Всем известны болезнетворные вирусы. У человека они вызывают респираторные инфекции, корь, герпес, гепатит, СПИД и другие болезни. Однако вирус может атаковать не только клетки человека, но и болезнетворные микроорганизмы. В этой статье MedAboutme расскажет об особых вирусах, которые называются бактериофагами.
Строение и жизнедеятельность вирусов
Вирус — самый простой микроорганизм, известный на сегодняшний день. Он состоит лишь из генетического материала, покрытого оболочкой. Последняя состоит из крупных белковых молекул. Других органов у вирусной частицы нет, и к самостоятельной жизнедеятельности она не способна.
Наследственная информация вирусов записана в ДНК либо РНК, сгруппированной в одну или две цепочки. Вирусы, вызывающие болезни человека, содержат только ДНК. Это облегчает внедрение в наследственный материал человека. Лишь возбудитель СПИДа является исключением из этого правила.
Размножается вирус за счет другой полноценной клетки. Для этого он проникает внутрь. Это может произойти путем пиноцитоза (так называется процесс захватывания клеткой пузырька жидкости извне) или же путем слияния оболочки вируса с мембраной клетки.
Затем геном вируса оказывается в ядре клетки. Он перестраивает ее работу так, что теперь она занята синтезом чужеродных нуклеиновых кислот и белков для новых вирусных частиц. Вскоре после сборки они покидают эту клетку и ищут новую жертву. Из-за вирусного вторжения клетка обычно гибнет. Этот цикл повторяется до тех пор, пока иммунная система не справится с инфекцией.
Особенности бактериофага
Однако вирусы могут поражать не только клетки животных и растений. Некоторые из них паразитируют на бактериях. Они называются бактериофагами, что в переводе с греческого означает «пожирающий бактерию». Это разновидность вирусов известна науке с начала ХХ века. Одним из первооткрывателей стал сотрудник института Пастера Феликс д'Эрель, он же и придумал такое удачное имя.
Бактериофаг устроен сложнее, чем другие вирусы. В нем выделяют головку (капсид) и хвост. Внутри капсида хранится генетический материал. Он кодирует белки тела вируса и белки, обеспечивающие размножение фага внутри клетки. Хвост имеет отростки — хвостовые фибриллы, которые помогают вирусу прикрепиться к оболочке клетки.
Хвостовая часть вируса работает подобно шприцу. После прикрепления она локально растворяет клеточную стенку, а затем сокращается и впрыскивает свою ДНК внутрь. Белковая оболочка остается снаружи.
Далее происходит стандартный цикл развития вирусов. Он продолжается непрерывно до тех пор, пока поблизости есть нужные бактерии. Если же их мало или условия неблагоприятны для размножения, то фаг может внедриться в генетический материал бактерии и оставаться там до лучших времен.
Немалая часть вирусов является бактериофагами. Они могут поражать как патогенные, так и сапрофитные микроорганизмы. Обитают они там, где есть подходящие для них бактерии. Это кишечник человека или животных, почва, водоемы и так далее. В природе фаги контролируют численность микробных популяций, способствуют обмену генами между бактериями.
Применение бактериофагов в медицине
Идея применить бактериофаги для борьбы с инфекционными болезнями возникла сразу после их открытия, в 20-х годах прошлого века. Первые попытки лечить фагами холеру, дизентерию, тиф, раневые инфекции были вполне успешны.
Но после начала массового выпуска этих препаратов пришло разочарование. Большинство новых лекарств не давало эффекта. Это было связано с техническими сложностями. Ведь о том, как производить, очищать и хранить такие медикаменты, было известно еще очень мало.
Спустя 20 лет, в 1939 году, медицина получает новый толчок — открытие антибиотиков. Тогда ученым казалось, что идеальное орудие борьбы с инфекциями найдено. Исследования фагов прекратились.
Однако еще первооткрыватель антибиотиков Александр Флеминг предсказывал возможность развития устойчивости микробов к новым лекарствам. Так и случилось. Через некоторое время после начала применения антибактериального препарата бактерии становятся нечувствительными к нему.
Появление антибиотикорезистентности связано с широчайшим применением этой группы препаратов. В медицине они используются не только для лечения, но и для профилактики болезней. Их повсеместно применяют в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, бытовой химии.
Поэтому наука постоянно занята поиском новых антимикробных средств. Однако со временем стало ясно, что люди проигрывают бактериям в этой «гонке вооружений». И внимание ученых вновь обратилось к бактериофагам.
Бактериофаг или антибиотик?
Все чаще ученые утверждают, что бактериофаги — достойная альтернатива антибиотикам. И по сравнению с ними имеют множество достоинств.
- Бактериофаги не имеют побочных эффектов. Сами по себе они не токсичны и не вызывают аллергических реакций. Это связано с тем, что фаги и в норме обитают в просвете кишечника, то есть не являются чем-то чужеродным для организма. Все известные реакции гиперчувствительности на введение фагов были связаны либо с массовой гибелью бактерий и выделением их токсинов, либо с реакцией на вспомогательные вещества, находящиеся в препарате.
- Бактериофаги специфичны, действуют на строго определенную разновидность определенного микроорганизма. Поэтому они не вызывают дисбактериоза и не изменяют остальную естественную микрофлору слизистых оболочек.
- Фаги можно использовать для борьбы с микробами, устойчивыми ко всем антибиотикам.
- Так как фаги самостоятельно размножаются в организме, то вопрос дозировки не очень важен. Небольшие сбои в режиме введения никак не повлияют на конечный результат. А вот при лечении антибиотиками вопрос дозы принципиален. И даже небольшое нарушение режима может привести к появлению лекарственной устойчивости.
Лечение инфекционных болезней
Что конкретно можно вылечить бактериофагом? В России зарегистрировано 13 препаратов этой группы. Это стафилококковый, стрептококковый, сальмонеллезный, поливалентный дизентерийный, интести-бактериофаг для лечения кишечных инфекций и другие.
Фаги могут применяться для лечения дисбактериоза кишечника, гастроэнтероколита инфекционной природы. В хирургической практике они используются при ожогах, гнойных ранах, остеомиелите. Возможно их применение при многих гнойно-воспалительных заболеваниях в педиатрической, гинекологической и отоларингологической практике. Для борьбы с особо опасной инфекцией, вызванной синегнойной палочкой, назначается одноименный бактериофаг.
Также фаги можно использовать для борьбы с возбудителями внутрибольничной инфекции. Это гнойно-воспалительные заболевания, вызванные особыми штаммами бактерий. Они устойчивы почти ко всем известным антибиотикам. Такие разновидности микробов могут обитать в лечебных учреждениях. Они наносят огромный вред больным, иммунитет которых и без того ослаблен.
Идея коррекции кишечной флоры с помощью бактериофага не нова. Однако американские исследователи из Университета штата Колорадо пошли дальше. Они предлагают таким способом бороться с метаболическим синдромом.
Это состояние включает в себя нарушение чувствительности к инсулину, избыточную массу тела, и, как следствие, развитие сахарного диабета и артериальной гипертензии. Многочисленные исследования подтвердили связь метаболического синдрома с качественным составом микрофлоры кишечника. Возможно, в скором времени бактериофаги смогут помочь в борьбе с такими заболеваниями, как диабет, гипертония, атеросклероз.
Недостатки бактериофагов
Есть у фагов и недостатки. Во-первых, они очень специфичны. Так, конкретный фаг способен поразить не любой стрептококк, а лишь определенную его разновидность — штамм. Поэтому бактериофаг, который быстро справился со стрептококковой ангиной в Красноярске, может быть абсолютно бессилен против этого же заболевания в Калининграде. Виной всему — разные штаммы возбудителя.
В идеале, бактериофаг должен подбираться под конкретный штамм возбудителя у конкретного пациента. Однако такая процедура пока не вошла в клиническую практику из-за длительности и дороговизны.
Во-вторых, область применения фагов ограничена местами, где он может контактировать с возбудителем заболевания. Это кожа, открытые раны, ожоговые поверхности, слизистая кишечника, глаз, половых органов. Но если в очаг воспаления можно проникнуть только через кровь, то фаги будут эффективны далеко не у всех пациентов. Большие размеры вирусов (около 100 нм) затрудняют их проникновение в кровоток.
В целом, бактериофаги уже зарекомендовали себя как эффективный и безопасный способ борьбы с инфекционными болезнями. Однако медицина развивается, исследования продолжаются. И их результаты говорят о том, что звездный час бактериофагов еще впереди.
