Tento článok, podobne ako správa z biológie 5. ročníka o bakteriofágových vírusoch, pomôže čitateľovi získať základné informácie o týchto extracelulárnych formách života. Tu zvážime ich taxonomickú polohu, vlastnosti štruktúry a životnej aktivity, ich prejavy pri interakcii s baktériami atď.
Úvod
Každý vie, že univerzálnym predstaviteľom jednotky života na planéte Zem je bunka. Prelom medzi devätnástym a dvadsiatym storočím bol však obdobím, počas ktorého bolo objavených množstvo chorôb, ktoré postihujú zvieratá, rastliny a dokonca aj huby. Pri analýze tohto javu a pri zohľadnení všeobecných informácií o ľudských chorobách vedci zistili, že existujú organizmy, ktoré môžu byť nebunkovej povahy.
Takéto stvorenia sú extrémne malé, a preto sú schopné prejsť cez najmenší filter bez zastavenia tam, kde by sa mohla zastaviť aj najmenšia bunka. To viedlo k objavu vírusov.
Všeobecné údaje
Predtýmzvážte predstaviteľov vírusov - bakteriofágov - zoznámte sa so všeobecnými informáciami o tomto kráľovstve taxonomickej hierarchie.
Vírusová častica má najmenšie rozmery (20-300 nm) a symetrickú štruktúru. Skladá sa z neustále sa opakujúcich komponentov. Všetky organizmy vírusovej povahy sú fragmentom RNA alebo DNA, uzavretým v špeciálnom proteínovom obale nazývanom kapsida. Nemajú schopnosť samostatne fungovať a udržiavať životnú aktivitu, keďže sú mimo inej bunky. Prejav vlastností živých bytostí je im vlastný až po zavedení do iného organizmu, pričom samotný vírus využije zdroje bunky, ktorú zachytil, aby si udržal stabilitu vo svojom vlastnom stave. Z toho vyplýva, že táto doména taxonómie je prezentovaná ako parazitická, intracelulárna forma života. Existujú vírusy, ktoré napádajú časti membrán bunky, v ktorej sa vyvinuli a žili. Okolo takýchto miest vytvárajú ďalšiu škrupinu, ktorá pokrýva kapsidu.
Vírusy si spravidla vytvárajú väzbu s povrchom bunky, v ktorej parazitujú. Potom sa vírus dostane dovnútra a začne hľadať špecifickú štruktúru, ktorú môže zasiahnuť. Napríklad pôvodcovia hepatitídy fungujú a žijú iba v bunkových jednotkách pečene, zatiaľ čo mumps sa snaží preniknúť do príušných žliaz.
DNA (RNA) patriaca vírusu, keď sa dostane do nosnej bunky, začne interagovať s aparátom genetickej dedičnosti, takže samotná bunka začne proces nekontrolovanej syntézyšpecifický rad proteínov kódovaných v nukleovej kyseline samotného patogénu. Ďalej prebieha replikácia, ktorú vykonáva priamo samotná bunka, a tak začína proces zostavovania novej vírusovej častice.
Bakteriofág
Kto sú bakteriofágové vírusy? Ide o špeciálnu formu života na Zemi, ktorá selektívne preniká do bakteriálnych buniek. Reprodukcia sa najčastejšie vyskytuje v hostiteľovi a samotný proces vedie k lýze. Vzhľadom na štruktúru vírusov na príklade bakteriofágov môžeme konštatovať, že pozostávajú z obalov tvorených proteínmi a majú aparát na reprodukciu dedičnosti vo forme jedného reťazca RNA alebo dvoch reťazcov DNA. Celkový počet bakteriofágov približne zodpovedá celkovému počtu bakteriálnych organizmov. Tieto vírusy sa aktívne podieľajú na chemickom obehu látok a energie v prírode. Spôsobuje mnoho prejavov príznakov u baktérií a mikróbov vyvinutých alebo vyvíjajúcich sa v priebehu evolúcie.
História objavov
Bacteriologický výskumník F. Twort vytvoril popis infekčnej choroby, ktorý navrhol v článku publikovanom v roku 1915. Toto ochorenie postihlo stafylokoky a mohlo prejsť cez akékoľvek filtre a mohlo sa tiež preniesť z jednej bunkovej kolónie do iných.
F. D'Herelle, mikrobiológ kanadského pôvodu, objavil bakteriofágy v septembri 1917. Ich objav bol urobený nezávisle od práce F. Tworota.
V roku 1897 sa N. F. Gamaleya stal pozorovateľom fenoménu lýzybaktérie, ktoré prebiehali pod vplyvom procesu vrúbľovacieho činidla.
Bakteriálne vírusy sú parazitické bakteriofágy, ktoré hrajú obrovskú úlohu v patogenéze infekcií. Zaoberajú sa zabezpečením zotavenia mnohobunkového typu organizmu z mnohých chorôb, a preto tvoria špecifický typ imunitného systému. D'Herelle o tom najskôr hovoril a neskôr to rozvinul do doktríny. Táto pozícia prilákala mnohých vedcov, ktorí začali skúmať túto oblasť a pokúšali sa nájsť odpovede na otázky typu: akú bunkovú štruktúru (kryštály) majú baktérie-vírusy bakteriofágy? Aké sú procesy v ich vnútri, ich ďalší osud a vývoj? Toto všetko a ešte viac pritiahlo pozornosť mnohých výskumníkov.
Význam
Štruktúra vírusov na príklade bakteriofága nám môže veľa povedať, najmä čo sa týka interakcie s ďalšími informáciami, ktoré o nich človek má. Napríklad sú údajne najstaršou formou vírusových častíc. Kvantitatívna analýza nám ukazuje, že ich populácia má viac ako 1030 častíc.
V prírode ich možno nájsť na rovnakom mieste, kde žijú baktérie, na ktoré môžu byť citlivé. Keďže príslušné organizmy sú definované ich biotopom, preferenciami baktérií, ktoré infikujú, vyplýva z toho, že lyzujúce pôdne baktérie (fágy) budú žiť v pôde. Čím viac mikroorganizmov substrát obsahuje, tým viac potrebných fágov je tam.
V skutočnosti stelesňuje každý bakteriofágjedna zo základných elementárnych jednotiek genetickej mobility. Pomocou transdukcie spôsobujú vznik nových génov v dedičnom materiáli baktérie. Za sekundu môže byť infikovaných približne 1024 bakteriálnych buniek. Táto forma odpovede na otázku, ktoré vírusy sa nazývajú bakteriofágy, nám otvorene ukazuje spôsoby, akými sa dedičná informácia distribuuje medzi bakteriálne organizmy zo spoločného prostredia.
Stavebné prvky
Pri odpovedi na otázku, akú štruktúru má bakteriofágový vírus, môžeme konštatovať, že ich možno rozlíšiť podľa chemickej štruktúry, typu nukleovej kyseliny (n.c.), morfologických údajov a formy interakcie s bakteriálnymi organizmami. Veľkosť takéhoto organizmu môže byť niekoľkotisíckrát menšia ako samotná mikrobiálna bunka. Typického zástupcu fágov tvorí hlava a chvost. Dĺžka chvosta môže byť dvojnásobkom až štvornásobkom priemeru hlavy, v ktorej sa mimochodom nachádza genetický potenciál, ktorý má podobu reťazca DNA alebo RNA. Existuje aj enzým - transkriptáza, ponorený v neaktívnom stave a obklopený obalom proteínov alebo lipoproteínov. Určuje uloženie genómu vo vnútri bunky a nazýva sa kapsid.
Štrukturálne znaky bakteriofágového vírusu definujú jeho chvostovú časť ako trubicu s proteínmi, ktorá slúži ako pokračovanie škrupiny tvoriacej hlavu. ATPáza sa nachádza v oblasti chvostovej základne, ktorá regeneruje energetické zdroje vynaložené na proces vstrekovania.genetický materiál.
Systematické údaje
Bakteriofág je vírus, ktorý infikuje baktérie. Takto to taxonóm zaraďuje do tabuľky hierarchického usporiadania. Pridelenie titulu v tejto vede im bolo spôsobené objavením obrovského množstva týchto organizmov. Tieto problémy v súčasnosti rieši ICTV. V súlade s medzinárodnými štandardmi pre klasifikáciu a distribúciu taxónov medzi vírusmi sa bakteriofágy rozlišujú podľa typu nukleovej kyseliny, ktorú obsahujú, alebo podľa morfologických znakov.
Dnes je možné rozlíšiť 20 rodín, z ktorých iba 2 patria k rodinám obsahujúcim RNA a 5 s obalom. Spomedzi DNA vírusov majú iba 2 rodiny jednovláknovú formu genómu. 9 vírusov obsahujúcich DNA (genóm sa nám javí ako kruhová molekula deoxyribonukleovej kyseliny) a ďalších 9 s lineárnym obrazcom. 9 rodín je špecifických pre baktérie a ďalších 9 je špecifických pre archaea.
Vplyv na bakteriálnu bunku
Bakterofágové vírusy sa v závislosti od povahy interakcie s bakteriálnou bunkou môžu líšiť vo virulentnom a strednom type fágov. Prvé sú schopné zvýšiť ich počet iba pomocou lytických cyklov. Procesy, pri ktorých dochádza k interakcii virulentného fágu a bunky, pozostávajú z adsorpcie na povrchu bunky, prieniku do bunkovej štruktúry, procesov biosyntézy fágových prvkov a ich uvedenia do funkčného stavu, ako aj uvoľňovania bakteriofág z hostiteľa.
Pozrime sa na popis bakteriofágových vírusov na základe ich ďalšieho pôsobenia v bunke.
Baktérie majú na svojom povrchu špeciálne fágovo špecifické štruktúry, prezentované vo forme receptorov, ku ktorým je v skutočnosti pripojený bakteriofág. Pomocou chvosta fág pomocou enzýmov obsiahnutých na jeho konci zničí membránu v určitom mieste bunky. Ďalej dochádza k jeho kontrakcii, v dôsledku čoho sa do bunky zavádza DNA. "Telo" bakteriofágového vírusu s jeho proteínovým obalom zostáva vonku.
Injekcia uskutočnená fágom spôsobuje úplnú reštrukturalizáciu všetkých metabolických procesov. Dokončí sa syntéza bakteriálnych proteínov, ako aj RNA a DNA a samotný bakteriofág začne proces transkripcie vďaka aktivite osobného enzýmu nazývaného transkriptáza, ktorý sa aktivuje až po vstupe do bakteriálnej bunky.
Skoré aj neskoré reťazce messengerovej RNA sa syntetizujú potom, čo vstúpia do ribozómu nosnej bunky. Prebieha tam aj proces syntézy takých štruktúr, ako je nukleáza, ATPáza, lyzozým, kapsid, chvostový proces a dokonca aj DNA polymeráza. Replikačný proces prebieha podľa semikonzervatívneho mechanizmu a uskutočňuje sa iba v prítomnosti polymerázy. Neskoré proteíny sa tvoria po dokončení procesov replikácie kyseliny deoxyribonukleovej. Potom začína posledná fáza cyklu, v ktorej dochádza k dozrievaniu fágov. Môže sa tiež spojiť s proteínovým obalom a vytvoriť zrelé častice pripravené na infekciu.
Cykly života
Bez ohľadu na štruktúru bakteriofágového vírusu majú všetky spoločnú charakteristiku životných cyklov. V súlade s miernosťou alebo virulenciou sú si oba typy organizmov podobné v počiatočných štádiách vplyvu na bunku s rovnakým cyklom:
- proces adsorpcie fágov na špecifickom receptore;
- vpichnutie nukleových kyselín obeti;
- spúšťa spoločný proces replikácie nukleových kyselín, fágov aj baktérií;
- proces delenia buniek;
- vývoj lyzogénnym alebo lytickým spôsobom.
Mierny bakteriofág udržiava profágový režim, sleduje lyzogénnu dráhu. Virulentní zástupcovia sa vyvíjajú v súlade s lytickým modelom, v ktorom existuje séria sekvenčných procesov:
- Smer syntézy nukleových kyselín určujú fágové enzýmy, ktoré ovplyvňujú aparát zodpovedný za syntézu bielkovín. Parazit začína inaktiváciu RNA a DNA patriacej hostiteľovi a ďalšie enzymatické pôsobenie úplne vedie k jeho štiepeniu. Ďalšou časťou procesu je „podriadenie“bunkového aparátu syntéze bielkovín.
- Fág č. podstupuje replikáciu a určuje smer syntézy nových proteínových obalov. Proces tvorby lyzozýmu je podriadený fágovej RNA.
- Lýza buniek: Roztrhnutie buniek spôsobené aktivitou lyzozýmu. Uvoľní sa obrovské množstvo nových fágov, ktoré budú ďalej infikovať bakteriálne organizmy.
Spôsoby fungovania
Vírusybakteriofágy nachádzajú svoje široké uplatnenie v terapii antibakteriálneho typu, ktorá slúži ako alternatíva k antibiotikám. Spomedzi organizmov, ktoré môžu byť použiteľné, sa najčastejšie rozlišujú: streptokoky, stafylokoky, klebsiella, coli, proteus, pyobakteriofágy, polyproteíny a dyzentéria.
Na území Ruskej federácie je na medicínske účely registrovaných a v praxi používaných trinásť liečivých látok na báze fágov. Takéto metódy boja proti infekciám sa spravidla používajú vtedy, keď tradičná forma liečby nevedie k významným zmenám, čo je spôsobené slabou citlivosťou patogénu na samotné antibiotikum alebo úplnou rezistenciou. V praxi vedie použitie bakteriofágov k rýchlemu a kvalitnému dosiahnutiu požadovaného úspechu, vyžaduje si to však prítomnosť biologickej membrány pokrytej vrstvou polysacharidov, cez ktorú antibiotiká nepreniknú.
Terapeutický typ aplikácie zástupcov fágov nenachádza na Západe podporu. Často sa však používa v boji proti baktériám, ktoré spôsobujú otravu jedlom. Dlhoročné skúsenosti so štúdiom aktivity bakteriofágov nám ukazujú, že prítomnosť napríklad dyzentérneho fága v spoločnom priestore miest a dedín spôsobuje vystavenie priestoru preventívnym opatreniam.
Genetický inžinieri využívajú bakteriofágy ako vektory na prenos segmentov DNA. A aj za ich účasti prebieha prenos genomických informáciímedzi interagujúcimi bakteriálnymi bunkami.
