество является самим рецептором или компонентом рецепторной структуры

на поверхности бактерий. Сами по себе рецепторы, по-видимому, способствуют

лишь первому обратимому этапу адсорбции. Не исключено, что они также

участвуют в других процессах, частности в транспорте ионов железа. После

прикрепления фага бактерия в течение некоторого времени (латентный период)

не претерпевает заметных морфологических изменений даже и в том случае,

если заражение, в конце концов ,приведет к лизису клетки, поскольку лизис

наступает всегда внезапно.

Проникновение фагового генома в клетку сопровождается физическим отделением

нуклеиновой кислоты от большей части капсидных белков, которые остаются

снаружи.

Кроме фаговой нуклеиновой кислоты внутрь бактериальной клетки инъецируется

также небольшое количество белка и некоторые другие вещества, в том числе

олигопептиды и полиамины. Роль этих веществ в процессе развития фага

неизвестна, некоторые из них являются остатками протеолиза капсидных

белков при сборке вирионов. Если бактериальные клетки способны поглощать

свободную ДНК из среды, то и геном фага может проникнуть в них в виде

свободных молекул ДНК. Это явление называют трансфекцией. Способность

бактерий поглощать молекулы ДНК может возникнуть как нормальное явление

на некоторых этапах роста, что наблюдается, например, у В subtilis.

В некоторых случаях такое состояние вызывается искусственно, как,

например, у Е coli.

Процесс развития фага после трансфекции принципиально не отличается от

происходящего при нормальной фаговой инфекции, за исключением того, что в

этих случаях не наблюдается резистентности, вызываемой отсутствием

рецепторов или другими свойствами оболочки клетки.

Проникновение генома фага в чувствительную к нему бактерию приводит либо

к лизогенной, либо к литической инфекции, в зависимости от природы фага

(а иногда и бактерии) и от окружающих условий, например температуры. При

лизогенном типе взаимодействия геном фага в неинфекционной форме

передается бактериальными клетками из поколения в поколение, причем время

от времени в некотором количестве клеток синтезируются соответствующие

вирионы, лизирующие эти клетки и выходящие затем во внешнюю среду.

Лизогенные клетки, повторно зараженные этими вирионами, не лизируются (ибо

они иммунны к этому фагу), так что лизогенная культура продолжает

нормально расти. Присутствие свободных вирионов можно выявить путем

воздействия на клетки каких-либо иных, нелизогенных штаммов бактерий,

лизируемых данным фагом. Фаги, способные лизогенизировать заражаемые ими

бактерии, называются умеренными, а фаги, у которых такая способность

отсутствует, - вирулентными. Следует, однако, помнить, что даже умеренные

фаги при первой инфекции чувствительных к ним бактерий вызывают

продуктивную инфекцию у многих или даже у всех клеток. Возникновение

лизогении и предупреждение созревания вирионов и лизиса клеток требуют

серии определенных событий, которые вовсе не всегда случаются со всякой

зараженной бактерией. Вероятность появления лизогении или продуктивной

инфекции варьирует от фага к фагу и зависит от условий культивирования.

Связь между строением вириона и началом инфекции

Длинные нити (фибриллы) отростка служат для специфического узнавания фагом

определенных участков на поверхности клетки-хозяина, к которым он

прикрепляется. Мутации генов, кодирующих белки нитей, приводят к изменению

или полной утрате способности фага прикрепляться к клетке-хозяину. Еще

одним доказательством важной роли нитей отростков служат эксперименты с

антифаговыми антисыворотками, показавшими что прикреплению фага к клеткам

препятствуют только антитела к белкам дистальных частей концов нитей.

Нити обвиваются вокруг отростка таким образом, что их средняя часть

поддерживается «усиками», прикрепленными к тому месту, где головка

соединяется с отростком. Синтез белка «усиков», вероятно, кодируется геном

wac. Соприкосновение концов нитей с рецептором клетки, возможно,

обусловливает их разворачивание и выпрямление. Отличительное свойство фага

Т4, которое легко утрачивается вследствие мутации и отбора, заключается в

том, что освобождение нитей отростка от «усиков» зависит от L- триптофана

как кофактора. Зависимость выпрямления нитей и последующего прикрепления

фага к клетке от концентрации триптофана указывает на то, что контакт

некоторых нитей с клеткой может способствовать освобождению остальных

нитей. Для следующего этапа взаимодействия фага с бактерией необходимо

правильное пространственное положение базальной пластинки отростка, что в

свою очередь, обеспечивается, вероятно, контактом всех шести нитей с

рецепторами клетки. По-видимому, прикрепление фаговой частицы с помощью

нитей отростка позволяет ей производить определенные скользящие

движения по поверхности клетки, пока не будет найден участок, через который

можно ввести ДНК. В этом отношении весьма важным оказалось наблюдение,

согласно которому необратимое прикрепление фага к клетке и проникновение

в нее его ДНК происходят лишь на определенных участках оболочки (всего их

около 300), где цитоплазматическая и внешняя мембраны образуют прочные

контакты, устойчивые к мягкому осмотическому шоку. Это справедливо,

вероятно, и для других бактериофагов. Весьма важно было бы выяснить,

каково отношение этих участков к местам синтеза мембранных компонентов и

фаговых рецепторов. На следующем этапе взаимодействия фага с клеткой

происходит сокращение чехла отростка, в результате чего стержень проникает

в клеточную оболочку. Сокращение стимулируется базальной пластинкой,

изменяющей свою конформацию под влиянием нитей отростка. В процессе

сокращения принимают участие все 144 субъединицы чехла, и их совместное

перемещение приводит к уменьшению длины чехла в два раза. Было высказано

предположение, что энергия для сокращения чехла поставляется молекулами

АТФ, ассоциированными с фагом, однако окончательно это еще не доказано.

Дистальная часть стержня подводится вплотную к внутренней

цитоплазматической мембране, но не обязательно проникает через нее. ДНК из

обработанных мочевиной фагов, имеющих сокращенные чехлы и экспонированные

стержни, может проникать в сферопласты Е coli, у которых внешние мембраны

и жесткие оболочки либо совсем удалены, либо в значительной мере разрушены.

Заражение сферопластов, осуществляемой в гипертонических средах, приводит

к образованию нормального фагового потомства. В сферопласты можно вводить

цельные или фрагментированные молекулы фаговой ДНК, которые затем

реплицируются и участвуют в рекомбинации.

Естественно, что в процессе заражения сферопластов поверхностные

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19