Віруси, бактеріофаги: будова та опис
Опубликованно 19.03.2018 03:37
Ця стаття, немов доповідь з біології для 5 класу про віруси бактериофагах, допоможе читачеві дізнатися основну інформацію про даних позаклітинних формах життя. Тут ми розглянемо їх таксономічне розташування, особливості будови і життєдіяльності, прояві себе при взаємодії з бактеріями і т. д.Введення
Всім відомо, що універсальним представником одиниці життя на планеті Земля є клітина. Проте кордон між дев'ятнадцятим і двадцятим століттями став добою, під час якої був відкритий цілий ряд хвороб, що вражають тварин, рослини і навіть гриби. Аналізуючи дане явище і враховуючи загальну інформацію про захворювання людини, вчені зрозуміли, що існують організми, які можуть мати природу неклеточного характеру.
Такі істоти мають надзвичайно малі розміри, а тому здатні проходити крізь дрібний фільтр, не затримуючись при цьому там, де навіть найменша клітина могла б зупинитися. Це зумовило відкриття вірусів.Загальні дані
Перш ніж розглянути представників вірусів – бактеріофагів, - ознайомимося з загальними відомостями про даному царстві таксономічної ієрархії.
Вірусна частинка має найменші розміри (20-300 нм) і симетричне структурування. Будується з постійно повторюваних компонентів. Всі організми вірусної природи є фрагментом РНК або ДНК, полягають в особливу оболонку з білка, звану капсидом. Вони не володіють здатністю самостійно функціонувати і підтримувати життєдіяльність, перебуваючи поза іншої клітки. Прояв властивостей живих істот їм притаманне лише після впровадження в інший організм, при цьому сам вірус буде використати ресурси захопленої ним клітини для підтримки стабільності у власному стані. З цього випливає, що даний домен таксономії представлений у вигляді паразитичної, внутрішньоклітинної форми життя. Існують віруси, захоплюючі ділянки мембран клітини, в якій вони розвивалися і жили. Вони утворюють навколо таких місць ще одну оболонку, що покриває капсид.
Як правило, віруси утворюють зв'язок з поверхнею клітини, в якій вони паразитують. Далі вірус проникає всередину і починає пошук конкретної структури, яку він здатний вразити. Наприклад, збудники гепатиту функціонують і живуть лише в клітинних одиницях печінки, а паротит намагається проникнути в привушні залози.
ДНК (РНК), що належить вірусу, потрапивши всередину клітини-носія, починає взаємодіяти з апаратом генетичної спадковості так, що сама клітина починає неконтрольований процес синтезу специфічного ряду білків, зашифрованих у нуклеїнової кислоти самого збудника хвороби. Далі відбувається реплікація, що виконується безпосередньо вже самою клітиною, і таким чином починається процес складання нової вірусної частинки.Бактеріофаг
Хто такі віруси, бактеріофаги? Це особлива форма життя на Землі, яка вибірково проникає в клітини бактерій. Розмноження найчастіше відбувається всередині носія, а сам процес призводить до лізису. Розглядаючи будову вірусів на прикладі бактеріофагів, можна зробити висновок, що вони складаються з оболонок, утворених білками, і мають апарат з відтворення спадковості у вигляді одного ланцюжка РНК або двох ланцюгів ДНК. Загальне значення числа бактеріофагів приблизно відповідає усієї чисельності бактеріальних організмів. Дані віруси беруть активну участь в хімічному обігу речовин і енергії в природі. Обумовлюють безліч проявів ознак у бактерій і мікробів, розвинутих або країн, що розвиваються в ході еволюції. Історія відкриття
Дослідник бактеріології Ф. Туорт створив опис інфекційного захворювання, яке запропонував у статті, випущеної в 1915 році. Ця хвороба вражала стафілококи і могла проходити крізь будь-які фільтри, а також могла перевозити з однієї колонії клітин в інші.
Мікробіолог родом з Канади Ф. Д Эрелль здійснив відкриття бактеріофагів у вересні 1917 року. Їх виявлення було зроблено незалежно від праць Ф. Туорота.
У 1897 р. Н. Ф. Гамалія став спостерігачем явища лізису бактерій, який протікав під впливом процесу щеплення агента.
Віруси бактерій – бактеріофаги-паразити, які грають величезну роль в процесі патогенезу інфекцій. Вони зайняті забезпеченням одужання організму многоклеточного типу від багатьох хвороб, і тому утворюють специфічний тип імунної системи. Вперше про це заговорив Д Эрелль, а пізніше розвинув це вчення. Дане положення привернуло безліч вчених, які почали досліджувати цю область і намагатися знайти відповіді на такі питання, як: яке клітинна будова (кристали) мають бактерії, віруси, бактеріофаги? Які процеси всередині них, їх подальша доля і розвиток? Все це і багато іншого привернуло увагу безлічі дослідників.
Значення
Будова вірусів на прикладі бактеріофага може нам багато про що сказати, особливо для взаємодії з іншою інформацією, яку має про них людей. Наприклад, вони є, імовірно, найдавнішою формою вірусних частинок. Кількісний аналіз вказує нам на те, що їх популяція має більше 1030 частинок.
У природі їх можна виявити там же, де мешкають і бактерії, до яких вони можуть проявляти чутливість. Так як ці організми визначаються за місцем проживання, уподобаннями бактерій, яких вони вражають, то, отже, лизирующие грунтових бактерій (фаги) будуть жити в грунті. Чим більше в субстраті міститься мікроорганізмів, тим більше там і необхідних фагів.
Насправді кожен бактеріофаг втілює в собі одну з основних елементних одиниць генетичної рухливості. Використовуючи трансдукцию, вони обумовлюють виникнення нових генів в спадковому матеріалі бактерії. За секунду може відбутися інфікування близько 1024 бактеріальних клітин. Така форма відповіді на питання про те, які віруси називаються бактеріофагами, відкрито показує нам способи розподілу спадкової інформації, що відбуваються між бактеріальними організмами із загальної середовища проживання.Особливості будови
Відповідаючи на питання, яку будову має вірус бактеріофаг, можна укласти, що їх можна розрізняти згідно з хімічною структурою, по виду нуклеїнової кислоти (н. к.), морфологічними даними і формою взаємодії з бактеріальними організмами. Величина такого організму може бути в кілька тисяч разів менше самої мікробної клітини. Типовий представник фагів утворений голівкою і хвостом. Довжина хвостового відділу може в два-чотири рази перевищувати величину діаметра головки, в якій, до речі, розташовується генетичний потенціал, який прийняв форму ланцюга ДНК або РНК. Тут також знаходиться фермент – транскриптаза, занурений у неактивний стан і оточений оболонкою з білків або ліпопротеїнів. Вона зумовлює зберігання геному всередині клітини і називається капсидом.
Особливості будови вірусу бактеріофага визначають його хвостовій відсік як трубку з білків, яка слугує продовженням оболонки, складовою голівку. В області хвостового підстави розташовується АТФаза, що регенерує енергетичні ресурси, що витрачаються на процес ін'єкції генетичного матеріалу.Систематичні дані
Бактеріофаг – це вражає бактерії вірус. Саме так його систематика класифікує в таблиці ієрархічного порядку. Присвоєння їм звання в цій науці було обумовлено виявленням величезної кількості даних організмів. В даний час ці питання вирішує МКТВ (ICTV). Відповідно до Міжнародних стандартів класифікації та розподілом таксонів серед вірусів, бактеріофаги розрізняють за типом міститься в них нуклеїнової кислоти або морфологічним особливостям.
На сьогодні можна виділити 20 родин, серед яких лише 2 належить до містить РНК і 5 з наявністю оболонки. Серед ДНК-вірусів лише у 2 сімейств є одноланцюжкова форма геному. 9 вірусів, що містять ДНК (геном представляється нам у вигляді кільцевої молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти) та інші 9 з лінійною фігурою. 9 сімейств є специфічними по відношенню до бактерій, а інші 9 - до археям. Вплив на бактеріальну клітину
Віруси, бактеріофаги, в залежності від характеру взаємодії з клітиною бактерії, можуть різнитися фаги вірулентного і помірного типу. Перші здатні збільшувати свою кількість лише за допомогою політичних циклів. Процеси, при яких відбувається взаємодія вірулентного фага і клітини, що складається з адсорбції на клітинній поверхні, впровадження в клітинну структуру, процесів біосинтезу елементів фагів та їх приведення у функціональний стан, а також вихід бактеріофага за межі господаря.
Розглянемо опис вірусів бактеріофагів, спираючись на їх подальший вплив в клітці.
Бактерії мають на своїй поверхні особливі фагоспецифические структури, представлені у вигляді рецепторів, до яких, власне, і кріпиться бактеріофаг. Використовуючи хвіст, фаг допомогою ферментів, що містяться на його завершення, руйнує оболонку в певній локації клітини. Далі відбувається його скорочення, внаслідок якого ДНК вводиться усередину клітини. «Тіло» вірусу-бактеріофага своєї білкової оболонкою залишається зовні.
Ін'єкція, зроблена фагом, викликає повне перестроювання всіх метаболічних процесів. Синтез бактеріальних білків, а також РНК і ДНК, завершується, а сам бактеріофаг починає процес транскрибування завдяки діяльності особового ферменту, званого транскриптазой, який активується лише після проникнення в клітину бактерії.
Як ранні, так і пізні ланцюга інформаційної РНК синтезуються після надходження їх на рибосому клітини-носія. Там же відбувається процес синтезу таких структур, як нуклеаза, АТФаза, лізоцим, капсид, відросток хвоста і навіть ДНК-полімераза. Процес реплікації протікає у відповідність з полуконсервативным механізмом і здійснюється лише при наявності полімерази. Пізні білки утворюються після завершення процесів реплікації дезоксирибонуклеїнової кислоти. Після цього починається фінальна стадія циклу, в якому відбувається фаговое дозрівання. А також може відбуватися об'єднання з білковою оболонкою і освіта зрілих частинок, готових до інфікування.Цикли життя
Незалежно від будови вірусу бактеріофага, всі вони мають загальну характеристику життєвих циклів. Згідно з поміркованістю або вірулентністю обидва типи організмів схожі один з одним в початкових стадіях впливу на клітку з однаковим циклом:процес адсорбції фага на особливому рецепторі;введення ін'єкції нуклеїнових кислот в жертву;стартує спільний процес реплікації нуклеїнових кислот, як фага, так і бактерії;процес клітинного поділу;розвиток лізогенним або політичні шляхом.
Помірний бактеріофаг зберігає режим профага, слід лизогенному шляху. Вірулентні представники розвиваються у відповідність з літичною моделлю, в якій є ряд послідовних процесів:Напрямок синтезу нуклеїнових кислот задається ферментів фага, який впливає на апарат, що відповідає за білковий синтез. Паразит починає інактивацію РНК і ДНК, що належать господареві, а подальше ферментативне вплив зовсім призводить до її розщеплення. На наступній частині процесу відбувається «підпорядкування» клітинного апарату білкового синтезу.Phage н. к. піддається реплікації і обумовлює напрямок синтезу нових білкових оболонок. Процес утворення лізоциму знаходиться в підпорядкуванні фаговой РНК.Клітинний лізис: розрив клітини, обумовлений діяльністю лізоциму. Відбувається вивільнення величезної кількості нових фагів, які будуть інфікувати бактеріальні організми далі.Способи експлуатації
Віруси, бактеріофаги знаходять своє широке застосування в терапії антибактеріального типу, яка служить альтернативою антибіотикам. Серед організмів, які можуть бути застосовні, найчастіше виділяють: стрептококових, стафілококових, клебсиеллезных, коли, протейных, пиобактериофагов, полипротейновых і дизентерійних.
На території РФ в медичних цілях зареєстровано і застосовується на практиці тринадцять медикаментозних речовин, заснованих на фагах. Як правило, такі способи боротьби з інфекціями застосовуються в тому випадку, коли традиційна форма лікування не призводить до значних змін, що обумовлено слабкою чутливістю збудника до самого антибіотика або повного опору. На практиці використання бактеріофагів призводить до швидкого і якісного досягнення бажаного успіху, але для цього необхідна присутність біологічної мембрани, укрита шаром полісахаридів, крізь які антибіотиків проникнути не вдається.
Терапевтичний тип представників застосування фагів не знаходить підтримки на Заході. Однак часто застосовується для боротьби з бактеріями, що викликають харчове отруєння. Багаторічні досліди по дослідженню діяльності бактеріофагів показують нам, що наявність, наприклад, дизентерійного фага в загальному просторі міст і сіл обумовлює піддає простору профілактичних заходів.
Інженери-генетики експлуатують бактеріофагів, як вектори, за допомогою яких здійснюється перенесення ділянок ДНК. А також з їх участю протікає передача геномної інформації між взаємодіючими клітинами бактерій.
Категория: Студентам