Бактериофаг Т12 — бактериофаг , инфицирующий бактерии Streptococcus pyogenes . Это предполагаемый вид семейства Siphoviridae отряда Caudovirales, также известного как хвостатые вирусы . [1] Он превращает безвредный штамм бактерий в вирулентный штамм. Он несет ген spe A, который кодирует эритрогенный токсин A. [2] speA также известен как стрептококковый гнойный экзотоксин A, токсин A скарлатины или даже скарлатинальный токсин. [3] [4] Обратите внимание, что название гена « spe A» выделено курсивом; название токсина «speA» не выделено курсивом. Эритрогенный токсин А превращает безвредный, невирулентный штамм Streptococcus pyogenes в вирулентный штамм посредством лизогении , жизненного цикла, который характеризуется способностью генома становиться частью клетки-хозяина и стабильно сохраняться там в течение нескольких поколений. [5] Фаги с лизогенным жизненным циклом также называют умеренными фагами. [2] Бактериофаг Т12, предполагаемый член семейства Siphoviridae , включая родственные бактериофаги, несущие spe A, также является прототипным фагом для всех фагов, несущих spe A, Streptococcus pyogenes , а это означает, что его геном является прототипом для геномов всех таких фагов. S. pyogenes . [6] Это основной подозреваемый возбудитель скарлатины, инфекционного заболевания, поражающего маленьких детей. [5]
Возможность участия бактериофагов в продукции speA была впервые открыта в 1926 г., когда Кантакузен и Бонсье сообщили, что невирулентные штаммы S. pyogenes трансформировались в вирулентные штаммы с помощью некоторого переносимого элемента. Фробишер и Браун сообщили о аналогичных результатах в 1927 году, а в 1949 году эти сообщения были подтверждены Бингелем [7] [8] Позже, в 1964 году, Забриски сообщил, что фаг Т12 может вызывать продукцию speA путем лизогении в штаммах, частью которых он стал. [9] В 1980 году Джонсон, Шливерт и Уотсон смогли подтвердить это и показать, что ген продукции speA был перенесен от токсигенных штаммов бактерий к нетоксигенным штаммам посредством лизогении. В их эксперименте каждая трансформированная бактериальная колония, продуцирующая токсин, была лизогенной, то есть содержала ген Т12. Кроме того, ни одна из колоний, содержащих геном Т12, не была отрицательной по speA, в связи с чем был сделан вывод, что все лизогены продуцируют токсин. [10] Однако МакКейн и Ферретти сообщили в 1981 году, что спонтанный мутант фага Т12 вирулентно индуцирует выработку speA. Этот мутант, бактериофаг T12cp1, вступил в литический цикл — жизненный цикл, в котором клетка-хозяин разрушается. [11] В 1983 году Джонсон и Шливерт опубликовали карту генома Т12, показав также, что в геноме происходят три раунда упаковки. [9] Уже в следующем году Джонсон и Шливерт, Уикс и Феррети также независимо друг от друга обнаружили, что бактериофаг Т12 несет структурный ген speA. [8] [12] В 1986 году Джонсон, Томаи и Шливерт нанесли на карту место прикрепления (attP) Т12, прилегающее к гену spe A, и установили, что все бактериальные штаммы, продуцирующие токсин, несут либо сам фаг Т12, либо близкородственный бактериофаг. . [5] И, наконец, в 1997 году МакШан и Ферретти опубликовали, что они нашли второй сайт прикрепления (attR) для T12, а также показали в другой публикации, авторство которой также принадлежит Тангу, что бактериофаг T12 вставляется в ген, который кодирует сериновая тРНК в организме хозяина. [2] [6]
Физическая карта генома Т12 оказалась круглой и имела общую длину 36,0 КБ. [9] Сообщается, что геном фага несет ген spe A, [12] который представляет собой сегмент генома фага T12 размером 1,7 т.п.н., фланкированный сайтами SalI и HindIII . [8]
Ген фаговой интегразы (int) и сайт прикрепления фага (attp) расположены непосредственно перед геном speA в геноме фага. Бактериофаг Т12 интегрируется в хромосому S. pyogenes путем сайт-специфической рекомбинации в антикодоновую петлю гена, кодирующего сериновую тРНК. Бактериальный сайт прикрепления (attB) имеет последовательность из 96 пар оснований, гомологичную сайту прикрепления фага, и расположен на 3'-конце гена тРНК , так что кодирующая последовательность гена тРНК остается интактной после интеграции профага . Фаг T12 является первым примером фага из грамположительного хозяина с низким содержанием GC, который использует такой тип сайта интеграции. [2] [6]
Такие заболевания, как скарлатина и синдром стрептококкового токсического шока, вызываются лизогенизированными штаммами стрептококков, продуцирующими speA. Заболевания представляют собой системные реакции на циркулирующие в организме вещества. [13]
Скарлатина , также известная как скарлатина , получила такое название из-за характерной ярко-красной сыпи, которую она вызывает. Чаще всего это встречается у детей в возрасте от четырех до восьми лет. [ нужна цитата ]
Первой стадией скарлатины обычно является острый фарингит ( стрептококковый фарингит ), характеризующийся болью в горле, лихорадкой, головной болью, а иногда и тошнотой и рвотой. Через два-три дня после этого появляется диффузная эритематозная сыпь , имеющая консистенцию наждачной бумаги. Сыпь сначала появляется на шее, затем распространяется на грудь, спину и конечности тела. Желтовато-белый налет покрывает язык, а затем отслаивается, оставляя язык клубничного цвета и опухшие сосочки. Сыпь исчезает через пять-шесть дней от начала заболевания, после чего появляется шелушение кожи, особенно на кистях и стопах. [14] [15]
Пенициллин , антибиотик , является препаратом выбора для лечения скарлатины, как и любой другой инфекции, вызванной S. pyogenes . Тем, у кого аллергия на пенициллин, можно использовать антибиотики эритромицин или клиндамицин . Однако сообщалось о редких случаях устойчивости к этим препаратам. [16]
При синдроме стрептококкового токсического шока (StrepTSS) speA, продуцируемый инфицированными стрептококковыми штаммами, действует как суперантиген и взаимодействует с моноцитами и Т-лимфоцитами человека , индуцируя пролиферацию Т-клеток и выработку монокинов (например, фактора некроза опухоли α , интерлейкина 1 , интерлейкина 6 ). и лимфокины (например, фактор некроза опухоли β, интерлейкин 2 и гамма-интерферон). Эти цитокины (TNFα, TNFβ), по-видимому, опосредуют лихорадку, шок и органную недостаточность, характерные для заболевания. [13] [17] [18]
Стрептококковый СТШ — это острое лихорадочное заболевание, которое начинается с легкого вирусоподобного синдрома, характеризующегося лихорадкой, ознобом, миалгией , диареей, рвотой и тошнотой и включает незначительную инфекцию мягких тканей, которая может прогрессировать до шока, полиорганной недостаточности и смерти. . [18]
Пенициллин является эффективным средством лечения легкой инфекции, но в тяжелых случаях он менее эффективен. Новые методы лечения стрептококкового СТШ включают клиндамицин и внутривенное введение гамма-глобулина . [18]
Присутствие лизогенного бактериофага Т12 можно проверить с помощью анализа бляшек , если используемый индикаторный штамм чувствителен к тестируемому фагу. Анализ бляшек заключается в наливании мягкого раствора агара с индикаторным штаммом на чашку с агаром. Индикаторный штамм должен представлять собой штамм бактерий, который может быть инфицирован фагом, который необходимо обнаружить. После того, как мягкий агар застыл, образцы, проверяемые на наличие фагов, раскладывают на чашки с мягким агаром. Затем планшеты инкубируют в течение ночи и на следующий день проверяют на наличие просветлений (бляшек). Если фаг присутствует, индикаторные штаммы заражаются и проходят нормальный лизогенный цикл, пока чашки инкубируются, а затем подвергаются лизису . Бляшка , которая определяет, присутствует ли фаг или нет, возникает в результате лизиса индикаторных штаммов. Титры бляшек можно определить путем разведения образцов и подсчета бляшкообразующих единиц (БОЕ). [19]
Биохимические тесты, такие как Саузерн-блоттинг, также можно использовать для обнаружения speA, который фаг продуцирует из гена spe A. Это было сделано в ходе исследования Джонсона, Томаи и Шливерта в 1985 году путем выделения ДНК штаммов стрептококков и проведения рестрикционного расщепления с использованием BglII . После завершения гидролиза образцы ДНК помещали в гель для отделения ДНК. ДНК из этого геля затем переносили на нитроцеллюлозную бумагу и инкубировали с зондами, специфичными для speA. Изображение этого южного пятна можно увидеть в этой статье. [5]
Бактериофаги очень легко распространяются. [20] При более низких воздействиях ультрафиолетовый свет может усилить выработку как фага Т12, так и speA. [4] Более длительное воздействие ультрафиолета может убить фаг. Ультрафиолетовый свет подвергает стрессу лизогенные бактерии, что приводит к размножению фагов и разрушению бактериальных клеток-хозяев. [21] В случае Т12 воздействие УФ-излучения увеличивает размножение бактериофага Т12 за 20 секунд воздействия. Через 20 секунд воздействия УФ-свет начинает убивать бактериофаг, повреждая его геном . [22]