Бактериофаги — вирусы бактерий, обладающие способностью специфически проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться в них и вызывать их растворение (лизис).

История открытия бактериофагов связана с именем канадского исследователя Ф. д'Эрелля (1917), который обнаружил эффект лизиса бактерий, выделенных из испражнений больного дизентерией. Такие явления наблюдали и другие микробиологи Гамалея Н. Ф., 1898; Туорт Ф., 1915, но лишь Ф. д'Эрелль, предположив, что имеет дело с вирусом, выделил этот І литический фактор с помощью бактериальных фильтров и назвал его бактериофагом.

Фаги различаются по:

• форме,
• структурной организации,
• типу нуклеиновой кислоты,
• характеру взаимодействия с микробной клеткой.

Большинство фагов под электронным микроскопом имеют форму головастика или сперматозоида, некоторые кубическую и нитевидную формы. Размеры фагов колеблются от 20 до 800 нм у нитевидных фагов.

Наиболее полно изучены крупные бактериофаги, имеющие форму сперматозоида. Они состоят из вытянутой икосаэдрической головки размером 65.100 нм и хвостового отростка длиной более 100 нм. Внутри хвостового отростка имеется полый цилиндрический стержень, сообщающийся отверстием с головкой, снаружи чехол, способный к сокращению наподобие мышцы. Хвостовой отросток заканчивается шестиугольной базальной пластинкой с короткими шипами, от которых отходят нитевидные структуры фибриллы.

Существуют также фаги, имеющие длинный отросток, чехол которого не способен сокращаться, фага с короткими отростками, аналогами отростков, без отростка.

Фаги состоят из двух основных химических компонентов: нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белка. У фагов, имеющих форму сперматозоида, двунитчатая ДНК плотно упакована в виде спирали внутри головки.

Белки входят в состав оболочки (капсида), окружающей нуклеиновую кислоту, и во все структурные элементы хвостового отростка. Структурные белки фага различаются по составу полипептидов и представлены в виде множества идентичных субъединиц, уложенных по спиральному или кубическому типу симметрии.

Взаимодействие фага с бактериальной клеткой. По механизму взаимодействия различают:

• вирулентные,
• умеренные фаги.

Вирулентные фаги, проникнув в бактериальную клетку, автономно репродуцируются в ней и вызывают лизис бактерий. Процесс взаимодействия вирулентного фага с бактерией протекает в виде нескольких стадий и весьма схож с процессом взаимодействия вирусов человека и животных с клеткой хозяина:

• адсорбция — с помощью нитей хвостового отростка;
• проникновение в клетку;
• репродукция белка и нуклеиновой кислоты внутри клетки;
• сборка и формирование зрелых фагов;
• лизис клетки, выход фага из нее.

Однако для фагов, имеющих хвостовой отросток с сокращающимся чехлом, он имеет особенности. Эти фаги адсорбируются на поверхности бактериальной клетки с помощью фибрилл хвостового отростка. В результате активации фагового фермента АТФазы происходит сокращение чехла хвостового отростка и внедрение стержня в клетку. В процессе «прокалывания» клеточной стенки бактерии принимает участие фермент лизоцим, находящийся на конце хвостового отростка. Вслед за этим ДНК фага, содержащаяся в головке, проходит через полость хвостового стержня и активно впрыскивается в цитоплазму клетки. Остальные структурные элементы фага (капсид и отросток) остаются вне клетки.

После биосинтеза фаговых компонентов и их самосборки в бактериальной клетке накапливается до 200 новых фаговых частиц. Под действием фагового лизоцима и внутриклеточного осмотического давления происходит разрушение клеточной стенки, выход фагового потомства в окружающую среду и лизис бактерии. Один литический цикл (от момента адсорбции фагов до их выхода из клетки) продолжается 30—40 мин. Процесс бактериофагии проходит несколько циклов, пока не будут лизированы все чувствительные к данному фагу бактерии.

Взаимодействие фагов с бактериальной клеткой характеризуется определенной степенью специфичности. По специфичности действия различают:

• поливалентные фаги, способные взаимодействовать с родственными видами бактерий,
• моновалентные фаги, взаимодействующие с бактериями определенного вида,

типовые фаги, взаимодействующие с отдельными вариантами (типами) данного вида бактерий.