БАКТЕРИОЦИНОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ

БАКТЕРИОЦИНОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ — генетические элементы микробных клеток, контролирующие синтез белковых субстанций (бактериоцинов), подавляющих рост филогенетически родственных бактерий.

Бактериоциногенные факторы могут способствовать усилению патогенетической активности условно патогенных бактерий за счет преимущественного их развития и подавления чувствительных особей. В пределах семейства энтеробактерий доказана межвидовая передача бактериоциногенных факторов не только in vitro, но и in vivo — в организме обычных и безмикробных животных. Будучи свойственными представителям нормальной микрофлоры человека и животных, бактериоциногенные факторы могут рассматриваться как генетические элементы, способствующие стабилизации микробного ценоза за счет антагонистического воздействия на развитие условно патогенной и патогенной микрофлоры.

Биологическое и медико-биологическое значение бактериоцино-генных факторов определяется свойствами микроорганизмов, формирующимися под контролем этих факторов. Бактерии, несущие детерминанты синтеза бактериоцинов, имеют преимущества для беспрепятственного развития в условиях, способствующих реализации потенциальной способности к такому синтезу. В более широком общебиологическом смысле бактериоциногенность может иметь эволюционное значение, представляя собой одно из взаимосвязанных звеньев физиологической адаптации к непрерывно меняющимся условиям существования.

Бактериоциногенные факторы выявлены почти у всех видов бактерий и в зависимости от названия хозяина обозначаются: колициногенные факторы (от E. coli) — для Enterobacteriaceae, мегациногенные — для В. megaterium и т. д. Соответствующая терминология принята и для обозначения бактериоцинов — колицины, мегацины и т. д.

Наиболее полно изучены колициногенные факторы (col-факторы), которых насчитывается более 25 типов. Отдельные типы col-факторов обозначают заглавными буквами латинского алфавита (col-A, col-B, col-D и т. д.). Присутствие в клетке данного col-фактора обозначается знаком плюс (+).

Изучение природы col-факторов стало возможным после того, как Фредерик и Бетц-Баро (P. Fredericq, М. Betz-Bareau, 1953) продемонстрировали передачу их клеткам-реципиентам. Все col-факторы подразделяют на факторы, имеющие собственную систему передачи, или трансмиссии (col-факторы I,B,V), и факторы, передача которых без дополнительных систем трансмиссии невозможна.

Передача col-факторов протекает только при контакте живых клеток. Осуществить передачу с помощью убитых клеток, фильтратов или экстрактов живых клеток не удается. Передача специфична, и реципиент приобретает способность продуцировать тот же тип колицина, что и донор, быть иммунным к соответствующему колицину и в свою очередь выступать в роли донора. Серией последовательных передач можно получить поликолициногенный штамм, несущий несколько col-факторов и, следовательно, продуцирующий несколько типов колицинов.

Клетка, несущая бактериоциногенные факторы, приобретает специфический иммунитет к соответствующему бактериоцину (см. Бактериоциногения).

Среди факторов, обладающих собственной системой трансмиссии, наиболее подробно изучен col-I-фактор. Присутствие col-I-фактора индуцирует образование на клеточной поверхности бактерий специфических участков, ответственных за установление межклеточных контактов. В состоянии HFCT col-I-фактор сам способствует передаче других col-факторов (Е1, Е2, К). Сущность HFCT (от английского high frequency of transfer of colicinogeny — высокая частота передачи колициногенности) сводится к следующему: популяция клеток, к-рая несет col-I-фактор многих генераций, передает его с низкой частотой (1 : 1000). Это состояние обозначают соответственно как LFCT (от английского — low frequency transfer of colicinogeny — низкая частота передачи колициногенности). Однако если в качестве донора использовать свежеинфицированный штамм, то в течение 6— 7 генераций частота передачи col-I-фактора возрастает до 50%. В дальнейшем частота передачи снижается до исходной.

На уровень передачи col-I-фактора своеобразное влияние оказывает присутствие в конъюгационной системе фактора, определяющего пол у бактерий (F-фактора). Введение F-фактора col-I+-клеткам приводит к первоначальному снижению частоты передач col-I-фактора, тогда как введение F-фактора в клетку реципиента обусловливает возрастание частоты передачи. В свою очередь col-I-фактор способен частично восстанавливать передачу хромосомы в клетках, которые в результате мутации утратили способность обеспечивать межклеточные контакты. При этом восстанавливается и порядок передачи хромосомных маркеров. Это явление, по всей вероятности, связано с тем, что действие col-фактора сводится к установлению клеточных контактов, тогда как за передачу хромосомы ответствен F-фактор.

Передача col-факторов, не имеющих собственной системы трансмиссии, связана с F-полярностью родителей. F--col+-штаммы, не способные передавать col-фактор, начинают передавать его сразу же после приобретения F-фактора. В скрещивании, напр. Hfr col-E1 X F-, уже через 60 минут в популяции реципиента выявляется до 80% колициногенных клеток (Hfr — high frecuency of recombinatio — высокая частота рекомбинации). Однако при реципрокном скрещивании (скрещивании между двумя родительскими типами А и В, в одном из которых А служит материнской формой, а в другом — отцовской) наблюдается до 90% случаев гибели зигот. Это явление получило название «летальный зигоз».

Нетрансмиссивные col-факторы могут быть также переданы с помощью трансдукции, то есть передачи бактериофагами, инфицирующими бактериальную клетку, части бактериальной хромосомы другим бактериальным клеткам (см. Трансдукция).

Генетический анализ с использованием различных сочетаний F+, Hfr, F- показал, что передача col-факторов протекает независимо от хромосомных маркеров, что позволяет рассматривать их как экстрахромосомные автономные генетические структуры. Прямых доказательств возможной интеграции их на хромосоме пока нет. Однако такая возможность не исключается.

Колициногенные штаммы, хотя и несут стабильную способность синтезировать бактериоцин, продуцируют его не всегда и не при всех условиях. В 1952 году Жакоб (F. Jacob) с соавт, показали, что продукция колицина может быть усилена действием УФ-лучей. В дальнейшем установлено, что способностью усиливать (индуцировать) продукцию колицина обладает большое число химических, физических и биологических факторов. Однако продукция колицина может быть индуцирована не во всех колициногенных штаммах. Индуцируются штаммы, несущие col-факторы В, D, Е1, Е2. После УФ-облучения штамма, несущего, напр., col-факторы I, Е1, Е2, отмечается более интенсивное включение меченого тимидина по сравнению с неколициногенным штаммом. Это позволяет предполагать, что в индуцированной клетке происходит размножение col-факторов. Проведенные расчеты показывают, что в индуцированной (напр., митомицином С) клетке синтезируется до 90—100 копий col-фактора. Однако корреляции между количеством синтезированного колицина и числом копий col-фак-торов нет.

Представляют интерес особенности взаимодействия col- и R-факторов, которые сводятся к тому, что некоторые штаммы, резистентные к лекарственным веществам, адсорбируют фаг, специфически действующий на col-I-бактерии (см. Лекарственная устойчивость микроорганизмов). Col-1-фактор способен образовывать комплексы с нетрансмиссивными R-факторами и способствовать их передаче. Нетрансмиссивные col-факторы могут быть переданы с помощью трансмиссивных факторов резистентности.

Опыты по передаче col-факторов с помощью механизмов конъюгации и трансдукции, а также опыты с радиоактивной меткой подтвердили, что col-факторы являются ДНК-содержащими элементами. Это либо замкнутая кольцевая (суперспиральная), либо линейная структура двутяжевой молекулы ДНК, составляющая около 1% всей ДНК клетки. Длина col-фактора приблизительно 50 нм, молекулярный вес в пределах 6—9 X 10^6, что соответствует 10^4—10^5 числу нуклеотидных пар. Количество col-факторов варьирует. Считают, что в среднем в клетке содержится 4 молекулы col-фактора.

В силу большого сходства с типичными представителями эписом, то есть единиц, обладающих генетической функцией (напр., профаг, F-фактор), col-факторы отнесены к группе эписом, хотя остается спорной возможность их интеграции с хромосомой. Ряд доказательств, которые рассматривались как указание на возможность интеграции (летальный зигоз, состояние HFCT), получили другое объяснение. Так, показано, что гибель зигот при реципрокном скрещивании обусловлена конъюгацией одной и той же клетки-реципиента со множеством бактерий-доноров и объясняется многократным действием фермента, «пробуравливающего» клеточную стенку реципиента для прохождения ДНК донора. Изучение явления HFCT привело к заключению, что состояние трансмиссии, наблюдаемое у промежуточного донора, следует рассматривать не как изменение локализации col-I-фактора по отношению к хромосоме, а как временное (6—7 генераций) отсутствие системы репрессии (см. Оперон), устанавливаемое со стороны бактериальной хромосомы. Таким образом, не вполне ясно, являются ли col-факторы плазмидами, то есть генетическими элементами, локализованными только в цитоплазме, или они являются эписомами — в исходном значении этого понятия.

Методы определения бактериоциногенных факторов

Микробиологические методы основаны на формировании разного типа зон подавления на плотных питательных средах или снижении числа жизнеспособных клеток чувствительных (индикаторных) бактерий при совместном их культивировании или на устойчивости (или чувствительности) к действию бактериоцина, а также устойчивости к действию некоторых бактериофагов, специфически воздействующих на бактериальные клетки, несущие col-фактор.

Генетические методы базируются на передаче трансмиссивных элементов от донора реципиенту путем конъюгации или мобилизации нетрансмиссивных элементов с использованием в качестве промежуточного реципиента бактерий, несущих факторы передачи (TF — от английского transfer factor) и составляющих часть комплекса различных внехромосомных элементов (F-, R-,HIy-факторов).

Физико-химические методы основаны на применении физико-химических приемов и методов при сравнительном анализе ДНК общей массы колициногенных и неколициногенных бактерий и позволяют определять наличие специфических структур ДНК, их молекулярный вес. См. также Бактерии (генетика), Наследственность цитоплазматическая.


Библиогр.: Кудлай Д. Г. и Лихо-дед В. Г. Бактериоциногения, JI., 1966, библиогр.; А 1 f о 1 d i L., Jacob F. et WollmanE. Zygose 16tale dans des croisements entre souches colicinogenes et non colicinogenes d’Escherichia coli, C. R. Acad. Sci. (Paris), t. 224, p. 2974, 1957; A 1 f о 1 d i L. e. a. Sur le determi-nisme g£n6tique de la colicinogenie, ibid., t. 246, p. 3531, 1958; Brandis H. u. S m а г d a J. Bacteriocine und bacterio-cinahnliche Substanzen, Jena, 1971, Bibliogr.; Fr6d6ricq P. et Betz-Bare a u M. Transfert g0n6tique de la propri6t£ de produire un antibiotique, G. R. Soc. Biol. (Paris), t. 147, p. 1653, 1953; Ozeki H., Stocker B. a. Margerie H. Production of colicine by single bacteria, Nature (Lond.), v. 184, p. 337, 1959; Stocker B. A., Smith S. M. a. Ozeki H. High infectivity of Salmonella Typhimurium newly infected by the coll factor, J. gen. Microbiol., v. 30, p. 201, 1963.


Популярные статьи

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание

Поделиться: