Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВИРУСЫ
Изобретение электронного микроскопа позволило впервые наблюдать мельчайшие организмы — вирусы и фаги. Вирусы были открыты в 1892 г. русским ботаником Д. И. Ивановским при изучении болезни табака — табачной мозаики.
Опыты Д. И. Ивановского в 1898 г. повторил голландский ученый М. В. Бейеринк, придя, однако, к выводу, что возбудитель табачной мозаики – жидкий живой контагий. Д.И. Ивановский с этим выводом не согласился. К этому времени были опубликованы работы Ф. Леффлера и П. Фроша, показавших, что возбудитель ящура также проходит через бактериальные фильтры. Д. И. Ивановский, анализируя эти данные, пришел к выводу, что агенты ящура и табачной мозаики принципиально сходны. В споре с М. В. Бейеринком прав оказался Д. И. Ивановский. Опыты Д. И. Ивановского были положены в основу его диссертации «О двух болезнях табака», представленной в 1888 г., и изложены в книге того же названия, вышедшей в 1892 г. Этот год и считается годом открытия вирусов.
Д.И. Ивановский открыл вирус растений.
Ф. Леффлер и П. Фрош открыли вирус, поражающий животных.
Ф. д'Эррель в 1917 г. открыл бактериофаг – вирус, поражающий бактерии.
Таким образом, вирусы вызывают болезни растений, животных, бактерий.
Слово «вирус» означает яд, оно применялось еще Л. Пастером для обозначения заразного начала. Позже стали применять название «ультравирус» или «фильтрующий вирус», затем определение отбросили, и укоренился термин «вирус».
Т.о., вирусы могут быть паразитами не только человека, животных и растений, но и микроорганизмов — грибов, актиномицетов, бактерий. Такие вирусы получили название фагов. Вирусы бактерий называются бактериофаги, актиномицетов — актинофаги, грибов — микофаги.
Строение и свойства.
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.
Вирусы состоят из различных компонентов:
а) сердцевина генетический материал (ДНК или РНК). Генетический аппарат вируса несет информацию о нескольких типах белков, которые необходимы для образования нового вируса: ген, кодирующий обратную транскриптазу и другие.
б) белковая оболочка, которую называют каспидом.
Оболочка часто построена из идентичных повторяющихся субъединиц - капсомеров. Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии.
в) дополнительная липопротеидная оболочка.
Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина. Она встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес).
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.
Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом.
Положения о том, что вирусы представляют собой полноценные организмы, позволило окончательно объединить все три названных группы вирусов - вирусы животных, растений и бактерий - в одну категорию, занимающую определенное место среди живых существ, населяющих нашу планету. Тот факт, что их не удалось выращивать на искусственных питательных средах, вне клеток, не вызывал особого удивления, так как вирусы с самого начала были определены как строгие внутриклеточные паразиты. Это свойство признавалось не уникальным, присущим только вирусам, поскольку внутриклеточные паразиты известны и среди бактерий, и среди простейших. Как и другие организмы, вирусы способны к размножению. Вирусы обладают определенной наследственностью, воспроизводя себе подобных. Наследственные признаки вирусов можно учитывать по спектру поражаемых хозяев и симптомам вызываемых заболеваний, а также по специфичности иммунных реакций естественных хозяев или искусственных иммунизируемых экспериментальных животных. Сумма этих признаков позволяет четко определить наследственные свойства любого вируса, и даже больше - его разновидностей, имеющих четкие генетические маркеры, например: нейтропность некоторых вирусов гриппа, сниженную патогенность у вакциональных вирусов и т.п.
Т.О. 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.
Бактериофаги.
Строение.
Заключённую в головке фага нуклеиновою кислоту защищает белковая оболочка. На нижнем своём конце головка переходит в отросток, который заканчивается шестиугольной «площадкой» (базальной пластинкой) с шестью короткими выростами (шипами) и шестью длинными фибриллами (нитями). Отросток окружён чехлом по всей длине, от головки до пластинки.
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.
Жизненный цикл бактериофагов. Размножение вирулентного фага
На электронных микрофотографиях, полученных при негативном контрастировании, можно видеть фаговые частицы в двух состояниях: у одних частиц головка очень резко выделяется на электроноплотном фоне и чехол отростка растянут, у других головка мало отличается от фона по плотности и чехол находится в сокращенном состоянии. Это схематически изображено на рисунке 24 Первое состояние (А) характерно для активного фага, в головке которого заключена ДНК, второе (Б) – для фага, который инъецировал свою ДНК в бактериальную клетку.
А. Фаг с вытянутым чехлом до адсорбции. Б. Фаг с сократившимся чехлом после адсорбции и инъекции, 1-поперечный разрез вытянутого отростка: видны 6 белковых субъединиц чехла в одной плоскости; 2-поперечный разрез сократившегося чехла: видны 12 белковых субъединиц чехла в одной плоскости; 3-базальная пластинка готового к адсорбции фага со свободными нитями.
Рисунок 24 – Модель фага Т2.
Репродукция вируса в клетке-хозяине – процесс очень сложный. Его отдельные этапы, от заражения клетки-хозяина до освобождения зрелых инфекционных частиц, довольно хорошо изучены с биохимической, генетической и морфологической стороны на примере фагов серии Т (Т2, Т4, Т6).
Подобно другим вирусам, фаги неподвижны. При смешивании взвеси свободных фагов со взвесью бактерий фаговые частицы в результате случайных столкновений с клетками прикрепляются к поверхности последних (адсорбция) и вводят в клетку свою ДНК (инъекция). По прошествии некоторого времени, необходимого для процессов синтеза и созревания, клетки лизируются и новообразованные фаговые частицы выходят наружу.
АДСОРБЦИЯ 1) Фаг приближается к бактерии, и хвостовые нити связываются с рецепторными участками на поверхности бактериальной клетки.
Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т.е. прикрепления вирусных частиц к клеточной поверхности. Процесс адсорбции возможен при наличии соответствующих рецепторов на поверхности клетки и «узнающих» их субстанций на поверхности вируса. Самые начальные процессы адсорбции имеют неспецифический характер, и в основе их может лежать электростатическое взаимодействие положительно и отрицательно заряженных группировок на поверхности вируса и клетки. Однако узнавание клеточных рецепторов вирусными белками, ведущее к прикреплению вирусной частицы к клетке, является высоко специфическим процессом. Белки на поверхности вируса, узнающие специфические группировки на плазматической мембране клетки и обусловливающие прикрепление к ним вирусной частицы, называются прикрепительными белками.
Прикрепление вирусной частицы к клеточной поверхности вначале происходят путем образования единичной связи вирусной частицы с рецептором. Однако такое прикрепление непрочно, и вирусная частица может легко оторваться от клеточной поверхности (обратимая адсорбция). Для того чтобы наступила необратимая адсорбция, должны появиться множественные связи между вирусной частицей и многими молекулами рецепторов, т.е. должно произойти стабильное мультивалентное прикрепление.
Рецепторы для одних фагов находятся в липопротеиновом слое, для других в липополисахаридном. Фагорезистентность некоторых бактерий определяется, вероятно, отсутствием у них соответствующих рецепторов. При избытке бактериофага на одной клетке может адсорбироваться 200-300 фаговых частиц.
ИНЪЕКЦИЯ 2) Хвостовые нити изгибаются и закрепляет шипы и базальную пластинку на поверхность клетки; хвостовой чехол сокращается, заставляя, полый стержень входить в клетку; этому способствует фермент - лизоцим, который находится в базальной пластинке; таким образом, ДНК вводится внутрь клетки. У фага Т2 при этом базальная пластинка, по-видимому, фиксируется на клетке, чехол отростка сокращается и в результате этого полый стержень входит в бактериальную клетку. Опыты с фагом, у которого нуклеиновая кислота была помечена 32Р, а белок - 35S, показали, что в клетку проникает только нуклеиновая кислота, а белковая оболочка остается снаружи.
Латентный период (3,4,5):
3) ДНК фага кодирует синтез ферментов фага, используя для этого белоксинтезирующий аппарат (рибосомы и т.п.) хозяина.
4) Фаг тем или иным способом инактивирует ДНК хозяина, а фермент фага совсем расщепляет ее; ДНК фага подчиняет себе клеточный аппарат. Инъецированная ДНК фага прежде всего вызывает полную перестройку метаболизма зараженной клетки. Сразу же прекращается синтез бактериальной ДНК. Через несколько минут прекращается также синтез бактериальной РНК и бактериальных белков, хотя общее количество белка продолжает непрерывно возрастать.
5)ДНК фага реплицируется и кодирует синтез новых белков. Синтез ДНК возобновляется, даже с повышенной скоростью. Сначала фаговая ДНК образуется за счет распавшейся бактериальной. Эту перестройку и последующее новообразование фаговой ДНК можно количественно проследить по увеличению количества 5-гидроксиметилцитозина-основания, специфичного для ДНК некоторых Т-фагов. Необходимые для синтеза фаговой ДНК ферменты образуются уже вскоре после заражения; это так называемые «ранние белки». К «поздним белкам» относятся белки оболочки и фаговые лизоцимы, или эндолизины; они образуются лишь во второй половине скрытого периода.
СОЗРЕВАНИЕ 6) Новые частицы фага, образующиеся в результате спонтанной само сборки белковой оболочки вокруг фаговой ДНК; под контролем ДНК фагов синтезируется лизоцим. Заключительный процесс - созревание состоит в соединении фаговой ДНК с белком оболочки и образовании зрелых инфекционных фаговых частиц. Созревание Т-фагов сложный многоступенчатый процесс:
а)Сначала образуются капсиды, наполненные внутри белками.
б)После растворения этих внутренних белков готовые головки наполняются ДНК до определенной, зависимой от типа фага плотности и закрываются.
в)После этого пристраиваются компоненты отростка (хвостовой части)
7) Освобождение новых фагов, взрыв или лизис клетки, т.е. клетка, лопается под воздействием лизоцима; высвобождается около 200-1000 новых фагов; фаги индуцируют другие клетки. В конце концов клеточная стенка бактерии размягчается под действием фагового лизоцима, и новые фаги освобождаются. Такое внезапное разрушение клетки можно наблюдать под микроскопом в условиях темного поля. Продолжительность латентного периода и величина урожая фаговых частиц варьируют в широких пределах в зависимости от вида фага, вида бактерии и условий среды.
Жизненный цикл фага составляет 30 минут.
Рис 2. Схема развития фага в бактериальной клетке:
а — адсорбция; б — переход ДНК в клетку; в — перестройка обмена веществ в клетке; г — образование новых частиц бактериофага; д — 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 для получения этих продуктов. Под влиянием бактериофага клетки стрептококков лизируются (растворяются) и погибают. В антибиотической промышлен ности актинофаги лизируют производственную культуру актиномицетов — продуцентов антибиотиков.
В медицине бактериофаги применяются для лечения некоторых заболеваний, например дизентерии.