Бактеріофаг, або фаг, — це вірус, що заражає бактерії; його назва походить від грецького слова зі значенням «пожирати». На зображенні на цьому сайті — фаг, подібний до T4, вірусу, що заражає бактерію Escherichia coli. T4 має завдовжки приблизно 260 нанометрів — від верхівки голівки до кінця хвоста. Нанометр — це мільярдна частка метра.

Розмір

Віруси бувають різної форми, а такі фаги, як T4, мають форму, яку біологи називають складною. Вони мають голівку, у якій міститься ДНК вірусу, хвіст і волокна, що прикріплюються до бактерії. T4 здавна використовують як модель для вивчення того, як працюють віруси й клітини, і його докладно виміряли.

Голівка T4 — це витягнутий двадцятигранник завдовжки 120 нанометрів і завширшки 86 нанометрів. У ній міститься одна молекула ДНК завдовжки приблизно 171 000 пар основ; пара основ — це один щабель «драбини» ДНК. Хвіст під голівкою має завдовжки приблизно 140 нанометрів. Зовнішній чохол хвоста завдовжки 92,5 нанометра і завширшки 24 нанометри, а закінчується він шестикутною базальною пластинкою, що має в поперечнику приблизно 52 нанометри.

Від базальної пластинки, мов ноги, розходяться шість довгих хвостових волокон, кожне зігнуте в суглобі. Кожне волокно завдовжки приблизно 144–160 нанометрів, тобто трохи довше за сам хвіст.

Порівняння розмірів

Бактерія E. coli, яку заражає T4, завдовжки приблизно 2 мікрометри і завширшки 1 мікрометр, тож вона приблизно у вісім разів довша за T4. Мікрометр — це тисячна частка міліметра.
Якби T4 збільшили до розміру людини зростом 1,7 метра, клітина E. coli була б завдовжки близько 13 метрів і завширшки 6,5 метра.
Близько 300–400 фагів T4, викладені в ряд встик, простяглися б на ширину людської волосини завширшки 80–100 мікрометрів.
Ширина голівки T4 становить менш ніж половину розміру найтоншої деталі, яку може показати звичайний світловий мікроскоп, — приблизно 200 нанометрів, тобто межі оптичних мікроскопів. Натомість фаги фотографують за допомогою електронних мікроскопів.
T4 приблизно в 1,8 раза довший за ширину частинки ВІЛ. Частинка мімівіруса завширшки приблизно 750 нанометрів майже втричі перевищує довжину T4.

Як фаг заражає бактерію

Спершу фаг прикріплюється до певних молекул на поверхні бактерії. Більшість фагів можуть заражати лише один вид бактерій, а то й лише один штам. Потім хвостовий чохол T4 скорочується і діє як голка шприца, уприскуючи ДНК вірусу крізь клітинну стінку. Голівка й решта фага залишаються ззовні.

Усередині бактерії гени фага перебирають керування клітиною, і вона починає виробляти складники нових фагів. Нові фаги збираються, а клітина лопається, вивільняючи їх, щоб вони заразили інші клітини. Одна заражена клітина вивільняє приблизно 100–300 фагів, подібних до T4.

Фаги як ліки

Оскільки кожен фаг атакує лише певні бактерії, лікарі можуть використовувати фаги для лікування бактеріальних інфекцій. Це називають фаготерапією. Фаги відкрили на початку XX століття. Згодом відкриття пеніциліну й інших антибіотиків спонукало більшість країн відмовитися від фаготерапії, але колишній Радянський Союз і кілька країн Східної Європи продовжили її застосовувати.

Фаги мають одну перевагу над антибіотиками: вони вбивають лише ті бактерії, на які націлені, тоді як антибіотики вбивають також корисні бактерії в організмі. Підручник з мікробіології 2016 року описує інтерес до фаготерапії як такий, що відновлюється, оскільки дедалі більше бактерій стають стійкими до антибіотиків.

Джерела

Bacteriophage T4 Head: Structure, Assembly, and Genome Packaging. Rao et al., Viruses, 2023.
Morphogenesis of the T4 tail and tail fibers. Leiman et al., Virology Journal, 2010.
Viruses. In Microbiology. OpenStax, 2016.
The Viral Life Cycle. In Microbiology. OpenStax, 2016.
How big is an E. coli cell and what is its mass?. In Cell Biology by the Numbers. Ron Milo and Rob Phillips, Garland Science.
How many virions result from a single viral infection?. In Cell Biology by the Numbers. Ron Milo and Rob Phillips, Garland Science.
How the optical microscope became a nanoscope. Royal Swedish Academy of Sciences, 2014.
Structural organization of authentic, mature HIV-1 virions and cores. Briggs et al., The EMBO Journal, 2003.
Structural Studies of the Giant Mimivirus. Xiao et al., PLoS Biology, 2009.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

Report a Problem

for Бактеріофаг