Bakteriofaglar yoki faglar (qadimgi yunoncha φᾰ́γω — «yeyman, yutaman» so‘zidan) — viruslarning taksonomik bo‘lmagan guruhi bo‘lib, bakterial hujayralarni zararlaydi. Ilgari “bakteriofaglar” deb arxeylar viruslari ham atalgan, biroq hozir bu atama odatda faqat bakteriyalar viruslariga nisbatan qo‘llanadi. Bakteriofaglar, boshqa barcha viruslar kabi, xo‘jayin hujayra ichida ko‘payadi. Ko‘pchilik bakteriofaglar avlodi zararlangan bakterial hujayraning lizisi orqali tashqariga chiqadi, ammo ayrim guruhlarda (masalan, ipchasimon faglarda) virus zarrachalari hujayrani buzmasdan chiqadi va hujayra yashovchanligicha qoladi.
Bakteriofagning virus zarrachasi, ya’ni virion, odatda oqsilli qobiq va genetik materialdan — bir zanjirli yoki ikki zanjirli nuklein kislotasidan (DNK yoki kamroq hollarda RNK) iborat bo‘ladi. Ko‘pchilik tabiiy yashash muhitlarida bakteriofaglar soni taxminan bakteriyalar soniga teng yoki undan 2–10 baravar ko‘p bo‘ladi; Yer biosferasida fag zarrachalarining umumiy miqdori 1030–1032 zarrachani tashkil etadi.
Bakteriofaglar kimyoviy modda va energiya aylanishida faol qatnashadi, mikroblar hamjamiyatlarining tarkibi, dinamikasi va faolligiga sezilarli ta’sir ko‘rsatadi, mikroblar evolyutsiyasiga, ularning o‘zaro hamda ko‘p hujayrali organizmlar bilan munosabatlariga ta’sir qiladi va hatto mikroorganizmlarning o‘z genlari ekspressiyasi nazoratida ham ishtirok etadi.
Bakteriyalarda bakteriofaglar bilan umumiy kelib chiqishga ega bo‘lgan, mikroblar tomonidan o‘z ehtiyojlari uchun “moslashtirilgan” ko‘plab genetik elementlar va ular kodlaydigan molekulyar tuzilmalar ham mavjud: nuqsonli profaglar, R va F turlaridagi bakteriotsinlar, AFP-profaglar (inglizcha antifeeding prophage — “oziqlanishga xalaqit beruvchi profaglar”), VI-tur sekretsiya tizimlari (T6SS), qisqaruvchan tizimlar, metamorfoz bilan bog‘liq qisqaruvchan tizimlar (MAC), genlarni ko‘chirish agentlari (GTA — gene transfer agents) va boshqalar.
Bakteriofaglar, shuningdek bakteriyalarning antivirus (faglarga qarshi) tizimlari zamonaviy genetik muhandislik va qator boshqa texnologiyalar asbob-uskunalarining katta qismini yaratishda manba bo‘lib xizmat qilgan.
Tarix
XIX asr oxiriga kelib mikrobiologiya ancha rivojlangan fan edi: unda ko‘plab tadqiqotchilar, shuningdek klinikalarda va ayrim ishlab chiqarishlarda ishlovchi amaliy bakteriolog-mutaxassislar faoliyat yuritar edi. Bundan tashqari, XX asr boshlariga kelib viruslar (o‘sha davr terminologiyasida “filtrlanadigan viruslar”) allaqachon ma’lum edi: 1892 yilda Dmitriy Ivanovskiy tamaki mozaikasi virusini kashf etdi, 1898 yilda esa Fridrix Lyoffler va Paul Frosh oyoq-og‘iz kasalligi (yashchur) virusini tasvirlab berdi. Ehtimol, ko‘plab tadqiqotchilar bakteriofagiya hodisasiga duch kelgan bo‘lishi mumkin. 1915 yilgacha chiqqan, bakteriofagiyaga o‘xshash ta’sirlar haqida xabar beruvchi bir necha o‘nlab maqolalar ma’lum; shular jumlasidan N. F. Gamaleyaning 1897 yildagi kuzatuvlarini eslash mumkin: u ko‘chirib o‘tkaziladigan agent ta’sirida bakteriyalarning (kuydirgi tayoqchasining) lizis hodisasini qayd etgan.
1915 yilda ingliz mikrobiologi Frederik Tuort stafilokokk koloniyalarining “shishasimon” (steklovid) o‘zgarishi deb ataladigan hodisani tasvirladi. Bu hodisaning qo‘zg‘atuvchisi farfor bakterial filtrlardan o‘tar va uni bir koloniyadan boshqasiga ko‘chirish mumkin edi. Tuort bu agentni bakteriyalarni zararlovchi virus sifatida ta’rifladi va hatto viruslarning dokletkali (hujayragacha bo‘lgan) hayot shakllaridan kelib chiqqan bo‘lishi mumkinligi haqida taxmin ham ilgari surdi.
Frederik Tuortdan mustaqil ravishda, fransuz-kanadalik mikrobiolog Feliks d’Errel 1917 yilda dizenteriya qo‘zg‘atuvchisi virusini kashf etganini ma’lum qildi va uni “bakteriofag” deb atadi. D’Errelning eng muhim yutug‘i qattiq ozuqa muhitidagi uzluksiz bakterial o‘sish qatlamida (deb ataluvchi bakterial gazonda) fagning suyultirilgan suspenziyasi ta’sirida paydo bo‘ladigan steril dog‘lar (blyashkalar)ni bakteriofagning alohida “manfiy koloniyalari” sifatida to‘g‘ri talqin qilganidadir. D’Errel ko‘p hollarda blyashka bitta fag zarrachasidan hosil bo‘lishini to‘g‘ri xulosa qildi; bu, birinchidan, fagning korpuskulyar (zarrachali) tabiatiga ishora qilar edi (minimal ta’sir qiluvchi konsentratsiyaga ega eruvchan toksin haqidagi gipotezaga qarshi), ikkinchidan esa faol fag zarrachalari konsentratsiyasini (aniqrog‘i, blyashka hosil qiluvchi birliklarni) amaliy o‘lchash imkonini berdi. Faglarni oddiy vizual kuzatish va ekish usuli bilan ularning konsentratsiyasini aniqlash imkoniyati bakteriofaglar tabiatini keyingi tadqiqotlarda hal qiluvchi rol o‘ynadi.
D’Errel bakteriofagiya hodisasini kashf etgach, inson va hayvon ichagida yashovchi bakteriofaglar patogen bakteriyalarda ko‘payishga moslasha olishi va tabiiy immunitetda muhim rol o‘ynashi, kasal organizmning sog‘ayishini o‘sha davrda ma’lum bo‘lgan hujayraviy va gumoral immun omillaridan ham ko‘proq darajada ta’minlashi mumkinligi haqidagi ta’limotni rivojlantirdi. Bu qarash d’Errel va uning tarafdorlari bilan Jyul Borde hamda uning maktabi o‘rtasida keskin ilmiy qarama-qarshilikni keltirib chiqardi: Borde maktabi bakteriofagiya ma’lum bir parazitning ta’siri natijasi emas, balki bakteriyalarning ichki “fiziologik nomutanosibligi” oqibatida yuzaga keladi, deb isbotlashga uringan. Bu bahslar bakteriofagiya muammosiga ayrim olimlar e’tiborini jalb qilgan bo‘lsa-da, d’Errelning bakteriofagni ultramikroskopik organizm sifatida ko‘rish haqidagi qarashlarining keng tan olinishi biroz kechikdi. Bu tortishuvlar faqat elektron mikroskop qo‘llanilishi tufayli, 1940-yillar boshida bakteriofag virionlarini bevosita ko‘rish imkoniyati paydo bo‘lgach, yakuniy hal etildi.
Shunga qaramay, 1922 yildayoq amerikalik genetik German Myoller d’Errel va Borde maktabi xodimi Andre Gratsia natijalariga tayangan holda “d’Errel tanachalari” (bakteriofaglar) uzatilishi mumkin bo‘lgan genlar ekanini taxmin qildi (zamonaviy tilda aytganda, bakteriofaglar uzatiladigan genetik dastur, degan fikrni ilgari surdi). Myoller fikricha, bu “gen muammosiga mutlaqo yangi burchakdan hujum qilish” imkonini beradi va genetiklar tez orada “genlarni hovonchada ezishi yoki pechda pishirishi” ham mumkin bo‘lib qoladi, degan umidni uyg‘otadi.
1940-yillar — 1950-yillar boshida “fag guruhi” deb atalgan yo‘nalish (norasmiy yetakchisi Maks Delbryuk) hamda Djoshua Lederberg guruhi va boshqa tadqiqot jamoalari ishlari natijasida bu gipoteza to‘liq tasdiqlandi. 1930–1950-yillarda ko‘plab tadqiqotchilar lizogeniya mexanizmlarini ochishga ham ishladi: lizogeniya d’Errel va Borde tomonidan birinchi bor tasvirlangan, biroq ular kuzatuvlarini to‘g‘ri talqin qila olmagan. Muammo nihoyat Fransiyada Andre Lvov guruhi va D. Lederberg ishlari natijasida hal etildi. Ular profag — mo‘tadil bakteriofagning genetik materiali — har bir lizogen hujayrada mavjud bo‘lishini, biroq faqat ayrim hollarda “induksiya” jarayonida namoyon bo‘lishini ko‘rsatdi. Bundan tashqari, profaglar hujayrada shunchaki mavjud bo‘lib qolmasdan, uning genetik apparatiga — xromosomasiga integratsiyalanishi ham namoyish etildi. Bu ishlar (o‘sha davrda rivojlanayotgan bakteriyalar genetikasi tadqiqotlari bilan birga) molekulyar genetika va molekulyar biologiya asoslarini yaratdi hamda virusni uzatiladigan genetik dastur sifatida tushunishning zamonaviy konsepsiyasiga, shuningdek provirus — ayrim viruslarning hujayra genomiga integratsiyalangan, vaqtincha “uyqudagi” shakli konsepsiyasiga olib keldi.
Bakteriofag tabiatiga oid pioner tadqiqotlaridan tashqari, F. d’Errel in vitro olingan bakteriofagni bakterial infeksiyalarni davolash vositasi sifatida qo‘llashni ham taklif etgan. Bu yondashuv “fag terapiyasi” deb ataladi. D’Errelning o‘z xabarlariga ko‘ra, fag terapiyasi usuli uning amaliyotida juda yuqori samaradorlik bilan ajralib turgan va 1920–1930-yillarda bu texnologiya G‘arbda ham, SSSRda ham nihoyatda ommalashgan. Biroq bakteriofaglar bilan davolashning beqaror natijalari, shuningdek sulfanilamid preparatlari va antibiotiklar paydo bo‘lishi G‘arb tibbiyotida fag terapiyasiga qiziqishning deyarli yo‘qolishiga olib keldi. SSSRda (mamlakat parchalangach esa Rossiya va Gruziyada) bu usul qo‘llanishda davom etdi. 2010–2020-yillarda fag terapiyasi bakterial infeksiyalarga qarshi kurashning istiqbolli usuli sifatida qayta ko‘rib chiqilmoqda; u antibiotiklarga chidamlilik tarqalishi tufayli yuzaga kelgan global inqiroz oqibatlarini yumshatishga potensial yordam berishi mumkin.
Sun’iy yaratish
Evo nomli sun’iy intellekt modeli ikki million bakteriofag asosida o‘qitilgan. Tajriba uchun olimlar phiX174 bakteriofagini tanlagan. Evo sun’iy intellekti virus genomlarining yuzlab variantlarini generatsiya qilgan. 302 variantdan 16 tasi funksional deb topilgan: ular ichak tayoqchasi (E. coli)ga hujum qilgan, replikatsiya (nusxa ko‘paytirish)ni va bakteriyalarni buzishni namoyish etgan.
Bakteriofaglar tuzilishi
Bakteriofaglar kimyoviy tuzilishi, nuklein kislota turi, morfologiyasi va bakteriyalar bilan o‘zaro ta’sir xususiyatiga ko‘ra farqlanadi. O‘lchami bo‘yicha faglar mikroblar hujayralaridan yuzlab va minglab marta kichik.
Tipik fag zarrachasi (virion) bosh qism va dumdan iborat. Dum uzunligi odatda bosh diametridan 2–4 marta katta bo‘ladi. Bosh qismida genetik material — bir zanjirli yoki ikki zanjirli RNK yoki DNK va nofaol holatdagi transkriptaza fermenti bo‘lishi mumkin; u hujayradan tashqarida genomni saqlab turuvchi oqsilli yoki lipoproteinli qobiq — kapsid bilan o‘ralgan bo‘ladi.
Nuklein kislota va kapsid birgalikda nukleokapsidni tashkil etadi. Bakteriofaglarda ko‘p nusxadagi bir yoki ikki maxsus oqsildan yig‘ilgan ikosaedral kapsid bo‘lishi mumkin. Odatda burchaklar oqsilning pentamerlaridan, har bir yon tomonga tayanch esa o‘sha yoki o‘xshash oqsilning geksamerlaridan iborat bo‘ladi. Bundan tashqari, faglar shaklan sferik, limonsimon yoki pleyomorf bo‘lishi ham mumkin.
Dum (yoki o‘simta) oqsilli trubkadan iborat bo‘lib, bosh qismidagi oqsilli qobiqning davomi hisoblanadi; dum asosida genetik materialni “in’eksiya” qilish uchun energiyani qayta ta’minlaydigan ATFaza bo‘ladi. Qisqa dumli, dumsiz va ipchasimon bakteriofaglar ham mavjud.
Bosh qismi dumaloq, geksagonal yoki tayoqchasimon bo‘lib, diametri 45–140 nm. Dum o‘simtasi qalinligi 10–40 nm, uzunligi 100–200 nm. Ayrim bakteriofaglar dumaloq, boshqalari ipchasimon bo‘lib, o‘lchami 8×800 nm ga yetadi. Nuklein kislota ipining uzunligi bosh qismi o‘lchamidan bir necha bor katta: u bosh ichida o‘ralgan holatda bo‘ladi va 60–70 mkm gacha yetishi mumkin. Dum o‘simtasi ichi bo‘sh trubka ko‘rinishida bo‘lib, mushak oqsillariga o‘xshash qisqaruvchan oqsillarni tutuvchi g‘ilof bilan o‘ralgan. Ayrim viruslarda g‘ilof qisqara oladi va sterjenning bir qismini ochib beradi. Ko‘p bakteriofaglarda dum uchida bazal plastinka bo‘ladi; undan bakteriyaga birikishga yordam beruvchi ingichka uzun tolalar chiqadi. Fag zarrachasidagi oqsil umumiy miqdori 50–60%, nuklein kislotalar esa 40–50% ni tashkil etadi.
Faglar, barcha viruslar kabi, hujayra ichki parazitlaridir va mustaqil ko‘paya olmaydi. Mos xo‘jayinda o‘z reproduksiyasini ishga tushirish uchun barcha axborotni tutsa-da, ularda energiya ishlab chiqarish mexanizmlari hamda oqsil sintezi uchun ribosomalar yo‘q. Ma’lum fag genomlari o‘lchami bir necha mingdan 498 ming juft asosgacha o‘zgaradi (batsillalarni zararlovchi G fagi genomi). Metagenomik tadqiqotlarda uzunligi 735 ming juft asoslarga yetuvchi fag genomlari ham tasvirlangan.
Bakteriofaglar tasnifi
Ushbu bo‘limdagi ma’lumotlar eskirgan. Siz loyihaga yordam berib, uni yangilashingiz va shundan so‘ng ushbu shablonni olib tashlashingiz mumkin. (1 avgust 2021)
Ajratib olingan va o‘rganilgan bakteriofaglar sonining juda ko‘pligi ularni tizimlashtirish zaruratini belgilaydi. Bu bilan Viruslar taksonomiyasi bo‘yicha xalqaro qo‘mita (ICTV) shug‘ullanadi. Hozirda Viruslarning xalqaro klassifikatsiyasi va nomenklaturasiga ko‘ra, bakteriofaglar nuklein kislota turi va morfologiyasiga qarab ajratiladi.
Hozirgi paytda o‘n to‘qqizta oila ajratiladi. Ularning faqat ikkitasi RNK-tutuvchi, va faqat beshta oilada qobiq (membrana) mavjud. DNK-tutuvchi viruslar oilalaridan faqat ikkitasi bir zanjirli genomga ega. To‘qqizta DNK-tutuvchi oilada genom halqasimon DNK ko‘rinishida, yana to‘qqiztasida esa chiziqli DNK ko‘rinishida bo‘ladi. 2000 yilda to‘qqizta oila faqat bakteriyalar uchun xos, qolgan to‘qqiztasi esa faqat arxeylar uchun xos, Tectiviridae oilasi vakillari esa bakteriyalarni ham, arxeylarni ham zararlashi qayd etilgan.``````
| Tartib | Oila | Morfologiya | Nuklein kislotasi | Misol |
|---|---|---|---|---|
| Caudovirales | Myoviridae | Qobiqsiz, qisqaruvchan dum | Chiziqli ikki zanjirli DNK | T4 fagi, μ fagi, PBSX, P1Puna-like, P2, I3, Bcep 1, Bcep 43, Bcep 78 |
| Siphoviridae | Qobiqsiz, qisqarmaydigan dum (uzun) | Chiziqli ikki zanjirli DNK | λ fagi, T5 fagi, C2, L5, HK97, N15 | |
| Podoviridae | Qobiqsiz, qisqarmaydigan dum (qisqa) | Chiziqli ikki zanjirli DNK | T7 fagi, T3 fagi, P22, P37 | |
| Ligamenvirales | Lipothrixviridae | Qobiq bilan, tayoqchasimon | Chiziqli ikki zanjirli DNK | Acidianus filamentous virus 1–3, 6–9 |
| Rudiviridae | Qobiqsiz, tayoqchasimon | Chiziqli ikki zanjirli DNK | Sulfolobus islandicus rod-shaped virus 1, 2 | |
| Noma’lum | Ampullaviridae | Qobiq bilan, shishasimon (butilkasimon) | Chiziqli ikki zanjirli DNK | |
| Bicaudaviridae | Qobiqsiz, limonsimon | Halqasimon ikki zanjirli DNK | ||
| Clavaviridae | Qobiqsiz, tayoqchasimon | Halqasimon ikki zanjirli DNK | ||
| Corticoviridae | Qobiqsiz, izometrik | Halqasimon ikki zanjirli DNK | ||
| Cystoviridae | Qobiq bilan, sferik | Segmentlangan ikki zanjirli RNK | ||
| Fuselloviridae | Qobiqsiz, limonsimon | Halqasimon ikki zanjirli DNK | ||
| Globuloviridae | Qobiq bilan, izometrik | Chiziqli ikki zanjirli DNK | ||
| Guttaviridae | Qobiqsiz, tuxumsimon | Halqasimon ikki zanjirli DNK | ||
| Inoviridae | Qobiqsiz, ipchasimon | Halqasimon bir zanjirli DNK | M13 | |
| Leviviridae | Qobiqsiz, izometrik | Chiziqli bir zanjirli RNK | MS2, Qβ | |
| Microviridae | Qobiqsiz, izometrik | Halqasimon bir zanjirli DNK | ΦX174 | |
| Plasmaviridae | Qobiq bilan, pleyomorf | Halqasimon ikki zanjirli DNK | ||
| Tectiviridae | Qobiqsiz, izometrik | Chiziqli ikki zanjirli DNK |
Hayotiy sikl
Bakteriofagning bakterial hujayra bilan o‘zaro ta’siri xarakteriga ko‘ra virulent va mo‘tadil faglar farqlanadi. Virulent faglar soni faqat litik sikl orqali ko‘payishi mumkin. Mo‘tadil bakteriofaglar esa hujayra bo‘lingach profag holatida qoladi (ya’ni lizogen sikl).
Mo‘tadil va virulent bakteriofaglarning bakterial hujayra bilan o‘zaro ta’sirining boshlang‘ich bosqichlari bir xil. Bakteriofaglar bakterial hujayra yuzasidagi fagga xos retseptorlarga birikadi. Dum uchidagi fermentlar (asosan lizotsim) yordamida dum hujayra qobig‘ini mahalliy ravishda eritadi, qisqaradi va bosh qismidagi DNK hujayraga “in’eksiya” qilinadi; bunda bakteriofagning oqsilli qobig‘i tashqarida qoladi.
Litik sikl ishga tushganda in’eksiya qilingan DNK hujayra metabolizmini to‘liq qayta quradi: bakterial DNK, RNK va oqsillar sintezi to‘xtaydi. Fag nuklein kislotasi replikatsiyalanadi. Bakteriofag DNKsi replikatsiyasi yarim konservativ mexanizm bo‘yicha boradi va fagning o‘z DNK-polimerazalari ishtirokida amalga oshadi. Bakteriofag DNKsi o‘z transkriptaza fermenti yordamida transkripsiyalanishni boshlaydi; bu ferment bakterial hujayraga kirgach faollashadi. Avval erta, so‘ng kech mRNKlar sintezlanadi va xo‘jayin hujayra ribosomalariga boradi; u yerda mos ravishda erta oqsillar (DNK-polimerazalar, nukleazalar) va kech oqsillar (kapsid va dum oqsillari, lizotsim, ATFaza va transkriptaza fermentlari) sintezlanadi. Kech oqsillar sintezi va DNK replikatsiyasi tugagach yakuniy jarayon — fag zarrachalarining yetilishi, ya’ni fag DNKsi bilan qobiq oqsillarining qo‘shilishi va yetuk infeksion fag zarrachalarining hosil bo‘lishi sodir bo‘ladi. Bu jarayon bir necha daqiqadan bir necha soatgacha davom etishi mumkin. So‘ng hujayra lizisga uchraydi va yangi yetuk bakteriofaglar ajralib chiqadi.
Lizogen sikl ishga tushganda fagning genetik materiali xo‘jayin hujayraning genetik tizimi bilan qaytar (reversiv) tarzda o‘zaro ta’sirlashadi: xromosomaga integratsiyalanadi yoki plazmida ko‘rinishida saqlanadi. Shunday qilib, virus genomi xo‘jayin DNKsi va hujayra bo‘linishi bilan sinxron replikatsiyalanadi, bunday holatdagi bakteriofag profag deb ataladi. Profag tutuvchi bakteriya muayyan sharoitlarda yoki spontan ravishda profag litik siklni boshlashga “rag‘batlantirilmaguncha” lizogen bo‘lib qoladi. Lizogeniyadan lizisga o‘tish lizogen induksiya yoki profag induksiyasi deb ataladi. Induksiyaga xo‘jayin hujayraning induksiyadan oldingi holati, oziqa moddalari mavjudligi va induksiya paytidagi boshqa sharoitlar kuchli ta’sir qiladi. O‘sish uchun kambag‘al sharoitlar lizogen yo‘lni, yaxshi sharoitlar esa lizis reaksiyasini qo‘llab-quvvatlaydi. Spontan induksiya holatlari ham ma’lum. Inoviridae oilasiga mansub mo‘tadil faglar xo‘jayin hujayralarni o‘ldirmasdan, barqaror ko‘payishi mumkin.
Bakteriofaglarning spetsifikligi
Alohida bakteriofaglarning faollik doirasi (inglizcha host range) ko‘pincha bakteriyaning ma’lum bir turiga mansub shtammlar bilan cheklanadi. Biroq turli taksonlardagi bakteriyalarga nisbatan faol bo‘la oladigan polivalent bakteriofaglar ham mavjud. Masalan, Autographiviridae oilasiga mansub ko‘plab faglarning litik faollik spektrlari turli turlarni o‘z ichiga oladi, biroq baribir bakteriyalarning tur ichidagi xilma-xilligidan faqat kichik qismini qamrab oladi. Bakteriofaglar faollik spektrining quyidagi turlari farqlanadi: adsorbsion, transduktiv, bakteritsid, produktiv, blyashka hosil qiluvchi va lizogen. Blyashka hosil qiluvchi faollik spektri fagning bakterial gazonda blyashkalar hosil qila olish qobiliyati bilan belgilanadi.
Shu bilan birga, fag zarrachalari “hosili” (chiqishi) kam bo‘lganda produktiv infeksiya bakterial gazonda blyashkalar hosil bo‘lmasdan ham mumkin. Bakterial gazonda litik faollikni tekshirishning keng tarqalgan usuli virus ko‘paymasdan turib ham bakterial hujayralar lizisi yuz berishi tufayli soxta musbat natijalar berishi mumkin. Bunday lizis bakterial hujayraga ko‘p miqdorda fag zarrachalari adsorbsiyalanishi yoki fag preparatidagi erkin endolizinlar va bakteriotsinlar faolligi oqibatida sodir bo‘lishi mumkin. Natijada laboratoriyada aniqlanadigan faollik spektri qo‘llanilgan metodikaga bog‘liq bo‘ladi. 2021 yilgi tadqiqotda Herelleviridae oilasiga mansub beshta bakteriofag S. aureus shtammlarining 51–60 foizida blyashkalar hosil qilgan. Biroq suyuq muhitda bakteriyalar bilan birga bir sutka davomida qo‘shma kultivatsiyada ayni faglar o‘sha to‘plamdagi shtammlarning atigi 2–49 foizida o‘sishni bostira olgan.
Biosferada bakteriofaglarning roli
Bakteriofaglar biosferada eng ko‘p sonli, eng keng tarqalgan va ehtimol, evolyutsion jihatdan eng qadimiy viruslar guruhi hisoblanadi. Tabiiy sharoitlarda faglar ularga sezgir bakteriyalar bor joylarda uchraydi; ayrim ekotizimlarda, masalan suv havzalarida, fag zarrachalari soni bakteriyalar sonidan 2–10 baravar ko‘p bo‘lishi mumkin — manba ko‘rsatilmagan (830 kun). Odatda, muayyan substrat (tuproq, inson va hayvon ajratmalari, suv va hokazo) mikroorganizmlarga qanchalik boy bo‘lsa, unda mos faglar shunchalik ko‘p uchraydi, biroq istisnolar ham bor — manba ko‘rsatilmagan (830 kun). Global faglar populyatsiyasining taxminiy o‘lchami 1030 dan ortiq fag zarrachalarini tashkil etadi.
Bakteriofaglar mikrob populyatsiyalari sonini nazorat qiladi; suv muhitlarida fag infeksiyasining bakteriyalar o‘limiga qo‘shgan ulushi bilvosita o‘lchashlarga ko‘ra 10–20 foizni tashkil etadi. Bundan tashqari, ular irsiy materialning gorizontal ko‘chishini amalga oshirib, bakterial genomga yangi genlar yoki mavjud genlarning yangi variantlarini olib kiradi. Bunday ko‘chish transduktsiya yoki lizogen konversiya orqali sodir bo‘lishi mumkin. Mo‘tadil bakteriofaglar lizogen holatda xo‘jayinlariga genetik jihatdan o‘xshash faglar tomonidan lizisga uchrashga chidamlilik beradi. “O‘z” bakteriyalarining o‘sishiga juda oz ta’sir ko‘rsatar ekan, bakteriofaglar raqobatchi shtammlarni bostirishi mumkin, shu tariqa raqobat kurashida qurol vazifasini o‘taydi. Hisob-kitoblarga ko‘ra, prokariotlar genomlarining 75 foizida profag ketma-ketliklari mavjud.
Chuchuk suv va tuproq yashash muhitlarida bakteriofaglarga sezgirlik monitoringi bakteriyalar va viruslarning doimiy qo‘shma evolyutsiyasi jarayonlari mavjudligini aniqladi: bunda bakteriyalar fagga chidamlilik (fagorezistentlik)ni orttiradi, bakteriofaglar esa uni yengib o‘tadi. Faglar odatda xo‘jayinga nisbatan tor spetsifik bo‘lgani uchun har bir shtammning mikrob hujayralari va ularga qarshi faol bakteriofaglarning mutlaq konsentratsiyasi past bo‘lishi mumkin (garchi barcha bakteriyalar va barcha faglar umumiy konsentratsiyasi yetarlicha yuqori bo‘lishi mumkin). Natijada aralashib turadigan tizimlarda kill-the-winner (g‘olibni “o‘ldirish”) mexanizmi ishlaydi: bunda muayyan bakterial populyatsiyaga fag infeksiyasi bosimi uning zichligi oshgani sayin ortadi. Ya’ni faglar ekologik jihatdan muvaffaqiyatliroq turlar va shtammlar o‘limiga minor populyatsiyalarga qaraganda ko‘proq hissa qo‘shadi.
Bundan tashqari, bakterial hujayra bakteriofag tomonidan lizisga uchraganda, bakteriya biomassasining katta qismi mayda dispersiyali eruvchan organik modda ko‘rinishiga o‘tadi va boshqa geterotrof bakteriyalar uchun ozuqa bo‘ladi. Natijada fag infeksiyasi nafaqat eng moslashgan turlar ko‘payishini cheklaydi, balki organik moddaning qayta taqsimlanishiga ham olib keladi. Mavjud modellarga ko‘ra, dengiz ekotizimlarida organik moddaning birlamchi mahsuldorligining 26 foizigacha qismi virusli (asosan fagli) lizis natijasida eruvchan organik modda “havzasi”ga tushadi. Shunday qilib, fag infeksiyasi hech bo‘lmaganda ayrim ekotizimlarda bakteriyalar xilma-xilligini saqlab turadi va ularning metabolik faolligini rag‘batlantiradi. Hayvonlarning shilliq ishlab chiqaruvchi to‘qimalari bilan bog‘liq mikrob hamjamiyatlarida (masalan, korall riflarida yoki sutemizuvchilar ichagida) bakteriyalar sonining yuqoriligi mo‘tadil faglarning lizogen holatga o‘tishini kuchaytiradi va lizogen konversiya litik sikldan ustun bo‘ladi. Buning oqibatlari — lizogenlarning fag infeksiyasiga chidamliligi ortishi va eng ko‘p uchraydigan bakteriyalarning faglar tomonidan ustuvor ko‘paytirilishi bo‘lib, bu ko‘payish ularning halok bo‘lishi bilan kechmaydi. Viruslar va bakteriyalar o‘rtasidagi bunday munosabatlar piggyback-the-winner (g‘olibni “minib olish”) modeli bilan tasvirlanadi. Bakterial va fag populyatsiyalari o‘zaro ta’sirini tasvirlash uchun kill-the-competitor (raqibni “o‘ldirish”), arms-race dynamics (qurollanish poygasi dinamikasi) va fluctuating-selection dynamics (tebranib turuvchi tanlanish dinamikasi) modellari ham qo‘llanadi.
Bakteriofaglar quruqlik ekotizimlarida ham sezilarli miqdorda mavjud. Turli tuproq mikroorganizmlari hujayralarini lizis qiluvchi faglar tuproqlarda uchraydi. Ayniqsa aniqlashtirish kerak faglarga qora tuproqlar (chernozem) va organik o‘g‘itlar solingan tuproqlar boy — manba ko‘rsatilmagan (830 kun). Deyarli to‘liq bakteriofaglardangina iborat virus hamjamiyatlari (viromlar) inson va hayvonlar tanasining mikrobiomi bilan ham bog‘liq; aniqlashtirish kerak ichak viromlari ayniqsa ko‘p sonli va xilma-xil ekani ta’kidlanadi. Ichak viromi makroorganizm gomeostazida muhim rol o‘ynashi aniqlashtirish kerak, shuningdek ayrim kasalliklar patogenezida ham ishtirok etishi aniqlashtirish kerak.
Yuqori darajadagi ixtisoslashuv, uzoq muddat mavjud bo‘lish va mos xo‘jayinda tez ko‘payish qobiliyati faglarning har qanday tabiiy ekotizimda bakteriyalar turlarining keng xilma-xilligi orasida dinamik muvozanatda saqlanishiga yordam beradi. Mos xo‘jayin bo‘lmaganda ham ko‘plab faglar o‘nlab yillar davomida infeksiyalash qobiliyatini saqlab qolishi mumkin, biroq real ekotizimlarda virus zarrachalarining yarim yemirilish muddati bir necha soatdan bir necha sutkagacha bo‘ladi. Fag zarrachalari ultrabinafsha nurlanish ta’sirida inaktivlanadi, turli zarrachalar bilan qaytmas bog‘lanishi mumkin, fiziologik jihatdan nofaol yoki o‘lik bakteriya hujayralarining noproduktiv infeksiyasi natijasida nobud bo‘ladi, ayrim sodda hayvonlar tomonidan “yeb qo‘yilishi” mumkin, va boshqa ko‘plab omillar ta’sirida parchalanadi. Ko‘p hollarda fag zarrachalarining sutkalik ishlab chiqarilishi ularning parchalanishi bilan muvozanatlanadi.
Faglarni ajratib olish usullari
To‘g‘ridan-to‘g‘ri usul
Faglar tekshirilayotgan materialning filtratlarida olinadi va o‘rganiladi. Fagning mavjudligi va faolligi unga sezgir kulturaning lizisi orqali aniqlanadi.
Boyitish usuli
Tayyorlov filtrati mos mikroorganizmlar bulyon kulturasi ichiga kiritiladi. Ekilma inkubatsiya qilinadi — fag kultura hujayralarida ko‘payadi va natijada faol fag zarrachalari soni (ya’ni titr) ortadi. Shundan so‘ng bulyon filtrlanadi va fagning xossalari hamda faolligi aniqlanadi.
Qo‘llanilishi
Biologiyada
Bakteriofaglar gen muhandisligida DNK bo‘laklarini ko‘chiruvchi vektorlar sifatida qo‘llanadi. Ayrim faglar orqali bakteriyalar o‘rtasida genlarning tabiiy uzatilishi ham mumkin (transduktsiya).
Fag vektorlari odatda ikki zanjirli chiziqli DNK molekulasiga ega mo‘tadil λ bakteriofagi asosida yaratiladi. Fagning chap va o‘ng “yelkalari” litik sikl uchun zarur bo‘lgan barcha genlarni (replikatsiya, ko‘payish) o‘z ichiga oladi. λ bakteriofagi genomining o‘rta qismi (lizogeniyani, ya’ni uning bakterial hujayra DNKsiga integratsiyalanishini nazorat qiluvchi genlarni tutadi) ko‘payish uchun muhim emas va taxminan 25 ming nukleotid juftini tashkil etadi. Bu qism begona DNK bo‘lagi bilan almashtirilishi mumkin. Shunday modifikatsiyalangan faglar litik sikldan o‘tadi, ammo lizogeniya yuz bermaydi. λ bakteriofagi asosidagi vektorlar eukariot DNK bo‘laklarini (ya’ni kattaroq genlarni) 23 ming juft nukleotidgacha klonlash uchun ishlatiladi. Bunda insertsiz faglar (38 ming juft nukleotiddan kam) yoki juda katta insertli faglar (52 ming juft nukleotiddan ko‘p) rivojlanmaydi va bakteriyalarni zararlamaydi.
M13 bakteriofagi, T4 fagi, T7 va λ fagi oqsil–oqsil, oqsil–peptid va DNK–oqsil o‘zaro ta’sirlarini fag displeyi usuli bilan o‘rganishda qo‘llanadi.
Bakteriofag faqat tirik hujayralarda ko‘payishi mumkinligi sababli, bakteriofaglar bakteriyalarning yashovchanligini aniqlash uchun ham ishlatilishi mumkin, masalan, hujayra suspenziyalarini elektrooptik tahlil qilish usuli orqali.
Tibbiyotda
Bakteriofaglardan foydalanish sohalaridan biri — antibakterial terapiya bo‘lib, u mustaqil qo‘llanishi yoki antibiotiklar qabul qilishiga qo‘shimcha sifatida ishlatilishi mumkin. Terapevtik maqsadlarda bakteriofaglardan foydalanish ularning yuqori spetsifikligi tufayli qiyin, ammo antibiotikorezistentlik yoki bioplyonkalar shakllanishi bilan asoratlangan infeksiyalarda o‘zini oqlaydi. 2000 yil holatiga ko‘ra bakteriofaglarni terapevtik qo‘llash G‘arbda tasdiqqa ega emas edi, biroq turli mamlakatlarda tegishli huquqiy me’yorlarni ishlab chiqish jarayoni mavjud. 2018 yildan boshlab Belgiyada faglar ekstemporal retseptura konsepsiyasi doirasida ishlab chiqariladi va shifokorlar hamda farmatsevtlarning bevosita javobgarligi ostida qo‘llaniladi. 2020-yilda Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa va Staphylococcus aureusning antibiotiklarga chidamli shtammlari keltirib chiqargan pnevmoniya va bakteriemiyani fagoterapiya yordamida davolash FDA tomonidan ma’qullandi. Tarixiy Sharqiy blokdan tashqarida fagoterapiya markazlari Belgiyada, Isroilda va AQShda faoliyat yuritmoqda. Fagoterapiya kursidan keyin klinik yaxshilanish kuzatilgan davolash qiyin bo‘lgan infeksiyalarning ulushi 79% ga baholandi. Qo‘zg‘atuvchining yo‘q qilinishiga (eradikatsiyaga) nashr etilgan holatlarning 87% ida erishilgan. Fag preparatlari kasalliklarning oldini olish uchun ham ishlatiladi. Shuningdek, oziq-ovqat mahsulotlarini listeriya kabi oziq-ovqatdan zaharlanishni keltirib chiqaradigan bakteriyalarni yo‘q qilish uchun qayta ishlash amaliyoti mavjud. Zamonaviy jahon amaliyotida fagoterapiya bemorlarni antibiotiklar bilan kombinatsiyada shaxsiylashtirilgan davolash uchun ko‘rsatma bo‘lishi va samarali bo‘lishi mumkin. 2022-yil holatiga ko‘ra, bakteriofaglarni shaxsiylashtirilgan holda qo‘llash uchun huquqiy asoslar Rossiyada ham, dunyoning boshqa mamlakatlarida ham deyarli yo‘q. Yevropa Kengashiga a’zo aksariyat mamlakatlar va Rossiya Federatsiyasi hududida bakteriofag preparatlari sifatining farmakopeya standartlari joriy etilgan. 2018-yilda Rossiya farmakopeyasining XIV nashriga "Bakteriofaglar" umumiy farmakopeya maqolasi va alohida bakteriofaglar bo‘yicha 12 ta monografiya (farmakopeya maqolalari) kiritilgan.
O‘simlikshunoslikda
Bakteriofaglar qishloq xo‘jaligi uchun muhim bo‘lgan o‘simlik patogenlariga qarshi kurashda ishlatilishi mumkin. Ularning o‘simliklarni hosil yig‘ishtirishdan oldin va mahsulotni yig‘ib olgandan keyin qayta ishlash uchun qo‘llanilishi mumkinligi ko‘rsatilgan. Samaradorlikni oshirish va bakterial xo‘jayinda rezistentlik (chidamlilik) rivojlanishining oldini olish uchun litik faglarning yuqori titrlari qo‘llaniladi. O‘simliklarni himoya qilish uchun fag preparatlarini qo‘llashdagi to‘siq fag zarrachalarining ultrabinafsha nurlarga sezgirligidir. Faglarning fillosferada (barglar sirtida) yashash davomiyligini oshirish uchun faglar kechqurun qo‘llanilishi mumkin. Barglar yuzasida barqaror fag populyatsiyasini turli yordamchi preparatlar, masalan, faglarning eritmalari bilan aralashtirilgan yog‘siz sut yordamida yaratish mumkin. Shuningdek, o‘simliklar yuzasida faglarning ko‘payishi va omon qolishini ta’minlaydigan patogen bo‘lmagan tashuvchi bakteriyalardan foydalanish ham mumkin. Kartoshkani himoya qilish uchun bakteriofaglar samaradorligini baholash bo‘yicha tajribalarda hosildorlikning besh baravar oshishi ko‘rsatilgan.
