Os bacteriófagos podem ser usados ​​para fins práticos. Aplicação de bacteriófagos na medicina

Bacteriófagos ou fagos (do outro grego φᾰγω “eu devoro”) são vírus que infectam seletivamente células bacterianas. Na maioria das vezes, os bacteriófagos se multiplicam dentro das bactérias e causam sua lise. Via de regra, um bacteriófago consiste em um invólucro protéico e material genético de fita simples ou dupla. ácido nucleico(DNA ou, menos comumente, RNA). O número total de bacteriófagos na natureza é aproximadamente igual ao número total de bactérias (1.030 – 1.032 partículas). Os bacteriófagos participam ativamente da circulação substancias químicas e energia, têm um efeito notável na evolução de micróbios e bactérias. A estrutura de um miovírus bacteriófago típico.

Estrutura dos bacteriófagos 1 - cabeça, 2 - cauda, ​​3 - ácido nucléico, 4 - capsídeo, 5 - “colar”, 6 - bainha protéica da cauda, ​​7 - fibrila da cauda, ​​8 - espinhos, 9 - placa basal

Os bacteriófagos diferem em estrutura química, tipo de ácido nucleico, morfologia e natureza da interação com bactérias. Para dimensionar vírus bacterianos centenas e milhares de vezes menores que as células microbianas. Uma partícula fágica típica (vírion) consiste em uma cabeça e uma cauda. O comprimento da cauda é geralmente 2 a 4 vezes o diâmetro da cabeça. A cabeça contém material genético - RNA ou DNA de fita simples ou dupla com a enzima transcriptase em estado inativo, cercado por uma proteína ou cápsula lipoproteica - o capsídeo, que armazena o genoma fora da célula. O ácido nucleico e o capsídeo juntos formam o nucleocapsídeo. Os bacteriófagos podem ter um capsídeo icosaédrico montado a partir de múltiplas cópias de uma ou duas proteínas específicas. Normalmente, os cantos são feitos de pentâmeros de uma proteína, e o suporte de cada lado é feito de hexâmeros da mesma proteína ou de uma proteína semelhante. Além disso, os fagos podem ser esféricos, em forma de limão ou pleomórficos. A cauda, ​​​​ou apêndice, é um tubo protéico - uma continuação da casca protéica da cabeça, na base da cauda existe uma ATPase que regenera energia para a injeção de material genético; Existem também bacteriófagos com processo curto, sem processo e filamentosos.

Taxonomia de bacteriófagos Um grande número de O número de bacteriófagos isolados e estudados determina a necessidade de sua sistematização. Isto é responsabilidade do Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus (ICTV). Atualmente, segundo Classificação internacional e a nomenclatura dos vírus, os bacteriófagos são divididos dependendo do tipo de ácido nucléico e da morfologia. Neste momento, distinguem-se dezanove famílias. Destes, apenas dois contêm RNA e apenas cinco famílias estão envelopadas. Das famílias de vírus de DNA, apenas duas famílias possuem genomas de fita simples. Nove famílias contendo DNA possuem um genoma de DNA circular, enquanto as outras nove possuem DNA linear. Nove famílias são específicas apenas para bactérias, as nove restantes são específicas apenas para archaea e (Tectiviridae) infecta bactérias e archaea

Interação de um bacteriófago com células bacterianas Com base na natureza da interação de um bacteriófago com uma célula bacteriana, os fagos virulentos e temperados são diferenciados. Os fagos virulentos só podem aumentar em número durante o ciclo lítico. O processo de interação entre um bacteriófago virulento e uma célula consiste em vários estágios: adsorção do bacteriófago na célula, penetração na célula, biossíntese dos componentes do fago e sua montagem e liberação dos bacteriófagos da célula. Inicialmente, os bacteriófagos se ligam a receptores específicos do fago na superfície da célula bacteriana. A cauda do fago, com a ajuda de enzimas localizadas em sua extremidade (principalmente lisozima), dissolve localmente a membrana celular, se contrai e o DNA contido na cabeça é injetado na célula, enquanto revestimento protéico o bacteriófago permanece do lado de fora. O DNA injetado provoca uma reestruturação completa do metabolismo celular: a síntese de DNA, RNA e proteínas bacterianas é interrompida. O DNA do bacteriófago começa a ser transcrito por meio de sua própria enzima transcriptase, que é ativada após entrar na célula bacteriana. Os primeiros são sintetizados primeiro e depois os últimos. RNAs que entram nos ribossomos da célula hospedeira, onde são sintetizadas proteínas bacteriófagas precoces (DNA polimerases, nucleases) e tardias (proteínas do capsídeo e da cauda, ​​enzimas lisozima, ATPase e transcriptase). A replicação do DNA do bacteriófago ocorre segundo um mecanismo semiconservador e é realizada com a participação de suas próprias DNA polimerases. Após a síntese das proteínas tardias e a conclusão da replicação do DNA, o processo final começa - a maturação das partículas fágicas ou a combinação do DNA do fago com a proteína do envelope e a formação de partículas fágicas infecciosas maduras

Ciclo de vida Bacteriófagos temperados e virulentos em Estágios iniciais as interações com uma célula bacteriana têm o mesmo ciclo. Adsorção de bacteriófagos em receptores celulares específicos de fagos. Injeção de ácido nucleico de fago em uma célula hospedeira. Co-replicação de fago e ácido nucleico bacteriano. Divisão celular. Além disso, o bacteriófago pode se desenvolver de acordo com dois modelos: via lisogênica ou lítica. Os bacteriófagos temperados após a divisão estão em estado de prófase (via lisogênica). Os bacteriófagos virulentos se desenvolvem de acordo com o modelo lítico: O ácido nucleico do fago direciona a síntese das enzimas do fago, usando o aparelho de síntese de proteínas da bactéria. O fago, de uma forma ou de outra, inativa o DNA e o RNA do hospedeiro, e as enzimas do fago o decompõem completamente; O RNA do fago “subordina” o aparato celular para a síntese de proteínas. O ácido nucleico do fago replica e dirige a síntese de novas proteínas do envelope. Novas partículas fágicas são formadas como resultado da automontagem espontânea do invólucro proteico (capsídeos) ao redor do ácido nucleico do fago; A lisozima é sintetizada sob o controle do RNA do fago. Lise celular: a célula explode sob a influência da lisozima; são libertados cerca de 200-1000 novos fagos; fagos infectam outras bactérias.

Aplicação Na medicina Uma das áreas de utilização dos bacteriófagos é a terapia antibacteriana, uma alternativa ao uso de antibióticos. Por exemplo, são utilizados bacteriófagos: estreptocócico, estafilocócico, klebsiella, disenteria e polialente, piobacteriófago, coli, proteus e coliproteus e outros. 13 são registrados e usados ​​na Rússia suprimentos médicos baseado em fagos. Atualmente são usados ​​para tratar Infecções bacterianas, que não são sensíveis a tratamento tradicional antibióticos, especialmente na República da Geórgia. Normalmente, o uso de bacteriófagos é acompanhado por maior sucesso do que antibióticos onde estão presentes. membranas biológicas, revestido com polissacarídeos, através dos quais os antibióticos geralmente não penetram. Atualmente uso terapêutico bacteriófagos não receberam aprovação no Ocidente, embora os fagos sejam usados ​​para destruir bactérias que causam intoxicação alimentar, como a listeria. Em muitos anos de experiência em grandes cidades e áreas rurais, foi comprovada a eficácia terapêutica e preventiva excepcionalmente alta do bacteriófago da disenteria (P. M. Lerner, 2010). Na Rússia, as preparações terapêuticas de fagos são feitas há muito tempo; elas eram tratadas com fagos antes mesmo dos antibióticos. EM últimos anos fagos foram amplamente utilizados após as enchentes em Krymsk e Khabarovsk para prevenir a disenteria.

Em biologia, os bacteriófagos são usados ​​em Engenharia genética Como vetores que transferem seções de DNA, a transferência natural de genes entre bactérias através de certos fagos (transdução) também é possível. Os vetores fagos são geralmente criados com base no bacteriófago temperado λ, contendo uma molécula de DNA linear de fita dupla. Os braços esquerdo e direito do fago possuem todos os genes necessários para o ciclo lítico (replicação, reprodução). parte do meio O genoma do bacteriófago λ (contém genes que controlam a lisogenia, ou seja, sua integração ao DNA da célula bacteriana) não é essencial para sua reprodução e tem aproximadamente 25 mil pares de nucleotídeos. Esta parte pode ser substituída por um fragmento de DNA estranho. Esses fagos modificados passam por um ciclo lítico, mas a lisogenia não ocorre. Os vetores bacteriófagos λ são usados ​​para clonar fragmentos de DNA eucariótico (isto é, genes maiores) de até 23 mil pares de nucleotídeos (kb). Além disso, os fagos sem inserções têm menos de 38 kb. ou vice-versa, com inserções muito grandes - mais de 52 KB. não desenvolva ou infecte bactérias. Como a reprodução dos bacteriófagos só é possível em células vivas, os bacteriófagos podem ser usados ​​para determinar a viabilidade das bactérias. Esta direção tem grandes perspectivas, pois uma das principais questões em diversos processos biotecnológicos é determinar a viabilidade das culturas utilizadas. Utilizando o método de análise eletro-óptica de suspensões celulares, foi mostrada a possibilidade de estudar as etapas da interação fago-célula microbiana

E também em medicina veterinária para: prevenção e tratamento de doenças bacterianas de aves e animais; tratamento de doenças inflamatórias purulentas das membranas mucosas dos olhos e da cavidade oral; prevenção de complicações inflamatórias purulentas em queimaduras, feridas, intervenções cirúrgicas; em engenharia genética: para transdução - transferência natural de genes entre bactérias; como vetores que transferem seções de DNA; usando fagos, é possível criar alterações direcionadas no genoma do DNA hospedeiro; V Indústria alimentícia: produtos de carne e aves prontos para consumo já estão sendo processados ​​em massa com agentes contendo fagos; os bacteriófagos são utilizados na produção de produtos alimentícios a partir de carnes, aves, queijos, produtos vegetais, etc.;

V agricultura: pulverização de preparações de fagos para proteger plantas e culturas contra apodrecimento e doenças bacterianas; proteger o gado e as aves contra infecções e doenças bacterianas; para segurança ambiental: tratamento antibacteriano de sementes e plantas; limpeza das instalações das empresas de processamento de alimentos; higienização espaço de trabalho e equipamentos; manutenção preventiva de instalações hospitalares; realizando atividades ambientais

Assim, hoje os bacteriófagos são muito populares na vida de humanos e animais. Nas empresas está planejado linha inteira áreas prioritárias desenvolvimento e produção de bacteriófagos terapêuticos e profiláticos, que se correlacionam com as novas tendências globais emergentes. Novos medicamentos estão sendo criados e introduzidos para tratar muitas doenças. O estudo e utilização dos bacteriófagos são realizados por bacteriologistas, virologistas, bioquímicos, geneticistas, biofísicos, biólogos moleculares, oncologistas experimentais, especialistas em engenharia genética e biotecnologia

Os bacteriófagos são conhecidos por sua capacidade única de infectar bactérias seletivamente: cada tipo de bacteriófago é ativo apenas contra um determinado tipo de bactéria e neutro contra outros. A medicina conhece mais de cinco mil tipos desses “comedores de bactérias”, que, penetrando em uma célula patogênica, a destroem por dentro, mas não perturbam a microflora do corpo como um todo.

Princípio de funcionamento

O princípio de ação das preparações de bacteriófagos é que quando os fagos são introduzidos ou aplicados superficialmente, eles procuram e penetram na bactéria nociva, perturbando sua estrutura por dentro.

A reprodução de fagos dentro de uma bactéria leva à sua destruição completa. Este processo, que leva de 15 a 45 minutos, produz aproximadamente 70 a 200 novas partículas fágicas.

A vantagem dos fagos quando usados ​​é que eles continuam a se multiplicar e a entrar nas células enquanto houver uma infecção.

Espécies e habitat

Apesar do muito tamanho pequeno partículas de fagos (até 0,2 milímícrons) sua estrutura tem uma estrutura mais complexa do que a dos vírus de outros grupos. A informação genética dos bacteriófagos está contida no DNA localizado dentro da cabeça do fago. Os bacteriófagos possuem uma estrutura morfológica diversificada.

Bacteriófagos de diferentes formatos

EM ambiente natural Os bacteriófagos são encontrados em quase qualquer lugar onde haja uma célula bacteriana.

Na medicina, há uma divisão de preparações de fagos em grupos, incluindo fagos pelo nome das bactérias patogênicas que afetam:

• estreptocócico;
• estafilocócica;
• disentérico;
• colio;
• pseudomonas;
• clebsielose;
• Proteácea;
• e outros.

Aplicação prática e propósito

O uso de bacteriófagos não é apenas método eficaz tratamento de muitos doenças infecciosas causado por patógenos bacterianos, mas também se refere a métodos preventivos confiáveis.

Medicamentos terapêuticos e profiláticos contendo bacteriófagos são efetivamente usados ​​para tratar:

• doenças causadas por Escherichia coli hemolítica, estafilococos, estreptococos, enterococos, Pseudomonas aeruginosa, Proteus, etc.;
• disbacteriose em crianças e adultos;
• doenças otorrinolaringológicas;
• prevenção de complicações bacterianas durante influenza e infecções respiratórias agudas;
• pioderma pele, picadas de insetos e animais, infecções de feridas;
• doenças purulento-inflamatórias da cavidade oral e tecidos periodontais;
• doenças bacterianas aparelho geniturinário.

As preparações de fagos mostram maior eficácia quando usadas profilaticamente e detecção precoce o agente causador desta doença.

Variedade de medicamentos e suas características

Os medicamentos terapêuticos e profiláticos contendo bacteriófagos são produzidos na forma de soluções e géis. Você pode encontrar esses medicamentos em farmácias ou lojas online confiáveis ​​http://vitabio.ru/. Abaixo estão exemplos e descrições de alguns deles.

Géis com bacteriófagos: Otofag, Fagodent, Fagoderm, Fagogin

Fagogin– uma preparação com bacteriófagos, produzida sob a forma de um gel destinado a higiene íntima. A droga contém cerca de 40 variedades de bacteriófagos, cada uma delas destinada a combater um tipo específico de micróbio. Fagogin é eficaz agente antibacteriano uso local para a prevenção e tratamento de infecções genitais.
Otófago– gel para prevenção e tratamento de otites, laringites, amigdalites, rinites e outras doenças infecciosas dos órgãos otorrinolaringológicos. Otófago remédio eficaz para a prevenção de complicações bacterianas durante a gripe e infecções respiratórias agudas. Otofag também é usado como antisséptico durante intervenções cirúrgicas.
Fagodent – desenvolvimento mais recente contendo bacteriófagos vivos para higiene e tratamento antibacteriano da cavidade oral. Produzido na forma de gel com dispensador, o medicamento é capaz de neutralizar flora patogênica e o foco do processo inflamatório. Fagodent é utilizado no tratamento de processos inflamatórios purulentos na mucosa oral e gengivas, e restaura hálito fresco e restaura a microflora da cavidade oral.
Fagoderm– um medicamento para a prevenção e tratamento de doenças das camadas superficiais e profundas da pele e seus danos. Droga natural Fagoderm lida eficazmente com bactérias nocivas e proporciona uma cura abrangente da pele. Adequado para uso em diferentes faixas etárias devido ao conteúdo de componentes naturais.

Por que os bacteriófagos são melhores que os antibióticos?

A destruição direcionada de micróbios dá aos fagos uma vantagem inegável sobre os antibióticos, que, juntamente com as bactérias, destroem toda a microflora benéfica. Esse tratamento leva à perturbação de todo o sistema. trato gastrointestinal, disbacteriose e outras doenças, que são excluídas quando tratadas com bacteriófagos.
Outras vantagens dos bacteriófagos:

• capaz de destruir bactérias que possuem forte imunidade aos antibióticos;
• ausência efeitos colaterais;
• compatível com todos os medicamentos;
• não são viciantes;
• usados ​​​​como agentes profiláticos;
• não reduza a imunidade do corpo;
• Adequado para uso por todas as faixas etárias.

Apesar de não haver contra-indicações para medicamentos contendo bacteriófagos, há casos em que os medicamentos contendo fagos não são eficazes, então o tratamento da doença continua com os métodos tradicionais.

Segundo cientistas e especialistas, a fagoterapia é uma grande descoberta revolucionária na luta contra muitas doenças infecciosas, onde a medicina antes era impotente. Ser meios naturais para combater infecções, os bacteriófagos interagem idealmente com corpo humano sem causar danos.

Devido à crescente resistência dos micróbios patogénicos aos antibióticos e ao facto de métodos alternativos os tratamentos para doenças infecciosas estão ganhando cada vez mais popularidade, a pesquisa sobre bacteriófagos só ganhará impulso, o que levará a novas descobertas e vitórias sobre muitas doenças.

Bacteriófagos, aplicação em medicina.

Bacteriófagos. Aplicação na prática médica.

Os bacteriófagos são vírus bacterianos capazes de penetrar especificamente nas células bacterianas, reproduzindo-as e causando lise.

Eles são encontrados onde quer que existam bactérias - no solo, na água, trato intestinal pessoa. O fago possui todas as características biológicas características dos vírus.

Morfologia dos fagos:

Os fagos variam em forma - filamentosos, esféricos, cúbicos, fagos com cabeça e cauda (assemelham-se a um espermatozoide).

Por tamanho - pequeno, médio e grande.

As estruturas mais complexas são fagos grandes, constituídos por uma cabeça e uma cauda. A cabeça tem o formato de um icosaedro. A cabeça é conectada ao processo por meio de uma coleira e guarda-chuva. No interior do processo existe uma haste cilíndrica oca que se comunica com a cabeça externamente, o processo possui uma bainha protéica capaz de contrair o processo caudal termina em uma placa basal hexagonal com espinhos curtos, de onde se estendem estruturas fibrilares semelhantes a fios; . A placa e os espinhos contêm lisozima. O processo possui 6 vilosidades, que fornecem fixação apertada fago para célula bacteriana. Pode haver fagos com bainha não contrátil, fagos com processos curtos, fagos com processo análogo e fagos sem processo.

Composição química:

Resistência aos fagos: os fagos toleram temperaturas de 50-60°C. Eles podem resistir ao congelamento e morrer a uma temperatura de 70°C. Eles não são afetados por venenos como cianeto, flúor, clorofórmio e fenol. Os fagos são bem preservados em ampolas seladas, mas podem ser destruídos por fervura, exposição a ácidos ou irradiação UV.

O mecanismo de interação dos fagos com uma célula microbiana:

Com base em suas interações, os fagos virulentos e temperados são diferenciados.

Fagos virulentos - penetram na célula bacteriana, reproduzem-se e causam lise da bactéria.

Os fagos com um processo e uma bainha contratante possuem uma série de características:

Esses fagos são adsorvidos na superfície da célula bacteriana usando fibrilas de processo na presença de receptores apropriados. Em seguida, a enzima ATPase é ativada, o que leva à contração da bainha do processo caudado e à introdução de um bastão oco na célula. Uma enzima, a lisozima, está envolvida no processo de perfuração das paredes celulares.

O DNA do fago passa pela haste oca do apêndice e é injetado na célula. O capsídeo e o processo permanecem na superfície celular. Em seguida, a proteína do fago e o ácido nucleico são reproduzidos dentro da célula. A próxima etapa é a montagem e formação de partículas fágicas maduras. O estágio final: lise celular e liberação de partículas fágicas maduras. A lise pode ocorrer tanto por dentro - a parede celular se rompe e os fagos maduros saem para ambiente externo e do lado de fora - os fagos fazem muitos buracos na parede celular através dos quais o conteúdo da célula flui com tal lise que o fago não se multiplica;

Os fagos moderados não lisam todas as células da população; eles entram em simbiose com algumas células, como resultado da integração do DNA do fago no cromossomo celular. Neste caso, o genoma do fago é denominado profago.

O profago passa a fazer parte do cromossomo da célula e, durante sua reprodução, replica-se de forma síncrona com o genoma da célula, sem causar sua lise e é transmitido à prole.

O fenômeno da simbiose de uma célula microbiana com um profago é denominado lisogenia.

E a cultura de bactérias contendo profago é lisogênica, esse nome reflete a capacidade do profago espontaneamente ou sob a influência de fatores ambiente passam para o citoplasma e se comportam como um fago virulento que lisa bactérias. Ao fazer a transição para uma forma virulenta, um fago temperado pode capturar parte do cromossomo de uma célula bacteriana e, após a lise, transferi-lo para outra.

Os fagos são divididos de acordo com seu espectro de ação:

1. Polivalente - bactérias relacionadas à lise (o fago da salmonela lisa apenas a salmonela).

2.Espécies (monófagos) - lisam bactérias de apenas uma espécie.

3. Específico do tipo - lisar seletivamente variantes individuais de bactérias dentro de uma espécie (patógeno Staphylococcus - 33 conjuntos).

Uso pratico:

As preparações de fagos são utilizadas para o tratamento e prevenção de infecções e seu diagnóstico. A ação dos fagos baseia-se na sua estrita especificidade e são utilizadas culturas bacterianas correspondentes para obter a preparação do fago;

Formas de liberação: líquido, seco, comprimidos, aerossóis, supositórios. Eles são introduzidos no corpo por via parenteral, enteral e local. Usado para fins terapêuticos e profiláticos em várias doenças(disenteria, cólera, várias doenças inflamatórias purulentas).

Diagnóstico de fagos: o princípio diagnóstico é baseado no cocultivo de culturas teste com fagos conhecidos e desconhecidos, o resultado é considerado positivo se houver lise da célula bacteriana; A lise pode ser observada em líquidos e sólidos meio nutriente. Em meios nutrientes líquidos, aparece a eliminação da suspensão bacteriana e, em meios densos, formam-se áreas sem crescimento.

Tipagem de fagos: determinação da variante tipo de uma espécie usando um conjunto de fagos tipo. São produzidos fagos tifóides, fagos para diagnóstico de cólera, fagos de salmonela e fagos de disenteria. A fagotipagem é necessária na realização de análises epidemiológicas da doença e para estabelecer a origem e as vias de transmissão. Ao detectar o fago, o conteúdo dos microrganismos correspondentes é avaliado.

№ 10-2013

Foto tirada com microscópio eletrônico,
mostra o processo de fixação de bacteriófagos (colífagos T1) à superfície da bactéria E. coli.

No final do século XX, tornou-se claro que as bactérias dominam sem dúvida a biosfera da Terra, representando mais de 90% da sua biomassa. Cada espécie tem muitos tipos especializados vírus. De acordo com estimativas preliminares, o número de espécies de bacteriófagos é de cerca de 10 15 . Para compreender a escala deste número, podemos dizer que se cada pessoa na Terra descobrir um novo bacteriófago todos os dias, serão necessários 30 anos para descrever todos eles.

Assim, os bacteriófagos são as criaturas menos estudadas da nossa biosfera. A maioria dos bacteriófagos conhecidos hoje pertence à ordem Caudovirales - vírus de cauda. Suas partículas têm tamanhos de 50 a 200 nm. Cauda comprimentos diferentes e a forma garante a fixação do vírus à superfície da bactéria hospedeira, a cabeça (capsídeo) serve como repositório para o genoma. O DNA genômico codifica proteínas estruturais que formam o “corpo” do bacteriófago e proteínas que garantem a reprodução do fago dentro da célula durante a infecção.

Podemos dizer que um bacteriófago é um nanoobjeto natural de alta tecnologia. Por exemplo, caudas de fago são uma “seringa molecular” que perfura a parede de uma bactéria e, contraindo-se, injeta seu DNA na célula. A partir deste momento começa o ciclo infeccioso. Suas etapas seguintes consistem em mudar os mecanismos da atividade vital da bactéria para servir o bacteriófago, propagar seu genoma, construir muitas cópias de invólucros virais, empacotar o DNA viral nelas e, finalmente, destruir (lise) da célula hospedeira.

Um bacteriófago não é uma criatura viva, mas um nanomecanismo molecular criado pela natureza.
A cauda do bacteriófago é uma seringa que perfura a parede da bactéria e injeta DNA viral,
que é armazenado na cabeça (capsídeo), dentro da célula.

Além da constante competição evolutiva entre os mecanismos de defesa das bactérias e de ataque dos vírus, a razão do equilíbrio atual pode ser considerada o fato dos bacteriófagos se especializarem em sua ação infecciosa. Se houver uma grande colônia de bactérias, onde as próximas gerações de fagos encontrarão suas vítimas, então a destruição de bactérias por fagos líticos (matando, literalmente dissolvendo) ocorre rápida e continuamente.

Se não houver vítimas potenciais suficientes ou condições externas não são muito adequados para a reprodução eficiente de fagos, então os fagos com um ciclo de desenvolvimento lisogênico têm uma vantagem. Nesse caso, após a penetração na bactéria, o DNA do fago não desencadeia imediatamente o mecanismo de infecção, mas por enquanto existe dentro da célula em estado passivo, muitas vezes introduzindo-se no genoma bacteriano.

Nesse estado de profago, o vírus pode existir por muito tempo, passando por ciclos de divisão celular junto com o cromossomo bacteriano. E somente quando a bactéria entra em um ambiente favorável à reprodução, o ciclo lítico da infecção é ativado. Além disso, quando o ADN do fago é libertado de um cromossoma bacteriano, secções vizinhas do genoma bacteriano são frequentemente capturadas e o seu conteúdo pode subsequentemente ser transferido para a próxima bactéria que o bacteriófago infecta. Este processo (transdução genética) é considerado o meio mais importante transferência de informações entre procariontes - organismos sem núcleo celular.

Como funciona um bacteriófago?

Todas essas sutilezas moleculares não eram conhecidas na segunda década do século XX, quando o “invisível agentes infecciosos, destruindo bactérias." Mas mesmo sem o microscópio eletrônico, com o qual no final da década de 1940 foi possível obter pela primeira vez imagens de bacteriófagos, ficou claro que eles eram capazes de destruir bactérias, inclusive as patogênicas. Esta propriedade foi imediatamente procurada pela medicina.

As primeiras tentativas de tratar a disenteria com fagos, infecções de feridas, cólera, febre tifóide e até peste foram realizados com muito cuidado, e o sucesso pareceu bastante convincente. Mas após o início da produção em massa e do uso de preparações de fagos, a euforia deu lugar à decepção. Sobre o que são bacteriófagos, como produzi-los, purificá-los e utilizá-los formas de dosagem, muito pouco ainda se sabia. Basta dizer que, de acordo com os resultados de um teste realizado nos Estados Unidos no final da década de 1920, muitas preparações industriais de fagos não continham nenhum bacteriófago.

O problema dos antibióticos

A segunda metade do século XX na medicina pode ser chamada de “era dos antibióticos”. No entanto, mesmo o descobridor da penicilina, Alexander Fleming, alertou na sua palestra do Nobel que a resistência microbiana à penicilina ocorre muito rapidamente. Por enquanto, a resistência aos antibióticos foi compensada pelo desenvolvimento de novos tipos de medicamentos antimicrobianos. Mas desde a década de 1990, tornou-se claro que a humanidade está a perder a “corrida armamentista” contra os micróbios.

Culpado antes de tudo uso descontrolado antibióticos não apenas para fins medicinais, mas também para para fins preventivos, não só na medicina, mas também na agricultura, na indústria alimentar e na vida quotidiana. Como resultado, a resistência a estes medicamentos começou a desenvolver-se não apenas em bactérias patogénicas, mas também nos microrganismos mais comuns que vivem no solo e na água, tornando-os “patógenos condicionais”.

Essas bactérias existem confortavelmente em instituições médicas, colonizando encanamentos, móveis, equipamentos médicos e, às vezes, até soluções desinfetantes. Em pessoas com sistema imunológico enfraquecido, que são a maioria nos hospitais, causam complicações graves.

Não é nenhuma surpresa que a comunidade médica esteja soando o alarme. No ano passado, em 2012, a Diretora Geral da OMS, Margaret Chan, fez uma declaração prevendo o fim da era dos antibióticos e a indefesa da humanidade contra doenças infecciosas. No entanto, possibilidades práticas a química combinatória – os fundamentos da ciência farmacológica – está longe de estar esgotada. Outra coisa é que o desenvolvimento agentes antimicrobianos- um processo muito caro que não traz tantos lucros quanto muitos outros medicamentos. Portanto, as histórias de terror sobre “superbactérias” são mais um aviso, encorajando as pessoas a procurar soluções alternativas.

Bacteriófagos e imunidade

Como existem inúmeros bacteriófagos na natureza e eles entram constantemente no corpo humano com água, ar e alimentos, o sistema imunológico simplesmente os ignora. Existe até uma hipótese sobre a simbiose de bacteriófagos no intestino, regulando a microflora intestinal. Alcançar alguns reação imunológica só é possível com a introdução prolongada de grandes doses de fagos no corpo.

Mas desta forma você pode obter alergia a quase qualquer substância. Finalmente, é muito importante que os bacteriófagos sejam baratos. O desenvolvimento e a produção de um medicamento composto por bacteriófagos precisamente selecionados com genomas totalmente decifrados, cultivados de acordo com os padrões biotecnológicos modernos em certas cepas de bactérias em ambientes quimicamente limpos e altamente purificados, é muito mais barato do que os antibióticos complexos modernos.

Isto permite que a terapêutica fágica seja rapidamente adaptada à mudança de kits. bactéria patogênica e utilizar bacteriófagos em medicina veterinária, onde medicamentos caros não são economicamente justificados.

No serviço médico

O renascimento do interesse no uso de bacteriófagos parece bastante lógico - inimigos naturais bactérias – para tratar infecções. Na verdade, ao longo das décadas da “era dos antibióticos”, os bacteriófagos serviram ativamente à ciência, mas não à medicina, mas sim à ciência fundamental. biologia molecular. Basta mencionar a decodificação dos “trigêmeos” do código genético e o processo de recombinação do DNA. Sabe-se agora o suficiente sobre bacteriófagos para informar a seleção de fagos adequados para fins terapêuticos.

Os bacteriófagos têm muitas vantagens como medicamentos potenciais. Em primeiro lugar, há uma infinidade deles. Embora mudar o aparato genético de um bacteriófago também seja muito mais fácil do que o de uma bactéria, e ainda mais em organismos superiores, Isso é desnecessário. Você sempre pode encontrar algo adequado na natureza. É sobre pelo contrário, trata-se de seleção, consolidação das propriedades desejadas e reprodução dos bacteriófagos necessários.

Isto pode ser comparado com a criação de raças de cães - cães de trenó, cães de guarda, cães de caça, cães de caça, cães de luta, cães decorativos... Todos eles continuam sendo cães, mas são otimizados para certo tipo ações, necessário para uma pessoa. Em segundo lugar, os bacteriófagos são estritamente específicos, ou seja, destroem apenas um certo tipo de micróbios sem inibir microflora normal pessoa.

Terceiro, quando um bacteriófago encontra uma bactéria que deve destruir, ele está em processo de destruição. vida útil começa a se multiplicar. Assim, a questão da dosagem torna-se menos aguda. Quarto, os bacteriófagos não causam efeitos colaterais. Todos os casos Reações alérgicas ao usar bacteriófagos terapêuticos, foram causados ​​​​por impurezas das quais a droga não foi suficientemente purificada ou por toxinas liberadas durante a morte massiva de bactérias. Último fenômeno, o “efeito Herxheimer”, é frequentemente observado com o uso de antibióticos.

Dois lados da moeda

Infelizmente, as desvantagens bacteriófagos médicos muito tambem. A maioria o problema principal decorre da vantagem da alta especificidade dos fagos. Cada bacteriófago infecta um tipo de bactéria estritamente definido, nem mesmo uma espécie taxonômica, mas uma série de variedades e cepas mais restritas. Relativamente falando, como se cão de guarda ela começou a latir apenas para bandidos de dois metros de altura vestidos com capas de chuva pretas e não reagiu de forma alguma a um adolescente de shorts entrando na casa.

Portanto, não é incomum que as atuais preparações de fagos falhem aplicação eficaz. Um medicamento feito contra um determinado conjunto de cepas e que trata perfeitamente a dor de garganta estreptocócica em Smolensk pode ser impotente contra todos os sinais da mesma dor de garganta em Kemerovo. A doença é a mesma, causada pelo mesmo micróbio, e as cepas de estreptococos em diferentes regiões são diferentes.

Para o uso mais eficaz do bacteriófago é necessário diagnóstico preciso micróbio patogênico, até a cepa. O método diagnóstico mais comum atualmente, a cultura, leva muito tempo e não fornece a precisão necessária. Métodos rápidos– tipagem por reação em cadeia da polimerase ou espectrometria de massa – estão sendo implementadas lentamente devido ao alto custo dos equipamentos e às maiores exigências de qualificação dos técnicos de laboratório. Idealmente, a seleção dos componentes fágicos de um medicamento poderia ser feita contra a infecção de cada paciente individual, mas isto é caro e inaceitável na prática.

Outra desvantagem importante dos fagos é a sua natureza biológica. Além do fato de que os bacteriófagos necessitam condições especiais armazenamento e transporte, este método de tratamento abre espaço para muita especulação sobre o tema “DNA estranho em humanos”. E embora se saiba que um bacteriófago, em princípio, não pode infectar uma célula humana e nela introduzir seu DNA, não é fácil mudar a opinião pública.

De natureza biológica e um tamanho bastante grande em comparação com medicamentos de baixo peso molecular (os mesmos antibióticos), surge uma terceira limitação - o problema de entrega do bacteriófago no corpo. Se uma infecção microbiana se desenvolver onde o bacteriófago pode ser aplicado diretamente na forma de gotas, spray ou enema - na pele, feridas abertas, queimaduras, mucosas da nasofaringe, ouvidos, olhos, intestino grosso - então não há problemas.

Mas se a infecção ocorrer em órgãos internos, a situação é mais complicada. Casos tratamento bem sucedido infecções dos rins ou baço durante o normal oralmente são conhecidas preparações de bacteriófagos. Mas o mecanismo de penetração de partículas fágicas relativamente grandes (100 nm) do estômago para a corrente sanguínea e órgãos internos é pouco compreendido e varia muito de paciente para paciente. Os bacteriófagos também são impotentes contra os micróbios que se desenvolvem dentro das células, por exemplo, os agentes causadores da tuberculose e da lepra. Atraves da parede célula humana o bacteriófago não consegue passar.

Deve-se notar que contrastando o uso de bacteriófagos e antibióticos em fins médicos não faça isso. Quando agem juntos, observa-se um aumento mútuo do efeito antibacteriano. Isto permite, por exemplo, reduzir a dose de antibióticos para valores que não provocam efeitos secundários significativos. Consequentemente, o mecanismo para desenvolver resistência a ambos os componentes nas bactérias medicamento combinado quase impossível.

Expansão do Arsenal antimicrobianos dá mais graus liberdade na escolha dos métodos de tratamento. Assim, o desenvolvimento com base científica do conceito de utilização de bacteriófagos na terapia antimicrobiana é direção promissora. Os bacteriófagos servem não tanto como alternativa, mas como complemento e aprimoramento no combate às infecções.

1. Na medicina:

Uma das áreas de utilização dos bacteriófagos é a terapia antibacteriana, uma alternativa aos antibióticos. Por exemplo, são utilizados bacteriófagos: estreptocócico, estafilocócico, klebsiella, disenteria polivalente, piobacteriófago, coli, proteus e coliproteus e outros.

Os bacteriófagos também são usados ​​na engenharia genética como vetores que transferem seções de DNA. A transferência natural de genes entre bactérias através de alguns fagos (transdução) também é possível;

2. Em biologia

Bacteriófagos M13, fago T4, T7 e fago l são usados ​​para estudar interações proteína-proteína, proteína-peptídeo e DNA-proteína usando o método de exibição em fagos.

Como a reprodução dos bacteriófagos só é possível em células vivas, os bacteriófagos podem ser usados ​​para determinar a viabilidade das bactérias. Essa direção tem grandes perspectivas, pois uma das principais questões em diversos processos biotecnológicos é a determinação da viabilidade das culturas utilizadas.

VANTAGENS DOS BACTERIÓFAGOS SOBRE OS ANTIBIÓTICOS:

• · altamente eficiente drogas biológicas ação antibacteriana para prevenção e tratamento de infecções intestinais agudas e doenças inflamatórias purulentas, tratamento de disbacteriose;
• · quando utilizados, não perturbam a biocenose humana normal (ao contrário dos antibióticos, após os quais é sempre necessário tratar a disbacteriose - Nota do autor);
• · indispensável para a resistência dos patógenos aos antibióticos;
• Pode ser usado em terapia complexa com outros medicamentos;
• · necessário para o tratamento da disbiose em combinação com medicamentos que normalizam a microflora intestinal;
• · recomendado para adultos e crianças;
• · são fabricados com matérias-primas naturais.

Para os benefícios Os medicamentos bacteriófagos têm uma especificidade de ação estreita que, diferentemente dos antibióticos, não causa inibição da microflora normal. Efeito estimulante comprovado bacteriófago estafilocócico nas bifidobactérias - o componente mais importante da microbiocenose intestinal. O uso de bacteriófagos para o tratamento de doenças infecciosas estimula fatores de imunidade específica e inespecífica, o que é especialmente eficaz para o tratamento de doenças inflamatórias crônicas no contexto de condições imunossupressoras e de transporte bacteriano.

Tanto os antibióticos quanto os bacteriófagos atuam diretamente sobre os micróbios, apenas os antibióticos destroem não apenas a microflora patogênica, mas também a normal, perturbando o equilíbrio natural, enquanto os bacteriófagos agem apenas sobre microorganismos patogênicos. Namoro sensível célula microbiana, o fago penetra nele, muda seu mecanismo de ação para a reprodução de sua própria espécie, que, rompendo a membrana celular, ataca outros micróbios em número dez vezes maior. A lise torna-se espontânea e a liberação de micróbios indesejados ocorre em questão de horas. Também deve ser mencionado preparações complexas, que são um conjunto de fagos para vários patógenos ao mesmo tempo: este é um piobacteriófago para o tratamento de doenças sépticas-purulentas e um intestibacteriófago contra infecções intestinais.

Os principais produtores de bacteriófagos em nosso país são a NPO Immunopreparat (Ufa), empresa de produção de preparados bacterianos ( Nizhny Novgorod), MP "Biofon" (Saratov), ​​​​NPO "Biomed" (Perm).

A prática clínica tem demonstrado a eficácia do uso de bacteriófagos para doenças infecciosas do trato gastrointestinal, bem como para doenças inflamatórias seios da face, cavidade oral, superior trato respiratório, aparelho geniturinário, colecistite, etc., causada por bactérias sensíveis ao fago. Porém, os fagos, esses “ordenanças naturais”, podem ser usados ​​não apenas para tratamento, mas também para prevenção de doenças infecciosas. Não são tóxicos, não têm contra-indicações de uso e podem ser usados ​​em combinação com qualquer outro medicação. Podem ser prescritos para gestantes, lactantes e crianças de qualquer idade, inclusive prematuros.

A principal condição para seu uso bem-sucedido é testar a cultura isolada quanto à sensibilidade ao fago correspondente. Um padrão surpreendente foi observado: ao contrário dos antibióticos, a sensibilidade das cepas clínicas de microrganismos aos bacteriófagos é estável e tende a aumentar, o que pode ser explicado pelo enriquecimento medicamentos novas raças de fagos.

Preparações de bacteriófagos são prescritas por via oral para doenças órgãos internos ou localmente, diretamente na lesão. O efeito do fago aparece 2 a 4 horas após sua administração (o que é especialmente importante em condições de terapia intensiva). Os bacteriófagos penetram no sangue, na linfa e são excretados pelos rins, higienizando o trato urinário. Na década de 1920, os fagos foram usados ​​ativamente no tratamento de várias doenças.