Супутник невидимих – бактеріофаг
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
У кабіні другого ще радянського космічного корабля-супутника разом з прославленими собаками Білкою та Стрілкою було безліч і інших мандрівників: миші, щури, мухи-дрозофіли, бактерії, бактеріофаг. Наша розповідь піде про останнього пасажира, про бактеріофаги. Що це – істота або речовина? Чому людей цікавить його поведінка в космічному польоті? Що дає вченим дослідження цього крихітного мікроорганізму?
Майже всі породи мікробів мають свій спеціальний вид фага. Відомі фаги для ніжних паличок черевного тифу, для дифтерійних паличок, схожих на маленькі гантелі, для вертких холерних вібріонів, жахливо злих паличок чуми і багатьох інших мешканців незримого світу.
У фагів вишуканий смак. Вони нападають тільки на свій вид мікроба і залишають без уваги чужі. Так, тифозні фаги розчиняють тільки черевнотифозні бактерії, а дизентерійну паличку цей ворог не небезпечний.
ЧУДЕСНИЙ РОЗЧИННИК
Микола Федорович Гамалія не повірив своїм очам: живильне середовище в колбі, перш каламутне від наявних там міріадів паличок сибірської виразки, не містило і сліду бактерій. Вчений кинувся з колбою до вікна. Промінь сонця освітив рідину в посудині. Так, зір не підвів: бактерії якимось дивним чином розчинилися.
«Спробую перелити цей дивний розчин до нової порції бактерій», – вирішив дослідник. На ранок бактерії знову зникли з колби. Це трапилося в 1899 році у нас в Україні, в славетному місті Одеса. У 1917 році французький дослідник Д’Ерелль відкрив новий світ ультрамікроскопічних істот – винуватців загибелі бактерій. Вчений назвав їх бактеріофагами (слово «фаг» грецькою означає «пожирач»; в буквальному сенсі «бактеріофаг» – «пожирач бактерій»).
Майстер мікробіології дізнався, що фаги – це крихітні мисливці, які як тінь слідують за мікробами. Скрізь, де є мікроби, може бути знайдений і фаг. Всюдисущий супутник мікробів живе в кишечнику хворих і здорових людей, на фруктах і овочах, на росяній траві, в повітрі, на поверхні і в глибині тихих річок, озер і океанів.
ІСТОТА АБО РЕЧОВИНА?
Деякі вчені переконані що фаги – це мертва речовина типу ферментів. Вони розривають бактерію на шматки, подібно до того, як ферменти розщеплюють білки на їх складові частини – амінокислоти. Але більшість вчених зараховують незвичайний розчинник до живого світу, до світу вірусів. І справді, між фагами та вірусами багато спільного: ці ультрамікроскопічні створіння подібні за розмірами частинок, за хімічною структурою. Вони розмножуються тільки всередині живих клітин, не ростуть на штучних поживних середовищах. Багато вчених так і називають фаг – бактеріальний вірус.
Бактеріофаги разюче життєстійкі. Деякі з фагів можуть роками зберігатися у висушеному стані, переносити нагрівання до + 100 °, заморожування при -185 °, тиск в 3-6 тисяч атмосфер, витримувати колосальні дози іонізуючої радіації (до 100 тисяч рентгенів).
Як поведе себе настільки стійка істота в космосі, чи витримає згубну силу космічних променів? Це питання задавали собі вчені, посилаючи фаг супутником Білки і Стрілки.
НА АРЕНІ БИТВИ
Хочете поглянути на битву фагів з мікробами? Це не так вже й складно! Крізь чарівну «лінзу» електронного мікроскопа темніють зруйновані скелети того, що було бактеріями. А поруч, як рій, блищать якісь крихітні частинки. Це і є фаги. Вони злегка блищать тому, що на них особливим способом наносять мізерно малий шар срібною пилу. А поряд з ними якимось дивом вцілілий мікроб. Яким гігантом представляється цей мешканець невидимого світу в порівнянні з фагами – вірусами!
Фаг розправляється зі своєю здобиччю поступово. Спочатку він проникає всередину клітини і там ховається навіть від всевидющого ока електронного мікроскопа. Але от через 20-30 хвилин оболонка клітини лопається – фаг розриває її на шматки. Сотні молодих фагових часток, точно зграйка весняних метеликів, виходять на простір, накидаючись на нові клітини. Від колись грізного мікроба залишається лише легка, ледве помітна тінь. Так розмножуються всі віруси.
ВОРОГ ЧИ ДРУГ?
Довгі роки фаг вважали смертельним ворогом мікробів. Але загибель клітини під беззвучним натиском фагових частинок – це тільки епізод у битві фагів з мікробом. Якщо всяка зустріч з фагом закінчувалася б для бактерії смертельно, то загинули б не тільки переможені – мікроби. Зникли б і переможці – фаги, не знайшовши більше для себе їжі.
Нещодавно вчені виявили, що є фаги, які не вбивають мікроба. З’єднуючись з тілом господаря, фаги живуть там у численних поколіннях, не завдаючи шкоди своєму господареві. У серцевині бактерії фаг як би фарбується всіма відтінками клітини. Перебравшись на іншу бактерію, маленький паразит може прищепити їй окремі властивості свого колишнього господаря. Так, наприклад, деякі фаги, що пожили всередині пеніциліно-стійких бактерій, можуть, заражаючи чутливі до цього антибіотика бактерії, робити їх стійкими.
А як впливають космічні промені на фаг, замкнений у мікроб? Відомо, що самі незначні дози іонізуючої радіації «виганяють» фаг з темниці-клітини, допомагають йому знову знайти руйнівну силу. Щоб дізнатися, чи проникають в кабіну корабля космічні промені, вчені помістили туди мікробів, що містять фаг.
СЛІДАМИ МІКРОБІВ
Вода в річці була холодна, прозора, і тому жителі селища нерідко використовували її для пиття. Взимку в селищі раптово захворіла на черевний тиф жінка. Хвороба прокралася і в інші будинки.
«Причина захворювань – заражена вода!» – говорили лікарі-епідеміологи. Але як довести це? Адже висіяти з води черевнотифозну паличку звичайними бактеріологічними методами дуже важко. І ось на допомогу залучили бактеріофаг…
Вчені В. Д. Тімаков і Д. М. Гольдфарб розробили новий метод виявлення хвороботворних бактерій. Виділено фаги, здатні розмножуватися тільки на черевнотифозних мікробах. У колбі річкової води такі фаги знаходять тифозних паличок і починають на них швидко розмножуватись. Вже через 4-5 годин в колбі плавають не одиниці, а сотні і навіть тисячі фагів-шукачів. Якщо ж вода не заражена – фага залишається стільки, скільки було додано. Виявилося, що при посередництві фагів-слідопитів можна знаходити в харчових продуктах, у воді, в калі хворих бактерії дизентерії, деякі види салмонелл, чумну і бруцельозного палички, холерних вібріонів.
Автор: М. Д. Крилова.