Ten artykuł, podobnie jak raport z biologii piątej klasy na temat wirusów bakteriofagowych, pomoże czytelnikowi zdobyć podstawowe informacje o tych pozakomórkowych formach życia. Tutaj rozważymy ich lokalizację taksonomiczną, cechy struktury i aktywności życiowej, manifestację siebie podczas interakcji z bakteriami itp.
Wprowadzenie
Wszyscy wiedzą, że uniwersalnym przedstawicielem jednostki życia na planecie Ziemia jest komórka. Jednak przełom XIX i XX wieku był epoką, w której odkryto szereg chorób atakujących zwierzęta, rośliny, a nawet grzyby. Analizując to zjawisko i biorąc pod uwagę ogólne informacje o chorobach człowieka, naukowcy zdali sobie sprawę, że istnieją organizmy, które mogą mieć charakter bezkomórkowy.
Takie stworzenia są niezwykle małe i dlatego mogą przejść przez najmniejszy filtr bez zatrzymywania się tam, gdzie mogłaby się zatrzymać nawet najmniejsza komórka. Doprowadziło to do odkrycia wirusów.
Dane ogólne
Przedrozważmy przedstawicieli wirusów - bakteriofagów - zapoznajmy się z ogólnymi informacjami o tym królestwie hierarchii taksonomicznej.
Cząstka wirusa ma najmniejsze wymiary (20-300 nm) i symetryczną strukturę. Jest zbudowany z ciągle powtarzających się elementów. Wszystkie organizmy o charakterze wirusowym są fragmentem RNA lub DNA, zamkniętym w specjalnej otoczce białkowej zwanej kapsydem. Nie mają zdolności do samodzielnego funkcjonowania i utrzymywania aktywności życiowej, będąc poza inną komórką. Manifestacja właściwości żywych istot tkwi w nich dopiero po wprowadzeniu do innego organizmu, podczas gdy sam wirus będzie wykorzystywał zasoby przechwyconej komórki, aby utrzymać stabilność we własnym stanie. Wynika z tego, że ta domena taksonomii jest przedstawiana jako pasożytnicza, wewnątrzkomórkowa forma życia. Istnieją wirusy, które atakują sekcje błon komórkowych, w których się rozwinęły i żyły. Wokół takich miejsc tworzą kolejną muszlę, zakrywając kapsyd.
Z reguły wirusy tworzą wiązanie z powierzchnią komórki, w której pasożytują. Następnie wirus dostaje się do środka i zaczyna szukać określonej struktury, w którą może uderzyć. Na przykład czynniki sprawcze zapalenia wątroby funkcjonują i żyją tylko w komórkach wątroby, podczas gdy świnka próbuje przeniknąć do ślinianek przyusznych.
DNA (RNA) należące do wirusa, gdy znajdzie się w komórce nośnej, zaczyna wchodzić w interakcje z aparatem dziedziczności genetycznej, tak że sama komórka rozpoczyna niekontrolowany proces syntezyspecyficzna seria białek zakodowanych w kwasie nukleinowym samego patogenu. Następnie następuje replikacja, która jest realizowana bezpośrednio przez samą komórkę, a tym samym rozpoczyna się proces składania nowej cząsteczki wirusa.
Bakteriofagi
Kim są wirusy bakteriofagowe? To szczególna forma życia na Ziemi, która selektywnie penetruje komórki bakterii. Rozmnażanie następuje najczęściej w obrębie żywiciela, a sam proces prowadzi do lizy. Rozważając budowę wirusów na przykładzie bakteriofagów, możemy stwierdzić, że składają się one z otoczek tworzonych przez białka i posiadają aparat do reprodukcji dziedziczności w postaci jednego łańcucha RNA lub dwóch łańcuchów DNA. Całkowita liczba bakteriofagów w przybliżeniu odpowiada całkowitej liczbie organizmów bakteryjnych. Wirusy te biorą czynny udział w chemicznym obiegu substancji i energii w przyrodzie. Powodują wiele objawów oznak u bakterii i drobnoustrojów powstałych lub rozwijających się w toku ewolucji.
Historia odkryć
Bakteriolog F. Twort stworzył opis choroby zakaźnej, który zaproponował w artykule opublikowanym w 1915 roku. Choroba ta dotyczyła gronkowców i mogła przechodzić przez dowolne filtry, a także mogła być przenoszona z jednej kolonii komórkowej do innych.
F. D'Herelle, urodzony w Kanadzie mikrobiolog, odkrył bakteriofagi we wrześniu 1917 roku. Ich odkrycia dokonano niezależnie od pracy F. Tworota.
W 1897 roku N. F. Gamaleya stał się obserwatorem zjawiska lizybakterie, które powstały pod wpływem procesu szczepienia.
Wirusy bakteryjne to pasożytnicze bakteriofagi, które odgrywają ogromną rolę w patogenezie infekcji. Zajmują się zapewnieniem odbudowy wielokomórkowego typu organizmu z wielu chorób, a tym samym tworzą specyficzny typ układu odpornościowego. D'Herelle najpierw o tym mówił, a później rozwinął to w doktrynę. Stanowisko to przyciągnęło wielu naukowców, którzy zaczęli zgłębiać ten obszar i próbować znaleźć odpowiedzi na pytania takie jak: jaką strukturę komórkową (kryształy) mają bakteriofagi bakteriofagi-wirusy? Jakie są w nich procesy, ich dalszy los i rozwój? Wszystko to i wiele więcej przyciągnęło uwagę wielu badaczy.
Znaczenie
Struktura wirusów na przykładzie bakteriofaga może nam wiele powiedzieć, zwłaszcza jeśli chodzi o interakcję z innymi informacjami, które dana osoba ma na ich temat. Na przykład, są one podobno najstarszą formą cząsteczek wirusa. Analiza ilościowa wskazuje nam, że ich populacja ma więcej niż 1030 cząstek.
W naturze można je znaleźć w tym samym miejscu, w którym żyją bakterie, na które mogą być wrażliwe. Ponieważ organizmy, o których mowa, są definiowane przez ich siedlisko, przez preferencje bakterii, które infekują, wynika z tego, że lizujące bakterie glebowe (fagi) będą żyć w glebie. Im więcej mikroorganizmów zawiera substrat, tym więcej jest potrzebnych fagów.
W rzeczywistości każdy bakteriofag ucieleśniajedna z podstawowych podstawowych jednostek ruchliwości genetycznej. Wykorzystując transdukcję powodują powstawanie nowych genów w materiale dziedzicznym bakterii. Około 1024 komórek bakteryjnych może być zainfekowanych na sekundę. Ta forma odpowiedzi na pytanie, które wirusy są nazywane bakteriofagami, otwarcie pokazuje nam sposoby, w jakie informacje dziedziczne są dystrybuowane między organizmami bakteryjnymi ze wspólnego siedliska.
Funkcje budynku
Odpowiadając na pytanie, jaką strukturę ma bakteriofag, możemy stwierdzić, że można je rozróżnić na podstawie budowy chemicznej, rodzaju kwasu nukleinowego (n.c.), danych morfologicznych i formy interakcji z organizmami bakteryjnymi. Wielkość takiego organizmu może być kilka tysięcy razy mniejsza niż samej komórki drobnoustroju. Typowym przedstawicielem fagów jest głowa i ogon. Długość ogona może być dwa do czterech razy większa od średnicy głowy, w której, nawiasem mówiąc, mieści się potencjał genetyczny, który przybrał postać łańcucha DNA lub RNA. Istnieje również enzym – transkryptaza, zanurzony w stanie nieaktywnym i otoczony otoczką z białek lub lipoprotein. Określa przechowywanie genomu wewnątrz komórki i nazywa się kapsydem.
Cechy strukturalne wirusa bakteriofaga definiują jego przedział ogonowy jako rurkę z białkami, która służy jako kontynuacja powłoki, z której składa się głowa. ATP-aza znajduje się w rejonie nasady ogona, co regeneruje zasoby energii zużytej na proces wtrysku.materiał genetyczny.
Dane systematyczne
Bakteriofagi to wirus, który infekuje bakterie. W ten sposób taksonomista klasyfikuje go w tabeli porządku hierarchicznego. Przyznanie im tytułu w tej nauce było spowodowane odkryciem ogromnej ilości tych organizmów. Kwestie te są obecnie rozwiązywane przez ICTV. Zgodnie z Międzynarodowymi Standardami klasyfikacji i rozmieszczenia taksonów wśród wirusów bakteriofagi wyróżniają rodzaj kwasu nukleinowego, który zawierają lub cechy morfologiczne.
Dzisiaj można wyróżnić 20 rodzin, z których tylko 2 należą do zawierających RNA i 5 z powłoką. Wśród wirusów DNA tylko 2 rodziny mają jednoniciową formę genomu. 9 wirusów zawierających DNA (genom jawi się nam jako okrągła cząsteczka kwasu dezoksyrybonukleinowego), a pozostałe 9 mają postać liniową. 9 rodzin jest specyficznych dla bakterii, a pozostałe 9 są specyficzne dla archeonów.
Wpływ na komórkę bakteryjną
Wirusy bakteriofagowe, w zależności od charakteru interakcji z komórką bakteryjną, mogą różnić się wirulentnymi i umiarkowanymi fagami. Te pierwsze są w stanie zwiększyć ich liczbę tylko za pomocą cykli litycznych. Procesy, w których zachodzi interakcja zjadliwego faga z komórką, polegają na adsorpcji na powierzchni komórki, penetracji w strukturę komórki, procesach biosyntezy elementów faga i doprowadzeniu ich do stanu funkcjonalnego oraz uwalnianiu bakteriofaga od gospodarza.
Rozważmy opis wirusów bakteriofagowych na podstawie ich dalszego działania w komórce.
Bakterie mają na swojej powierzchni specjalne struktury specyficzne dla faga, przedstawione w postaci receptorów, do których w rzeczywistości przyczepiony jest bakteriofag. Za pomocą ogonka fag za pomocą enzymów zawartych na jego końcu niszczy błonę w określonym miejscu komórki. Ponadto dochodzi do jego skurczu, w wyniku którego DNA jest wprowadzane do komórki. „Ciało” wirusa bakteriofaga wraz z jego płaszczem białkowym pozostaje na zewnątrz.
Wstrzyknięcie wykonane przez faga powoduje całkowitą restrukturyzację wszystkich procesów metabolicznych. Synteza białek bakteryjnych oraz RNA i DNA jest zakończona, a sam bakteriofag rozpoczyna proces transkrypcji dzięki aktywności osobistego enzymu zwanego transkryptazą, który jest aktywowany dopiero po wejściu do komórki bakteryjnej.
Zarówno wczesne, jak i późne łańcuchy informacyjnego RNA są syntetyzowane po wejściu do rybosomu komórki nośnej. Zachodzi tam również proces syntezy takich struktur jak nukleaza, ATPaza, lizozym, kapsyd, proces ogona, a nawet polimeraza DNA. Proces replikacji przebiega zgodnie z mechanizmem semikonserwatywnym i jest przeprowadzany tylko w obecności polimerazy. Późne białka powstają po zakończeniu procesów replikacji kwasu dezoksyrybonukleinowego. Następnie rozpoczyna się ostatni etap cyklu, w którym następuje dojrzewanie fagów. Może również łączyć się z otoczką białkową i tworzyć dojrzałe cząstki gotowe do infekcji.
Cykle życia
Niezależnie od struktury wirusa bakteriofagowego, wszystkie mają wspólną charakterystykę cykli życiowych. Zgodnie z umiarem lub zjadliwością oba typy organizmów są do siebie podobne w początkowych stadiach oddziaływania na komórkę z tym samym cyklem:
- proces adsorpcji fagów na określonym receptorze;
- wstrzykiwanie ofierze kwasów nukleinowych;
- rozpoczyna wspólny proces replikacji kwasów nukleinowych, zarówno fagów, jak i bakterii;
- proces podziału komórki;
- rozwój metodą lizogenną lub lityczną.
Bakteriofag o umiarkowanym klimacie utrzymuje tryb profagowania, podąża ścieżką lizogenną. Zjadliwi przedstawiciele rozwijają się zgodnie z modelem litycznym, w którym występuje szereg procesów sekwencyjnych:
- Kierunek syntezy kwasów nukleinowych wyznaczają enzymy fagowe, które wpływają na aparat odpowiedzialny za syntezę białek. Pasożyt rozpoczyna inaktywację RNA i DNA żywiciela, a dalsze działanie enzymatyczne całkowicie prowadzi do jego rozszczepienia. Kolejną częścią procesu jest „podporządkowanie” aparatu komórkowego do syntezy białek.
- Faga nr. to. ulega replikacji i wyznacza kierunek syntezy nowych otoczek białkowych. Proces tworzenia lizozymu jest podporządkowany fagowemu RNA.
- Liza komórki: Pęknięcie komórki spowodowane aktywnością lizozymu. Uwalniana jest ogromna liczba nowych fagów, które będą dalej infekować organizmy bakteryjne.
Metody działania
Wirusybakteriofagi znajdują szerokie zastosowanie w terapii antybakteryjnej, która jest alternatywą dla antybiotyków. Wśród organizmów, które mogą mieć zastosowanie, najczęściej wyróżnia się: paciorkowce, gronkowce, klebsiella, coli, proteus, pyobakteriofagi, poliproteiny i czerwonkę.
Trzynaście substancji leczniczych opartych na fagach jest zarejestrowanych i stosowanych w praktyce na terytorium Federacji Rosyjskiej do celów medycznych. Z reguły takie metody zwalczania infekcji stosuje się, gdy tradycyjna forma leczenia nie prowadzi do znaczących zmian, co jest spowodowane słabą wrażliwością patogenu na sam antybiotyk lub całkowitą opornością. W praktyce zastosowanie bakteriofagów prowadzi do szybkiego i wysokiej jakości osiągnięcia pożądanego sukcesu, ale wymaga to obecności błony biologicznej pokrytej warstwą polisacharydów, przez którą antybiotyki nie mogą przeniknąć.
Terapeutyczny typ aplikacji przedstawicieli fagów nie znajduje poparcia na Zachodzie. Jednak często jest używany do zwalczania bakterii powodujących zatrucia pokarmowe. Wieloletnie doświadczenie w badaniu aktywności bakteriofagów pokazuje nam, że obecność np. faga czerwonki w przestrzeni wspólnej miast i wsi powoduje narażenie przestrzeni na działania prewencyjne.
Inżynierowie genetyczni wykorzystują bakteriofagi jako wektory do przenoszenia segmentów DNA. A także z ich udziałem odbywa się transfer informacji genomowejmiędzy oddziałującymi komórkami bakteryjnymi.
