Ta članek, tako kot poročilo o biologiji 5. razreda o virusih bakteriofagov, bo bralcu pomagal spoznati osnovne informacije o teh zunajceličnih oblikah življenja. Tu bomo upoštevali njihovo taksonomsko lokacijo, značilnosti strukture in življenjske dejavnosti, manifestacijo samega sebe pri interakciji z bakterijami itd.
Uvod
Vsi vedo, da je univerzalni predstavnik enote življenja na planetu Zemlja celica. Vendar pa je bil prelom med devetnajstim in dvajsetim stoletjem obdobje, v katerem so odkrili številne bolezni, ki prizadenejo živali, rastline in celo glive. Z analizo tega pojava in ob upoštevanju splošnih informacij o človeških boleznih so znanstveniki ugotovili, da obstajajo organizmi, ki so lahko necelične narave.
Ta bitja so izjemno majhna in zato lahko preidejo skozi najmanjši filter, ne da bi se ustavili, kjer bi se lahko ustavila tudi najmanjša celica. To je pripeljalo do odkritja virusov.
Splošni podatki
Predpomislimo na predstavnike virusov - bakteriofage - seznanimo se s splošnimi informacijami o tem kraljestvu taksonomske hierarhije.
Virusni delec ima najmanjše dimenzije (20-300 nm) in simetrično strukturo. Zgrajena je iz nenehno ponavljajočih se komponent. Vsi organizmi virusne narave so fragmenti RNA ali DNK, zaprti v posebni beljakovinski lupini, imenovani kapsida. Nimajo sposobnosti za samostojno delovanje in vzdrževanje vitalne aktivnosti, saj so zunaj druge celice. Manifestacija lastnosti živih bitij jim je lastna šele po vnosu v drug organizem, medtem ko bo virus sam uporabil vire celice, ki jo je ujel, da ohrani stabilnost v svojem stanju. Iz tega sledi, da je to področje taksonomije predstavljeno kot parazitska, znotrajcelična življenjska oblika. Obstajajo virusi, ki napadajo dele membran celice, v kateri so se razvili in živeli. Okoli takšnih mest tvorijo še eno lupino, ki pokriva kapsid.
Virusi praviloma tvorijo vez s površino celice, v kateri parazitirajo. Nato virus vstopi v notranjost in začne iskati določeno strukturo, ki jo lahko zadene. Na primer, povzročitelji hepatitisa delujejo in živijo samo v celičnih enotah jeter, medtem ko mumps poskuša prodreti v parotidne žleze.
DNA (RNA), ki pripada virusu, ko vstopi v nosilno celico, začne delovati z aparatom genetske dednosti, tako da celica sama začne nenadzorovan proces sintezeposebna serija beljakovin, kodiranih v nukleinski kislini samega patogena. Nato pride do replikacije, ki jo izvaja neposredno celica sama in tako se začne proces sestavljanja novega virusnega delca.
bakteriofag
Kdo so virusi bakteriofagov? To je posebna oblika življenja na Zemlji, ki selektivno prodre v bakterijske celice. Razmnoževanje se najpogosteje zgodi znotraj gostitelja, sam proces pa vodi v lizo. Glede na strukturo virusov na primeru bakteriofagov lahko sklepamo, da so sestavljeni iz lupin, ki jih tvorijo beljakovine, in imajo aparat za reprodukcijo dednosti v obliki ene verige RNA ali dveh verig DNK. Skupno število bakteriofagov približno ustreza celotnemu številu bakterijskih organizmov. Ti virusi aktivno sodelujejo pri kemičnem kroženju snovi in energije v naravi. Povzroča številne manifestacije znakov pri bakterijah in mikrobih, ki so se razvili ali razvili med evolucijo.
zgodovina odkritij
Bakteriološki raziskovalec F. Twort je ustvaril opis nalezljive bolezni, ki ga je predlagal v članku, objavljenem leta 1915. Ta bolezen je prizadela stafilokoke in je lahko prešla skozi vse filtre, prav tako pa se je lahko prenašala iz ene celične kolonije v druge.
F. D'Herelle, mikrobiolog rojen v Kanadi, je septembra 1917 odkril bakteriofage. Njihovo odkritje je bilo narejeno neodvisno od dela F. Tworota.
Leta 1897 je N. F. Gamaleya postal opazovalec pojava lizebakterije, ki so potekale pod vplivom postopka cepljenja.
Bakterijski virusi so parazitski bakteriofagi, ki igrajo veliko vlogo pri patogenezi okužb. Ukvarjajo se z zagotavljanjem okrevanja večceličnega tipa organizma od številnih bolezni in zato tvorijo posebno vrsto imunskega sistema. D'Herelle je o tem najprej govoril, kasneje pa ga je razvil v doktrino. Ta položaj je pritegnil številne znanstvenike, ki so začeli raziskovati to področje in poskušali najti odgovore na vprašanja, kot so: kakšno celično strukturo (kristale) imajo bakterije-virusi bakteriofagi? Kakšni so procesi v njih, njihova nadaljnja usoda in razvoj? Vse to in še več je pritegnilo pozornost številnih raziskovalcev.
pomen
Zgradba virusov na primeru bakteriofaga nam lahko veliko pove, predvsem za interakcijo z drugimi informacijami, ki jih ima človek o njih. Na primer, domnevno so najstarejša oblika virusnih delcev. Kvantitativna analiza nam kaže, da ima njihova populacija več kot 1030 delcev.
V naravi jih najdemo na istem mestu, kjer živijo bakterije, na katere so lahko občutljive. Ker so zadevni organizmi opredeljeni z njihovim habitatom, s preferencami bakterij, ki jih okužijo, sledi, da bodo v tleh živele talne bakterije (fagi) za liziranje. Več mikroorganizmov vsebuje substrat, več je potrebnih fagov.
V resnici vsak bakteriofag utelešaena od osnovnih elementarnih enot genske mobilnosti. S transdukcijo povzročijo nastanek novih genov v dednem materialu bakterije. Na sekundo se lahko okuži približno 1024 bakterijskih celic. Ta oblika odgovora na vprašanje, kateri virusi se imenujejo bakteriofagi, nam odkrito pokaže, kako se dedne informacije porazdelijo med bakterijskimi organizmi iz skupnega habitata.
zgradbe
Ko odgovorimo na vprašanje, kakšno strukturo ima virus bakteriofaga, lahko sklepamo, da jih lahko ločimo glede na kemijsko zgradbo, vrsto nukleinske kisline (n.c.), morfološke podatke in obliko interakcije z bakterijskimi organizmi. Velikost takega organizma je lahko nekaj tisočkrat manjša od same mikrobne celice. Tipičen predstavnik fagov tvorita glava in rep. Dolžina repa je lahko dva do štirikrat večja od premera glave, v kateri je, mimogrede, hrani genetski potencial, ki je prevzel obliko verige DNK ali RNA. Obstaja tudi encim - transkriptaza, potopljen v neaktivno stanje in obdan z lupino beljakovin ali lipoproteinov. Določa shranjevanje genoma znotraj celice in se imenuje kapsid.
Strukturne značilnosti virusa bakteriofaga opredeljujejo njegov repni predel kot cev iz beljakovin, ki služi kot nadaljevanje lupine, ki sestavlja glavo. ATPaza se nahaja v predelu repne osnove, ki regenerira energijske vire, porabljene za proces injiciranja.genetski material.
Sistematski podatki
Bakteriofag je virus, ki okuži bakterije. Tako ga taksonomist razvršča v preglednico hierarhičnega reda. Dodelitev naslova v tej znanosti je bila posledica odkritja ogromne količine teh organizmov. Ta vprašanja trenutno rešuje ICTV. V skladu z mednarodnimi standardi za razvrščanje in porazdelitev taksonov med virusi se bakteriofagi razlikujejo po vrsti nukleinske kisline, ki jo vsebujejo, ali morfoloških značilnostih.
Danes lahko ločimo 20 družin, med katerimi sta le 2, ki vsebujeta RNA, in 5 z lupino. Med virusi DNK imata le 2 družini enoverižno obliko genoma. 9 virusov, ki vsebujejo DNK (genom se nam zdi kot krožna molekula deoksiribonukleinske kisline) in ostalih 9 z linearno figuro. 9 družin je specifičnih za bakterije, ostalih 9 pa za arheje.
Vpliv na bakterijsko celico
Virusi bakteriofagov, odvisno od narave interakcije z bakterijsko celico, se lahko razlikujejo po virulentnih in zmernih fagih. Prvi lahko povečajo svoje število le s pomočjo litičnih ciklov. Procesi, pri katerih pride do interakcije virulentnega faga in celice, so sestavljeni iz adsorpcije na celični površini, prodiranja v celično strukturo, procesov biosinteze fagnih elementov in njihovega spravljanja v funkcionalno stanje ter sproščanja bakteriofag iz gostitelja.
Razmislimo o opisu virusov bakteriofagov glede na njihovo nadaljnje delovanje v celici.
Bakterije imajo na svoji površini posebne fagno specifične strukture, predstavljene v obliki receptorjev, na katere je pravzaprav vezan bakteriofag. Z repom fag s pomočjo encimov na njegovem koncu uniči membrano na določenem mestu celice. Nadalje pride do njegovega krčenja, zaradi česar se DNK vnese v celico. "Telo" virusa bakteriofaga s svojo beljakovinsko prevleko ostane zunaj.
Injekcija, ki jo naredi fag, povzroči popolno prestrukturiranje vseh metabolnih procesov. Sinteza bakterijskih beljakovin, pa tudi RNA in DNK, je končana, bakteriofag pa sam začne s procesom transkripcije zahvaljujoč aktivnosti osebnega encima, imenovanega transkriptaza, ki se aktivira šele po vstopu v bakterijsko celico.
Tako zgodnje kot pozne verige sporočilne RNA se sintetizirajo po vstopu v ribosom nosilne celice. Tam poteka tudi proces sinteze takšnih struktur, kot so nukleaza, ATPaza, lizocim, kapsid, repni proces in celo DNK polimeraza. Postopek replikacije poteka po polkonservativnem mehanizmu in se izvaja le v prisotnosti polimeraze. Pozni proteini nastanejo po zaključku procesov replikacije deoksiribonukleinske kisline. Po tem se začne zadnja faza cikla, v kateri pride do zorenja faga. Lahko se združi tudi z beljakovinsko lupino in tvori zrele delce, pripravljene za okužbo.
Cikli življenja
Ne glede na strukturo virusa bakteriofaga imajo vsi skupno značilnost življenjskih ciklov. V skladu z zmernostjo ali virulenco sta si obe vrsti organizmov podobni drug drugemu v začetnih fazah vpliva na celico z istim ciklom:
- proces adsorpcije faga na specifičnem receptorju;
- injiciranje nukleinskih kislin v žrtev;
- začne skupni proces replikacije nukleinskih kislin, tako fagov kot bakterij;
- proces delitve celic;
- razvoj na lizogeni ali litični način.
Zmerni bakteriofag vzdržuje profažni način, sledi lizogeni poti. Virulentni predstavniki se razvijajo v skladu z litičnim modelom, v katerem je vrsta zaporednih procesov:
- Smer sinteze nukleinske kisline določajo fagni encimi, ki vplivajo na aparat, odgovoren za sintezo beljakovin. Parazit začne z inaktivacijo RNA in DNK, ki pripadata gostitelju, nadaljnje encimsko delovanje pa v celoti vodi do njene cepitve. Naslednji del procesa je "podreditev" celičnega aparata za sintezo beljakovin.
- fag n. do. se replikacije in določa smer sinteze novih beljakovinskih lupin. Proces tvorbe lizocima je podrejen fagni RNA.
- Liza celic: ruptura celice zaradi aktivnosti lizocima. Sprosti se ogromno novih fagov, ki bodo dodatno okužili bakterijske organizme.
Metodi delovanja
Virusibakteriofagi najdejo svojo široko uporabo v terapiji protibakterijskega tipa, ki služi kot alternativa antibiotikom. Med organizmi, ki so lahko uporabni, se najpogosteje razlikujejo: streptokoki, stafilokoki, klebsiela, coli, proteus, piobakteriofagi, poliproteini in griža.
Trinajst zdravil na osnovi fagov je registriranih in uporabljenih v praksi na ozemlju Ruske federacije za medicinske namene. Praviloma se takšne metode boja proti okužbam uporabljajo, kadar tradicionalna oblika zdravljenja ne vodi do pomembnih sprememb, kar je posledica šibke občutljivosti patogena na sam antibiotik ali popolne odpornosti. V praksi uporaba bakteriofagov vodi do hitrega in kakovostnega doseganja želenega uspeha, vendar je za to potrebna prisotnost biološke membrane, prekrite s plastjo polisaharidov, skozi katero antibiotiki ne morejo prodreti.
Terapevtski način uporabe predstavnikov fagov ne najde podpore na Zahodu. Vendar se pogosto uporablja za boj proti bakterijam, ki povzročajo zastrupitev s hrano. Dolgoletne izkušnje pri proučevanju delovanja bakteriofagov nam kažejo, da prisotnost na primer dizenterijskega faga v skupnem prostoru mest in vasi povzroča izpostavljenost prostora preventivnim ukrepom.
Genetski inženirji izkoriščajo bakteriofage kot vektorje za prenos segmentov DNK. In tudi z njihovo udeležbo poteka prenos genomskih informacijmed interakcijskimi bakterijskimi celicami.
