Зарисовка схемы строения вирусов и бактериофагов

Конспект по биологии

Ключевые слова конспекта: неклеточные формы жизни, царство вирусы, фаги (бактериофаги)

Вирусы являются неклеточной формой жизни и занимают пограничное положение между неживой и живой матерней. Вирусы — внутриклеточные паразиты и могут проявлять свойства живых opганизмов, только попав внутрь клетки.

Отличия вирусов от неживой природы:

1.  способность к размножению;
2.  наследственность и изменчивость

Отличия вирусов от клеточных организмов:

1.  не имеют клеточного строения;
2.  не проявляют обмена веществ и энергии (метаболизма);
3.  могут существовать только как внутриклеточные паразиты;
4.  не увеличиваются в размерах (не растут);
5.  имеют особый способ размножения;
6. имеют только одну нуклеиновую кислоту — либо ДНК, либо РНК.

Вирусы существуют в двух формах:

• покоящейся (внеклеточной), когда их свойства как живых систем не проявляются,
• внутриклеточной, когда осуществляется размножение вирусов.

Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки капсида. Некоторые более сложные вирусы (гриппа, герпеса и др.

) помимо белков капсида и нуклеиновой кислоты могут содержать липопротеиновую мембрану, углеводы и ряд ферментов. Белки защищают нуклеиновую кислоту и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вирусов.

Форма капсида может быть палочковидной, нитевидной, сферической и др.

В зависимости от присутствующей в вирусе нуклеиновой кислоты различают РНК-содержащие и ДНК-содержащие вирусы. Нуклеиновая кислота содержит генетическую информацию, обычно о строении белков капсида. Она может быть линейная или кольцевидная, в виде одно- или двуцепочечной ДНК, одно- или двуцепочечной РНК.

Проникновение в клетку

При проникновении вируса внутрь клетки специальные белки вирусной частицы связываются с белками-рецепторами клеточной оболочки. В животную клетку вирус может проникать при процессах пино- и фагоцитоза, в растительную клетку — при различных повреждениях клеточной стенки.

Вирус подавляет существующие в клетке процессы транскрипции и трансляции. Он использует их для синтеза собственных нуклеиновой кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы. После этого клеточные оболочки разрушаются и новообразованные вирусы покидают клетку, которая при этом погибает.

Бактериофаги (вирусы, паразитирующие на бактериях), как правило, не попадают внутрь клетки, так как этому препятствуют толстые клеточные стенки бактерий. Внутрь клетки проникает только нуклеиновая кислота вируса.

Полагают, что происхождение вирусов связано с эволюцией каких-то клеточных форм, которые в ходе приспособления к паразитическому образу жизни вторично утратили клеточное строение.

Вирусы — возбудители заболеваний

Вирусы способны поражать различные живые организмы. Первым открытым вирусом был вирус табачной мозаики, поражающий растения.

Вирусную природу имеют такие заболевания животных и человека, как натуральная оспа, бешенство, энцефалиты, лихорадки, инфекционные гепатиты, грипп, корь, бородавки, многие злокачественные опухоли, СПИД и др. Кроме того, вирусы способны вызывать генные мутации.

Вирус, вызывающий заболевание СПИДом (синдром приобретённого иммунодефицита), поражает клетки крови, обеспечивающие иммунитет организма. В результате больной СПИДом может погибнуть от любой инфекции.

Вирусы СПИДа могут проникнуть в организм человека во время половых сношений, во время инъекций или операций при несоблюдении условий стерилизации.

Профилактика СПИДа заключается в избегании случайных половых связей, использовании презервативов, применении одноразовых шприцев.

Это конспект по теме «НЕКЛЕТОЧНЫЕ. Вирусы и фаги». Выберите дальнейшие действия:

Источник: https://uchitel.pro/%D0%BD%D0%B5%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%B2%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81%D1%8B-%D0%B8-%D1%84%D0%B0%D0%B3%D0%B8/

Бактериофаги

Купить продукцию с Бактериофагами

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Структура типичного миовируса бактериофага.

Бактериофа́ги (фаги) (от др.-греч. φᾰγω — «пожираю») — вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис.

Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты (ДНК или, реже, РНК). Размер частиц приблизительно от 20 до 200 нм.

История

Английский бактериолог Туорт, Фредерикв статье 1915 года описал инфекционную болезнь стафилококков,инфицирующий агент проходил через фильтры, и его можно было переносить

от одной колонии к другой.

Независимо от Фредерика Туорта французско-канадский микробиолог Д’Эрель, Феликс 3 сентября 1917 год сообщил об открытии бактериофагов. Наряду с этим известно, что российский микробиолог Гамалея, Николай Фёдорович ещё в 1898 году, впервые наблюдал явление лизиса бактерий (сибиреязвенной палочки) под влиянием перевиваемого агента [1][2].

После открытия явлений бактериофагии Д’Эрелль развил учение о том,что бактериофаги патогенных бактерий, являясь их паразитами, играютбольшую роль в патогенезе инфекций, обеспечивая выздоровление больногоорганизма, а затем создания специфического иммунитета. Это положениепривлекло к явлению бактериофагии внимание многих исследователей,которые предполагали найти в фагах важное средство борьбы с наиболее

опасными инфекционными болезнями человека и животных.

Также Феликс Д’Эрель выдвинул предположение, что бактериофаги имеют
корпускулярную природу. Однако только после изобретения электронного микроскопаудалось увидеть и изучить ультраструктуру фагов. Долгое времяпредставления о морфологии и основных особенностях фагов основывались нарезультатах изучения фагов Т-группы — Т1, Т2,…, Т7, которые

размножаются на Е. coli штамма

B. Однако с каждым годом появлялись новые данные, касающиеся морфологиии структуры разнообразных фагов, что обусловило необходимость их

морфологической классификации.

Роль бактериофагов в биосфере

Бактериофаги представляют собой наиболее многочисленную, широкораспространенную в биосфере и, предположительно, наиболее эволюционно

древнюю группу вирусов [3][4]. Приблизительный размер популяции фагов составляет более 1030 фаговых частиц[5].

В природных условиях фаги встречаются в тех местах, где естьчувствительные к ним бактерии. Чем богаче тот или иной субстрат (почва,выделения человека и животных, вода и т. д.

) микроорганизмами, тем вбольшем количестве в нём встречаются соответствующие фаги. Так, фаги,лизирующие клетки всех видов почвенных микроорганизмов, находятся впочвах.

Особенно богаты фагами черноземы и почвы, в которые вносились

органические удобрения.

Бактериофаги выполняют важную роль в контроле численности микробныхпопуляций, в автолизе стареющих клеток, в переносе бактериальных генов,

выступая в качестве векторных «систем»[6].

Действительно, бактериофаги представляют собой один из основных подвижных генетических элементов. Посредством трансдукции они привносят в бактериальный геном новые гены. Было подсчитано, что за 1 секунду могут быть инфицированы 1024 бактерий [7]. Это означает, что постоянный перенос генетического материала распределяется между бактериями, обитающими в сходных условиях.

Высокий уровень специализации, долгосрочное существование,способность быстро репродуцироваться в соответствующем хозяинеспособствует их сохранению в динамичном балансе среди широкогоразнообразия видов бактерий в любой природной экосистеме. Когдаподходящий хозяин отсутствует, многие фаги могут сохранять способность кинфицированию на протяжении десятилетий, если не будут уничтожены

экстремальными веществами либо условиями внешней среды [8].

Строение бактериофагов

1 — головка, 2 — хвост, 3 — нуклеиновая кислота, 4 — капсид, 5 — «воротничок», 6 — белковый чехол хвоста, 7 — фибрилла хвоста, 8 — шипы, 9 — базальная пластинка

Бактериофаги различаются по химической структуре, типу нуклеиновойкислоты, морфологии и характеру взаимодействия с бактериями. По размеру

бактериальные вирусы в сотни и тысячи раз меньше микробных клеток.

Типичная фаговая частица (вирион) состоит из головки и хвоста. Длинахвоста обычно в 2 — 4 раза больше диаметра головки. В головке содержится

генетический материал — одноцепочечная или двуцепочечная РНК или ДНК с ферментом транскриптазой в неактивном состоянии, окруженная белковой или липопротеиновой оболочкой — капсидом, сохраняющим геном вне клетки [9].

Нуклеиновая кислота и капсид вместе составляют нуклеокапсид. Бактериофаги могут иметь икосаэдральный капсид, собранный из множества копий одного или двух специфичных белков. Обычно углы состоят из пентамеровбелка, а опора каждой стороны из гексамеров того же или сходного белка.Более того, фаги по форме могут быть сферические, лимоновидные или

плеоморфные [10].

Хвост представляет собой белковую трубку — продолжение белковойоболочки головки, в основании хвоста имеется АТФаза, котораярегенерирует энергию для инъекции генетического материала. Существуюттакже бактериофаги с коротким отростком, не имеющие отростка и

нитевидные [11].

Фаги, как и все вирусы, являются абсолютными внутриклеточнымипаразитами. Хотя они переносят всю информацию для запуска собственнойрепродукции в соответствующем хозяине, у них отсутствуют механизмы длявыработки энергии и рибосомы для синтеза белка.

У некоторых фагов вгеноме содержится несколько тысяч оснований, тогда как фаг G, самыйкрупный из секвенированных фагов, содержит 480 000 пар оснований — вдвоебольше среднего значения для бактерий, хотя всё же недостаточного

количества генов для важнейшего бактериального органоида как рибосомы.

Систематика бактериофагов

Большое количество выделенных и изученных бактериофагов определяетнеобходимость их систематизации. Классификация вирусов бактерийпретерпевала изменения: основывалась на характеристике хозяина вируса,учитывались серологические, морфологические свойства, а затем строение и

физико-химический состав вириона [12].

В настоящее время согласно Международной классификации и номенклатуревирусов бактериофаги, в зависимости от типа нуклеиновой кислоты

разделяют на ДНК- и РНК- содержащие.

По морфологическим характеристикам ДНК-содержащие фаги выделены вследующие семейства: Myoviridae, Siphoviridae, Podoviridae,Lipothrixviridae, Plasmaviridae, Corticoviridae, Fuselloviridae,Tectiviridae, Microviridae, Inoviridae Plectovirus и Inoviridae

Inovirus.

РНК-содержащие: Cystoviridae, Leviviridae [13].

Взаимодействие бактериофага с бактериальными клетками

Адсорбция бактериофагов на поверхности бактериальной клетки

По характеру взаимодействия бактериофага с бактериальной клеткойразличают вирулентные и умеренные фаги [11].

Вирулентные фаги могуттолько увеличиваться в количестве посредством литического цикла [8].

Процесс взаимодействия вирулентного бактериофага с клеткой складываетсяиз нескольких стадий: адсорбции бактериофага на клетке, проникновения вклетку, биосинтеза компонентов фага и их сборки, выхода бактериофагов из

клетки [7][14].

Первоначально бактериофаги прикрепляются к фагоспецифическимрецепторам на поверхности бактериальной клетки.

Хвост фага с помощьюферментов, находящихся на его конце (в основном лизоцима), локальнорастворяет оболочку клетки, сокращается и содержащаяся в головке ДНКинъецируется в клетку, при этом белковая оболочка бактериофага остаетсяснаружи.

Инъецированная ДНК вызывает полную перестройку метаболизмаклетки: прекращается синтез бактериальной ДНК, РНК и белков. ДНКбактериофага начинает транскрибироваться с помощью собственного ферментатранскриптазы, который после попадания в бактериальную клеткуактивируется.

Синтезируются сначала ранние, а затем поздние иРНК,которые поступают на рибосомы клетки-хозяина, где синтезируются ранние(ДНК-полимеразы, нуклеазы) и поздние (белки капсида и хвостовогоотростка, ферменты лизоцим, АТФаза и транскриптаза) белки бактериофага.

Репликация ДНК бактериофага происходит по полуконсервативному механизму иосуществляется с участием собственных ДНК-полимераз. После синтезапоздних белков и завершения репликации ДНК наступает заключительныйпроцесс — созревание фаговых частиц или соединение фаговой ДНК с белком

оболочки и образование зрелых инфекционных фаговых частиц [15].

Продолжительность этого процесса может составлять от нескольких минутдо нескольких часов [8]. Затем происходит лизис клетки, и освобождаютсяновые зрелые бактериофаги [11]. Иногда фаг инициирует лизирующий цикл,что приводит к лизису клетки и освобождению новых фагов.

В качествеальтернативы фаг может инициировать лизогенный цикл, при котором онвместо репликации обратимо взаимодействует с генетической системойклетки-хозяина, интегрируясь в хромосому или сохраняясь в виде плазмиды[8].

Таким образом, вирусный геном реплицируется синхронно с ДНК хозяинаи делением клетки, а подобное состояние фага называется профагом.

Бактерия, содержащая профаг, становится лизогенной до тех пор, пока приопределенных условиях или спонтанно профаг не будет стимулирован наосуществление лизирующего цикла репликации. Переход от лизогении клизису называется лизогенной индукцией или индукцией профага.

Наиндукцию фага оказывает сильное воздействие состояние клетки хозяинапредшествующее индукции, также как наличие питательных веществ и другиеусловия, имеющие место быть в момент индукции. Скудные условия для ростаспособствуют лизогенному пути, тогда как хорошие условия способствуют

лизирующей реакции [8, 11, 15].

Очень важным свойством бактериофагов является их специфичность:бактериофаги лизируют культуры определенного вида, более того,существуют так называемые типовые бактериофаги, лизирующие вариантывнутри вида, хотя встречаются поливалентные бактериофаги, которые

паразитируют в бактериях разных видов [16][17].

Жизненный цикл

Умеренные и вирулентные бактериофаги на начальных этапах взаимодействия с бактериальной клеткой имеют одинаковый цикл.

• Адсорбция бактериофага на фагоспецифических рецепторах клетки.
• Инъекция фаговой нуклеиновой кислоты в клетку хозяина.
• Совместная репликация фаговой и бактериальной нуклеиновой кислоты.
• Деление клетки.
• Далее бактериофаг может развиваться по двум моделям: лизогенный либо литический путь.Умеренные бактериофаги после деления клетки находятся в состоянии профага (Лизогенный путь).Вирулентные бактериофаги развиваются по Литической модели:
• Нуклеиновая кислота фага направляет синтез ферментов фага, используядля этого белоксинтезирующий аппарат бактерии. Фаг тем или инымспособом инактивирует ДНК и РНК хозяина, а ферменты фага совсемрасщепляют её; РНК фага «подчиняет» себе клеточный аппарат синтезабелка.
• Нуклеиновая кислота фага реплицируется, и направляет синтез новыхбелков оболочки. Образуются новые частицы фага в результате спонтаннойсамосборки белковой оболочки (капсид) вокруг фаговой нуклеиновойкислоты; под контролем РНК фага синтезируется лизоцим.
• Лизис клетки: клетка лопается под воздействием лизоцима; высвобождается около 200—1000 новых фагов; фаги инфицируют другие бактерии.

В медицине

Одной из областей использования бактериофагов является антибактериальная терапия, альтернативная приёму антибиотиков. Например, применяются бактериофаги: стрептококковый, стафилококковый, клебсиеллёзный, дизентерийный поливалентный, пиобактериофаг, коли, протейный и колипротейный и другие.

Бактериофаги применяются также в генной инженерии в качестве векторов, переносящих участки ДНК, возможна также естественная передача генов между бактериями посредством некоторых фагов (трансдукция).

Фаговые векторы обычно создают на базе умеренного бактериофага λ,содержащего двухцепочечную линейную молеклул ДНК. Левое и правое плечифага имеют все гены, необходимые для литического цикла (репликации,размножения).

Средняя часть генома бактериофага λ (содержит гены,контролирующие лизогению, то есть его интеграцию в ДНК бактериальнойклетки) не существенна для его размножения и составляет примерно 25тысяч пар нуклеотидов. Данная часть может быть заменена на чужеродныйфрагмент ДНК.

Такие модифицированные фаги проходят литический цикл, нолизогения не происходит. Векторы на основе бактериофага λ используют дляклонирования фрагментов ДНК эукариот (то есть более крупных генов)размером до 23 т.п.н. Причем, фаги без вставок — менее 38 т.п.

н или,напротив, со слишком большими вставками — более 52 т.п.н не развиваются и

не поражают бактерии[18].

В биологии

Бактериофаги M13, фаг Т4, T7 и фаг λ используют для изучения белок-белковых, белок-пептидных и ДНК-белковых взаимодействий методом фагового дисплея.

Поскольку размножение бактериофага возможно только в живых клеткахбактериофаги могут быть использованы для определения жизнеспособностибактерий.

Данное направление имеет большие перспективы, поскольку, однимиз основных вопросов при разных биотехнологических процессах являетсяопределение жизнеспособности используемых культур.

С помощью методаэлектрооптического анализа клеточных суспензий была показана возможность

изучения этапов взаимодействия фаг-микробная клетка[19].

Купить продукцию с Бактериофагами

Источник: https://drevo-dobra.livejournal.com/54630.html

Клеточные и неклеточные формы жизни: вирусы, бактериофаги, эукариоты и клеточная теория

Все живое разделено на 2 империи — клеточные и неклеточные формы жизни. Основными формами жизни на Земле являются организмы клеточного строения. Этот тип организации присущ всем видам живых существ, за исключением вирусов, которые рассматриваются как неклеточные формы жизни.

Неклеточные формы

К неклеточным организмам относятся вирусы и бактериофаги. Остальные живые существа являются клеточными формами жизни.

Неклеточные формы жизни являются переходной группой между неживой и живой природой. Их жизнедеятельность зависит от эукариотических организмов, они могут делиться только проникнув в живую клетку. Вне клетки неклеточные формы не проявляют признаков жизни.

В отличие от клеточных форм, неклеточные виды имеют только один вид нуклеиновых кислот — РНК или ДНК. Они не способны к самостоятельному синтезу белков из-за отсутствия рибосом. Также в неклеточных организмах отсутствует рост и не происходят обменные процессы.

Общая характеристика вирусов

Вирусы настолько малы, что лишь в несколько раз превышают размеры крупных молекул белков. Величина частиц разных вирусов находится в пределах 10-275нм. Они видны только под электронным микроскопом и проходят через поры специальных фильтров, задерживающих все бактерии и клетки многоклеточных организмов.

Впервые их открыл в 1892 г. русский физиолог растений и микробиолог Д. И. Ивановский при изучении болезни табака.

Вирусы являются возбудителями многих болезней растений и животных. Вирусными болезнями человека являются корь, грипп, гепатит (болезнь Боткина), полиомиелит (детский паралич), бешенство, желтая лихорадка и др.

Строение и размножение вирусов

Под электронным микроскопом разные виды вирусов имеют вид палочек и шариков. Отдельная вирусная частица состоит из молекулы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), свернутой в клубок, и молекул белка, которые располагаются вокруг нее в виде своеобразной оболочки.

Вирусы не могут самостоятельно синтезировать нуклеиновые кислоты и белки, из которых они состоят.

Процесс размножения вирусов

Размножение вирусов возможно только при использовании ферментативных систем клеток. Проникнув в клетку хозяина, вирусы изменяют и перестраивают ее обмен веществ, в результате чего сама клетка начинает синтезировать молекулы новых вирусных частиц. Вне клетки вирусы могут переходить в кристаллическое состояние, что способствует их сохранению.

Вирусы специфичны — определенный вид вируса поражает не только конкретный вид животного или растения, но и определенные клетки своего хозяина. Так, вирус полиомиелита поражает только нервные клетки человека, а вирус табачной мозаики — только клетки листьев табака.

Бактериофаги

Бактериофаги (или фаги) являются своеобразными вирусами бактерий. Они были открыты в 1917 г. французским ученым Ф. д’Эрелем. Под электронным микроскопом они имеют форму запятой или теннисной ракетки размером около 5нм.

Когда частица фага прикрепляется своим тонким отростком к бактериальной клетке, ДНК фага проникает в клетку и вызывает синтез новых молекул ДНК и белка бактериофага.

Через 30-60мин бактериальная клетка разрушается и из нее выходят сотни новых частиц фага, готовых к заражению других бактериальных клеток.

Раньше считали, что бактериофаги могут быть использованы для борьбы с болезнетворными бактериями. Однако оказалось, что фаги, быстро разрушающие бактерии в пробирке, неэффективны в живом организме. Поэтому в настоящее время они применяются в основном для диагностики болезней.

Клеточные формы

Клеточные организмы делятся на два надцарства: прокариоты и эукариоты. Структурной единицей клеточных форм жизни является клетка.

Прокариоты имеют простейшее строение: отсутствует ядро и мембранные органоиды, деление идет путем амитоза, без участия веретена деления. К прокариотам относятся бактерии и цианобактерии.

Эукариоты — это клеточные формы, имеющие оформленное ядро, которое состоит из двойной ядерной мембраны, ядерного матрикса, хроматина, ядрышек.

Также в клетке находятся мембранные (митохондрии, пластинчатый комплекс, вакуоли, эндоплазматический ретикулум) и немембранные (рибосомы, клеточный центр) органеллы.

ДНК у представителей клеточных форм находится в ядре клетки, в составе хромосом, а также в клеточных органоидах, таких как митохондрии и пластиды. Эукариоты объединяют растительный, животный мир и Царство грибов.

Сходство между клеточными и не клеточными видами заключается в наличии специфического генома, способности эволюционировать и давать потомство.

Клеточная теория

Открытие и изучение клетки стало возможным благодаря изобретению микроскопа и усовершенствованию методов микроскопических исследований. Первое описание клетки было сделано в 1665 г. англичанином Р. Гуком. Позже стало ясно, что он открыл не клетки (в современном понимании этого термина), а только наружные оболочки растительных клеток.

История открытия

Прогресс в изучении клетки связан с развитием микроскопирования в XIX в. К этому времени изменились представления о строении клеток: главным в организации клетки стала считаться не клеточная стенка, а собственно ее содержимое, протоплазма. В протоплазме был открыт постоянный компонент клетки — ядро.

Накопленные многочисленные наблюдения о тончайшем строении и развитии тканей и клеток позволили подойти к обобщениям, которые были сделаны впервые в 1839 г. немецким биологом Т. Шванном в виде сформулированной им клеточной теории. Он показал, что клетки растений и животных принципиально сходны между собой.

Дальнейшее развитие и обобщение эти представления получили в работах немецкого патолога Р. Вирхова.

Клеточная теория

Значение в науке

Создание клеточной теории стало важнейшим событием в биологии, одним из решающих доказательств единства всей живой природы. Клеточная теория оказала значительное влияние на развитие эмбриологии, гистологии и физиологии. Она дала основу для материалистического понимания жизни, для объяснения эволюционной взаимосвязи организмов, для понимания индивидуального развития.

«Главный факт, революционизировавший всю физиологию и впервые сделавший возможной сравнительную физиологию, это — открытие клеток» — так охарактеризовал Ф. Энгельс это событие, сравнивая открытие клетки с открытием закона сохранения энергии и эволюционной теории Дарвина.

Основные положения клеточной теории сохранили свое значение на сегодняшний день, хотя более чем за 100 лет были получены новые сведения о структуре, жизнедеятельности и развитии клеток.

Основные положения

В настоящее время клеточная теория постулирует:

• Клетка — элементарная единица живого;
• клетки разных организмов гомологичны по своему строению;
• размножение клеток происходит путем деления исходной клетки;
• многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные, интегрированные системы тканей и органов, подчиненных и связанных между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Оцените, пожалуйста, статью. Мы старались:) (6 4,83 из 5)
Загрузка…

Источник: https://animals-world.ru/kletochnye-i-nekletochnye-formy-zhizni/

Вирусы бактериофаги: строение и описание

Эта статья, словно доклад по биологии для 5 класса о вирусах бактериофагах, поможет читателю узнать основную информацию о данных внеклеточных формах жизни. Здесь мы рассмотрим их таксономическое расположение, особенности строения и жизнедеятельности, проявлении себя при взаимодействии с бактериями и т. д.

Введение

Всем известно, что универсальным представителем единицы жизни на планете Земля является клетка.

Однако рубеж между девятнадцатым и двадцатым веками стал эпохой, во время которой был открыт целый ряд болезней, поражающих животных, растения и даже грибы.

Анализируя данное явление и учитывая общую информацию о заболеваниях человека, ученые поняли, что существуют организмы, которые могут иметь природу неклеточного характера.

Такие существа имеют чрезвычайно малые размеры, а потому способны проходить сквозь мельчайший фильтр, не задерживаясь при этом там, где даже самая маленькая клетка могла бы остановиться. Это обусловило открытие вирусов.

Общие данные

Прежде чем рассмотреть представителей вирусов – бактериофагов, – ознакомимся с общими сведениями о данном царстве таксономической иерархии.

Вирусная частичка имеет мельчайшие размеры (20-300 нм) и симметричное структурирование. Строится из постоянно повторяющихся компонентов. Все организмы вирусной природы являются фрагментом РНК или ДНК, заключаются в особую оболочку из белка, называемую капсидом.

Они не обладают способностью самостоятельно функционировать и поддерживать жизнедеятельность, находясь вне другой клетки.

Проявление свойств живых существ им присуще лишь после внедрения в другой организм, при этом сам вирус будет использовать ресурсы захваченной им клетки для поддержания стабильности в собственном состоянии.

Из этого следует, что данный домен таксономии представлен в виде паразитической, внутриклеточной формы жизни. Существуют вирусы, захватывающие участки мембран клетки, в которой они развивались и жили. Они образуют вокруг таких мест еще одну оболочку, покрывающую капсид.

Как правило, вирусы образуют связь с поверхностью клетки, в которой они паразитируют. Далее вирус проникает внутрь и начинает поиск конкретной структуры, которую он способен поразить. Например, возбудители гепатита функционируют и обитают лишь в клеточных единицах печени, а паротит старается проникнуть в околоушные железы.

ДНК (РНК), принадлежащая вирусу, попав внутрь клетки-носителя, начинает взаимодействовать с аппаратом генетической наследственности так, что сама клетка начинает неконтролируемый процесс синтеза специфического ряда белков, зашифрованных в нуклеиновой кислоте самого возбудителя болезни. Далее происходит репликация, выполняемая непосредственно уже самой клеткой, и таким образом начинается процесс сборки новой вирусной частички.

Бактериофаг

Кто такие вирусы бактериофаги? Это особая форма жизни на Земле, которая избирательно проникает в клетки бактерий. Размножение чаще всего происходит внутри носителя, а сам процесс приводит к лизису.

Рассматривая строение вирусов на примере бактериофагов, можно заключить, что они состоят из оболочек, образованных белками, и имеют аппарат по воспроизведению наследственности в виде одной цепочки РНК или двух цепей ДНК. Общее значение числа бактериофагов приблизительно соответствует всей численности бактериальных организмов.

Данные вирусы принимают активное участие в химическом обороте веществ и энергии в природе. Обуславливают множество проявлений признаков у бактерий и микробов, развитых или развивающихся в ходе эволюции.

Исследователь бактериологии Ф. Туорт создал описание инфекционного заболевания, которое предложил в статье, выпущенной в 1915 году. Данная болезнь поражала стафилококки и могла проходить сквозь любые фильтры, а также могла транспортироваться из одной колонии клеток в другие.

Микробиолог родом из Канады Ф. Д'Эрелль совершил открытие бактериофагов в сентябре 1917 года. Их обнаружение было сделано независимо от трудов Ф. Туорота.

В 1897 г. Н. Ф. Гамалея стал наблюдателем явления лизиса бактерии, который протекал под воздействием процесса прививки агента.

Вирусы бактерий – бактериофаги-паразиты, играющие огромную роль в процессе патогенеза инфекций. Они заняты обеспечением выздоровления организма многоклеточного типа от многих болезней, и потому образуют специфический тип иммунной системы. Впервые об этом заговорил Д'Эрелль, а позднее развил это в учение.

Данное положение привлекло множество ученых, которые начали исследовать эту область и пытаться найти ответы на такие вопросы, как: какое клеточное строение (кристаллы) имеют бактерии-вирусы бактериофаги? Каковы процессы внутри них, их дальнейшая судьба и развитие? Все это и многое другое привлекло внимание множества исследователей.

Значение

Строение вирусов на примере бактериофага может нам о многом сказать, особенно для взаимодействия с другой информацией, которой располагает о них человек. Например, они являются, предположительно, самой древней формой вирусных частиц. Количественный анализ указывает нам на то, что их популяция имеет более 1030 частиц.

В природе их можно обнаружить там же, где обитают и бактерии, к которым они могут проявлять чувствительность. Так как рассматриваемые организмы определяются по месту обитания, предпочтениями бактерий, которых они поражают, то, следовательно, лизирующие почвенных бактерий (фаги) будут жить в почве. Чем больше в субстрате содержится микроорганизмов, тем больше там и необходимых фагов.

В действительности каждый бактериофаг воплощает в себе одну из основных элементных единиц генетической подвижности. Используя трансдукцию, они обуславливают возникновение новых генов в наследственном материале бактерии.

За секунду может произойти инфицирование около 1024 бактериальных клеток.

Такая форма ответа на вопрос о том, какие вирусы называются бактериофагами, открыто показывает нам способы распределения наследственной информации, происходящие между бактериальными организмами из общей среды обитания.

Особенности строения

Отвечая на вопрос, какое строение имеет вирус бактериофаг, можно заключить, что их можно различать в соответствии с химической структурой, по виду нуклеиновой кислоты (н. к.), морфологическим данным и форме взаимодействия с бактериальными организмами. Величина такого организма может быть в несколько тысяч раз меньше самой микробной клетки.

Типичный представитель фагов образован головкой и хвостом. Длина хвостового отдела может в два-четыре раза превышать величину диаметра головки, в которой, кстати говоря, располагается генетический потенциал, принявший форму цепи ДНК или РНК. Здесь также находится фермент – транскриптаза, погруженный в неактивное состояние и окруженный оболочкой из белков или липопротеинов.

Она обуславливает хранение генома внутри клетки и называется капсидом.

Особенности строения вируса бактериофага определяют его хвостовой отсек как трубку из белков, которая служит продолжением оболочки, составляющей головку. В области хвостового основания располагается АТФаза, регенерирующая энергетические ресурсы, расходуемые на процесс инъекции генетического материала.

Систематические данные

Бактериофаг – это поражающий бактерии вирус. Именно так его классифицирует систематика в таблице иерархического порядка. Присвоение им звания в этой науке было обусловлено обнаружением огромного количества данных организмов.

В настоящее время эти вопросы решает МКТВ (ICTV).

В соответствии с Международными стандартами классификации и распределением таксонов среди вирусов, бактериофаги различают по типу содержащейся в них нуклеиновой кислоты или морфологическим особенностям.

На сегодня можно выделить 20 семейств, среди которых лишь 2 принадлежит к содержащим РНК и 5 с наличием оболочки. Среди ДНК-вирусов лишь у 2 семейств имеется одноцепочечная форма генома.

9 вирусов, содержащих ДНК (геном представляется нам в виде кольцевой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты) и другие 9 с линейной фигурой.

9 семейств являются специфичными по отношению к бактериям, а другие 9 – к археям.

Влияние на бактериальную клетку

Вирусы бактериофаги, в зависимости от характера взаимодействия с клеткой бактерии, могут различаться на фаги вирулентного и умеренного типа. Первые способны увеличивать свое количество лишь при помощи литических циклов.

Процессы, при которых происходит взаимодействие вирулентного фага и клетки, состоит из адсорбции на клеточной поверхности, внедрения в клеточную структуру, процессов по биосинтезу элементов фагов и их приведению в функциональное состояние, а также выход бактериофага за пределы хозяина.

Рассмотрим описание вирусов бактериофагов, опираясь на их дальнейшее воздействие в клетке.

Бактерии имеют на своей поверхности особые фагоспецифические структуры, представленные в виде рецепторов, к которым, собственно, и крепится бактериофаг.

Используя хвост, фаг посредством ферментов, содержащихся на его завершении, разрушает оболочку в определенной локации клетки. Далее происходит его сокращение, вследствие которого ДНК вводится внутрь клетки.

«Тело» вируса-бактериофага своей белковой оболочкой остается снаружи.

Инъекция, совершенная фагом, вызывает полное перестроение всех метаболических процессов. Синтез бактериальных белков, а также РНК и ДНК, завершается, а сам бактериофаг начинает процесс транскрибирования благодаря деятельности личного фермента, называемого транскриптазой, который активируется лишь после проникновения в клетку бактерии.

Как ранние, так и поздние цепи информационной РНК синтезируются после поступления их на рибосому клетки-носителя. Там же происходит процесс синтеза таких структур, как нуклеаза, АТФаза, лизоцим, капсид, отросток хвоста и даже ДНК-полимераза.

Процесс репликации протекает в соответствие с полуконсервативным механизмом и осуществляется лишь при наличии полимеразы. Поздние белки образуются после завершения процессов по репликации дезоксирибонуклеиновой кислоты. После этого начинается финальная стадия цикла, в котором происходит фаговое созревание.

А также может происходить объединение с белковой оболочкой и образование зрелых частичек, готовых к инфицированию.

Циклы жизни

Вне зависимости от строения вируса бактериофага, все они имеют общую характеристику жизненных циклов. В соответствии с умеренностью или вирулентностью оба типа организмов схожи друг с другом в начальных стадиях влияния на клетку с одинаковым циклом:

• процесс адсорбции фага на особом рецепторе;
• введение инъекции нуклеиновых кислот в жертву;
• стартует совместный процесс репликации нуклеиновых кислот, как фага, так и бактерии;
• процесс клеточного деления;
• развитие лизогенным или литическим путем.

Умеренный бактериофаг сохраняет режим профага, следует лизогенному пути. Вирулентные представители развиваются в соответствие с литической моделью, в которой имеется ряд последовательных процессов:

• Направление синтеза нуклеиновых кислот задается ферментами фага, который влияет на аппарат, отвечающий за белковый синтез. Паразит начинает инактивацию РНК и ДНК, принадлежащих хозяину, а дальнейшее ферментативное воздействие вовсе приводит к ее расщеплению. На следующей части процесса происходит «подчинение» клеточного аппарата по белковому синтезу.
• Фаговая н. к. подвергается репликации и обуславливает направление синтеза новых белковых оболочек. Процесс образования лизоцима находится в подчинении фаговой РНК.
• Клеточный лизис: разрыв клетки, обусловленный деятельностью лизоцима. Происходит высвобождение огромного числа новых фагов, которые будут инфицировать бактериальные организмы дальше.

Способы эксплуатации

Вирусы бактериофаги находят свое широкое применение в терапии антибактериального типа, которая служит альтернативой антибиотикам. Среди организмов, которые могут быть применимы, чаще всего выделяют: стрептококковых, стафилококковых, клебсиеллезных, коли, протейных, пиобактериофагов, полипротейновых и дизентерийных.

На территории РФ в медицинских целях зарегистрировано и применимо на практике тринадцать медикаментозных веществ, основанных на фагах.

Как правило, такие способы борьбы с инфекциями применяются в том случае, когда традиционная форма лечения не приводит к значительным изменениям, что обуславливается слабой чувствительностью возбудителя к самому антибиотику или полному сопротивлению.

На практике использование бактериофагов приводит к быстрому и качественному достижению желаемого успеха, но для этого необходимо присутствие биологической мембраны, укрытой слоем полисахаридов, сквозь которые антибиотикам проникнуть не удается.

Терапевтический тип применения представителей фагов не находит поддержания на Западе. Однако часто применяется для борьбы с бактериями, вызывающими пищевое отравление. Многолетние опыты по исследованию деятельности бактериофагов показывают нам, что наличие, например, дизентерийного фага в общем пространстве городов и сел обуславливает подвергание пространства профилактическим мерам.

Инженеры-генетики эксплуатируют бактериофагов, как векторы, при помощи которых осуществляется перенос участков ДНК. А также с их участием протекает передача геномной информации между взаимодействующими клетками бактерий.

Источник: https://FB.ru/article/362927/virusyi-bakteriofagi-stroenie-i-opisanie

Бактериофаги: полезные вирусы как замена антибиотикам

Бактериофаги – вирусы, заражающие археи и бактерии, «хищники» микромира. Это многочисленная и эволюционно наиболее древняя группа вирусов на планете, жизнь которых построена на контроле численности микробов и уничтожении стареющих клеток.

Их популяция примерно в 10 раз превышает общую численность бактерий и распространены они везде, где обитают уязвимые для них микроорганизмы – в почве, воде, слизистых оболочках человека и животных. В любой природной экосистеме.

Существа способны сохранять смертоносность и выжидать свою жертву десятилетиями. Было подсчитано, что за 1 секунду бактериофаги способны заразить собой септиллион бактерий.

Как устроен хищный мир микроорганизмов и почему бактериофаги называют вторым иммунитетом человека?

Немного истории

Теорию о возможном существовании в природе естественных врагов бактерий впервые высказал русский микробиолог Николай Гамалея в 1897 году. Однако по-настоящему вирусы микробов были открыты лишь в 1910-х годах.

Николай Фёдорович Гамалея – российский и советский врач, микробиолог и эпидемиолог, почётный член АН СССР, академик АМН СССР. Лауреат Сталинской премии.

В 1915 году английский ученый Фредерик Туорт обнаружил в своей лаборатории загадочные существа, перебившие стафилококки в чашках Петри.

Спустя два года загадочное явление повторилось в лаборатории французско-канадского исследователя Феликса Д’Эрелля.

Д’Эрелль дал название открытому вирусу и выяснил, что бактериофаг – это паразит, который способен уничтожать патогенные бактерии, а затем создавать специфический иммунитет против них.

С тех пор, «хищные» вирусы оказались на переднем крае в войне против инфекционных заболеваний. Ими лечили всё – от воспаления носовых пазух до ожогов и заражения крови. Особых успехов бактериофаги добились в борьбе с дизентерией, брюшным тифом, холерой и различными гнойными инфекциями.

До появления пенициллиновых антибиотиков в 1940-х годах, бактериофаги были главным оружием медиков.

Правда, не обошлось и без недоразумений. До изобретения микроскопа увидеть вирус было невозможно. А потому его биология, специфичность и степень литической активности были неизвестны. В итоге где-то бактериофаги помогали хорошо, а где-то не очень. Это стало причиной, по которой антибиотики почти полностью вытеснили бактериальные вирусы из медицины.

Сегодня интерес к бактериофагам снова возвращается. Оказалось, что в ряде случаев естественные враги микробов даже более эффективны, чем современные антибиотики.

Как фаговые вирусы уничтожают бактерии?

Процесс уничтожения бактерии фагами напоминает сюжет из фильма «Чужие». Вирусы сами размножаться не могут, поэтому они паразитируют на микробах.

Фаг находит клетку микроба, локально растворяет её оболочку и инъецирует свою ДНК. Инъецированная ДНК вызывает полную перестройку метаболизма клетки и, фактически, подчиняет её вирусу.

Адсорбция бактериофагов на поверхности бактериальной клетки.

С этого момента внутри клетки начинают развиваться новые фаги. Спустя 30-60 минут они созревают и разрывают клетку изнутри. Из одной клетки может высвободиться от 50 до 800 дочерних шаговых частиц, которые тут же атакуют соседние клетки.

Существует огромное количество видов бактериофагов, каждый из которых нацелен на определенную популяцию микробов, то есть уничтожает (лизирует) бактерии только одного конкретного типа.

Почему бактериофаги называют вторым иммунитетом?

В здоровом человеческом организме количество разнообразных бактериофагов в 10-30 раз больше, чем бактерий.

Александр Зурабов, генеральный директор научно-производственного центра «Микромир», компания которого производит комплексные средства на основе бактериофагов, пояснил, что вирусы первыми реагируют на дисбиотический процесс (начало активного размножения бактерий). Если фагов достаточно, то они тут же убивают излишки микробов, не позволяя им достичь критической массы.

Собственная иммунная система не успевает включиться в работу, а человек даже не узнает, что был атакован инфекцией. Поэтому ученые часто сравнивают бактериофаги со вторым иммунитетом.

Кроме того, если в организме всё-таки начался инфекционный процесс, фаги будут активно помогать иммунитету бороться с недугом, взяв на себя часть вредоносных микробов.

Бактериофаг ϕpp2 патогенных вибрионов.

Медицинские препараты, включающие в себя фаги определенного типа, работают именно по такому принципу. Они увеличивают концентрацию полезных вирусов, чтобы «союзники» иммунитета получили численное превосходство над бактериями и сократили их популяцию.

При этом не стоит рассматривать бактериальные вирусы в качестве лекарства, подчеркивает Александр Зурабов. Они не призваны уничтожать бактерии все до одного, как это делают, например, антибиотики. Задача фагов в природе – это лишь поддержание сбалансированной численности микробов.

Применяются ли бактериофаги в современной медицине?

В России зарегистрировано и применяются 13 медицинских препаратов на основе фагов.

Бактериофаги используют в качестве альтернативы антибиотикам. Преимущество полезных вирусов в том, что они способны проникать через биологические мембраны клетки, куда антибиотики обычно не попадают. Кроме того, микроб не может приобрести устойчивость к бактериофагам.

Вирусы не нарушают микрофлору, не взаимодействуют с органами и системой организма, не провоцируют аллергическую реакцию, действуют точечно и полностью безвредны. Излишки размножившихся вирусов выводятся из организма естественным путем.

Несмотря на эффективность бактериальных вирусов, полностью заменить собой антибиотики они не могут. Ученые рассматривают фаги, как средство для профилактики, которое можно использовать в сочетании с лекарствами. Это первая линия обороны, «второй иммунитет», который лучше всего укреплять до болезни.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/different_angle/bakteriofagi-poleznye-virusy-kak-zamena-antibiotikam-5ed13dfd26fb4a4c68b6021c