Viirused ja bakteriofaagid
Viirused ja bakteriofaagid
1. Kuidas erinevad viirused teistest elusorganismidest?
2. Millised haigused võivad viirused põhjustada?
Nagu juba mainitud, on Maa üldine eluühik rakud. Kuid XIX ja XX sajandi alguses. leiti, et on mitmeid taimede, loomade ja bakterite haigusi, mille põhjuslikud ained on olemuselt selgelt mitte-rakulised: nad on liiga väikesed ja läbivad väikseimaid filtreid, mis säilitavad isegi kõige väiksemad rakud. Nii avastati viirused.
Viirusosakesed on kõige väiksemad (20-300 nm) sümmeetrilised struktuurid, mis on ehitatud korduvatest elementidest. Iga viirus on nukleiinhappe (DNA või RNA) osakest, mis on ümbritsetud valgukesta, mida nimetatakse kapsiidiks. Viirused ei ole võimelised iseseisvalt tegutsema: nad suudavad elusolendi omadusi avaldada ainult rakku tungides ja oma struktuuri ja energiat oma vajaduste rahuldamiseks. Seega on viirused rakusisesed parasiidid. Mõned viirused, nagu gripiviirus või herpes, lahkuvad peremeesrakust, haaravad osa rakumembraanist ja moodustavad sellest täiendava membraani kapsiidi peal.
Tavaliselt seondub viirus peremeesraku pinnaga ja tungib sees. Samal ajal otsib iga viirus täpselt oma enda peremeest, st rangelt spetsiifilist tüüpi rakku. Niisiis tungib viirus - hepatiidi põhjustaja, mida muidu nimetatakse kollatõbi, tungimiseks ja paljunemiseks ainult maksa rakkudes ja mumpsi viiruses, populaarses kõnes, mumpsis - ainult inimese parotoidsete näärmete rakkudes.
Pärast peremeesrakku tungimist viiruse DNA või RNA interakteerub peremehe geneetilise aparaadiga nii, et rakk alustab tahtmatult viiruse nukleiinhappes kodeeritud spetsiifiliste valkude sünteesi.
Viimane on samuti paljundatud ja uute viirusosakeste kokkupanek algab raku tsütoplasmas. Viirustega nakatunud rakk võib sõna otseses mõttes lõhkeda ja sellest väljub suur hulk viiruse osakesi, kuid mõnikord vabastatakse viirused rakust järk-järgult, ükshaaval ja nakatunud rakk elab pikka aega.
Inimese immuunpuudulikkuse viirusega (HIV) nakatamisel replikeerub viiruse RNA koos raku RNA-ga. Samal ajal jääb inimene mõnda aega terveks. Aga siis on viirus aktiveeritud ja areneb surmav haigus - AIDS (omandatud immuunpuudulikkuse sündroom). Viirused on paljude inimeste haiguste põhjustajad: rõuged, leetrid, gripp, punetised, marutaud, entsefaliit jne. Samuti on teada mitmesuguseid viiruste põhjustatud taimehaigusi, nagu näiteks tubaka, tomatite, kurkide või kartulilehtede curling. Kirjeldatakse kokku ligikaudu 500 viiruseliiki, mis nakatavad selgroogseid rakke ja umbes 300 taime viirust. Mõned viirused osalevad rakkude pahaloomulises degeneratsioonis ja seeläbi tekitavad vähki.
Spetsiaalne viiruste rühm on bakteriofaagid või lihtsalt faagid, mis nakatavad bakterirakke. Faag tugevdab bakteri pinda spetsiaalsete "jalgade" abil ja toob oma tsütoplasmasse õõnsa varda, mille kaudu, nagu süstla nõel, surub see DNA või RNA rakku. Seega saab faagi geneetiline materjal bakteriraku sisse ja kapsiid jääb väljapoole. Tsütoplasmas algab faagi geneetilise materjali replikatsioon, selle valkude süntees, kapsiidi konstrueerimine ja uute faagide kokkupanek. 10 minuti jooksul pärast nakatumist moodustuvad bakterites uued faagid ja pool tundi pärast bakterirakk hävitatakse ning sellest tekib umbes 200 uut moodustunud faagi viirust, mis on võimelised teisi bakterirakke nakatama. Mõningaid faage kasutavad inimesed patogeensete bakterite, näiteks kolera, düsenteeriat, kõhutüüfuse põhjustavate bakterite vastu võitlemiseks.
1. Kas viirusi võib pidada eriliseks eluvormiks?
2. Mis on viiruste struktuur? Kuidas nad erinevad teistest elusorganismidest?
3. Kuidas viirused paljunevad?
4. Milliseid viiruseid nimetatakse bakteriofaagideks?
5. Milliseid oletusi saab teha viiruste päritolu kohta?
Mõnikord, kui viiruse genoom on reprodutseeritud, siseneb see osa peremeesgenoomi (see on tingitud viiruse DNA või RNA replikatsiooni erimehhanismist). Seejärel toovad modifitseeritud viirused teiste rakkude nakatamisel kaasa eelmise peremeesraku geenid.
Seega on mõned viirused võimelised kandma geene ühest rakust teise. See selgitab viiruste sagedast kasutamist geenitehnoloogias.
Viiruste päritolu on endiselt mõistatus. Kuid fakt, et kõigil neist on rakusisesed parasiidid ja väljaspool rakku, ei ole elusolendite omadusi, viitab sellele, et nende kauged esivanemad olid parasiitsed prokarüootid ja siis kaotasid nad elustiili tõttu kõik oma süsteemid, välja arvatud geneetilised seadmed.
Viiruse nime (latinakeelsest viirusest - s.o mürki) soovitas Hollandi botaanik Martin Beierinck 1895. aastal, kes uuris viiruste põhjustatud taimehaigusi.
Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Bioloogia klass 10
Veebisaidilt lugejate esitatud
Online-raamatukogu koos õpilaste ja raamatutega, urokovi bioloogia klassi 10 planeerimis-kokkuvõtted, raamatud ja õpikud vastavalt kalendriplaanile, planeerimine Bioloogia klass 10
Kui teil on selle tunni jaoks parandused või soovitused, kirjutage meile.
Kui soovite näha teisi õppetunde kohandusi ja soovitusi, vaata siit - Haridusfoorum.
Bakteriofaagid
Sissejuhatus
Bakteriofaagid (faagid) (iidse kreeka φᾰγω - „devouring”) on viirused, mis nakatavad bakterirakke selektiivselt. Kõige sagedamini paljunevad bakteriofaagid bakterites ja põhjustavad nende lüüsi. Reeglina koosneb bakteriofaag valkkihist ja üheahelalise või kaheahelalise nukleiinhappe (DNA või harvemini RNA) geneetilisest materjalist. Osakeste suurus on umbes 20 kuni 200 nm.
1. Ajalugu
Inglise bakterioloog Tuort, Frederick, 1915. aasta artiklis kirjeldas stafülokokkide nakkushaigust, nakkusohtlikku ainet, mis läbis filtrite ja mida võib ühest kolooniast teise üle kanda.
Hoolimata Frederick Tours'ist, Prantsuse-Kanada mikrobioloogist D'Erelist, teatas Felix 3. septembril 1917 bakteriofaagide avastamisest. Sellega on teada, et Vene mikrobioloog Gamaleya, Nikolai Fedorovitš, esines juba 1898. aastal transplanteeritava agensi mõjul esmakordselt bakterite (siberi bacillus) lüüsi nähtuse üle [1] [2].
Pärast bakteriofaagi nähtuste avastamist arendas D'Erell teooriat, et patogeensete bakterite bakteriofaagid, olles nende parasiidid, mängivad suurt rolli infektsioonide patogeneesis, tagades haigestunud organismi taastumise ja luues seejärel spetsiifilise immuunsuse. See seisukoht on pälvinud paljude teadlaste tähelepanu bakteriofaagi nähtusele, kes väitis, et faagid peaksid sisaldama olulist vahendit inimeste ja loomade kõige ohtlikumate nakkushaiguste tõrjeks.
Felix D'Erel soovitas ka, et bakteriofaagid on olemuselt corpuscular. Kuid alles pärast elektronmikroskoobi leiutamist oli võimalik näha ja uurida faagide ultrastruktuuri. Pikka aega põhinesid faagide morfoloogia ja põhijoonte ideed E. coli tüve B tõugu T-grupi faagide - T1, T2,..., T7 - tulemuste põhjal. Kuid igal aastal ilmnesid uued andmed erinevate faagide morfoloogia ja struktuuri kohta. mis tingis nende morfoloogilise klassifikatsiooni.
2. Bakteriofaagide roll biosfääris
Kõige rohkem on bakteriofaagid, mis on laialt levinud biosfääris ja arvatavasti kõige evolutsiooniliselt iidses viiruste rühmas [3] [4]. Faagide ligikaudne populatsiooni suurus on rohkem kui 10 30 faagi osakest [5].
Looduslikes tingimustes leitakse faagid nendes kohtades, kus on nende suhtes tundlikud bakterid. Mida suurem on see või see substraat (pinnas, inimeste ja loomade eritumine, vesi jne) mikroorganismide poolt, seda rohkem leidub selles vastav faag. Niisiis, kõik pinnase mikroorganismide rakke lüüsivad faagid on pinnases. Eriti rikas chernozemi ja faasi faagide, kus kasutatakse orgaanilisi väetisi.
Bakteriofaagidel on oluline roll mikroobide populatsioonide arvu kontrollimisel vananevate rakkude autolüüsil bakteriaalsete geenide ülekandmisel, toimides vektori "süsteemidena" [6].
Tõepoolest, bakteriofaagid on üks peamisi liikuvaid geneetilisi elemente. Transduktsiooni kaudu toovad nad bakteriaalsesse genoomi uusi geene. On hinnatud, et 10 sekundi jooksul võib nakatada 10 24 bakterit [7]. See tähendab, et geneetilise materjali pidev ülekandmine jaotub sarnastes tingimustes elavate bakterite vahel.
Kõrge spetsialiseerumine, pikaajaline eksistents, võime kiiresti paljuneda sobivas peremeesorganismis aitab kaasa nende säilitamisele dünaamilises tasakaalus paljude bakteriliikide vahel igas looduslikus ökosüsteemis. Kui puuduvad sobivad peremeesorganismid, võivad paljud faagid säilitada nakatumise võime aastakümneid, kui neid ei hävita äärmuslike ainete või keskkonnatingimuste tõttu [8].
3. Bakteriofaagide struktuur
Bakteriofaagid erinevad keemilise struktuuri, nukleiinhappe tüübi, morfoloogia ja bakteritega suhtlemise olemuse poolest. Suuruse järgi on bakteriaalsed viirused sadu ja tuhandeid kordi väiksemad kui mikroobirakud.
Tüüpiline faagiosa (virion) koosneb peast ja sabast. Saba pikkus on tavaliselt 2–4 korda pea pea. Pea sisaldab geneetilist materjali - üheahelalist või kaheahelalist RNA-d või ensüümi transkriptaasi mitteaktiivses olekus DNA-d, mida ümbritseb valk või lipoproteiini ümbris - kapsiid, mis säilitab geeni väljaspool rakku [8] [9].
Nukleiinhape ja kapsiid moodustavad koos nukleokapsiidi. Bakteriofaagidel võib olla ühe või kahe spetsiifilise valgu paljude koopiatega kokku pandud ikosahroonne kapsiid. Tavaliselt koosnevad nurgad valgu pentameeridest ja mõlemad küljed toetuvad sama või sarnase valgu heksameeridest. Veelgi enam, vormid võivad olla sfäärilised, limoniidsed või pleomorfsed [10]. Saba on valgu toru - pea peavalgu kestus, saba põhjas on ATPaas, mis regenereerib geneetilise materjali süstimiseks vajalikku energiat. Lühikese protsessiga on ka bakteriofaagid, millel ei ole protsessi ega kiudainet [11].
Faagid, nagu kõik viirused, on absoluutsed rakusisesed parasiidid. Kuigi nad kannavad kogu informatsiooni, et käivitada oma reprodutseerimine sobivas peremeesorganismis, puudub neil mehhanismid energia ja ribosoomi loomiseks valgu sünteesiks. Mõned genoomi faagid sisaldavad mitmeid tuhandeid aluseid, samas kui faag G, mis on suurim sekveneeritud faagidest, sisaldab 480 000 baaspaari - kaks korda rohkem bakterite keskmist väärtust, kuigi kõige olulisemate bakteriaalsete organoidide nagu ribosoomide geene ei ole ikka veel piisavalt [8].
4. Bakteriofaagide süstemaatika
Paljud isoleeritud ja uuritud bakteriofaagid määravad kindlaks nende süstematiseerimise vajaduse. Bakteriaalsete viiruste klassifitseerimisel tehti muudatusi: see põhines peremeesviiruse omadustel, võeti arvesse seroloogilisi ja morfoloogilisi omadusi ning seejärel virioni struktuuri ja füüsikalis-keemilist koostist [12].
Praegu jaotatakse vastavalt rahvusvahelisele viiruste klassifikatsioonile ja nomenklatuurile bakteriofaagid, sõltuvalt nukleiinhappe tüübist, DNA ja RNA-d sisaldavateks.
Vastavalt morfoloogilistele tunnustele jagunevad DNA-d sisaldavad faagid järgmistesse perekondadesse: Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae, Lipothrixviaeae, Plasmaviridae, Corticoviridae, Fuselloviridae, Tectiviridae, Microviridae, Inoviridae Plectovirus ja Inoviridae Inoviridaeov
RNA-d sisaldavad: Cystoviridae, Leviviridae [13].
5. Bakteriofaagi koostoime bakterirakkudega
Bakteriofaagi koosmõjus bakterirakkuga eristatakse virulentseid ja mõõdukaid faage [11]. Virulentsed faagid võivad kogust suurendada ainult lüütilise tsükli kaudu [8]. Virulentse bakteriofaagi ja raku koostoime protsess koosneb mitmest etapist: bakteriofaagi adsorptsioon rakul, tungimine rakku, faagikomponentide biosüntees ja nende kokkupanemine, bakteriofaagide vabastamine rakust [7] [14].
Esialgu seostuvad bakteriofaagid bakteriraku pinnal fagospetsiaalsetele retseptoritele. Faagi saba, mis paikneb selle otsas paiknevate ensüümide (peamiselt lüsosüüm) abil, lahustab rakumembraani lokaalselt, lepingud ja pea sisaldav DNA süstitakse rakku, samas kui bakteriofaagi valgumembraan jääb väljapoole. Süstitud DNA põhjustab rakkude ainevahetuse täieliku ümberkorraldamise: bakteriaalse DNA, RNA ja valkude süntees lakkab. Bakteriofaagi DNA hakkab transkribeerima, kasutades oma transkriptaasi ensüümi, mis aktiveeritakse pärast bakterirakkule sisenemist. Esiteks sünteesitakse varajased ja hilisemad mRNA-d, mis sisenevad peremeesraku ribosoomidesse, kus sünteesitakse varakult (DNA polümeraasid, nukleaasid) ja hilinenud (kapsiidi ja saba protsessi valgud, lüsosüüm, ATPaas ja transkriptaasi ensüümid) bakteriofaagi valgud. Bakteriofaagi DNA replikatsioon toimub poolkonservatiivse mehhanismi abil ja viiakse läbi oma DNA polümeraaside osalusel. Pärast hilise valgu sünteesi ja DNA replikatsiooni lõppu algab lõplik protsess - faagiosakeste küpsemine või faagi DNA kombinatsioon ümbriku valguga ja küpsete nakkuslike faagiosakeste moodustumine [15].
Selle protsessi kestus võib ulatuda mitmest minutist kuni mitme tunnini [8]. Seejärel toimub rakkude lüüsimine ja uued küpsed bakteriofaagid [11]. Mõnikord käivitab faag lüüsimise tsükli, mis viib rakkude lüüsi ja uute faagide vabanemiseni. Alternatiivselt võib faag käivitada lüsogeenset tsüklit, kus replikatsiooni asemel toimib see peremeesraku geneetilise süsteemiga pöörduvalt, integreerudes kromosoomi või jäädes plasmiidiks [8]. Seega replitseeritakse viiruse genoom sünkroonselt peremehe DNA ja raku jagunemisega ning seda faagi olekut nimetatakse profaagiks. Propageerimist sisaldav bakter muutub lüsogeenseks seni, kuni teatud tingimustel või spontaanselt ei stimuleerita proovi lüüsi replikatsioonitsükli läbiviimiseks. Üleminek lüsogeenist lüüsi nimetatakse lüsogeenseks induktsiooniks või profeetiliseks induktsiooniks. Faagi induktsiooni mõjutab tugevasti peremeesraku seisund enne indutseerimist, samuti toitainete ja muude tingimuste olemasolu, mis esinevad induktsiooni hetkel. Kehv kasvutingimused soodustavad lüsogeenset teed, samas kui head tingimused soodustavad lüüsi reaktsiooni [8, 11, 15].
Bakteriofaagide väga oluline omadus on nende spetsiifilisus: bakteriofaagid lüüsivad konkreetse liigi kultuure, lisaks on olemas nn tüüpilised bakteriofaagid, mis lüüsivad variante liigi sees, ehkki on olemas mitmesuguseid bakteriofaage, mis parasitiseerivad erinevate liikide bakterites [16] [17].
6. Elutsükkel
Mõõdukatel ja virulentsetel bakteriofaagidel bakterirakkuga toimumise algfaasis on sama tsükkel.
- Bakteriofaagi adsorptsioon faagispetsiifilistele raku retseptoritele.
- Faagi nukleiinhappe süstimine peremeesrakku.
- Faagi ja bakteriaalse nukleiinhappe ühine replikatsioon.
- Rakkude jagunemine
- Seejärel võib bakteriofaag areneda kahes mudelis: lüsogeenset või lüütilist rada. Mõõdukad bakteriofaagid pärast rakkude jagunemist on profaasis (lüsogeenne rada). Virulentsed bakteriofaagid arenevad vastavalt Lytic mudelile:
- Faagi nukleiinhape suunab faagi ensüümide sünteesi, kasutades selleks bakterite sünteesi seadet. Faag mingil moel inaktiveerib peremees-DNA-d ja RNA-d ning faagi ensüümid lagundavad selle täielikult; RNA faag "allub" valgu sünteesi raku masinale.
- Faagi nukleiinhape replitseerib ja suunab uute kattevalkude sünteesi. Uued faagiosakesed moodustuvad proteiinikihi (kapsiidi) spontaansest isekokkupanemisest faagi nukleiinhappe ümber; RNA faagi kontrolli all sünteesitakse lüsosüüm.
- Rakkude lüüsimine: rakkude purunemine lüsosüümi mõjul; vabastatakse umbes 200–1000 uut faagi; faagid nakatavad teisi baktereid.
7. Taotlus
7.1. Meditsiinis
Üks bakteriofaagi kasutamise valdkond on antibiootikumiravi, alternatiiv antibiootikumidele. Näiteks kasutatakse bakteriofaage: streptokokk, stafülokokk, klebsiellozny, düsenteraalne polüvalentne, pürobakteriofaag, kui see on proteiinne ja koloproteiin ja teised.
Bakteriofaage kasutatakse ka geenitehnoloogias, kuna on võimalik ka DNA osi kandvad vektorid ja looduslike geenide ülekandumine bakterite vahel läbi mõnede faagide (transduktsioon).
Faagvektorid luuakse tavaliselt mõõduka bakteriofaagi λ alusel, mis sisaldab kaheahelalist lineaarset DNA molekuli. Faagi vasakul ja paremal õlal on kõik lüütilise tsükli jaoks vajalikud geenid (replikatsioon, paljunemine). Bakteriofaagi genoomi keskosa λ (sisaldab geene, mis kontrollivad lüsogeeni, st selle integreerumist bakteriraku DNA-sse) ei ole selle reprodutseerimiseks oluline ja on umbes 25 tuhat baaspaari. Seda osa võib asendada võõr-DNA fragmendiga. Sellised modifitseeritud faagid läbivad lüütilise tsükli, kuid lüsogeneesi ei toimu. Bakteriofaagi λ-põhiseid vektoreid kasutatakse eukarüootsete DNA fragmentide (st suuremate geenide) kloonimiseks kuni 23 kb suuruse suurusega. Peale selle ei tekita ja ei nakka baktereid mitte rohkem kui 38 kb või vähemate kui suurte sisestustega faagid - rohkem kui 52 kb.
7.2. Bioloogias
Bakteriofaagid M13, faag T4, T7 ja faag λ kasutatakse valgu-valgu, valgu-peptiidi ja DNA-valgu interaktsioonide uurimiseks faagi ekraani meetodil.
Kuna bakteriofaagi paljunemine on võimalik ainult elusrakkudes, võib bakteriofaagide määramiseks kasutada bakterite elujõulisust. Sellel suunal on suured väljavaated, kuna üks biotehnoloogiliste protsesside peamisi probleeme on kasutatud kultuuride elujõulisuse määramine. Rakususpensioonide elektro-optilise analüüsi meetodi abil näidati, et on võimalik uurida faagimikroobsete rakkude interaktsiooni etappe [19].
Aruanne: bakteriofaagid
Bakteriofaagid on bakterites elavad viirused.
Bakteriofaagid (bakteritest ja kreeklastest. Phagos-sööjad; sõna otseses mõttes - bakterite sööjad), faagid, bakteriaalsed viirused, mis põhjustavad bakterite ja teiste mikroorganismide hävimist. Bakteriofaagid paljunevad rakkudes, lüüsivad neid ja liiguvad reeglina teistesse, kasvavatesse rakkudesse. Esimest korda täheldati venelaste mikrobioloog NF Gamaleya poolt 1898. aastal pidevat bakterite lüüsimist (siberi bacillus). Inglise teadlane F. Tuort kirjeldas 1915. aastal sama nähtust mädane stafülokokk ja 1917. aastal nimetas prantsuse teadlane F. D'Erell bakterifiltrit läbivat lüütilist agenti.
Struktuur ja keemiline koostis. Paljud bakteriofaagiosakesed koosnevad ümmargusest, kuusnurk- või vardakujulisest peast läbimõõduga 45–140 nm ja protsessi 10–40 mm paksusest ja 100–200 nm pikkusest. Teistel bakteriofaagidel ei ole protsesse; mõned neist on ümmargused, teised on formaadis, suurusega 8x800 nm. Pea sisu koosneb peamiselt desoksüribonukleiinhappest (DNA) (selle pikkus on mitu korda suurem kui pea suurus ja jõuab 60–70 µm, see lõng on peaga keeratud) või ribonukleiinhape (RNA) ja väike kogus (umbes 3%) valku ja mõned teised ained. Lisas on õõnes toru, mida ümbritseb ümbris, mis sisaldab kontraktiilseid valke, nagu lihas. Mitmed bakteriofaagide katted kahanevad, paljastades osa vardast. Protsessi lõpus on paljudel bakteriofaagidel basaalplaat, millel on mitu stüloidi või muud eendit. Õhukesed niidid lahkuvad plaadist, mis soodustab faagi kinnitumist bakteritele. Pea ja liite kestad koosnevad valkudest. Valgu üldkogus faagiosakonnas on 50–60%, nukleiinhapped - 40–50%. Igal bakteriofaagil on spetsiifilised antigeensed omadused, mis erinevad peremeesbakterist ja muudest faagi antigeenidest. On mitmeid antigeene, mis on tavalised mitmetele faagidele (eriti need, mis sisaldavad RNA-d).
Spread. Bakteriofaagid on leitud enamiku bakterite, sealhulgas patogeensete ja saprofüütide, samuti aktinomütseedide (aktinofaagide) ja sinihallide puhul. Bakteriofaagid on leitud inimeste ja loomade soolestikus, taimedes, pinnases, veekogudes, heitvees, sõnnikus jne. Mulla mikroorganismide bakteriofaagid mõjutavad mikrobioloogiliste protsesside kulgu pinnases.
Paljundamine. Bakteriofaag on lisatud selle lisaga bakterirakkule ja ensüümi eritades lahustab rakuseina; siis läbib selle pea sisu läbi kanada kanali, kus faagi nukleiinhappe mõju all on bakteriaalsete valkude, DNA ja RNA seiskumine ning nukleiinhappe süntees ja seejärel algavad faagi valgud. Mõned neist valkudest on ensüümid, teine osa moodustab küpsete bakteriofaagi osakeste membraani, väiksemad, sfäärilised faagid sisenevad bakterisse ilma protsessi osaluseta. Kui bakterirakk on samal ajal nakatunud bakteriofaagiosakestega, mis erinevad paljude omaduste poolest, siis järglaste hulgas on lisaks osakestele nagu vanemad ka need, kus need omadused on uues kombinatsioonis, sest kui bakteriofaag korrutab
rekombinatsioon - nukleiinhappe kiudude osade vahetus, mis on päriliku informatsiooni kandja. Suurte faagide osakesed tekivad bakteritest, hävitades selle ja mõned väikesed ja filamentsed elusbakteritest. Mõned bakteriofaagid on väga spetsiifilised ja on võimelised lüüsima ainult ühe tüüpi mikroorganismide (monofagide) rakke, teised on erinevat tüüpi rakud (polüfäärid).
Bakteriofaagid jagunevad virulentseteks, lüüsi põhjustavateks rakkudeks koos uute osakeste moodustumisega ja mõõdukate (sümbiootiliste) rakkudega, mis adsorbeeruvad raku poolt ja tungivad sellesse, kuid ei põhjusta lüüsi, vaid jäävad lahtrisse varjatud (peidetud) mitte-nakkusliku vormiga (profhage). Latentset faagi sisaldavaid kultuure nimetatakse lüsogeenseks. Lüsogeeni toimetatakse bakterite järglastele. Lüsogeenne kultuur võib sisaldada 2–3 või enamat faagi; reeglina on see resistentne selle faagide suhtes (ainult väike osa rakkudest lüüsib ja vabastab küpsed faagid). Lüsogeenset kultuuri mõjutades ultraviolett- või röntgenikiirguse, vesinikperoksiidi ja mõnede teiste ainetega on võimalik oluliselt suurendada rakke, mis vabastavad faagi (nn bakteriofaagi induktsioon). Lüsogeen on laialt levinud kõigi bakterite ja aktinomükeedide puhul. Mõnel juhul sõltuvad paljud lüsogeense kultuuri omadused (mürgisus, bakterite liikuvus jne) teatud prophageide olemasolu selles. Kirjeldatud on mitmeid bakteriofaagi mutatsioone, millega kaasneb muutus nende lüütilises aktiivsuses, osakeste ja "kolooniate" struktuuris, resistentsuses kahjulike mõjude ja teiste omadustega. Bakteriofaagidel on mikroobide varieeruvuses ja arengus suur roll ning nende rakumehhanismid on erinevad. Bakteriofaagid võivad oluliselt muuta asotobakteri lämmastikku kinnitavat võimet, patogeensete bakterite toksilisust ja antigeenseid omadusi jne.
Bakteriofaagide praktiline tähtsus Mõnede faagide (üksi või kombinatsioonis antibiootikumidega) vältimiseks (faagi profülaktika) ja mitmete inimeste bakteriaalsete nakkushaiguste (düsenteeria, kõhutüüf, kolera, katk, stafülokokk ja anaeroobne infektsioon jne) ja loomade ravimiseks (faagiravi). Siiski osutusid antibiootikumid ja muud kemoterapeutikumid efektiivsemaks kui faagid ja seetõttu on nende kasutamine terapeutilistel eesmärkidel vähenenud. Bakteriofaagid on edukalt kasutatud bakterite, aktinomütseedide tüübi määramisel. Bakteriofaagid võivad kahjustada antibiootikumide, aminohapete, piimatoodete, bakteriaalsete väetiste ja teiste mikrobioloogilise sünteesi harude tootmist. Bakteriofaagide tähtsus geneetika ja molekulaarbioloogia teoreetilises töös.
Viiruse bakteriofaagi aruanne
Lisatud: 08/09/2012. Edastatud: 2012. Lehekülgi: 17. Antiplagiat.ru ainulaadsus: on ka teisi eluvorme. Need on viirused, millel ei ole raku struktuuri. Need kujutavad endast elus ja elusolendi vahelist üleminekuvormi.
Iga viirusosake koosneb RNA-st või DNA-st, mis on ümbritsetud valgukesta, mida nimetatakse kapsiidiks. Täielikult moodustunud nakkuslikku osakest nimetatakse viriooniks. Selline üksus (kapsiid + + nukleiinhape = nukleokapsid) võib olla "alasti" ja teistel juhtudel ümbritseb ümbris (1. liide, joonised 4.2 ja 4.3). Tühjad nukleokapsiidid on näiteks tubakakossi viiruse osakesed, tüükad põhjustav viirus ja adenoviirus. Gripi ja herpesviirusi ümbritseb täiendav ümbrik.
Capsid omakorda koosneb allüksustest - kapsomeeridest. Tal on sageli sümmeetriline struktuur. Sümmeetriat on kahte tüüpi - spiraal ja kuupmeetri. Vahekaardil. 4.1 (1. liide) erinevad viirused rühmitatakse nende struktuuri järgi. Allpool käsitletakse nelja viirust, mida tuntakse patogeenidena: kaks spiraalse sümmeetriaga viirust, millest üks on alastiosakestega (tubaka mosaiikviirus) ja teine lisakattega (gripiviirus), ja kahte tüüpi kuupmeetri sümmeetriaga viiruseid - paljaste osakestega (polio-viirus ja teised polühedad viirused) ja ümbrikuga (herpesviirus).
- Tubaka mosaiikviirus
- Gripiviirus
On palju erinevaid gripiviiruse liike. Milline kude viirust mõjutab, sõltub viiruse spetsiifilisusest peremeesrakkude suhtes ja rakkude retseptori omadustest. Viirus võib põhjustada rakkude ainevahetuse häireid või isegi rakusurma. Lisaks toimib see antigeenina ja stimuleerib antikehade moodustumist peremeesorganismis. Suured gripiepideemiad põhjustavad viirused erinevad virulentsuse ja patogeensuse poolest.
- Polühedad viirused ilma väliskestata
Ikosahedroni põhimõtte kohaselt on ehitatud palju viiruseid: poliomüeliidi viirused, suu- ja sõrataud, adenoviirused (3. liide, joonis 4.5).
Fakt, et viiruse kapsiid koosneb suurest hulgast identsetest allüksustest, saab selgeks, kui arvestada, et nukleiinhappe mass paljudes viirustes on väga väike; DNA- või RNA-ahelad on nii lühikesed, et nende sisaldav teave on piisav, et kodeerida vaid mõningaid polüpeptiidahelaid, millest enamik teostab ensümaatilisi funktsioone, kui viirus paljuneb peremeesrakus. Paljude identsete allüksuste kapsiidi ehitamise põhimõte tagab maksimaalse efekti minimaalse geneetilise materjaliga.
- Ülehinnatud polühedriaalsed viirused
Ikosahedriline herpesviiruse kapsiid koosneb 162 kapsomeerist. Väliskest on kahtlemata moodustatud peremeesraku sisemisest tuumamembraanist. Herpesviirused paljunevad raku tuumades; Viiruse osakeste kapsiidid on kaetud tuumamembraani membraaniga, "tuumast" tuumast ja viiakse läbi endoplasmaatilise retiikulumi süsteemi (eukarüootsete rakkude rakusisene organoid, mis on membraani ümbritsetud hargnenud õõnsuste, vesiikulite ja tubulite hargnenud süsteem).
Kanakana on suhteliselt kerge lapsehaigus. Viirus nakatab ülemisi hingamisteid, levib veres kogu kehas ja on naha fikseerimisel põhjustanud lõpuks mullide moodustumise. Vöötohatis esineb osaliselt immuunsuses; see tuleneb varicella zoster viiruse taasaktiveerumisest. Seega põhjustavad mõlemad haigused sama viiruse.
- Lüpsi viirused
BACTERIOPHA GI. STRUKTUUR JA OMADUSED
Bakteriofaagiviirused või faagid, mis suudavad tungida bakterirakku ja hävitada selle, on bakteriofaagid või bakterid, mis on erilised.
Bakteriofaagi isoleerimine ei ole raske. Ainult vajaliku bakteri loodusliku elupaiga materjali on vaja võtta ja bakteritega kanda toitainet. Kui sellist kumulatiivset kultuuri inkubeeritakse nende bakterite jaoks soodsates tingimustes, siis paljunevad proovis sisalduvad faagid. Viirus paljuneb alati ainult kasvavates rakkudes.
Bakteriofaagide struktuuri uuriti peamiselt Escherichia coli T seeria faagide näitel. Kolifag T2 koosneb polühedast peast, mille pikkus on 100 nm ja protsess või "saba" ligikaudu sama pikkusega. Seetõttu räägivad nad "ühend" viirustest (1. liide, tabel 4.1). Pea koosneb kapsomeeridest ja sisaldab DNA sees. Valgu ja DNA kogus on umbes sama. Faagi T2 protsessil on keeruline struktuur. Selles on võimalik eristada vähemalt kolme osa: õõnsat varrast, seda ümbritsevat eemaldatavat kaanet ja selgroo ja keerme basaal laminaati, mis asub varda distaalses otsas (spetsiifiline adsorptsioon peremeesrakul sõltub viimasest). Negatiivse kontrastiga saadud elektronmikroskoopidel võib faagiosakesi näha kahes olekus: mõnedes osakestes paistab pea elektroonitihedalt taustal väga teravalt ja protsessi kest on venitatud, teistes aga erineb vähe tihedusest taustal ja kattekiht on vähendatud. Seda näidatakse skemaatiliselt joonisel fig. 4.7 (4. liide). Esimene olek (A) on iseloomulik aktiivsele faagile, mille otsas on DNA suletud, teine (B) on faagi jaoks, mis süstis oma DNA bakterirakku.
Bakteriofaagi omadust - bakterite hävitamiseks - kasutatakse bakteriaalsete haiguste ennetamiseks ja raviks.
10–15 minutit pärast bakteriofaagide sissetoomist nakkushaiguse organismi, neutraliseeritakse kõhutüüf, düsenteeria ja salmonelloos.
Kuid sellel meetodil on tõsine puudus. Bakterid on varieeruvamad (kaitses faagide vastu) kui bakteriofaagid, seega muutuvad bakterirakud suhteliselt kiiresti tundmatuteks faagideks.
JÄRELDUS
Viiruste päritolu evolutsiooniprotsessis on ebaselge. Nende sõltuvus teistest organismidest, mille rakkudes nad kasvavad ja paljunevad, viitab sellele, et nad ei ilmunud varem kui rakkude organismid. Eeldatakse, et viirused on väga degenereerunud rakud või nende fragmendid, mis on parasiitidega kohanemise protsessis kaotanud kõike, mida rakuseina, tselloplasma organellidega võib teha ilma, välja arvatud nende pärilikud aparaadid nukleiinhappe (RNA või DNA) kujul ja kaitsev aparaat valgu kapsli kujul.
Viroloogid I - kiiresti kasvav tööstus, millel on ajutine bioloogia. Tema teoreetiline ja praktiline tähtsus meditsiini, veterinaarmeditsiini ja põllumajanduse jaoks on tohutu. Viirused uurivad mikroobide geneetika probleeme ja biokeemia praegusi probleeme. Teadlased mõistavad üha sügavamalt ja edukalt nende ultramikroskoopiliste elusolendite kõige väiksemat struktuuri, biokeemilist koostist ja füsioloogilisi omadusi, nende rolli looduses, inimelus, loomades ja taimedes. Viroloogia areng on seotud molekulaarse geneetika edukusega. Viiruste uurimine on toonud kaasa geenide peenstruktuuri mõistmise, geneetilise koodi dekodeerimise ja mutatsioonimehhanismide tuvastamise. Viirusi kasutatakse laialdaselt geenitehnoloogias. Viiruste võime muutuda sõltuvaks, käitub ettearvamatult - ei tunne piirangut.
Bakteriofaagid
Bakteriofaagid on bakterites elavad viirused.
Bakteriofaagid (bakteritest ja kreeklastest. Phagos-sööjad; sõna otseses mõttes - bakterite sööjad), faagid, bakteriaalsed viirused, mis põhjustavad bakterite ja teiste mikroorganismide hävimist. Bakteriofaagid paljunevad rakkudes, lüüsivad neid ja liiguvad reeglina teistesse, kasvavatesse rakkudesse. Esimest korda täheldati venelaste mikrobioloog NF Gamaleya poolt 1898. aastal pidevat bakterite lüüsimist (siberi bacillus). Inglise teadlane F. Tuort kirjeldas 1915. aastal sama nähtust mädane stafülokokk ja 1917. aastal nimetas prantsuse teadlane F. D'Erell bakterifiltrit läbivat lüütilist agenti.
Struktuur ja keemiline koostis. Paljud bakteriofaagiosakesed koosnevad ümmargusest, kuusnurk- või vardakujulisest peast läbimõõduga 45–140 nm ja protsessi 10–40 mm paksusest ja 100–200 nm pikkusest. Teistel bakteriofaagidel ei ole protsesse; mõned neist on ümmargused, teised on formaadis, suurusega 8x800 nm. Pea sisu koosneb peamiselt desoksüribonukleiinhappest (DNA) (selle pikkus on mitu korda suurem kui pea suurus ja jõuab 60–70 µm, see lõng on peaga keeratud) või ribonukleiinhape (RNA) ja väike kogus (umbes 3%) valku ja mõned teised ained. Lisas on õõnes toru, mida ümbritseb ümbris, mis sisaldab kontraktiilseid valke, nagu lihas. Mitmed bakteriofaagide katted kahanevad, paljastades osa vardast. Protsessi lõpus on paljudel bakteriofaagidel basaalplaat, millel on mitu stüloidi või muud eendit. Õhukesed niidid lahkuvad plaadist, mis soodustab faagi kinnitumist bakteritele. Pea ja liite kestad koosnevad valkudest. Valgu üldkogus faagiosakonnas on 50–60%, nukleiinhapped - 40–50%. Igal bakteriofaagil on spetsiifilised antigeensed omadused, mis erinevad peremeesbakterist ja muudest faagi antigeenidest. On mitmeid antigeene, mis on tavalised mitmetele faagidele (eriti need, mis sisaldavad RNA-d).
Spread. Bakteriofaagid on leitud enamiku bakterite, sealhulgas patogeensete ja saprofüütide, samuti aktinomütseedide (aktinofaagide) ja sinihallide puhul. Bakteriofaagid on leitud inimeste ja loomade soolestikus, taimedes, pinnases, veekogudes, heitvees, sõnnikus jne. Mulla mikroorganismide bakteriofaagid mõjutavad mikrobioloogiliste protsesside kulgu pinnases.
Paljundamine. Bakteriofaag on lisatud selle lisaga bakterirakkule ja ensüümi eritades lahustab rakuseina; siis läbib selle pea sisu läbi kanada kanali, kus faagi nukleiinhappe mõju all on bakteriaalsete valkude, DNA ja RNA seiskumine ning nukleiinhappe süntees ja seejärel algavad faagi valgud. Mõned neist valkudest on ensüümid, teine osa moodustab küpsete bakteriofaagi osakeste membraani, väiksemad, sfäärilised faagid sisenevad bakterisse ilma protsessi osaluseta. Kui bakterirakk on samal ajal nakatunud bakteriofaagiosakestega, mis erinevad paljude omaduste poolest, siis järglaste hulgas on lisaks osakestele nagu vanemad ka need, kus need omadused on uues kombinatsioonis, sest kui bakteriofaag korrutab
rekombinatsioon - nukleiinhappe kiudude osade vahetus, mis on päriliku informatsiooni kandja. Suurte faagide osakesed tekivad bakteritest, hävitades selle ja mõned väikesed ja filamentsed elusbakteritest. Mõned bakteriofaagid on väga spetsiifilised ja on võimelised lüüsima ainult ühe tüüpi mikroorganismide (monofagide) rakke, teised on erinevat tüüpi rakud (polüfäärid).
Bakteriofaagid jagunevad virulentseteks, lüüsi põhjustavateks rakkudeks koos uute osakeste moodustumisega ja mõõdukate (sümbiootiliste) rakkudega, mis adsorbeeruvad raku poolt ja tungivad sellesse, kuid ei põhjusta lüüsi, vaid jäävad lahtrisse varjatud (peidetud) mitte-nakkusliku vormiga (profhage). Latentset faagi sisaldavaid kultuure nimetatakse lüsogeenseks. Lüsogeeni toimetatakse bakterite järglastele. Lüsogeenne kultuur võib sisaldada 2–3 või enamat faagi; reeglina on see resistentne selle faagide suhtes (ainult väike osa rakkudest lüüsib ja vabastab küpsed faagid). Lüsogeenset kultuuri mõjutades ultraviolett- või röntgenikiirguse, vesinikperoksiidi ja mõnede teiste ainetega on võimalik oluliselt suurendada rakke, mis vabastavad faagi (nn bakteriofaagi induktsioon). Lüsogeen on laialt levinud kõigi bakterite ja aktinomükeedide puhul. Mõnel juhul sõltuvad paljud lüsogeense kultuuri omadused (mürgisus, bakterite liikuvus jne) teatud prophageide olemasolu selles. Kirjeldatud on mitmeid bakteriofaagi mutatsioone, millega kaasneb muutus nende lüütilises aktiivsuses, osakeste ja "kolooniate" struktuuris, resistentsuses kahjulike mõjude ja teiste omadustega. Bakteriofaagidel on mikroobide varieeruvuses ja arengus suur roll ning nende rakumehhanismid on erinevad. Bakteriofaagid võivad oluliselt muuta asotobakteri lämmastikku kinnitavat võimet, patogeensete bakterite toksilisust ja antigeenseid omadusi jne.
Bakteriofaagide praktiline tähtsus Mõnede faagide (üksi või kombinatsioonis antibiootikumidega) vältimiseks (faagi profülaktika) ja mitmete inimeste bakteriaalsete nakkushaiguste (düsenteeria, kõhutüüf, kolera, katk, stafülokokk ja anaeroobne infektsioon jne) ja loomade ravimiseks (faagiravi). Siiski osutusid antibiootikumid ja muud kemoterapeutikumid efektiivsemaks kui faagid ja seetõttu on nende kasutamine terapeutilistel eesmärkidel vähenenud. Bakteriofaagid on edukalt kasutatud bakterite, aktinomütseedide tüübi määramisel. Bakteriofaagid võivad kahjustada antibiootikumide, aminohapete, piimatoodete, bakteriaalsete väetiste ja teiste mikrobioloogilise sünteesi harude tootmist. Bakteriofaagide tähtsus geneetika ja molekulaarbioloogia teoreetilises töös.
"Bakteriofaagid"
Sisukord
Bakteriofaagid. Nende roll biosfääris 4
Bakteriofaagide struktuur 6
Bakteriofaagi koostoime bakterirakkudega 7
Elutsükkel 9
Bakteriofaagide süstemaatika 10
Mikrobioloogilises tööstuses 12
Bakteriofaagi uuringute arengu peamised etapid ja lihtsaimad meetodid 13
Teabeallikate loetelu 17
Sissepääs
Inglise bakterioloog Frederick Tuort 1, 1915. aasta artiklis, kirjeldas stafülokokkide nakkushaigust, nakkusetekitajat, kes läbis filtrite ja mida võib ühest kolooniast teise üle kanda.
Vaatamata Frederick Tuortile teatas Prantsuse-Kanada mikrobioloog Felix D'Erel 2 bakteriofaagide avastamisest 3. septembril 1917. aastal. Sellega on teada, et Vene mikrobioloog Nikolai Fedorovitš Gamalei 3 juba 1898. aastal täheldas kõigepealt transplanteeritava agensi mõju all olevate bakterite (antratsiinilise batsilli) lüüsi.
Pärast bakteriofaagi nähtuste avastamist arendas D'Erell teooriat, et patogeensete bakterite bakteriofaagid, olles nende parasiidid, mängivad suurt rolli infektsioonide patogeneesis, tagades haigestunud organismi taastumise ja luues seejärel spetsiifilise immuunsuse. See seisukoht on pälvinud paljude teadlaste tähelepanu bakteriofaagi nähtusele, kes väitis, et faagid peaksid sisaldama olulist vahendit inimeste ja loomade kõige ohtlikumate nakkushaiguste tõrjeks.
Felix D'Erel soovitas ka, et bakteriofaagid on olemuselt corpuscular. Kuid alles pärast elektronmikroskoobi leiutamist oli võimalik näha ja uurida faagide ultrastruktuuri. Pikka aega põhinesid faagide morfoloogia ja põhijoonte ideed T-rühma faagide T1, T2,..., T7, mis tõugavad E. coli (E. coli) tüve B uurimistulemuste põhjal. erinevate faagide struktuurid, mis tingisid nende morfoloogilise klassifikatsiooni.
Bakteriofaagid. Nende roll biosfääris
B-aterofaadid (faagid) (iidse kreeka φᾰγω-st - “devouring”) on viirused, mis nakatavad bakterirakke selektiivselt. Kõige sagedamini paljunevad bakteriofaagid bakterites ja põhjustavad nende lüüsi 4. Reeglina koosneb bakteriofaag valkkihist ja üheahelalise või kaheahelalise nukleiinhappe (DNA või harvemini RNA) geneetilisest materjalist. Osakeste suurus on umbes 20 kuni 200 nm.
Tüüpilise bakteriofaagi müoviini struktuur (joonis 1).
Bakteriofaagid esindavad kõige rohkem biosfääri ja tõenäoliselt kõige evolutsiooniliselt vanemate viiruste rühma. Faagide ligikaudne populatsiooni suurus on rohkem kui 1030 faagi osakest.
Looduslikes tingimustes leitakse faagid nendes kohtades, kus on nende suhtes tundlikud bakterid. Mida suurem on see või see substraat (pinnas, inimeste ja loomade eritumine, vesi jne) mikroorganismide poolt, seda rohkem leidub selles vastav faag. Niisiis, kõik pinnase mikroorganismide rakke lüüsivad faagid on pinnases. Eriti rikas chernozemi ja faasi faagide, kus kasutatakse orgaanilisi väetisi.
Bakteriofaagidel on oluline roll mikroobide populatsioonide arvu kontrollimisel vananevate rakkude autolüüsil bakteriaalsete geenide ülekandmisel, toimides vektori "süsteemidena".
Tõepoolest, bakteriofaagid on üks peamisi liikuvaid geneetilisi elemente. Transduktsiooni kaudu toovad nad bakteriaalsesse genoomi uusi geene. Hinnati, et 1024 bakterit saab nakatada 1 sekundi jooksul. See tähendab, et geneetilise materjali pidev ülekandmine jaotub sarnastes tingimustes elavate bakterite vahel.
Kõrge spetsialiseerumine, pikaajaline eksistents, võime kiiresti paljuneda sobivas peremeesorganismis aitab kaasa nende säilitamisele dünaamilises tasakaalus paljude bakteriliikide vahel igas looduslikus ökosüsteemis. Kui sobivat peremeest ei ole, võivad paljud faagid säilitada nakatumise võime aastakümneid, kui neid ei hävita äärmuslike ainete või keskkonnatingimuste tõttu.
Bakteriofaagid meditsiinis
Bakterite sööjad
Konstantin Miroshnikov, "Populaarne mehaanika" № 10-2013
Kõigil maa peal elavatel olenditel on mikroskoopilised parasiidid - viirused. Nende bakterites on viiruseid. Bakteriaalsete viiruste paljunemistsükkel lõpeb paratamatult mikrobi surmaga. Selle funktsiooni rõhutamiseks tuli üks selle efekti avastajatest, Felix D'Erel, välja spetsiaalse nime - „bakteriofaagid”, mis tõlgiti kreeka keelest - „bakterite sööjad”.
Foto tehtud elektronmikroskoobiga
näitab bakteriofaagide (koliibid T1) sidumise protsessi E. coli bakterite pinnal.
Kahekümnenda sajandi lõpus selgus, et bakterid domineerivad kahtlemata Maa biosfääris, moodustades enam kui 90% selle biomassist. Igal liigil on palju eri tüüpi viirusi. Esialgsete hinnangute kohaselt on bakteriofaagi liikide arv umbes 10 15. Selle näitaja ulatuse mõistmiseks võime öelda, et kui iga Maa inimene avab iga päev ühe uue bakteriofaagi, siis kulub nende kirjeldamiseks 30 aastat.
Seega on meie biosfääri kõige vähem uuritud olendid bakteriofaagid. Enamik teadaolevatest bakteriofaagidest kuuluvad Caudovirales'i tellimuse - saba viiruste hulka. Nende osakeste suurus on 50 kuni 200 nm. Erinevate pikkuste ja kujuga saba tagab viiruse kinnitumise peremeesbakteri pinnale, pea (kapsiid) on genoomi hoidla. Genoomne DNA kodeerib bakteriofaagi “keha” moodustavaid struktuurset valku ja valke, mis võimaldavad faagil paljuneda nakkuse ajal rakus.
Võime öelda, et bakteriofaag on looduslik kõrgtehnoloogiline nanoobjekt. Näiteks on faagi sabad "molekulaarne süstal", mis lööb bakteri seina sisse ja pigistab oma DNA rakku. Sellest hetkest alates algab nakkustsükkel. Selle edasised etapid seisnevad bakteri elutähtsa aktiivsuse mehhanismide vahetamises bakteriofaagi säilitamiseni, selle genoomi reprodutseerimisest, viirusümbriste paljude koopiate konstrueerimisest, viiruse DNA pakendist ja lõpuks peremeesraku hävimisest (lüüs).
Bakteriofaag ei ole elav asi, vaid looduse poolt loodud molekulaarne nano-mehhanism.
Bakteriofaagi saba on süstal, mis tungib bakteri seina ja süstib viiruse DNA-d,
mis on salvestatud pea (kapsiid), raku sees.
Igal etapil on palju nüansse, millel on sügav evolutsiooniline ja ökoloogiline tähendus. Lõppude lõpuks eksisteerivad bakterid ja nende viirusparasiidid sadu miljoneid, kui mitte miljardeid aastaid. Ja see võitlus ellujäämise eest ei lõppenud ühikuliste osade täieliku hävimisega ega kogu faagide resistentsuse omandamisega ega bakterite kontrollimatu paljunemisega.
Lisaks bakterite kaitsemehhanismide pidevale evolutsioonilisele konkurentsile ja viiruste rünnakutele võib olemasoleva tasakaalu põhjuseks pidada seda, et nende nakkushaigusele spetsialiseerunud bakteriofaagid. Kui on olemas suur bakterite koloonia, kus järgmiste põlvkondade faagid leiavad oma ohvrid, siis bakterite hävitamine lüütiliste (surmavate, sõna otseses mõttes lahustuvate) faagide poolt toimub kiiresti ja pidevalt.
Kui potentsiaalseid ohvreid ei ole piisavalt või kui välised tingimused ei ole faagide efektiivseks reprodutseerimiseks väga sobivad, saavad kasu lüsogeense arengutsükli faagid. Sel juhul, pärast faagi DNA sisestamist bakterisse, ei käivita see kohe nakkuse mehhanismi, kuid praegu eksisteerib see rakus passiivses olekus, sageli tungides bakteriaalsesse genoomi.
Sellises propageerimisolekus võib viirus eksisteerida pikka aega, mis kulgeb koos bakteri kromosoomiga, rakkude jagunemistsüklitega. Ja ainult siis, kui bakter siseneb paljunemisele soodsasse keskkonda, aktiveerub infektsiooni lüütiline tsükkel. Samal ajal, kui faagi DNA vabaneb bakteriaalsest kromosoomist, püütakse sageli bakteriaalse genoomi naaberpiirkondi ja nende sisu saab hiljem üle viia järgmisesse bakteriofaagi nakatavatesse bakteritesse. Seda protsessi (geeni transduktsiooni) peetakse kõige olulisemaks vahendiks informatsiooni edastamiseks prokarüootide, raku tuumata organismide vahel.
Kuidas bakteriofaag
Kõik need molekulaarsed nüansid ei olnud kahekümnenda sajandi teisel kümnendil teada, kui avastati "nähtamatud nakkusetekitajad, mis hävitavad baktereid". Kuid isegi ilma elektronmikroskoobita, mille abil esmakordselt 1940. aastate lõpus oli võimalik saada bakteriofaagide pilte, oli selge, et nad suutsid hävitada bakterid, kaasa arvatud patogeenid. Seda ravimit nõudis kohe ravim.
Esimesed katsed ravida düsenteeria, haavainfektsioonide, koolera, kõhutüüfide ja isegi katku ravimeid tehti üsna ettevaatlikult ja edu näis üsna veenev. Kuid pärast masstootmise algust ja faagipreparaatide kasutamist asendati eufooria pettumusega. Väga vähe oli teada, kuidas bakteriofaagid on, kuidas valmistada, puhastada ja rakendada nende ravimvorme. Piisab, kui öelda, et 1920. aastate lõpus USAs läbi viidud kontrolli tulemuste kohaselt ei sisaldanud paljud tööstuslikud faagipreparaadid tegelikult bakteriofaage.
Antibiootikumide probleem
20. sajandi teisel poolel võib meditsiinis nimetada antibiootikumide ajastu. Kuid penitsilliini avastaja Alexander Fleming hoiatas oma Nobeli loengus, et mikroobide resistentsus penitsilliini suhtes tekib üsna kiiresti. Praegu kompenseeris antibiootikumiresistentsust uute mikroobivastaste ravimite väljatöötamine. Kuid alates 1990. aastatest on saanud selgeks, et inimkond kaotab „relvade võidu” mikroobide vastu.
Eelkõige on antibiootikumide kontrollimatu kasutamine süüdi mitte ainult meditsiinilistel eesmärkidel, vaid ka ennetustegevuses, mitte ainult meditsiinis, vaid ka põllumajanduses, toiduainetööstuses ja igapäevaelus. Selle tulemusena hakati tootma resistentsust nende ravimite suhtes mitte ainult patogeensetes bakterites, vaid ka kõige tavalisemates mullas ja vees elavatel mikroorganismidel, muutes need „tingimuslikeks patogeenideks”.
Sellised bakterid eksisteerivad mugavalt meditsiiniasutustes, kus on sanitaartehnikat, mööblit, meditsiiniseadmeid ja mõnikord isegi desinfitseerivaid lahendusi. Nõrgenenud immuunsüsteemiga inimestel, mis on enamus haiglates, põhjustavad nad tõsiseid tüsistusi.
Ei ole üllatav, et meditsiiniline kogukond kõlab häire. Varem, 2012, tegi WHO peadirektor Margaret Chan avalduse, milles ennustati antibiootikumide ajastu lõppu ja inimkonna haavatavust nakkushaiguste suhtes. Kombinatoorse keemia praktilised võimalused - farmakoloogilise teaduse alus - ei ole kaugeltki ammendunud. Teine asi on see, et antimikroobsete ainete väljatöötamine on väga kallis protsess, mis ei tooda sellist kasumit nagu paljud teised ravimid. Nii et hirmulugusid „superbugide” kohta on tõenäolisem hoiatus, mis julgustab inimesi otsima alternatiivseid lahendusi.
Bakteriofaagid ja immuunsus
Kuna looduses on lugematuid bakteriofaage ja nad sisenevad inimese kehasse pidevalt vee, õhu ja toiduga, siis immuunsus lihtsalt neid ignoreerib. On isegi hüpotees soolestiku mikrofloora reguleeriva soolestiku bakteriofaagi sümbioosi kohta. Mõnda immuunvastust on võimalik saavutada ainult pikaajalise sissetoomise teel suurte faagide annustesse.
Kuid sel moel saate peaaegu iga aine suhtes allergiat. Lõpuks on väga oluline, et bakteriofaagid oleksid odavad. Täpselt valitud bakteriofaagidest koosnevate preparaatide väljatöötamine ja valmistamine täielikult dekodeeritud genoomidega, mida kultiveeritakse tänapäeva biotehnoloogiliste standardite järgi teatud keemiliselt puhtas keskkonnas ja väga puhastatud bakterite tüvedel, on palju odavam kui kaasaegsed komplekssed antibiootikumid.
See võimaldab kiiresti kohandada fagoterapeutilisi ravimeid patogeensete bakterite muutuvatesse komplektidesse ja rakendada bakteriofaage veterinaarias, kus kallid ravimid ei ole majanduslikult põhjendatud.
Tundub üsna loogiline taaselustada huvi bakteriofaagide - bakterite looduslike vaenlaste - kasutamise vastu infektsioonide raviks. Tõepoolest, antibiootikumide ajastu aastakümnete jooksul on bakteriofaagid aktiivselt teeninud teadust, kuid mitte meditsiini, vaid põhilisi molekulaarbioloogiaid. Piisab, kui mainida geneetilise koodi ja DNA rekombinatsiooniprotsessi „triplettide” dekodeerimist. Nüüd on teada, et bakteriofaagid valivad terapeutilistel eesmärkidel sobivad faagid.
Bakteriofaagide kui potentsiaalsete ravimite eelised on arvukad. Esiteks - see on hulgaliselt neid. Kuigi bakteriofaagi geneetilise aparatuuri muutmine on samuti palju lihtsam kui bakteril ja veelgi enam kõrgematel organismidel, ei ole see vajalik. Sa võid alati leida midagi looduses sobivat. See on pigem soovitud bakteriofaagide valik, konsolideerimine ja soovitud paljunemine.
Seda võib võrrelda aretuskoeratõugudega - kelk, valvur, jahindus, hagijad, võitlus, dekoratiivsed... Kõik need jäävad koerteks, kuid on optimeeritud teatud liiki tegevuseks, mida inimene vajab. Teiseks, bakteriofaagid on rangelt spetsiifilised, see tähendab, et nad hävitavad ainult teatud tüüpi mikroobid, kuid ei inhibeeri inimeste normaalset mikrofloora.
Kolmandaks, kui bakteriofaag leiab bakteri, mis tuleb hävitada, hakkab see elutsükli jooksul paljunema. Seega muutub annuse küsimus vähem teravaks. Neljandaks, bakteriofaagid ei põhjusta kõrvaltoimeid. Kõik allergiliste reaktsioonide juhtumid, mis olid seotud terapeutiliste bakteriofaagide kasutamisega, on põhjustatud kas lisanditest, millest preparaat ei olnud piisavalt puhastatud, või bakterite massilise surma ajal vabanenud toksiinidest. Viimane nähtus, „Herxheimeri efekt”, on sageli täheldatud antibiootikumide kasutamisel.
Kahjuks on meditsiinilistel bakteriofaagidel ka palju puudusi. Peamine probleem tuleneb väärikusest - faagide kõrgest spetsiifilisusest. Iga bakteriofaag nakatab rangelt määratletud tüüpi baktereid, mitte isegi taksonoomilisi liike, vaid mitmeid kitsamaid liike, tüvesid. Suhteliselt öeldes, nagu oleks valvekoer hakanud koorima ainult musta vihmamantliga riietatud kahe meetri kõrilõikajadel, ei reageerinud nad koju sattunud lühikesed poisid.
Seetõttu on praeguste faagipreparaatide puhul ebatõhusa kasutamise juhtumeid. Konkreetsete tüvede ja Smolenski streptokokkide kurguvalu täielikult raviv ravim võib olla võimatu kõigi sama kurguvalu märkide vastu Kemerovos. Haigus on sama, mida põhjustavad samad mikroobid, ja streptokokkide tüved erinevates piirkondades on erinevad.
Bakteriofaagi kõige tõhusamaks kasutamiseks on vajalik patogeensete mikroobide täpne diagnoos kuni tüve. Kõige tavalisem diagnostikameetod on tänapäeval kultuuri külvamine, mis võtab palju aega ja ei anna vajalikku täpsust. Kiired meetodid - trükkimine PCR-i või massispektromeetriaga - on kasutusele võetud aeglaselt tänu seadmete kõrgele maksumusele ja laborite tehnikute kõrgematele kvalifikatsiooninõuetele. Ideaalis võib ravimi faagikomponentide valiku teha iga patsiendi infektsiooni vastu, kuid see on kulukas ja praktikas vastuvõetamatu.
Teine oluline faagi puudus on nende bioloogiline olemus. Lisaks sellele, et bakteriofaagid vajavad nakkavuse säilitamiseks erilisi säilitamis- ja transportimistingimusi, avab see ravimeetod ruumi spekulatsioonidele "võõra DNA inimese kohta". Ja kuigi on teada, et bakteriofaag ei saa põhimõtteliselt inimese rakku nakatada ja selle DNA sisestada, ei ole üldsuse arvamuse muutmine lihtne.
Kolmas piirang tuleneb bioloogilisest olemusest ja üsna suurest, võrreldes madalmolekulaarsete ravimitega (sama antibiootikumidega), bakteriofaagi kohaletoimetamise probleemiga. Mikroobse infektsiooni tekkimisel, kus bakteriofaagi saab nahale, lahtistele haavadele, põletustele, nina nina limaskestadele, kõrvadele, silmadele, jämesoolele otse, tilkade, pihustite või klistiiride kujul rakendada, ei ole probleemi.
Aga kui infektsioon esineb siseorganites, on olukord keerulisem. Teada on neerude või põrna infektsioonide edukaks raviks bakteriofaagi preparaadi tavapärase suukaudse manustamise korral. Kuid suhteliselt suurte (100 nm) faagiosakeste tungimise mehhanism maost vereringesse ja siseorganitesse on halvasti arusaadav ja varieerub patsiendilt väga erinevalt. Bakteriofaagid on ka tugevad nende mikroobide vastu, mis arenevad rakkudes, näiteks tuberkuloosi ja lepra patogeenides. Bakteriofaag ei pääse läbi inimese raku seina.
Tuleb märkida, et bakteriofaagide ja antibiootikumide kasutamise vastu meditsiinilistel eesmärkidel ei tohiks olla. Ühise toimega täheldatakse antibakteriaalse toime vastastikust paranemist. See võimaldab näiteks vähendada antibiootikumide annust väärtustele, mis ei põhjusta väljendunud kõrvaltoimeid. Seega on bakteri kombineeritud ravimi mõlema komponendi resistentsuse tootmise mehhanism peaaegu võimatu.
Antimikroobse arsenali laienemine annab ravimeetodite valikul rohkem vabadust. Seega on bakteriofaagi kasutamise teaduslikult põhjendatud areng antimikroobse ravi puhul paljutõotav suund. Bakteriofaagid ei paku mitte niivõrd alternatiivi, vaid infektsioonide vastase võitluse lisandit ja täiustust.
Autor -. pea Molekulaarne biotehnoloogia instituut. Shemyakin ja Ovchinnikov RAS
