Биология вирусов и бактериофагов микробиология

Причина отравления вод океана.

Американские ученые из штата Мичиган полагают, что в качестве главной причины отравления вод Мирового океана ртутью являются бактерии.

Секрет выживания лягушек.

Американским ученым удалось выяснить, как лягушкам удается продолжать жить даже после глубокой заморозки.

Секрет долголетия ночницы.

Биологи уже давно считают, что продолжительность жизни животного определяется очень просто: чем оно больше, тем дольше живет.

Вирус(лат. - virus - яд) - это особая группа организмов меньших размеров и более простой организации, чем бактерии. Человек встречается с вирусами, прежде всего как с возбудителями наиболее распространенных болезней, поражающих человека, животных, растения и даже одноклеточные организмы - бактерии, грибы и простейшие.

Размер некоторых вирусов всего в несколько раз превышает размер крупных белковых молекул. Исчисляется он в нанометрах. Наиболее мелкими являются вирусы ящура (8-12 нм), вируса гриппа (80-120 нм), одним из наиболее крупных является вирус оспы (120-200 нм).

Вирусы не имеют клеточного строения. Они бывают шарообразной, палочковидной и сперматозоидной формы. Вирусная частица называется вирионом. Она состоит из двух нуклеиновых кислот и белка глобулина. Если она содержит ДНК, то такие вирусы паразитируют у человека и животных. РНК содержится в вирусах растений. Из белка построена одно-двухслойная оболочка, в которой заключена ДНК или РНК.

Вирусы являются внутриклеточными паразитами и размножаются только в живых клетках. Всю работу по производству молекул для вирусного потомства выполняет сама клетка-хозяин, которая предоставляет вирусу все свои возможности для синтеза вирусных белков и нуклеиновых кислот - сырье, ферменты, хорошо отлаженный аппарат для синтеза белка, механизмы транспорта. С зараженной клеткой происходит удивительная метаморфоза: она перестает работать по своей информации и узнавать свои собственные молекулы информационной РНК. Вместо этого клеточные рибосомы связывают вирусные информационные РНК и по их программе синтезируют вирусные белки.

Вирусы обладают разной устойчивостью к внешним воздействиям. Многие инактивируются при температуре 60ºС в течении 30 минут, другие выдерживают температуру 90ºС до 10 минут. Вирусы легко переносят высушивание и низкие температуры, но малоустойчивы ко многим антисептикам, УФЛ, радиоактивным излучениям.

Вирусы бактерий называют бактериофагами

, вирусы грибов - микофагами

Размеры фагов колеблются от 40 до 140 нм. Проникая в клетки, бактериофаги вызывают их лизис- растворение клеточной стенки.

Бактериофаги наносят большой вред в молочной промышленности (производстве сыров, творога, сметаны) и в производстве маргарина. Они поражают в основном молочнокислые стрептококки заквасок, используемых для получения этих продуктов. В антибиотической промышленности актинофаги лизируют производственную культуру актиномицетов - продуцентов антибиотиков.

Некоторые фаги применяют в медицинской практике для профилактики или лечения заболеваний (дизентерии, холеры).

1. Какую группу микроорганизмов невозможно разглядеть обычным световым микроскопом? Что они вызывают?

. В чем исчисляются размеры вирусов?

. Каковы особенности размножения вирусов и фагов?

ТЕМА 2. ФИЗИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Физиология микроорганизмов - наука об их питании, дыхании, росте, развитии, размножении, взаимодействии с окружающей средой и реакциях на внешние раздражители.

Знание физиологии микроорганизмов дает возможность понять, какие изменения происходят в пищевых продуктах, промышленных товарах и материалах при переработке или порче их под действием микробов.

Половые гормоны человека
Введение К половым гормонам человека относятся женские половые гормоны - эстрогены, которые в основном представлены эстрадиолом, и мужские половые гормоны - андрогены. Половые гор .

Гипотеза происхождения живого вещества
Введение Основные признаки живого. Каждый организм представляет собой совокупность упорядоченно взаимодействующих структур, образующих единое целое, т.е. является системой. Живые орг .

Фенетическая структура земноводных местообитаний месторождений песка города Гомеля
Введение Земноводные занимают особое место среди других животных, так как представляют собой первых и наиболее просто организованных наземных позвоночных. Современные земноводные прин .

Открытие вирусов Д.И.Ивановским в 1892г. положило начало развитию науки вирусологии. Более быстрому ее развитию способствовали: изобретение электронного микроскопа, разработка метода культивирования микроорганизмов в культурах клеток.

Слово “вирус” в переводе с латинского- яд (животного происхождения). Этот термин применяют для обозначения уникальных представителей живой природы, не имеющих клеточного (эукариотического или прокариотического) строения и обладающих облигатным внутриклеточным паразитизмом, т.е. которые не могут жить без клетки.

В настоящее время вирусология- бурно развивающаяся наука, что связано с рядом причин:

- ведущей ролью вирусов в инфекционной патологии человека (примеры- вирус гриппа, ВИЧ- вирус иммунодефицита человека, цитомегаловирус и другие герпесвирусы) на фоне практически полного отсутствия средств специфической химиотерапии;

- использованием вирусов для решения многих фундаментальных вопросов биологии и генетики.

Основные свойства вирусов (и плазмид), по которым они отличаются от остального живого мира.

1.Ультрамикроскопические размеры (измеряются в нанометрах). Крупные вирусы (вирус оспы) могут достигать размеров 300 нм, мелкие- от 20 до 40 нм. 1мм=1000мкм, 1мкм=1000нм.

2.Вирусы содержат нуклеиновую кислоту только одного типа- или ДНК (ДНК- вирусы) или РНК (РНК- вирусы). У всех остальных организмов геном представлен ДНК, в них содержится как ДНК, так и РНК.

3.Вирусы не способны к росту и бинарному делению.

4.Вирусы размножаются путем воспроизводства себя в инфицированной клетке хозяина за счет собственной геномной нуклеиновой кислоты.

5.У вирусов нет собственных систем мобилизации энергии и белок- синтензирующих систем, в связи с чем вирусы являются абсолютными внутриклеточными паразитами.

6.Средой обитания вирусов являются живые клетки- бактерии (это вирусы бактерий или бактериофаги), клетки растений, животных и человека.

Все вирусы существуют в двух качественно разных формах: внеклеточной- вирион и внутриклеточной- вирус. Таксономия этих представителей микромира основана на характеристике вирионов- конечной фазы развития вирусов.

Строение (морфология) вирусов.

1.Геном вирусов образуют нуклеиновые кислоты, представленные одноцепочечными молекулами РНК (у большинства РНК- вирусов) или двухцепочечными молекулами ДНК (у большинства ДНК- вирусов).

2.Капсид - белковая оболочка, в которую упакована геномная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных белковых субъединиц- капсомеров. Существуют два способа упаковки капсомеров в капсид- спиральный (спиральные вирусы) и кубический (сферические вирусы).

При спиральной симметрии белковые субъединицы располагаются по спирали, а между ними, также по спирали, уложена геномная нуклеиновая кислота (нитевидные вирусы). При кубическом типе симметрии вирионы могут быть в виде многогранников, чаще всего- двадцатигранники - икосаэдры.

3.Просто устроенные вирусы имеют только нуклеокапсид, т.е. комплекс генома с капсидом и называются “голыми”.

4. У других вирусов поверх капсида есть дополнительная мембраноподобная оболочка, приобретаемая вирусом в момент выхода из клетки хозяина- суперкапсид. Такие вирусы называют “одетыми”.

Кроме вирусов, имеются еще более просто устроенные формы способных передаваться агентов - плазмиды, вироиды и прионы.

Основные этапы взаимодействия вируса с клеткой хозяина.

1.Адсорбция- пусковой механизм, связанный со взаимодействием специфических рецепторов вируса и хозяина (у вируса гриппа- гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека- гликопротеин gp 120).

2.Проникновение- путем слияния суперкапсида с мембраной клетки или путем эндоцитоза (пиноцитоза).

3.Освобождение нуклеиновых кислот- “раздевание” нуклеокапсида и активация нуклеиновой кислоты.

4.Синтез нуклеиновых кислот и вирусных белков, т.е. подчинение систем клетки хозяина и их работа на воспроизводство вируса.

5.Сборка вирионов- ассоциация реплицированных копий вирусной нуклеиновой кислоты с капсидным белком.

6.Выход вирусных частиц из клетки, приобретения суперкапсида оболочечными вирусами.

Исходы взаимодействия вирусов с клеткой хозяина.

1.Абортивный процесс- когда клетки освобождаются от вируса:

- при инфицировании дефектным вирусом, для репликации которого нужен вирус- помощник, самостоятельная репликация этих вирусов невозможна ( так называемые вирусоиды). Например, вирус дельта (D) гепатита может реплицироваться только при наличии вируса гепатита B, его Hbs - антигена, аденоассоциированный вирус- в присутствии аденовируса);

- при инфицировании вирусом генетически нечувствительных к нему клеток;

- при заражении чувствительных клеток вирусом в неразрешающих условиях.

2.Продуктивный процесс- репликация (продукция) вирусов:

- гибель (лизис) клеток (цитопатический эффект)- результат интенсивного размножения и формирования большого количества вирусных частиц - характерный результат продуктивного процесса, вызванного вирусами с высокой цитопатогенностью. Цитопатический эффект действия на клеточные культуры для многих вирусов носит достаточно узнаваемый специфический характер;

- стабильное взаимодействие, не приводящее к гибели клетки (персистирующие и латентные инфекции) - так называемая вирусная трансформация клетки.

3.Интегративный процесс- интеграция вирусного генома с геномом клетки хозяина. Это особый вариант продуктивного процесса по типу стабильного взаимодействия. Вирус реплицируется вместе с геномом клетки хозяина и может длительно находиться в латентном состоянии. Встраиваться в ДНК- геном хозяина могут только ДНК- вирусы (принцип “ДНК- в ДНК”). Единственные РНК- вирусы, способные интегрироваться в геном клетки хозяина- ретровирусы, имеют для этого специальный механизм. Особенность их репродукции- синтез ДНК провируса на основе геномной РНК с помощью фермента обратной транскриптазы с последующим встраиванием ДНК в геном хозяина.

Основные методы культивирования вирусов.

1.В организме лабораторных животных.

2.В куриных эмбрионах.

3.В клеточных культурах - основной метод.

Типы клеточных культур.

1.Первичные (трипсинизированные) культуры- фибробласты эмбриона курицы (ФЭК), человека (ФЭЧ), клетки почки различных животных и т.д. Первичные культуры получают из клеток различных тканей чаще путем их размельчения и трипсинизации, используют однократно, т.е. постоянно необходимо иметь соответствующие органы или ткани.

2.Линии диплоидных клеток пригодны к повторному диспергированию и росту, как правило не более 20 пассажей (теряют исходные свойства).

3.Перевиваемые линии (гетероплоидные культуры), способны к многократному диспергированию и перевиванию, т.е. к многократным пассажам, наиболее удобны в вирусологической работе- например, линии опухолевых клеток Hela, Hep и др.

Специальные питательные среды для культур клеток.

Используются разнообразные синтетические вирусологические питательные среды сложного состава, включающие большой набор различных факторов роста- среда 199, Игла, раствор Хэнкса, гидролизат лактальбумина. В среды добавляют стабилизаторы рН (Hepes), различные в видовом отношении сыворотки крови (наиболее эффективной считают эмбриональную телячью сыворотку), L-цистеин и L-глютамин.

В зависимости от функционального использования среды могут быть ростовые (с большим содержанием сыворотки крови) - их используют для выращивания клеточных культур до внесения вирусных проб, и поддерживающие (с меньшим содержанием сыворотки или ее отсутствием)- для содержания инфицированных вирусом клеточных культур.

Выявляемые проявления вирусной инфекции клеточных культур.

2.Выявление телец включений.

3. Выявление вирусов методом флюоресцирующих антител (МФА), электронной микроскопией, авторадиографией.

4.Цветная проба. Обычный цвет используемых культуральных сред, содержащих в качестве индикатора рН феноловый красный, при оптимальных для клеток условиях культивирования (рН около 7,2)- красный. Размножение клеток меняет рН и соответственно- цвет среды с красного на желтый за счет смещения рН в кислую сторону. При размножении в клеточных культурах вирусов происходит лизис клеток, изменения рН и цвета среды не происходит.

5.Выявление гемагглютинина вирусов- гемадсорбция, гемагглютинация.

6.Метод бляшек (бляшкообразования). В результате цитолитического действия многих вирусов на клеточные культуры образуются зоны массовой гибели клеток. Выявляют бляшки- вирусные “ клеточно- негативные” колонии.

Название семейства вирусов заканчивается на “viridae”, рода- “virus”, для вида обычно используют специальные названия, например - вирус краснухи, вирус иммунодефицита человека- ВИЧ, вирус парагриппа человека типа 1 и т.д.

Вирусы бактерий (бактериофаги).

Естественной средой обитания фагов является бактериальная клетка, поэтому фаги распространены повсеместно (например, в сточных водах). Фагам присущи биологические особенности, свойственные и другим вирусам.

Наиболее морфологически распространенный тип фагов характеризуется наличием головки- икосаэдра, отростка (хвоста) со спиральной симметрией (часто имеет полый стержень и сократительный чехол), шипов и отростков (нитей), т.е. внешне несколько напоминают сперматозоид.

Взаимодействие фагов с клеткой (бактерией) строго специфично, т.е. бактериофаги способны инфицировать только определенные виды и фаготипы бактерий.

Основные этапы взаимодействия фагов и бактерий.

1.Адсорбция (взаимодействие специфических рецепторов).

2.Внедрение вирусной ДНК (инъекция фага) осуществляется за счет лизирования веществами типа лизоцима участка клеточной стенки, сокращения чехла, вталкивания стержня хвоста через цитоплазматическую мембрану в клетку, впрыскивание ДНК в цитоплазму.

4.Выход дочерних популяций.

Основные свойства фагов.

Различают вирулентные фаги, способные вызвать продуктивную форму процесса, и умеренные фаги, вызывающие редуктивную фаговую инфекцию (редукцию фага). В последнем случае геном фага в клетке не не реплицируется, а внедряется (интегрируется) в хромосому клетки хозяина (ДНК в ДНК), фаг превращается в профаг. Этот процесс получил название лизогении. Если в результате внедрения фага в хромосому бактериальной клетки она приобретает новые наследуемые признаки, такую форму изменчивости бактерий называют лизогенной (фаговой) конверсией. Бактериальную клетку, несущую в своем геноме профаг, называют лизогенной, поскольку профаг при нарушении синтеза особого белка- репрессора может перейти в литический цикл развития, вызвать продуктивную инфекцию с лизисом бактерии.

Умеренные фаги имеют важное значение в обмене генетическим материалом между бактериями- в трансдукции (одна из форм генетического обмена). Например, способностью вырабатывать экзотоксин обладают только возбудитель дифтерии, в хромосому которого интегрирован умеренный профаг, несущий оперон tox, отвечающий за синтез дифтерийного экзотоксина. Умеренный фаг tox вызывает лизогенную конверсию нетоксигенной дифтерийной палочки в токсигенную.

По спектру действия на бактерии фаги разделяют на :

- поливалентные (лизируют близкородственные бактерии, например сальмонеллы);

- моновалентные (лизируют бактерии одного вида);

- типоспецифические (лизируют только определенные фаговары возбудителя).

На плотных средах фаги обнаруживают чаще с помощью спот (spot) - теста (образование негативного пятна при росте колоний) или методом агаровых слоев (титрования по Грациа).

Практическое использование бактериофагов.

1.Для идентификации (определение фаготипа).

2.Для фагопрофилактики (купирование вспышек).

3.Для фаготерапии (лечение дисбактериозов).

4.Для оценки санитарного состояния окружающей среды и эпидемиологического анализа.

Вирусы. Структура, химический состав вирусов.
Взаимодействие вирусов с клеткой. Культивирование вирусов.

Вирусы – мельчайшие формы жизни, имеющие неклеточное строение, облигатные внутриклеточные паразиты. Не имеют собственного биосинтетического и энергетического аппарата.

Вирусы. Уникальные свойства:

1. Наличие одного типа нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК.
2. Отсутствие автономного обмена веществ.
3. Дизъюнктивная (разобщенная) репродукция.

Вирусы являются самой многочисленной и разнообразной формой жизни на Земле, образуя отдельное царство.

Вирусы. Гипотезы происхождения:

1. Являются потомками бактерий, претерпевшие регрессивную эволюцию.
2. Являются потомками доклеточных форм жизни.
3. Являются дериватами генетического материала клеток, который приобрел способность к самостоятельному функционированию.

Вирусы. Строение.

Вирусы имеют частицу, которая называется вирионом. Самые мелкие вирусы (парвовирус, полиовирус) имеют вирион, составляющий 20-25 ммк, у самого крупного (вирус натуральной оспы) – 450 ммк. Вирионы состоят из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеинова кислота расположена в центре вириона и является вирусным геномом. Она покрыта белковым чехлом – капсидом. Капсид построен из повторяющихся субъединиц – капсомеров – состоящих из одной или нескольких молекул белка.

Капсомеры уложены вокруг нуклеиновой кислоты в определенной порядке, образуя симметричные структуры в виде:

1. 20-гранника – икосаэдра – кубический тип симметрии.
2. Винтовой структуры – спиральный тип симетрии.
3. Смешанный или сложный тип симметрии.

У просто устроенных вирусов имеется только НК и капсид (полиовирусы, аденовирусы). У сложных вирусов капсид покрыт дополнительной оболочкой – суперкапсидом или пеплосом, который состоит из липопротеинов или гликопротеинов. Между суперкапсидом и капсидом располоджен слой белка, который называется матриксом. Большинство вирусов имеет шаровидную форму (вирус герпеса, полиомиелита, гепатита В), некоторые вирусы имеют пулевидную форму (бешенство), палочковидную (табачной мозаики), форму сперматозоида (бактериофаги).

Вирусы. Классификация.

В основе классификации вирусов лежат следующие свойства:

1. Тип нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК.
2. Строение нуклеиновой кислоты и стратегия генома.
3. Наличие суперкапсида.
4. Размер, тип симметрии капсида.
5. Патогенность, тропность и способ передачи.
6. Экология – класс поражаемых хозяев.

1. Вирус полиомиелита – мелкий просто устроенный РНК содержащий нейротропный вирус человека, имеет кубический тип симметрии.
2. Бактериофаг Т-2 кишечной палочки 2: крупный ДНК-содержащий вирус бактерий со сложным типом симметрии.

Вирусы делятся на семейства, подсемейства, роды и типы (что соответствует виду). Например: вирус иммунодефицита человека.

Вирусы. Строение генома.

Геном вируса может быть представлен либо молекулой ДНК, либо 1 или несколькими молекулами РНК.

Вирусы ДНК-содержащие, имеют геном:

1. Однонитчатая линейная ДНК (парвовирусы).
2. 2-нитчатая линейная (вирус герпеса).
3. 2-нитчатая кольцевая (папилломавирус).
4. 2-нитчатая кольцевая с дефектом одной цепи (гепатит В).

Вирусы РНК-содержащие, имеют геном:

1. 1-нитчатая линейная + РНК (полиовирус).
2. 1-нитчатая линейная -РНК (парагрипп).
3. 1-цепочечная линейная фрагментированная-РНК (грипп).
4. 2-цепочечная линейная фрагментированная (ротавирус).

Геном вируса кодирует следующие виды белков:

1. Структурные. Белки капсида, белки суперкапсида, некоторые ферменты.
2. Неструктурные. Ферменты репродукции (ДНК- и РНК-полимеразы, белки регуляторы, ферменты, белки (протеазы).

Вирусы. Функции белков:

1. Защитная
2. Антигенная
3. Рецепторная
4. Морфопоютическая
5. Регуляторная
6. Ферментативная

Вирусы. Репродукция.

Вирусы имеют цикл репродукции, который состоит из ряда последовательных событий:

1. Специфическая адсорбция вируса на поверхности клет
2. Проникновение внутрь клетки
3. Дезинтеграция вириона, освобождение НК.
4. Синтез вирусных компонентов
5. Сборка вириона.
6. Выход из клетки.

Адсорбция.Осуществляется за счет специфического взаимодействия рецептора вириона с комплементарными антирецепторами мембраны клетки хозяина.

Проникновение.Пенетрация осуществляется путем эндоцитоза – образуется эндоцитарная вакуоль, содержащая вирион.

Дезинтеграция вириона осуществляется клеточными ферментами, разрушающими капсид. Вирус на время как бы исчезает. Эта стадия называется эклипс.

Вирусы. Синтез вирусных компонентов.

Реализация вирусной генетической информации происходит по следующим формулам:

У ДНК-содержащих вирусов:

1. вДНК – иРНК – белок – сборка
вДНК

2. в-ДНК – иРНК – белок – сборка (гепатит В)
кРНК – вДНК

+вРНК
+вРНК – кДНК – иРНК – белок – сборка
+вРНК

У некоторых вирусов в цикле репродукции имеется стадия интеграции генома в геном клетки хозяина (вирусы герпеса, гепатита В, ВИЧ). Интегрированная вирусная ДНК называется провирусом.

Ферменты, осуществляющие синтез вирусных нуклеиновых кислот:

1. ДНК-зависимая ДНК-полимераза.
2. ДНК-зависимая РНК-полимераза.
3. РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза).

Вирусы. Сборка вирионов и выход из клетки.

Для вирионов характерна дизъюнктивная репродукция. Т.е. синтез белков и НК происходит разобщенно. Для вирусных компонентов характерно белок-белковое узнавание и белок-нуклеиновое узнавание, в результате которого происходит самосборка вириона. Сборка может происходить в ядре клетки (аденовирус), либо в цитоплазме (полиовирус). Вирусы, имеющие суперкапсид, формируются, захватывая часть ядерной мембраны или клеточных мембран.

Выход вирионов из клетки может осуществляться двумя путями:

1. Деструкция клетки (литические вирусы).
2. Путем почкования через мембрану без деструкции клетки (вирус гепатита В).

Вирусы. Культивирование.

1. Путем заражения лабораторных животных.
2. Путем заражения куриных эмбрионов.
3. Путем заражения клеточных культур, которые получают из норманых или злокачественных клеток человека или животных

Бактериофаги

Особое значение в бактериологии имеют вирусы бактерий или бактериофаги.

Бактериофаги. Морфология.
Внешне большинство бактериофагов напоминают сперматозоиды, но встречаются и другие формы. Выделяют 5 основных типов бактериофагов в зависимости от типа нуклеиновых кислот (ДНК-содержащие и РНК-содержащие фаги), строения, типа симметрии:
1. Нитевидные ДНК-содержащие фаги, которые лизируют клетки бактерий, несущих F-плазмиду.
2. Фаги с аналогом отростка, РНК-содержащие И однонитевой ДНК-фаг.
3. Фаги Т3 и Т7 с коротким отростком.
4. Фаги с несокращающимся чехлом и 2-нитевой ДНК.
5. ДНК-содержащие фаги с сокращающимся чехлом отростка, заканчивающимся базальной пластиной.

Наиболее полно описаны так называемые Т-четные фаги или Т-фаг (Т- типовые).
Головка Т-фагов имеет кубический тип симметрии, довольно ригидна, состоит из белковой оболочки, построенной из отдельных субъединиц и заключенного в ней ДНКового генома, размеры головки около 100нм. Геном фагов образован спирально упакованной двойной нитью ДНК.
Отросток (хвост) Т-фагов имеет длину около 100 нм, включает полый стержень, сконструированный по типу спиральной симметрии и мократительный чехол, присоелдиняющийся к воротничку, окружающему стержень головки. Чехол образован 120-140 белковыми молекулами.

По сравнению с вирусами человека бавктериофаги более устойчивы к различным физическим и химическим воздействиям. Они хорошо переносят высокие температур (50-60 С), действие дизинфицирующих средств, УФ-облучение в низких дозах.

Бактериофаги. Взаимодействие с бактериальной клеткой
Строго специфично, т.е. они способны инфицировать бактерии только определенного вида. Происходит в несколько этапов.
Адсорбция на бактерии происходит за счет наличия на поверхности бактериальной специфических рецепторов для бактериофага. Некоторые фаги адсорбируются на половых ворсинках. На бактериях, лишенных клеточной облочки, адсорбция не происходит.
Внедрение вирусной ДНК (инъекция фага). После адсорбции происходит расщепление фрагмента клеточной стенки лизоцимом, который содержится в капсиде фага. Одновременно в чехле высвобождаются ионы Са, активирующие АТФазу, в результате чехол сокращаектся и стержень хвоста вталкивается через цитоплазматическую мембрану в клетку. Затем вирусная ДНК впрыскивается в цитоплазму.

Бактериофаги. Репродукция.

Происходит в 3 этапа: синтез фаговых белков, затем репликация нуклеиновых кислот, сборка фага.
Выход дочерних популяций фага. После образования потомства (10-200 из одной инфицированной частицы) клетка хозяина лизируется, высвобождая дочернюю популяцию. Это так называемый литический или продуктивный тип инфекции. Характерен для вирулентных фагов.
Существует другой тип взаимодействия, который называют интегративным или интегративной инфекцией. Вызывают его умеренные фаги. В случае интегративной инфекции ДНК вируса встраивается в геном бактериальной клетки – образуется профаг. Репликация вирусной ДНК происходит вместе с бактериальной, полноценного синтеза вирусспецифических белков и НК фактически не происходит. Бактерия приобретает новые свойства – происходит лизогенная (фаговая) конверсия. Бактерии, содержащие профаг, называют лизогенными. Новые свойства бактериальной клетки: продукция экзотоксинов и адгезинов, т.е. в результате фаговой конверсии могут усилиться вирулентные свойства бактерий. При воздействии на лизогенные культуры ряда физических и химических факторов возможна так называемая индукция фага, т.е. стимуляция вирулентных свойств его и переход на литический цикл развития.

Бактериофаги. Практическое применение.
Фаготипирование и дифференцировка бактериальных культур.
Эпидемиологические наблюдения – определение количества бактериофагов в водоемах позволяет оценить количество патогенных бактерий.
Применение с терапевтической целью. Применяют дизентерийные, сальмонеллезные, стафилококковые бактериофаги, строго специфическое действие бактериофагов позволяет отказаться от антибиотиков в некоторых случаях, т.е. снизить побочные действия от антибиотикотерапии.

Открытие вирусов

В 1892 году Д.И. Ивановский (см. Рис. 1), изучая мозаичную болезнь табака (см. Рис. 2), установил, что причиной заболевания является некое инфекционное начало, содержащееся в листьях больных растений, которое проходит через фильтр, задерживающий обыкновенные бактерии. Если профильтрованный сок внести в листья здоровых растений, то они также заболевают мозаичной болезнью.

Рис. 1. Д.И. Ивановский

Рис. 2. Мозаичная болезнь табака

В 1898 году независимо от Ивановского аналогичные результаты получил голландский микробиолог М. Бейеринк. Однако он предположил, что мозаичную болезнь табака вызывают не мельчайшие бактерии, а некое жидкое заразное начало, которое он назвал фильтрующим вирусом.

Размеры вирусов определяются нанометрами (20-200 нм), поэтому их изучение началось после открытия электронного микроскопа. В настоящее время описаны вирусы практически всех групп живых организмов.

Строение вирусов

Вирусы – неклеточные формы жизни. Они состоят (см. Рис. 3) из фрагмента генетического материала (РНК или ДНК), составляющего сердцевину вируса, и защитной оболочки, которая называется капсид. У некоторых вирусов (герпес, грипп) есть дополнительная липопротеидная оболочка – суперкапсид, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина.

Рис. 3. Строение вируса

Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности. Они могут проявлять свойства живого, только попав в клетку-хозяина. Они используют потенциал и энергию этой клетки для создания своих новых вирусных частиц, следовательно, вирусы являются внутриклеточными паразитами.

Размножение вирусов

Обычно вирус связывается с поверхностью клетки-хозяина и проникает внутрь. Каждый вирус ищет своего хозяина, то есть клетки строго определенного вида. Например, вирус – возбудитель гепатита (желтуха) проникает и размножается только в клетках печени, а вирус эпидемического паротита (свинка) – только в клетках околоушных слюнных желез человека.

Проникнув внутрь клетки-хозяина, вирусная ДНК или РНК начинает взаимодействовать с ее генетическим аппаратом таким образом, что клетка начинает синтезировать белки, свойственные вирусу (см. Рис. 4).

Рис. 4. Схема репродукции вируса

При заражении ретровирусом (например, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)), у которого в качестве генетического материала используется молекула РНК, наблюдается другая картина. При попадании ретровируса в клетку-хозяина происходит обратная транскрипция. То есть на основе вирусной РНК синтезируется вирусная ДНК, которая встраивается в ДНК человека. Такой тип взаимодействия вируса с клеткой называется интегративным, а встроенная в состав хромосомы клетки ДНК вируса называется провирусом. Далее провирус реплицируется (удваивается) в составе хромосомы и переходит в геном дочерних клеток. Однако под влиянием некоторых физических и химических факторов провирус может выщепляться из хромосомы клетки и переходить к продуктивному типу взаимодействия, то есть синтезировать новые вирусные частицы.

При заражении ВИЧ человек чувствует себя здоровым, пока вирусный генетический материал встроен в хромосому человека. Однако при выщеплении этого вирусного генетического материала из клетки она начинает образовывать новые вирусные частицы, вследствие чего развивается смертельное заболевание – синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Вирусы являются возбудителями большого количества заболеваний человека: корь, грипп, оспа, краснуха, энцефалит, свинка, гепатиты, СПИД. Известен также целый ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля. Всего описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют онкологические заболевания.

ДНК- и РНК-содержащие вирусы

В зависимости от содержащегося генетического материала вирусы подразделяются на ДНК-содержащие и РНК-содержащие.

Одноцепочные РНК-содержащие вирусы подразделяются на:

1. Плюс-нитевые (положительные). Плюс-нить РНК этих вирусов вы­полняет наследственную (геномную) функцию и функцию информационной РНК (иРНК).

2. Минус-нитевые (отрицательные). Минус-нить РНК этих вирусов выпол­няет только наследственную функцию.

К РНК-содержащим вирусам относятся более
вирусов, вызывающих респираторные заболевания, а также вирус гриппа, кори, краснухи, свинки, ВИЧ. Также существует специфическая группа вирусов – арбовирусы, которые переносятся членистоногими.

Двухцепочные ДНК-содержащие вирусы вызывают такие заболевания, как папиллома человека или герпес, гепатит В (гепатит А и гепатит С вызывается РНК-содержащими вирусами).

ДНК-содержащие вирусы поражают также растения. Они вызывают, например, золотую мозаику бобов или полосатость у кукурузы.

Вирус гепатита С

По своему строению вирус гепатита С – это РНК-содержащий вирус, имеющий сферическую форму, сложно устроенный (см. Рис. 5).

В качестве генетического материала такой вирус содержит линейную однонитчатую молекулу РНК.

Рис. 5. Гепатит С

Вопреки бытующим предрассудкам, подцепить вирус гепатита C невозможно через социальные контакты (поцелуи, объятия), через продукты или воду, через грудное молоко. Вы ничем не рискнете, если разделите с носителем вируса трапезу или напитки. Заразиться гепатитом C можно при контакте с кровью инфицированного человека либо половым путем.

В настоящее время для лечения гепатита С используют два препарата: Интерферон альфа и Рибавирин.

Бактериофаги

Рис. 6. Бактериофаг (Источник)

Особую группу вирусов составляют бактериофаги (или просто фаги), которые заражают бактериальные клетки (см. Рис. 6). Фаг укрепляется на поверхности бактерии при помощи специальных ножек и вводит в ее цитоплазму полый стержень, через который проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь бактериальной клетки, а капсид остается снаружи. В цитоплазме начинается репликация генетического материала фага, синтез его белков, построение капсида и сборка новых фагов. Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса бактериальная клетка разрушается, и из нее выходят около 200 заново сформированных вирусов – фагов, способных заражать другие бактериальные клетки (см. Рис. 7). Некоторые фаги используются человеком для борьбы с болезнетворными бактериями, вызывающими холеру, дизентерию, брюшной тиф.

Рис. 7. Схема размножения бактериофага (Источник)

Список литературы

1. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
3. Беляев Д.К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
4. Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.