Вирусы бактериофаги: строение и описание

Препараты бактериофагов: их использование, преимущества и недостатки

Бактериофаги – это специфические вирусы, разрушающие патогенные и условно-патогенные для человеческого организма бактерии. Эти микроорганизмы безопасны для человека, то есть не могут вызвать развитие заболеваний.

Бактериофаги могут применяться как для лечения, так и для профилактики кишечной патологии.

Для чего применяются?

Бактериофаги применяются в комплексном лечении и профилактике кишечных инфекций. Их использование целесообразно при:

• повторяющихся эпизодах кишечных инфекций;
• резистентности к антибиотикам;
• аллергических реакциях на антимикробные препараты;
• возможном риске тяжелых системных реакций;
• тяжелой сопутствующей хронической патологии;
• маленьком возрасте пациента (до 1 года).

Целесообразность применения того или иного бактериофага определяет врач-инфекционист или гастроэнтеролог. Для начала такого специфического лечения необходимо специфическое подтверждение диагноза кишечной инфекции, то есть обнаружение патогенной бактерии в биологической жидкости пациента.

Механизм действия бактериофагов

По механизму действия различают такие виды:

• Умеренные бактериофаги. Внедряются в бактериальную клетку, изменяют некоторые процессы ее метаболизма, но не оказывают прямого цитопатического эффекта. Клетка патогенной бактерии погибает в результате прекращения важнейших биохимических реакций.
• Вирулентные (патогенные) бактериофаги. Разрушают клетку патогенной бактерии, то есть вызывают ее лизис, поэтому называются фаголизатами. После разрушения патогенной бактериальной клетки наружу выходят фаговые клетки, которые могут заражать и разрушать новые бактериальные клетки.

Бактериофаги, даже поливалентные не оказывают какого-либо воздействия на собственную нормальную микрофлору кишечника. Все виды фаголизатов действуют только в просвете кишечника, то есть не всасываются и не попадают в системный кровоток. Именно поэтому вероятность побочных эффектов у пациентов любого возраста практически нулевая.

Преимущества и недостатки бактериофагов

Некоторые преимущества бактериофагов можно рассматривать как оборотную сторону медали, то есть определенное достоинство рассматривается как недостаток.

Сравнение бактериофагов и антибиотиков

Сравнивать бактериофаги и антибиотики не совсем правильно, так как это разные фармацевтические группы. Следует отметить несколько наиболее важных моментов:

антибиотики обладают широким спектром действия (против многих бактерий), а бактериофаги узкоспецифичны;
для назначения бактериофага нужно знать вид микроба, а при антибиотикотерапии это не всегда важно;
длительность применения бактериофагов больше, чем антибиотиков;
к бактериофагам не развивается устойчивость, а к антибиотикам развивается;
бактериофаги не вызывают системных побочных эффектов в отличие от антибиотиков;
бактериофаги можно применять пациентам любого возраста, а антибиотики имеют возрастные ограничения.

Решающее слово в выборе антибиотика или бактериофага принадлежит врачу.

Можно ли принимать препараты бактериофагов для профилактики?

Бактериофаги – это лекарственные средства для лечения и профилактики кишечных инфекций. Следует отметить, что профилактический эффект бактериофага сохраняется недолго – не более суток. Для предотвращения заражения тем или иным возбудителем кишечной инфекции необходимо постоянно пить бактериофаг, что технически невозможно.

Целесообразно использовать это лекарственное средство при высоком риске инфицирования, например, при непосредственном контакте с больным кишечной инфекцией.

Роль бактериофагов в биосфере

Бактериофаг ϕpp2 патогенных вибрионов V. parahaemolyticusи V. alginolyticus

Бактериофаги представляют собой наиболее многочисленную, широко распространённую в биосфере и, предположительно, наиболее эволюционно древнюю группу вирусов. Приблизительный размер популяции фагов составляет более 1030 фаговых частиц.

В природных условиях фаги встречаются в тех местах, где есть чувствительные к ним бактерии. Чем богаче тот или иной субстрат (почва, выделения человека и животных, вода и т. д.) микроорганизмами, тем в большем количестве в нём встречаются соответствующие фаги. Так, фаги, лизирующие клетки всех видов почвенных микроорганизмов, находятся в почвах. Особенно богаты фагами чернозёмы и почвы, в которые вносились органические удобрения.

Бактериофаги выполняют важную роль в контроле численности микробных популяций, в автолизе стареющих клеток, в переносе бактериальных генов, выступая в качестве векторных «систем».

Действительно, бактериофаги представляют собой один из основных подвижных генетических элементов. Посредством трансдукции они привносят в бактериальный геном новые гены. Было подсчитано, что за 1 секунду могут быть инфицированы 1024 бактерий. Это означает, что постоянный перенос генетического материала распределяется между бактериями, обитающими в сходных условиях.

Высокий уровень специализации, долгосрочное существование, способность быстро репродуцироваться в соответствующем хозяине способствует их сохранению в динамичном балансе среди широкого разнообразия видов бактерий в любой природной экосистеме. Когда подходящий хозяин отсутствует, многие фаги могут сохранять способность к инфицированию на протяжении десятилетий, если не будут уничтожены экстремальными веществами либо условиями внешней среды.

Как же лечиться от стафилококка?

Для борьбы со стафилококком комплекс мероприятий должен действовать в 3 направлениях:

1. Воздействие на сам источник инфекции путем изоляции лиц со стафилококковыми инфекциями, санация носителей кокка среди медиков и больных антисептиками: лизоцимом, фурацилином, риванолом и др.
2. Исключение заражения, что можно достигнуть улучшением санитарно-гигиенического режима, строжайшим соблюдением асептики и антисептики в стационаре.
3. Усиление иммунитета у человека с применением иммуномодуляторов том числе.

Такое лечение иммунопрепаратами называется иммунобиологическим. К ним причисляются анатоксины, антифагины, вакцины, бактериофаги, гамма-глобулин и антистафилококковая плазма.

Морфология и строение бактериофагов

Вирусы, поражающие бактерий, актиномицеты
и грибы, называются бактериофагами или
просто фагами. Они имеют некоторые
особенности необходимо рассмотреть
несколько подробнее.

Строение фага более сложно, чем строение
вирусов животных и растений. Довольна,
своеобразна морфология фага. У него
различают головку, имеющую овальную
форму

иногда шестигранную, призматическую,
иногда круглую. От головки отходит более
или менее длинный полый отросток. Фаг
сравнивают с барабанной, палочкой,
булавкой, головастиком. По своим размерам
фаги относятся к средним по величине
вирусам. Диаметр головки их составляет
60-90 мкм, длина отростка — 250 мкм, толщина
— 10-25 мкм. Величина фагов довольно
изменчива. Даже разные варианты одного
и того же вида фага могут сильно
различаться по своим размерам. Молекулярный
вес фага 200 млн.

Частица фага является нуклеопротеидом
и состоит из белка (50-60%) и ДНК (45-50%),которые
фаги содержат небольшое количество
липидов (1,5-2%). Белок образует оболочку
фага, а ДНК находится во внутреннем
пространстве головки фага. Белковая
оболочка состоит из большого числа
белковых частиц называемых субъединицами.

Что такое бактериофаги, список препаратов, лечение, преимущества перед антибиотиками

Обновление: Октябрь 2018

Бактериофаги представляют собой вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Их жизнедеятельность и репродукция возможна только внутри бактериальных клеток. Размножаясь внутри клетки, они вызывают разрушение и гибель самой бактерии.

Современная медицина рассматривает их как эффективное, безопасное и совершенное средство в борьбе с опасными, трудно поддающимися терапии бактериальными инфекциями. Но лечение бактериофагами у многих людей вызывает недоверие и страх.

Особенности строения и паразитирования бактериофагов

Бактериофаги представляют большую и разнообразную группу вирусов. Их размеры в сто раз меньше размеров бактериальных клеток. При многократном увеличении структура фагов поражает своим разнообразием, некоторые из них похожи на кристаллические комплексы, причудливо извитые между собой.

Являясь внутриклеточными вирусными паразитами, они избирательно уничтожают определенные бактериальные клетки. Они лишены клеточного строения и состоят только из генетического материала, покрытого наружной белковой оболочкой. Это вынуждает их искать подходящие клеточные комплексы, чтобы активно размножаться внутри них.

Среда обитания бактериофагов

Бактериофаги присутствуют везде, где живут бактерии, поэтому среда их обитания разнообразна. Это может быть организм человека, воздушная и водная среда, почва, пищевые продукты, одежда и т.д.

Механизм действия

Бактериофаг внедряется в бактериальную клетку лишь с одной целью – использовать ее клеточные структуры для собственного размножения. Для этого умный вирус впрыскивает в тело бактерии собственную генетическую информацию.

Бактерия же начинает по установленной фагом программе синтезировать нехарактерные для нее частицы, из которых впоследствии осуществляется сборка новых бактериофагов.

От бактериальной клетки остаются одни обломки, через которые выходит 100-200 синтезированных фагов, способных к дальнейшему поражению соседних бактериальных клеток.

В естественной среде бактериофаги играют важнейшую роль природных регуляторов количества патогенных микробов.

Сферы применения бактериофагов

Помимо медицинской отрасли, они нашли свое применение и в других важных направлениях.

• В сельском хозяйстве —  успешно применяются для предупреждения и лечения растений и животных от бактериальных инфекций.
• В генной инженерии — эти маленькие вирусные структуры используются для естественного обмена генами между различными бактериями, что позволяет изменять первоначальную структуру бактериальной ДНК в нужном направлении.

Преимущества бактериофагов перед антибиотиками:

• Не угнетают иммунитет человека;
• Сочетаются абсолютно со всеми лекарственными препаратами, даже с антибиотиками, усиливая их действие;
• Не вызывают привыкания;
• Не приводят к выработке устойчивости бактериальных культур к фагам;
• Помогают в лечении вялотекущих бактериальных инфекций, малочувствительных к антибиотикам;
• Действуют избирательно, не уничтожая полезную бактериальную флору;
• Не имеют противопоказаний к лечению.

Их используют в лечении различных инфекций бактериальной природы. Поскольку размножение фагов происходит исключительно в бактериях, никакого вреда здоровью они не приносят. Бактериофаги действуют избирательно, поражая бактерии определенной группы. Наиболее широко используется стафилококковый бактериофаг, эффективный в лечении хронических стафилококковых инфекций и бактерионосительства.

Список препаратов бактериофагов

• Сальмонеллезный для приема внутрь 100мл — 650-800 руб
• Коли бактериофаг 20мл. 4 шт. 400-800 руб, колипротейный для приема внутрь 100мл — 650-800 руб.
• Стрептококковый для приема внутрь, местного и наружного применения 20 мл. 4 шт. — 750-800 руб.
• Клебсиелл поливалентный для приема внутрь 20 мл.

  4 шт — 750-800 руб.

• Клебсифаг (клебселл пневмонии) 20мл. 4 шт. 500 руб.
• Дизентерийный поливалентный 80мг. 500 табл. 3400 руб, 20мл. 4 шт -400 руб.
• Протейный бактериофаг 20мл. 4 шт. 500-600 руб.
• Синегнойный бактериофаг/псевдомонас 100мл. и 20мл. 4шт. — 650-700 руб.

Комплексные бактериофаги:

• ИНТЕСТИ комплексный бактериофаг 20мл. 4 шт. и 100мл. для приема внутрь — 800 руб.
• Пиобактериофаг 100 мл. — 800 руб.
• Пиобактериофаг поливалентный очищенный 20мл. 4 шт. — 800 руб.
• Секстафаг Пиобактериофаг поливалентный  20мл. 4 шт. — 750 руб.

Сабук Татьяна Леонидовна врач-гигиенист, эпидемиолог

Требования к производственным штаммам

Производственные штаммы бактерий-продуцентов бактериофагов выделяют от больных гнойно-септическими или кишечными инфекциями и получают из бактериологических диагностических лабораторий (желательно расположенных в регионах реализации и потребления лечебно-профилактических бактериофагов). Коллекция производственных штаммов бактерий, используемых в производстве бактериофагов, должна ежегодно обновляться свежевыделенными штаммами от больных не менее чем на одну треть.

Производственные штаммы бактерий должны обладать типичными для каждого вида морфологическими, культуральными, биохимическими и антигенными свойствами, не продуцировать энтеротоксины и не содержать умеренных бактериофагов в своем геноме.

Производственные штаммы бактерий должны лизироваться маточными фагами по методу Аппельмана в титрах не менее чем на 1-2 порядка выше показателей специфической активности конечного продукта. При этом стабильность лизиса должна сохраняться после (48 ± 3) ч инкубирования при температуре 37 оС.

Производственные штаммы бактерий хранят в специальных изолированных помещениях в лиофилизированном состоянии в ампулах при температуре 2 — 8 оС в течение 10 лет и в пробирках с 0,4 — 0,7 % агаризованной питательной средой (на основе гидролизата Хоттингера или МПБ) под стерильным вазелиновым маслом при температуре 2 — 8 оС не более 1 года при регулярном пересеве каждые 2 — 3 мес.

Контрольные штаммы бактерий. При определении специфической активности готовых препаратов бактериофагов в качестве контрольных отбирают штаммы из коллекции производственных штаммов бактерий. Они не должны использоваться при производстве данной серии препарата.

Маточные бактериофаги. Для получения фаговых препаратов используются только вирулентные бактериофаги. Их выделяют из природных источников – клинического материала, сточных вод, почвы, пассируя на штаммах гомологичных видов бактерий – свежевыделенных и производственных. Подбирают высоко активные расы (штаммы) фагов к слаболизирующимся и фагорезистентным штаммам бактерий. Пополнение производственных фаговых рас различными штаммами из природных источников позволяет преодолевать первичную фагоустойчивость возбудителей.

Маточные бактериофаги должны включать только вирулентные фаги с широким диапазоном действия по отношению к штаммам гомологичного вида бактерий, обладать высокой активностью, стабильностью лизиса, специфической направленностью антимикробного действия и высокой «урожайностью». Характеристика кандидатных фаговых рас (штаммов) при отборе может быть дополнена электронно-микроскопическим изучением их морфологии и другими современными молекулярно-биологическими методами (например, методом секвенирования – определения последовательности фаговой ДНК). Хранение производственной коллекции бактериофагов осуществляется на гомологичных бактериальных штаммах при температуре от 2 до 8 оС в течение 5 лет с ежегодным пересевом.

Работа с производственными штаммами бактерий и бактериофагов, а именно регулярное пополнение производственных бактериальных штаммов за счет клинических изолятов и подбор к ним фаговых рас из природных источников, обеспечивает возможность адаптации лечебно-профилактических бактериофагов к циркулирующим возбудителям бактериальных инфекций. Таким образом, возможен выпуск производственных серий бактериофагов целевого назначения. Например, при вспышке или в очаге инфекции, обусловленной фагоустойчивым возбудителем, передача на производство эпидемически значимого бактериального штамма позволит адаптировать препарат из бактериофагов к конкретным эпидемиологическим условиям.

Диапазон действия лечебно-профилактических бактериофагов, их активность в отношении современных возбудителей бактериальных инфекций во многом зависят от организации сбора клинических штаммов.

Факт 6: Бактериофаги используются для борьбы с вредоносными бактериями

Ученые выделили бактериофагов, которые разрушают клостридиум диффициле, влияющих на пищеварительную систему, вызывая диарею и колит. Лечение этого типа инфекций бактериофагами дает возможность сохранить хорошие кишечные бактерии, уничтожая только клостридиум диффициле.

Бактериофаги рассматриваются в качестве отличной альтернативы антибиотикам. Из-за чрезмерного употребления антибиотиков устойчивые штаммы бактерий становятся все более распространенными. Бактериофаги также используются для уничтожения других вредоносных бактерий, включая лекарственно-устойчивые кишечную палочку и золотистый стафилококк.

Систематика бактериофагов

Большое количество
выделенных и изученных бактериофагов
определяет необходимость их систематизации.
Классификация вирусов бактерий
претерпевала изменения: основывалась
на характеристике хозяина вируса,
учитывались серологические, морфологические
свойства, а затем строение и физико-химический
состав вириона .

В настоящее время
согласно Международной классификации
и номенклатуре вирусов бактериофаги,
в зависимости от типа нуклеиновой
кислоты разделяют на ДНК- и РНК- содержащие.

По морфологическим
характеристикам ДНК-содержащие фаги
выделены в следующие семейства:
Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae, Lipothrixviridae,
Plasmaviridae, Corticoviridae, Fuselloviridae, Tectiviridae,
Microviridae, Inoviridae Plectovirus и Inoviridae Inovirus.

РНК-содержащие:
Cystoviridae, Leviviridae.

Рис.2

Инструкция на Бактериофаг стафилококковый (Способ и дозировка)

Препарат вводится в очаг инфекции. Кратность введений и их размер устанавливают с помощью определения клинической формы заболевания, характера инфекционного очага и стандартных рекомендаций. Средняя длительность лечения составляет 5-15 дней. При случаях рецидивов возможно проведение дополнительных курсов лечения. Инструкция по применению бактериофага стафилококкового для детей и для взрослых несколько отличается. Рекомендации по применению препарата для детей приведены в конце раздела.

Жидкий фаг разрешено применять местно в виде примочек, орошения или тампонирования в объеме до 200 мл учитывая размеры участка поражения. Также для местного применения служит мазь.

Терапию гнойно-воспалительных ограниченных поражений целесообразно проводить как местным, так и пероральным способом в течении 1-4 недель.

При гнойно-воспалительных поражениях горла, уха или носа препарат применяют для полоскания, закапывания, промывания и введения смоченных турунд по 2-10 мл до трех раз в день.

При карбункулах и фурункулах жидкий бактериофаг инъецируется непосредственно в очаг или вокруг него, ежедневно по 0,5-2 мл. Всего за курс лечения производят до 5 инъекций.

Лечение хронических остеомиелитов осуществляют вливанием препарата в рану сразу после хирургической обработки.

При абсцессах бактериофаг инъекционно вводится в полость, опустошенного от гноя очага. При вскрытии абсцесса в рану вводят тампон, смоченный препаратом.

Лечение глубокого пиодермита осуществляют произведением внутрикожных инъекций средства в одно место по 0,1-0,5 мл или в несколько мест в суммарной дозе до 2 мл. Введения производят каждые 24 часа, всего 10 инъекций.

Для введения в брюшную, плевральную, суставную полости используют капиллярный дренаж, вводят до 100 мл бактериофага через день. Всего 3-4 таких введения.

При циститах средство вводят в мочевой пузырь с помощью катетера.

При гнойных бурситах, плевритах или артритах препарат вводят в полость, предварительно опустошенную от гноя по 20 мл через день. Курс лечения составляет 3-4 введения.

Также Стафилококковый бактериофаг используют перорально в виде таблеток при лечении урогенитальных инфекций (цистита, пиелонефрита, пиелита, сальпингоофорита, эндометрита), кишечных инфекций и иных заболеваний, вызванных стафилококком.

Как применять Бактериофаг стафилококковый при кишечных стафилококковых поражениях и дисбактериозе кишечника: препарат используют перорально внутрь натощак трижды в сутки за 2 часа до еды; ректально в виде свечей или клизм препарат назначают один раз вдень. Лечение проводят 7-10 дней.

Новорожденным детям в первые 2 приема препарат разводят равным количеством воды. Также его можно перемешивать с грудным молоком.

При сепсисе или энтероколите у новорожденных средство применяют постановкой высоких клизм до трех раз в сутки. Разрешено сочетание ректального и орального применения.

При терапии пиодермий, омфалитов, гнойных ран у новорожденных препарат используют в виде аппликаций дважды в день и в виде таблеток – по 1 штуке до четырех раз в день. Мазь используют локально с повязками по 5-20 грамм до двух раз в день.

При профилактике энтероколита и сепсиса у новорожденных при опасности развития госпитальной инфекции или внутриутробном инфицировании препарат используют в виде клизм дважды в день на протяжении недели.

В аэрозольной форме Бактериофаг стафилококковый используют с целью орошения пораженных слизистых оболочек и кожи при гнойно-воспалительных поражениях, ожогах, септических ранах и ангине.

Наиболее обосновано применение данного средство в случаях инфицирования антибиотикоустойчивыми штаммами.

Строение бактериофагов

1 — головка, 2 — хвост, 3 — нуклеиновая кислота, 4 — капсид, 5 — «воротничок», 6 — белковый чехол хвоста, 7 — фибрилла хвоста, 8 — шипы, 9 — базальная пластинка

Бактериофаги различаются по химической структуре, типу нуклеиновой кислоты, морфологии и характеру взаимодействия с бактериями. По размеру бактериальные вирусы в сотни и тысячи раз меньше микробных клеток.

Типичная фаговая частица (вирион) состоит из головки и хвоста. Длина хвоста обычно в 2—4 раза больше диаметра головки. В головке содержится генетический материал — одноцепочечная или двуцепочечная РНК или ДНК с ферментом транскриптазой в неактивном состоянии, окружённая белковой или липопротеиновой оболочкой — капсидом, сохраняющим геном вне клетки.

Нуклеиновая кислота и капсид вместе составляют нуклеокапсид. Бактериофаги могут иметь икосаэдральный капсид, собранный из множества копий одного или двух специфичных белков. Обычно углы состоят из пентамеров белка, а опора каждой стороны из гексамеров того же или сходного белка. Более того, фаги по форме могут быть сферические, лимоновидные или плеоморфные.

Хвост, или отросток, представляет собой белковую трубку — продолжение белковой оболочки головки, в основании хвоста имеется АТФаза, которая регенерирует энергию для инъекции генетического материала. Существуют также бактериофаги с коротким отростком, не имеющие отростка и нитевидные.

Головка округлой, гексагональной или палочковидной формы диаметром 45—140 нм. Отросток толщиной 10—40 и длиной 100—200 нм. Одни из бактериофагов округлы, другие нитевидны, размером 8×800 нм. Длина нити нуклеиновой кислоты во много раз превышает размер головки, в которой находится в скрученном состоянии, и достигает 60—70 мкм. Отросток имеет вид полой трубки, окружённой чехлом, содержащим сократительные белки, подобные мышечным. У ряда вирусов чехол способен сокращаться, обнажая часть стержня. На конце отростка у многих бактериофагов имеется базальная пластинка, от которой отходят тонкие длинные нити, способствующие прикреплению фага к бактерии. Общее количество белка в частице фага — 50-60%, нуклеиновых кислот — 40-50%.

Фаги, как и все вирусы, являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Хотя они содержат всю информацию для запуска собственной репродукции в соответствующем хозяине, у них нет механизмов для выработки энергии и рибосом для синтеза белка. Размер известных фаговых геномов варьирует от нескольких тысяч до 498 тысяч пар оснований (геном фага G, поражающего бацилл).