Acest articol, ca un raport de biologie de clasa a 5-a despre virusurile bacteriofage, va ajuta cititorul să învețe informații de bază despre aceste forme de viață extracelulare. Aici vom lua în considerare locația lor taxonomică, caracteristicile structurii și activității vieții, manifestarea lor atunci când interacționează cu bacterii etc.
Introducere
Toată lumea știe că reprezentantul universal al unei unități de viață pe planeta Pământ este o celulă. Cu toate acestea, trecerea dintre secolele al XIX-lea și al XX-lea a fost o epocă în care au fost descoperite o serie de boli care afectează animalele, plantele și chiar ciupercile. Analizând acest fenomen și ținând cont de informațiile generale despre bolile umane, oamenii de știință și-au dat seama că există organisme care pot fi de natură necelulară.
Astfel de creaturi sunt extrem de mici și, prin urmare, pot trece prin cel mai mic filtru fără a se opri acolo unde chiar și cea mai mică celulă s-ar putea opri. Acest lucru a dus la descoperirea virușilor.
Date generale
Înainteluați în considerare reprezentanții virușilor - bacteriofagi - să facem cunoștință cu informații generale despre acest regat al ierarhiei taxonomice.
Particula virală are cele mai mici dimensiuni (20-300 nm) și structurare simetrică. Este construit din componente care se repetă în mod constant. Toate organismele de natură virală sunt un fragment de ARN sau ADN, închis într-o înveliș proteic special numit capsid. Nu au capacitatea de a funcționa independent și de a menține activitatea vitală, fiind în afara unei alte celule. Manifestarea proprietăților ființelor vii este inerentă acestora numai după ce a fost introdus într-un alt organism, în timp ce virusul însuși va folosi resursele celulei pe care a capturat-o pentru a menține stabilitatea în propria sa stare. Rezultă că acest domeniu al taxonomiei este prezentat ca o formă de viață parazită, intracelulară. Există virusuri care invadează secțiuni ale membranelor celulei în care s-au dezvoltat și au trăit. Ele formează o altă coajă în jurul unor astfel de locuri, acoperind capside.
De regulă, virușii formează o legătură cu suprafața celulei în care parazitează. Apoi virusul intră înăuntru și începe să caute o structură specifică pe care o poate lovi. De exemplu, agenții cauzatori ai hepatitei funcționează și trăiesc numai în unitățile celulare ale ficatului, în timp ce oreionul încearcă să pătrundă în glandele parotide.
ADN-ul (ARN) aparținând virusului, odată în interiorul celulei purtătoare, începe să interacționeze cu aparatul de ereditate genetică, astfel încât celula însăși începe un proces de sinteză necontrolato serie specifică de proteine codificate în acidul nucleic al agentului patogen însuși. Apoi, are loc replicarea, care este efectuată direct de celula însăși și, astfel, începe procesul de asamblare a unei noi particule virale.
Bacteriofag
Cine sunt virusurile bacteriofage? Aceasta este o formă specială de viață pe Pământ care pătrunde selectiv în celulele bacteriene. Reproducerea are loc cel mai adesea în interiorul gazdei, iar procesul în sine duce la liză. Având în vedere structura virusurilor folosind exemplul bacteriofagelor, putem concluziona că aceștia constau din învelișuri formate din proteine și au un aparat de reproducere a eredității sub forma unui lanț de ARN sau a două lanțuri de ADN. Numărul total de bacteriofagi corespunde aproximativ cu numărul total de organisme bacteriene. Acești viruși participă activ la circulația chimică a substanțelor și energiei din natură. Cauza multe manifestări ale semnelor la bacterii și microbi care se dezvoltă sau se dezvoltă în cursul evoluției.
Istoricul descoperirilor
Cercetatorul în bacteriologie F. Twort a creat o descriere a unei boli infecțioase, pe care a propus-o într-un articol publicat în 1915. Această boală a afectat stafilococii și putea trece prin orice filtre și putea fi, de asemenea, transportată dintr-o colonie de celule în altele.
F. D'Herelle, un microbiolog născut în Canada, a descoperit bacteriofagi în septembrie 1917. Descoperirea lor a fost făcută independent de munca lui F. Tworot.
În 1897, N. F. Gamaleya a devenit un observator al fenomenului de lizăbacterii care au procedat sub influența procesului agentului de altoire.
Virușii bacterieni sunt bacteriofagi paraziți care joacă un rol enorm în patogeneza infecțiilor. Ei sunt angajați în asigurarea recuperării tipului multicelular de organism de la multe boli și, prin urmare, formează un tip specific de sistem imunitar. D'Herelle a vorbit mai întâi despre aceasta, iar mai târziu a dezvoltat-o într-o doctrină. Această poziție a atras mulți oameni de știință care au început să exploreze această zonă și să încerce să găsească răspunsuri la întrebări precum: ce fel de structură celulară (cristale) au bacteriofagii bacterii-virusuri? Care sunt procesele din interiorul lor, soarta și dezvoltarea lor ulterioară? Toate acestea și multe altele au atras atenția multor cercetători.
Semnificat
Structura virușilor pe exemplul unui bacteriofag ne poate spune multe, mai ales pentru interacțiunea cu alte informații pe care o persoană le are despre ei. De exemplu, se presupune că sunt cea mai veche formă de particule de virus. Analiza cantitativă ne indică faptul că populația lor are mai mult de 1030 particule.
În natură, pot fi găsite în același loc în care trăiesc bacteriile, la care pot fi sensibile. Întrucât organismele în cauză sunt definite de habitatul lor, de preferințele bacteriilor pe care le infectează, rezultă că bacteriile din sol (fagii) lizatoare vor trăi în sol. Cu cât substratul conține mai multe microorganisme, cu atât sunt mai mulți fagi necesari.
În realitate, fiecare bacteriofag întruchipeazăuna dintre unitățile elementare de bază ale mobilității genetice. Folosind transducția, ele provoacă apariția de noi gene în materialul ereditar al bacteriei. Aproximativ 1024 celule bacteriene pot fi infectate pe secundă. Această formă de a răspunde la întrebarea despre care viruși sunt numiți bacteriofagi ne arată în mod deschis modurile în care informațiile ereditare sunt distribuite între organismele bacteriene dintr-un habitat comun.
Caracteristici de construcție
Răspunzând la întrebarea ce structură are virusul bacteriofag, putem concluziona că se pot distinge după structura chimică, tipul de acid nucleic (n.c.), datele morfologice și forma de interacțiune cu organismele bacteriene. Dimensiunea unui astfel de organism poate fi de câteva mii de ori mai mică decât celula microbiană în sine. Un reprezentant tipic al fagilor este format dintr-un cap și o coadă. Lungimea cozii poate fi de două până la patru ori mai mare decât diametrul capului, care, apropo, adăpostește potențialul genetic, care a luat forma unui lanț ADN sau ARN. Există și o enzimă - transcriptază, scufundată într-o stare inactivă și înconjurată de o coajă de proteine sau lipoproteine. Determină stocarea genomului în interiorul celulei și se numește capsidă.
Trăsăturile structurale ale virusului bacteriofag definesc compartimentul coadă ca un tub de proteine, care servește ca o continuare a învelișului care alcătuiește capul. ATPaza este situată în regiunea bazei cozii, care regenerează resursele energetice cheltuite în procesul de injectare.material genetic.
Date sistematice
Bacteriofagul este un virus care infectează bacteriile. Așa îl clasifică taxonomul în tabelul de ordine ierarhică. Atribuirea unui titlu în această știință sa datorat descoperirii unei cantități uriașe de aceste organisme. Aceste probleme sunt în prezent abordate de ICTV. În conformitate cu Standardele Internaționale pentru clasificarea și distribuția taxonilor între virusuri, bacteriofagii se disting prin tipul de acid nucleic pe care îl conțin sau prin caracteristicile morfologice.
Astăzi se pot distinge 20 de familii, dintre care doar 2 aparțin celor care conțin ARN și 5 cu înveliș. Dintre virusurile ADN, doar 2 familii au o formă monocatenară a genomului. 9 virusuri care contin ADN (genomul ne apare ca o molecula circulara de acid dezoxiribonucleic) si ceil alti 9 cu figura liniara. 9 familii sunt specifice bacteriilor, iar celel alte 9 sunt specifice arheilor.
Influență asupra celulei bacteriene
Virușii bacteriofagi, în funcție de natura interacțiunii cu o celulă bacteriană, pot diferi în fagi de tip virulenți și moderati. Primii sunt capabili să-și mărească numărul doar cu ajutorul ciclurilor litice. Procesele în care are loc interacțiunea fagului virulent cu celula, constă în adsorbția pe suprafața celulei, pătrunderea în structura celulară, procesele de biosinteză a elementelor fagice și aducerea lor într-o stare funcțională, precum și eliberarea de bacteriofagul de la gazdă.
Să luăm în considerare descrierea virusurilor bacteriofage pe baza acțiunii lor ulterioare în celulă.
Bacterii au la suprafata structuri speciale fagice specifice, prezentate sub forma unor receptori, de care, de fapt, este atasat bacteriofagul. Folosind coada, fagul, prin intermediul enzimelor conținute la capătul său, distruge membrana într-o anumită locație a celulei. În plus, are loc contracția sa, în urma căreia ADN-ul este introdus în celulă. „Corpul” virusului bacteriofag cu învelișul proteic rămâne în exterior.
Injecția făcută de un fag determină o restructurare completă a tuturor proceselor metabolice. Sinteza proteinelor bacteriene, precum și a ARN-ului și ADN-ului este finalizată, iar bacteriofagul însuși începe procesul de transcripție datorită activității unei enzime personale numită transcriptază, care este activată numai după ce pătrunde în celula bacteriană.
Atât lanțurile timpurii, cât și cele tardive de ARN mesager sunt sintetizate după ce intră în ribozomul celulei purtătoare. Acolo are loc și procesul de sinteză a unor structuri precum nucleaza, ATPază, lizozimă, capsidă, procesul de coadă și chiar ADN polimeraza. Procesul de replicare se desfășoară conform unui mecanism semi-conservator și se efectuează numai în prezența unei polimeraze. Proteinele tardive se formează după finalizarea proceselor de replicare a acidului dezoxiribonucleic. După aceasta, începe etapa finală a ciclului, în care are loc maturizarea fagilor. De asemenea, se poate combina cu învelișul proteic și poate forma particule mature gata de infecție.
Ciccuri ale vieții
Indiferent de structura virusului bacteriofag, toate au o caracteristică comună a ciclurilor de viață. În conformitate cu moderația sau virulența, ambele tipuri de organisme sunt similare între ele în stadiile inițiale de influență asupra celulei cu același ciclu:
- procesul de adsorbție a fagilor pe un anumit receptor;
- injectarea acizilor nucleici în victimă;
- începe procesul comun de replicare a acizilor nucleici, atât fagi, cât și bacterii;
- proces de diviziune celulară;
- dezvoltare pe cale lizogenă sau litică.
Bacterofagul temperat menține modul profage, urmează calea lizogenă. Reprezentanții virulenți se dezvoltă în conformitate cu modelul litic, în care există o serie de procese secvențiale:
- Direcția sintezei acidului nucleic este stabilită de enzimele fagice, care afectează aparatul responsabil de sinteza proteinelor. Parazitul începe inactivarea ARN-ului și ADN-ului aparținând gazdei, iar acțiunea enzimatică ulterioară duce complet la scindarea acestuia. Următoarea parte a procesului este „subordonarea” aparatului celular pentru sinteza proteinelor.
- Fage n. to. suferă replicare şi determină direcţia sintezei de noi învelişuri proteice. Procesul de formare a lizozimei este subordonat ARN-ului fag.
- Liza celulară: ruptura celulară cauzată de activitatea lizozimei. Sunt eliberați un număr mare de fagi noi, care vor infecta în continuare organismele bacteriene.
Metode de operare
Virușibacteriofagii își găsesc aplicarea largă în terapia de tip antibacterian, care servește ca alternativă la antibiotice. Dintre organismele care pot fi aplicabile, cele mai frecvent distinse sunt: streptococice, stafilococice, klebsiella, coli, proteus, piobacteriofagi, poliproteine și dizenterie.
Treisprezece substanțe medicinale pe bază de fagi sunt înregistrate și aplicate în practică pe teritoriul Federației Ruse în scopuri medicale. De regulă, astfel de metode de combatere a infecțiilor sunt utilizate atunci când forma tradițională de tratament nu duce la modificări semnificative, ceea ce este cauzat de o sensibilitate slabă a agentului patogen la antibiotic în sine sau de rezistență completă. În practică, utilizarea bacteriofagelor duce la atingerea rapidă și de în altă calitate a succesului dorit, dar aceasta necesită prezența unei membrane biologice acoperite cu un strat de polizaharide, prin care antibioticele nu pot pătrunde.
Tipul terapeutic de aplicare a reprezentanților fagilor nu găsește sprijin în Occident. Cu toate acestea, este adesea folosit pentru a lupta împotriva bacteriilor care provoacă intoxicații alimentare. Mulți ani de experiență în studierea activității bacteriofagelor ne arată că prezența, de exemplu, a fagului dizenteriei în spațiul comun al orașelor și satelor determină expunerea spațiului la măsuri preventive.
Inginerii genetici exploatează bacteriofagii ca vectori pentru a transfera segmente de ADN. Și, de asemenea, cu participarea lor, are loc transferul de informații genomiceîntre celulele bacteriene care interacționează.
