Ovaj članak, poput izvještaja iz biologije 5. razreda o virusima bakteriofaga, pomoći će čitatelju da nauči osnovne informacije o ovim vanćelijskim oblicima života. Ovdje ćemo razmotriti njihovu taksonomsku lokaciju, karakteristike strukture i životne aktivnosti, njihovu manifestaciju u interakciji s bakterijama, itd.
Uvod
Svi znaju da je univerzalni predstavnik jedinice života na planeti Zemlji ćelija. Međutim, prijelaz između devetnaestog i dvadesetog stoljeća bila je era tokom koje su otkrivene brojne bolesti koje pogađaju životinje, biljke, pa čak i gljive. Analizirajući ovaj fenomen i uzimajući u obzir opšte informacije o ljudskim bolestima, naučnici su shvatili da postoje organizmi koji mogu biti nećelijske prirode.
Takva stvorenja su izuzetno mala i stoga mogu proći kroz najmanji filter bez zaustavljanja gdje bi se čak i najmanja ćelija mogla zaustaviti. To je dovelo do otkrića virusa.
Opći podaci
Prijerazmotrimo predstavnike virusa - bakteriofage - hajde da se upoznamo sa opštim informacijama o ovom carstvu taksonomske hijerarhije.
Virusna čestica ima najmanje dimenzije (20-300 nm) i simetričnu strukturu. Sastoji se od komponenti koje se stalno ponavljaju. Svi organizmi virusne prirode su fragmenti RNK ili DNK, zatvoreni u posebnu proteinsku ljusku zvanu kapsid. Oni nemaju sposobnost samostalnog funkcioniranja i održavanja vitalne aktivnosti, nalazeći se izvan druge ćelije. Manifestacija svojstava živih bića im je inherentna tek nakon unošenja u drugi organizam, dok će sam virus koristiti resurse ćelije koju je zarobio da zadrži stabilnost u vlastitom stanju. Iz toga slijedi da je ovaj domen taksonomije predstavljen kao parazitski, unutarćelijski oblik života. Postoje virusi koji napadaju dijelove membrane ćelije u kojima su se razvili i živjeli. Oni formiraju drugu školjku oko takvih mjesta, pokrivajući kapsid.
Virusi po pravilu stvaraju vezu sa površinom ćelije u kojoj parazitiraju. Tada virus ulazi unutra i počinje tražiti određenu strukturu koju može pogoditi. Na primjer, uzročnici hepatitisa funkcioniraju i žive samo u ćelijskim jedinicama jetre, dok zaušnjaci pokušavaju prodrijeti u parotidne žlijezde.
DNK (RNA) koja pripada virusu, kada jednom uđe u ćeliju nosioca, počinje da stupa u interakciju sa aparatom genetskog nasleđa tako da sama ćelija započinje nekontrolisani proces sintezespecifičan niz proteina kodiranih u nukleinskoj kiselini samog patogena. Zatim dolazi do replikacije koju vrši direktno sama ćelija i tako počinje proces sklapanja nove virusne čestice.
Bakteriofag
Ko su virusi bakteriofaga? Ovo je poseban oblik života na Zemlji koji selektivno prodire u ćelije bakterija. Razmnožavanje se najčešće događa unutar domaćina, a sam proces dovodi do lize. Razmatrajući strukturu virusa na primjeru bakteriofaga, možemo zaključiti da se oni sastoje od ljuski formiranih od proteina i imaju aparat za reprodukciju nasljeđa u obliku jednog RNA lanca ili dva lanca DNK. Ukupan broj bakteriofaga približno odgovara ukupnom broju bakterijskih organizama. Ovi virusi aktivno učestvuju u hemijskom kruženju supstanci i energije u prirodi. Uzrokuju mnoge manifestacije znakova kod bakterija i mikroba koji su se razvili ili razvili tokom evolucije.
Historija otkrića
Bakteriološki istraživač F. Twort napravio je opis zarazne bolesti, koji je predložio u članku objavljenom 1915. godine. Ova bolest je zahvatila stafilokoke i mogla je proći kroz bilo koje filtere, a također se mogla prenijeti iz jedne ćelijske kolonije u druge.
F. D'Herelle, mikrobiolog rođen u Kanadi, otkrio je bakteriofage u septembru 1917. Njihovo otkriće je napravljeno nezavisno od rada F. Tworota.
Godine 1897, N. F. Gamaleya je postao posmatrač fenomena lizebakterije koje su se odvijale pod uticajem procesa kalemljenja.
Bakterijski virusi su parazitski bakteriofagi koji igraju ogromnu ulogu u patogenezi infekcija. Oni se bave osiguravanjem oporavka višećelijskog tipa organizma od mnogih bolesti, te stoga formiraju specifičan tip imunog sistema. D'Herelle je prvo govorio o tome, a kasnije ga je razvio u doktrinu. Ova pozicija je privukla mnoge naučnike koji su počeli da istražuju ovo područje i pokušavaju da nađu odgovore na pitanja kao što su: kakvu ćelijsku strukturu (kristali) imaju bakterije-virusi bakteriofagi? Koji su procesi unutar njih, njihova dalja sudbina i razvoj? Sve ovo i više od toga privuklo je pažnju mnogih istraživača.
Značenje
Struktura virusa na primjeru bakteriofaga može nam mnogo reći, posebno za interakciju s drugim informacijama koje osoba ima o njima. Na primjer, oni su navodno najstariji oblik virusnih čestica. Kvantitativna analiza nam ukazuje da njihova populacija ima više od 1030 čestica.
U prirodi se mogu naći na istom mjestu gdje žive bakterije, na koje mogu biti osjetljive. Budući da su dotični organizmi definirani svojim staništem, preferencijama bakterija koje inficiraju, slijedi da će bakterije tla (fagi) koje leže živjeti u tlu. Što više mikroorganizama sadrži supstrat, to je više potrebnih faga.
U stvarnosti, svaki bakteriofag utjelovljujejedna od osnovnih elementarnih jedinica genetske mobilnosti. Koristeći transdukciju, uzrokuju pojavu novih gena u nasljednom materijalu bakterije. Oko 1024 bakterijskih ćelija može biti inficirano u sekundi. Ovaj oblik odgovora na pitanje koji se virusi nazivaju bakteriofazi otvoreno nam pokazuje načine na koje se nasljedne informacije distribuiraju između bakterijskih organizama iz zajedničkog staništa.
Funkcije zgrade
Odgovarajući na pitanje kakvu strukturu ima virus bakteriofaga, možemo zaključiti da se mogu razlikovati prema hemijskoj strukturi, vrsti nukleinske kiseline (n.c.), morfološkim podacima i obliku interakcije sa bakterijskim organizmima. Veličina takvog organizma može biti nekoliko hiljada puta manja od same mikrobne ćelije. Tipičan predstavnik faga formiraju glava i rep. Dužina repa može biti dva do četiri puta veća od prečnika glave, u kojoj se, inače, nalazi genetski potencijal, koji je poprimio oblik DNK ili RNK lanca. Tu je i enzim - transkriptaza, uronjena u neaktivno stanje i okružena ljuskom proteina ili lipoproteina. On određuje skladištenje genoma unutar ćelije i naziva se kapsid.
Strukturne karakteristike virusa bakteriofaga definišu njegov repni deo kao cev od proteina, koja služi kao nastavak ljuske koja čini glavu. ATPaza se nalazi u predelu baze repa, koja regeneriše energetske resurse koji se troše na proces ubrizgavanja.genetski materijal.
Sistematski podaci
Bakteriofag je virus koji inficira bakterije. Ovako ga taksonomista klasifikuje u tabeli hijerarhijskog reda. Dodjeljivanje titule u ovoj nauci bilo je zbog otkrića ogromne količine ovih organizama. Ovim problemima se trenutno bavi ICTV. U skladu sa Međunarodnim standardima za klasifikaciju i distribuciju taksona među virusima, bakteriofagi se razlikuju po vrsti nukleinske kiseline koju sadrže ili morfološkim karakteristikama.
Danas se može izdvojiti 20 porodica, među kojima samo 2 pripadaju RNK i 5 sa ljuskom. Među DNK virusima, samo 2 porodice imaju jednolančani oblik genoma. 9 virusa koji sadrže DNK (genom nam se čini kao kružna molekula deoksiribonukleinske kiseline) i ostalih 9 sa linearnom figurom. 9 porodica je specifično za bakterije, a ostalih 9 su specifične za arheje.
Utjecaj na bakterijsku ćeliju
Virusi bakteriofaga, u zavisnosti od prirode interakcije sa bakterijskom ćelijom, mogu se razlikovati u virulentnim i umerenim tipovima faga. Prvi su u stanju da povećaju svoj broj samo uz pomoć litičkih ciklusa. Procesi u kojima dolazi do interakcije virulentnog faga i ćelije sastoje se od adsorpcije na površini ćelije, prodiranja u ćelijsku strukturu, procesa biosinteze elemenata faga i njihovog dovođenja u funkcionalno stanje, kao i oslobađanja bakteriofag iz domaćina.
Razmotrimo opis virusa bakteriofaga na osnovu njihovog daljeg djelovanja u ćeliji.
Bakterije na svojoj površini imaju posebne strukture specifične za fage, predstavljene u obliku receptora, za koje je, zapravo, vezan bakteriofag. Koristeći rep, fag, pomoću enzima koji se nalaze na njegovom kraju, uništava membranu na određenoj lokaciji ćelije. Nadalje, dolazi do njegove kontrakcije, zbog čega se DNK unosi u ćeliju. "Tijelo" virusa bakteriofaga sa svojim proteinskim omotačem ostaje vani.
Injekcija napravljena od strane faga uzrokuje potpuno restrukturiranje svih metaboličkih procesa. Sinteza bakterijskih proteina, kao i RNK i DNK, je završena, a sam bakteriofag započinje proces transkripcije zahvaljujući aktivnosti osobnog enzima zvanog transkriptaza, koji se aktivira tek nakon ulaska u bakterijsku ćeliju.
I rani i kasni lanci glasničke RNK se sintetišu nakon što uđu u ribozom ćelije nosioca. Tu se odvija i proces sinteze struktura kao što su nukleaza, ATPaza, lizozim, kapsid, repni proces, pa čak i DNK polimeraza. Proces replikacije se odvija prema polukonzervativnom mehanizmu i izvodi se samo u prisustvu polimeraze. Kasni proteini nastaju nakon završetka procesa replikacije deoksiribonukleinske kiseline. Nakon toga počinje završna faza ciklusa u kojoj dolazi do sazrijevanja faga. Takođe se može kombinovati sa proteinskom ljuskom i formirati zrele čestice spremne za infekciju.
Ciklusi života
Bez obzira na strukturu virusa bakteriofaga, svi oni imaju zajedničku karakteristiku životnog ciklusa. U skladu sa umjerenošću ili virulencijom, obje vrste organizama su međusobno slične u početnim fazama utjecaja na ćeliju sa istim ciklusom:
- proces adsorpcije faga na specifičnom receptoru;
- ubrizgavanje nukleinskih kiselina u žrtvu;
- pokreće zajednički proces replikacije nukleinskih kiselina, kako faga tako i bakterija;
- proces podjele ćelije;
- razvoj na lizogeni ili litički način.
Umjereni bakteriofag održava profažni način rada, prati lizogeni put. Virulentni predstavnici se razvijaju u skladu s litičkim modelom, u kojem postoji niz uzastopnih procesa:
- Pravac sinteze nukleinskih kiselina određuju enzimi faga, koji utiču na aparat odgovoran za sintezu proteina. Parazit započinje inaktivaciju RNK i DNK koji pripadaju domaćinu, a daljnje enzimsko djelovanje u potpunosti dovodi do njegovog cijepanja. Sljedeći dio procesa je "podređivanje" ćelijskog aparata za sintezu proteina.
- Phage n. do. podvrgava se replikaciji i određuje pravac sinteze novih proteinskih ljuski. Proces formiranja lizozima je podređen fagnoj RNK.
- Lize ćelije: Ruptura ćelije uzrokovana aktivnošću lizozima. Oslobađa se ogroman broj novih faga koji će dalje inficirati bakterijske organizme.
Metode operacije
Virusibakteriofagi nalaze svoju široku primjenu u terapiji antibakterijskog tipa, koja služi kao alternativa antibioticima. Među organizmima koji se mogu primijeniti, najčešće se razlikuju: streptokok, stafilokok, klebsiela, coli, proteus, piobakteriofagi, poliproteini i dizenterija.
Trnaest lekovitih supstanci na bazi faga registrovano je i primenjuje se u praksi na teritoriji Ruske Federacije u medicinske svrhe. U pravilu se takve metode borbe protiv infekcija koriste kada tradicionalni oblik liječenja ne dovodi do značajnih promjena, što je uzrokovano slabom osjetljivošću patogena na sam antibiotik ili potpunom rezistencijom. U praksi, upotreba bakteriofaga dovodi do brzog i kvalitetnog postizanja željenog uspjeha, ali za to je potrebno prisustvo biološke membrane prekrivene slojem polisaharida, kroz koju antibiotici ne mogu prodrijeti.
Terapeutski tip primjene predstavnika faga ne nailazi na podršku na Zapadu. Međutim, često se koristi u borbi protiv bakterija koje uzrokuju trovanje hranom. Dugogodišnje iskustvo u proučavanju aktivnosti bakteriofaga pokazuje nam da prisustvo, na primjer, dizenterije faga u zajedničkom prostoru gradova i sela uzrokuje izlaganje prostora preventivnim mjerama.
Genetski inženjeri koriste bakteriofage kao vektore za prijenos DNK segmenata. I uz njihovo učešće odvija se prijenos genomskih informacijaizmeđu interakcijskih bakterijskih ćelija.
