Лизогения

Из сказанного выше ясно, что явлению лизогении принадлежит центральная роль в формировании представлений о бактериофагах. Учитывая значение лизогении для проблемы фагов, ее следует рассмотреть в самом начале данной книги. Буквально термин «лизогения» означает способность вызывать лизис. Он применяется для обозначения способности бактериальных штаммов продуцировать бактериофаг, лизирующий другие бактериальные штаммы. К сожалению, этот термин применялся к двум совершенно различным явлениям, что привело к смещению терминов и понятий.

Одно из этих явлений возникает вследствие загрязнения бактериофагом частично чувствительных к нему штаммов бактерий. В таких случаях иногда бывает технически трудно освободить бактерии от фага. Д. Эрелль (1930) обозначал это явление как «симбиоз бактерия-бактериофаг», что отражало его интерпретацию лизогении. Он полагал, что для данной популяции бактерий характерен широкий спектр чувствительности отдельных особей к действию фага, а для популяции фага — значительный диапазон вирулентности. Наиболее вирулентные частицы фага размножаются за счет наиболее чувствительных бактерий и таким путем бактерии и частицы фага сохраняются в смешанной культуре. Д. Эрелль отказывался от всякого другого толкования природы лизогенных штаммов бактерий. Сходного по существу представления придерживался Дельбрюк (1946) при объяснении явления, названного им «псевдолизогенией», при которой инфицирующий фаг размножается за счет чувствительных бактерий, появляющихся путем мутации при размножении устойчивых к фагу культур. Псевдолизогенным штаммам бактерий Львов (1953) дал название «штаммы-носители».

В отличие от псевдолизогенных штаммов, или штаммов - носителей, существуют также штаммы бактерий, обладающих истинной. лизогенней. В таких штаммах профаг размножается как интегральная часть генетического аппарата каждой бактериальной клетки. Во время размножения бактерии происходит спонтанное превращение профага в вегетативный фаг. Частота этого превращения незначительна, но типична, например, 1 : 106 клеточных генераций. Об этом превращении свидетельствует освобождение инфекционных фаговых частиц при лизисе какой-либо клетки. В некоторых, но не во всех лнзогенных культурах, частоту продуктивного лизиса можно значительно повысить действием ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, азотных аналогов иприта, перекисей и некоторых других агентов. Биохимический механизм такой «индукции» неизвестен.

Неоднократно отмечали, что каждая бактериальная клетка лизогенной культуры может передавать потенциальную способность к продуцированию фага своим потомкам при отсутствии контакта с экзогенным фагом. Так, например, соответствующими дозами ультрафиолетового облучения можно вызвать лизис с освобождением жизнеспособных фаговых частиц по крайней мере у 90 клеток, относящихся к индуцируемым штаммам бактерий (Львов, Симинович, Кьелдгаард, 1950). В классическом эксперименте Доорен де Ионга (1936) споры лизогенного штамма Bacillus rnegateriurn нагревались до температуры, превышающей летальную для свободных фаговых частиц, но не погибали. Каждая спора при прорастании давала лизогенную культуру. Подобные же выводы сделали при изучении лизогенного штамма Salmonella enteritidis Вернет и Мак-Кн (1929), которые писали: «...неизменность лизогенных свойств заставляет предполагать, что бактериофаг или его зачаток существует в каждой культуре, являясь частью наследственной конституции штамма».

В течение многих лет способ освобождения фаговых частиц из лизогенных бактериальных клеток был предметом спора. Согласно одной распространенной теории фаг выделяется растущей бактериальной культурой подобно внеклеточному бактериальному ферменту (Нортроп, 1939). Согласно другой теории при распаде бактериальной клетки освобождается некоторое число фаговых частиц почти таким же путем, как это наблюдалось при изучении вирулентных фагов (Бернет, 1929). Этот вопрос был, наконец, разрешен Львовым и Гутман (1950), которые с помощью микроманипулятора показали, что фаговые частицы не выделяются размножающимися лизогеннымп бактериями, а появляются группами при распаде отдельных бактериальных клеток.

Оживление интереса к лизогении в последние годы связано с появлением интересных исследований Львова и Гутман (1950), Бертани (1951) и Ледербергов (1953). Все эти работы представляют большой интерес, так как они отражают три совершенно различных экспериментальных подхода к вопросу.

Львов (1953) приводит следующий перечень характерных признаков лизогении:

1. В лизогенной культуре лизогенность присуща каждой клетке и каждой споре.

2. Бактерии лизогенной культуры обычно адсорбируют зрелый фаг, продуцируемый культурой, но не повреждаются им.

3. Лизис лизогенных культур, вызванный ферментами, другими фагами или механическим путем, не сопровождается освобождением зрелых фаговых частиц. Внутриклеточный фаг в лизогенных бактериях не инфекционен (профаг).

4. При заражении чувствительной бактериальной культуры умеренным фагом значительное число бактериальных клеток становится лизогенным, т. е. приобретает способность освобождать фаг того же типа, которым пользовались для заражения культуры.

5. Лизогенные бактерии способны размножаться, не освобождая зрелый фаг, и многократно делиться в отсутствие внеклеточного фага, не теряя лизогенности.

6. Лизис единичных лизогенных бактериальных клеток, спонтанный или индуцированный, сопровождается освобождением большого числа зрелых фаговых частиц. Лизогения потенциально летальна для бактериальной клетки.

Лизогенные бактерии можно определить как бактерии, у которых способность продуцировать бактериофаг является наследственным свойством, сохраняющимся бесконечно долго.

Лизогенные бактерии встречаются в природе очень часто и, вероятно, представляют собой основной резервуар бактериофагов. Лизогения в некотором отношении напоминает явление латентности у вирусов животных и растений, но исследования в этой области не дают пока достаточных оснований для полной аналогии. Явление лизогении тесно связано с проблемами генетики бактерий и используется как могучее средство для изучения генетической структуры и функций у некоторых родов бактерий. Эту, а также другие стороны лизогении мы обсудим более подробно в последующих главах.

~1~ ~2~ ~3~ ~4~ ~5~ ~6~ ~7~ ~8~ ~9~ ~10~ ~11~ ~12~ ~13~ ~14~ ~15~