Бактериофаг: характеристика и особенности применения
Автор: Снегурова О.А., Солодовникова Г.А.
Журнал: Огарёв-online @ogarev-online
Статья в выпуске: 13 т.11, 2023 года.
Бесплатный доступ
Резистентность распространенных бактерий к антибиотикам достигает высокого уровня во многих странах. Сужается перечень эффективных антибактериальных препаратов. Поэтому на современном этапе возрастает интерес к фаготерапии как к альтернативе или дополнению к антибиотикотерапии. В этой связи проведен опрос и проанализирован уровень знаний студентов-медиков о бактериофагах.
Антибиотики, антибиотикорезистентность, бактериофаг, опрос, фаготерапия
Короткий адрес: https://sciup.org/147250324
IDR: 147250324
Текст научной статьи Бактериофаг: характеристика и особенности применения
Спустя сто лет со дня открытия бактериофага, мы имеем довольно много знаний о структуре фаговой частицы, о классификациях бактериофагов, особенностях и специфичности взаимодействия бактериофагов с бактериальными клетками. Научились использовать невидимых врагов бактерий в разных сферах жизни человека (в медицине для диагностики, лечения, профилактики бактериальных инфекций, в клинической микробиологии для идентификации бактерий в процессе фаготипирования, в санитарной микробиологии для определения санитарно-показательных микроорганизмов в окружающей среде, в генной инженерии как вектор для целенаправленного внесения генетического материала в бактериальную клетку). И в настоящее время интерес к этим мельчайшим существам не угасает, и даже возрастает в связи с появлением устойчивых к антибактериальным препаратам штаммов бактерий.
Цель исследования: описать особенности бактериофагов, дать сравнительную характеристику фаготерапии и антибиотикотерапии, провести анализ осведомленности студентов о бактериофагах.
Материалы и методы. Проведен обзор тематических литературных источников по характеристике бактериофагов. Исследовали уровень знаний студентов относительно бактериофагов. Применяли аналитический и статистический методы.
Результаты. Известно, что в структуре фаговой частицы обнаруживается генетический материал, представленный молекулами ДНК или РНК, а также белковая оболочка – капсид. По строению капсида бактериофаги подразделяются на несколько групп. По классификации Д. Бредли бактериофаги разделены на 6 морфологических групп (А–F): с сокращающимся отростком, с длинным несокращающимся отростком, с коротким несокращающимся отростком, без отростка с капсомером, без отростка и капсомера, нитевидные (рис. 1). Причем только фаги группы Е являются РНК содержащими [2].

Рис. 1. Классификация бактериофагов по Д. Бредли.
По способности взаимодействовать с бактериальными клетками бактериофаги могут быть разделены на три основные группы. Литические бактериофаги способны связываться со специфическими рецепторами на поверхности бактериальной клетки, вводить в нее свой генетический материал, и вызывать лизис бактериальной клетки при выходе из нее нового фагового потомства. Умеренные бактериофаги, вводя свой генетический материал в бактериальную клетку, способны внедрять его в хромосому бактерии в форме «профага», обеспечивая лизогенный цикл и наделяя бактерию новыми свойствами, которые она передает дочерним клеткам по наследству. При повреждении ДНК бактерии или изменении условий запускается литический цикл. Хронические фаги (морфологическая группа F) способны подавлять деление бактерий и используют их для размножения, не вызывая разрушение бактериальных клеток [3].
Бактериофаги проявляют устойчивость к физическим и химическим факторам в широком диапазоне. Они способны выдерживать изменения pH среды от 5,0 до 8,0, проявляют резистентность к ряду дезинфектантов и жирорастворителей, хорошо сохраняются при низких температурах, но не выдерживают нагревания до 65–70 °С, а также инактивируются при действии ультрафиолетового облучения. Эти особенности бактериофагов позволяют им проявлять активность и в окружающей среде и в организме человека.
В России и странах СНГ создаются препараты бактериофагов и применяются для профилактики и лечения гнойно-воспалительных заболеваний глаз, носа, ушей, ротовой полости, горла, легких (конъюнктивит, ринит, отит, стоматит, ангина, пневмонии); абсцедирования при хирургических вмешательствах; инфекций желудочно-кишечного тракта (дизентерия, сальмонеллез, эшерихиоз); инфекций мочеполовых путей бактериальной природы. Бактериофаги могут быть применены перорально, в виде клизм, орошений, аппликаций, введения в полость ран, в том числе при дренировании брюшной, плевральной полостей [4]. Основное требование к препаратам бактериофагов – это наличие литического цикла. Кроме того, в некоторых случаях препараты бактериофагов по эффективности превосходят антибактериальные, это важно для лечения инфекций, вызываемых антибиотикорезистентными штаммами бактерий.
Мы провели сравнительный анализ характеристик препаратов бактериофагов и антибиотиков [5]. Результат представлен в таблице 1.
Таблица 1
Сравнительная характеристика эффективности бактериофагов и антибиотиков
Свойство |
Бактериофаги |
Антибиотики |
Бактерицидное действие |
есть (литические фаги) |
возможно (бактерицидные и бактериостатические препараты) |
Автоматическое |
есть (количество фагов увеличивается в |
нет (строго конкретная |
дозирование |
местах размножения бактерий) |
дозировка препарата) |
Токсичность |
незначительная (только в случае неочищенных от бактериальных компонентов препаратов) |
возможная |
Свойство |
Бактериофаги |
Антибиотики |
Действие на нормальную микробиоту |
минимальное (бактериофаги обладают строгой специфичностью) |
реальное (особенно при длительном приеме) |
Потенциал индуцирования резистентности |
меньший (узкий диапазон хозяев) |
больший (препараты широкого спектра действия) |
Перекрестная резистентность |
отсутствует (бактериофаги не способствуют развитию устойчивости к антибиотикам) |
присутствует (множественная лекарственная устойчивость) |
Универсальность рецептуры |
есть (могут комбинироваться с другими бактериофагами и антибиотиками; разнообразные формы выпуска) |
есть (могут комбинироваться с другими антибиотиками; разнообразные формы выпуска) |
Разрушение биопленок |
происходит (активно проникают в биопленки путем лизиса одного бактериального слоя за раз или из-за проявления деполимераз, разрушающих экзополимер биопленки) |
возможно (биопленки значительно более устойчивы, чем планктонные бактерии) |
Однако, в некоторых случаях препараты бактериофагов могут терять свою эффективность. Это может быть связано с нарушениями технологии производства и хранения препаратов, с низкой концентрацией фаговых частиц, нейтрализацией бактериофагов антителами человека (особенно при системном внутривенном введении), а также с формированием резистентности бактерий к бактериофагам.
На данный момент известно четыре основных механизма резистентности [6]. Они заключаются:
-
а) в утрате бактериями рецепторов к бактериофагам;
-
б) в поражении бактерии другими бактериофагами, которые не дают новым возможности размножаться в клетке;
-
в) в кодировании бактериями (или их мобильными генетическими элементами) рестрикционно-модификационных систем, которые разрушают нуклеиновые кислоты, не содержащие особых метильных меток, присущих бактериям;
-
г) в функционировании основы бактериального иммунитета – системы CRISPR. Работа данной системы заключается в том, что небольшой участок фаговой ДНК встраивается в
бактериальный геном в специальный локус (локус CRISPR), способный содержать много спейсеров, на основе которых синтезируются комплементарные РНК, которые в комплексе с белками опознают и обезвреживают фаговые ДНК с комплементарной последовательностью нуклеотидов [6].
В опросе по выявлению знаний о свойствах бактериофагов приняли участие 53 студента 2 курса специальности «Лечебное дело» Медицинского института ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва».
Установлено, что большинство (84,9%) студентов знают, что бактериофаги – это вирусы, вызывающие гибель бактерий, и поэтому они могут быть использованы для профилактики и терапии гнойно-воспалительных заболеваний бактериальной природы (94,3%). Также 86,8% опрошенных имеют представление о строении фаговой частицы. Среди студентов 90,6% имеют четкое представление, что бактериофаг в отличие от вируса макроорганизма является патогенным только для бактерий. Однако, почти две трети студентов (60,4%) затруднились ответить на вопрос о том, как именно бактериофаги проявляют свою активность. При этом 64,2% опрошенных знают, что для фаготерапии должны применяться только вирулентные бактериофаги, которые, размножаясь в бактериальных клетках, вызывают их лизис. Среди участников опроса только 47,2% испытуемых усвоили, что бактериофаги обладают строгой специфичностью к бактериям по сравнению с антибиотиками. 54,7% опрошенных студентов убеждены, что опасность фаготерапии заключается в негативном влиянии на нормальную микробиоту человека. Менее половины (43,4%) опрошенных имеет представление о том, что большое количество бактериофагов может быть выделено из объектов окружающей среды, а 28,3% студентов считают, что бактериофаги получают искусственным путем.
Таким образом, выявлено, что в целом у студентов сформировано представление о строении бактериофагов, об их губительном действии на бактерии, но при этом имеются некоторые пробелы в знаниях о том, как конкретно происходит взаимодействие бактериофага с бактериальными клетками, о строгой специфичности бактериофагов и отсутствии влияния фаговых препаратов на нормальную микробиоту. В связи с этим, студентам рекомендовано уделить большее внимание изучению этапов взаимодействия бактериофага с бактериальной клеткой.
Выводы.
-
1. Бактериофаги – это естественные враги бактерий, в связи с активно формирующейся антибиотикорезистентностью интерес к ним как к средствам для профилактики и терапии возрастает.
-
2. Сравнительный анализ бактериофагов и антибиотиков выявил высокую специфичность бактериофагов по сравнению с антибиотиками, низкую токсичность и минимальное негативное действие на нормальную микробиоту.
-
3. Проанализирован уровень знаний студентов о бактериофагах. Даны рекомендации по коррекции знаний особенностей взаимодействия бактериофагов с бактериальными клетками.
Список литературы Бактериофаг: характеристика и особенности применения
- Antimicrobial resistance: global report on surveillance [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.who.int/publications/i/item/9789241564748 (дата обращения 30.05.2023).
- Ackermann H. W. Bacteriophage observations and evolution // Research in Microbiology. - 2003. - Vol. 154. - Is. 4. - P. 245-251.
- Дрюккер В. В., Горшкова А. С. Бактериофаги и их функционирование в биопленках // Известия Иркутского государственного университета. Серия "Биология. Экология". - 2012. - Т. 5, № 3. - С. 8-16. EDN: PUSEOX
- Бактериофаги в медицине [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://biomolecula.ru/articles/bakteriofagi-v-meditsine (дата обращения 30.05.2023).
- Loc-Carrillo C., Abedon S. T. Pros and Cons of Phage Therapy // Bacteriophage. - 2011. - Vol. 1 (2). - Р. 111-114.
- Перепанова Т. С., Казаченко А. В., Хазан П. Л., Малова Ю. А. Терапевтическое применение бактериофагов: назад в будущее // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. - 2021. - Т. 23, № 1. - С. 55-64. EDN: JJCKDT