Αυτό το άρθρο, όπως μια έκθεση βιολογίας 5ης τάξης για τους ιούς των βακτηριοφάγων, θα βοηθήσει τον αναγνώστη να μάθει βασικές πληροφορίες σχετικά με αυτές τις εξωκυτταρικές μορφές ζωής. Εδώ θα εξετάσουμε την ταξινομική τους θέση, τα χαρακτηριστικά της δομής και τη δραστηριότητα της ζωής, την εκδήλωση του εαυτού τους όταν αλληλεπιδρούν με βακτήρια κ.λπ.
Εισαγωγή
Όλοι γνωρίζουν ότι ο παγκόσμιος εκπρόσωπος μιας μονάδας ζωής στον πλανήτη Γη είναι ένα κύτταρο. Ωστόσο, η στροφή μεταξύ του δέκατου ένατου και του εικοστού αιώνα ήταν μια εποχή κατά την οποία ανακαλύφθηκαν μια σειρά από ασθένειες που επηρεάζουν ζώα, φυτά, ακόμη και μύκητες. Αναλύοντας αυτό το φαινόμενο και λαμβάνοντας υπόψη γενικές πληροφορίες για τις ανθρώπινες ασθένειες, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι υπάρχουν οργανισμοί που μπορεί να είναι μη κυτταρικής φύσης.
Τέτοια πλάσματα είναι εξαιρετικά μικρά και επομένως μπορούν να περάσουν από το μικρότερο φίλτρο χωρίς να σταματήσουν εκεί που θα μπορούσε να σταματήσει ακόμη και το μικρότερο κελί. Αυτό οδήγησε στην ανακάλυψη ιών.
Γενικά στοιχεία
Πρινεξετάστε τους εκπροσώπους των ιών - βακτηριοφάγους - ας εξοικειωθούμε με γενικές πληροφορίες για αυτό το βασίλειο της ταξινομικής ιεραρχίας.
Το σωματίδιο του ιού έχει τις μικρότερες διαστάσεις (20-300 nm) και συμμετρική δομή. Είναι κατασκευασμένο από εξαρτήματα που επαναλαμβάνονται συνεχώς. Όλοι οι οργανισμοί ιικής φύσης είναι ένα θραύσμα RNA ή DNA, που περικλείεται σε ένα ειδικό κέλυφος πρωτεΐνης που ονομάζεται καψίδιο. Δεν έχουν την ικανότητα να λειτουργούν ανεξάρτητα και να διατηρούν ζωτική δραστηριότητα, όντας έξω από άλλο κύτταρο. Η εκδήλωση των ιδιοτήτων των ζωντανών όντων είναι εγγενής σε αυτά μόνο αφού εισαχθεί σε άλλο οργανισμό, ενώ ο ίδιος ο ιός θα χρησιμοποιήσει τους πόρους του κυττάρου που έχει συλλάβει για να διατηρήσει τη σταθερότητα στη δική του κατάσταση. Συνεπάγεται ότι αυτός ο τομέας ταξινόμησης παρουσιάζεται ως μια παρασιτική, ενδοκυτταρική μορφή ζωής. Υπάρχουν ιοί που εισβάλλουν σε τμήματα των μεμβρανών του κυττάρου στο οποίο αναπτύχθηκαν και έζησαν. Σχηματίζουν ένα άλλο κέλυφος γύρω από τέτοια μέρη, που καλύπτει το καψίδιο.
Κατά κανόνα, οι ιοί σχηματίζουν δεσμό με την επιφάνεια του κυττάρου στο οποίο παρασιτούν. Στη συνέχεια, ο ιός μπαίνει μέσα και αρχίζει να ψάχνει για μια συγκεκριμένη δομή που μπορεί να χτυπήσει. Για παράδειγμα, οι αιτιολογικοί παράγοντες της ηπατίτιδας λειτουργούν και ζουν μόνο στις κυτταρικές μονάδες του ήπατος, ενώ η παρωτίτιδα προσπαθεί να διεισδύσει στους παρωτιδικούς αδένες.
DNA (RNA) που ανήκει στον ιό, μόλις εισέλθει στο κύτταρο φορέα, αρχίζει να αλληλεπιδρά με τη συσκευή της γενετικής κληρονομικότητας, έτσι ώστε το ίδιο το κύτταρο να ξεκινά μια ανεξέλεγκτη διαδικασία σύνθεσηςμια συγκεκριμένη σειρά πρωτεϊνών που κωδικοποιούνται στο νουκλεϊκό οξύ του ίδιου του παθογόνου. Στη συνέχεια, λαμβάνει χώρα η αντιγραφή, η οποία πραγματοποιείται απευθείας από το ίδιο το κύτταρο, και έτσι ξεκινά η διαδικασία συναρμολόγησης ενός νέου ιικού σωματιδίου.
Βακτηριοφάγος
Ποιοι είναι οι ιοί των βακτηριοφάγων; Αυτή είναι μια ειδική μορφή ζωής στη Γη που διεισδύει επιλεκτικά στα κύτταρα των βακτηρίων. Η αναπαραγωγή συμβαίνει συχνότερα εντός του ξενιστή και η ίδια η διαδικασία οδηγεί σε λύση. Λαμβάνοντας υπόψη τη δομή των ιών χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των βακτηριοφάγων, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι αποτελούνται από κελύφη που σχηματίζονται από πρωτεΐνες και διαθέτουν μια συσκευή αναπαραγωγής κληρονομικότητας με τη μορφή μιας αλυσίδας RNA ή δύο αλυσίδων DNA. Ο συνολικός αριθμός των βακτηριοφάγων αντιστοιχεί περίπου στον συνολικό αριθμό των βακτηριακών οργανισμών. Αυτοί οι ιοί συμμετέχουν ενεργά στη χημική κυκλοφορία ουσιών και ενέργειας στη φύση. Προκαλούν πολλές εκδηλώσεις σημείων σε βακτήρια και μικρόβια που αναπτύχθηκαν ή αναπτύσσονται κατά την εξέλιξη.
Ιστορικό ανακάλυψης
Ο ερευνητής βακτηριολογίας F. Twort δημιούργησε μια περιγραφή μιας μολυσματικής νόσου, την οποία πρότεινε σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε το 1915. Αυτή η ασθένεια επηρέασε τους σταφυλόκοκκους και μπορούσε να περάσει από οποιοδήποτε φίλτρο και μπορούσε επίσης να μεταφερθεί από μια κυτταρική αποικία σε άλλες.
F. D'Herelle, καναδικής καταγωγής μικροβιολόγος, ανακάλυψε βακτηριοφάγους τον Σεπτέμβριο του 1917. Η ανακάλυψή τους έγινε ανεξάρτητα από το έργο του F. Tworot.
Το 1897, ο N. F. Gamaleya έγινε παρατηρητής του φαινομένου της λύσηςβακτήρια που προχώρησαν υπό την επίδραση της διαδικασίας του παράγοντα εμβολιασμού.
Οι βακτηριακοί ιοί είναι παρασιτικοί βακτηριοφάγοι που παίζουν τεράστιο ρόλο στην παθογένεση των λοιμώξεων. Ασχολούνται με τη διασφάλιση της ανάκτησης του πολυκύτταρου τύπου οργανισμού από πολλές ασθένειες και ως εκ τούτου σχηματίζουν έναν συγκεκριμένο τύπο ανοσοποιητικού συστήματος. Ο D'Herelle μίλησε αρχικά για αυτό και αργότερα το εξέλιξε σε δόγμα. Αυτή η θέση προσέλκυσε πολλούς επιστήμονες που άρχισαν να εξερευνούν αυτήν την περιοχή και προσπαθούν να βρουν απαντήσεις σε ερωτήματα όπως: τι είδους κυτταρική δομή (κρύσταλλοι) έχουν οι βακτηριοφάγοι βακτηριδίων-ιών; Ποιες είναι οι διαδικασίες μέσα τους, η περαιτέρω μοίρα και η ανάπτυξή τους; Όλα αυτά και άλλα πολλά έχουν προσελκύσει την προσοχή πολλών ερευνητών.
Σημασία
Η δομή των ιών στο παράδειγμα ενός βακτηριοφάγου μπορεί να μας πει πολλά, ειδικά για την αλληλεπίδραση με άλλες πληροφορίες που έχει ένα άτομο για αυτούς. Για παράδειγμα, υποτίθεται ότι είναι η πιο αρχαία μορφή σωματιδίων ιού. Η ποσοτική ανάλυση μας δείχνει ότι ο πληθυσμός τους έχει περισσότερα από 10 30 σωματίδια.
Στη φύση, μπορούν να βρεθούν στο ίδιο μέρος όπου ζουν βακτήρια, στο οποίο μπορεί να είναι ευαίσθητα. Δεδομένου ότι οι εν λόγω οργανισμοί ορίζονται από το περιβάλλον τους, από τις προτιμήσεις των βακτηρίων που μολύνουν, συνεπάγεται ότι τα βακτήρια του εδάφους λύσης (φάγοι) θα ζουν στο έδαφος. Όσο περισσότερους μικροοργανισμούς περιέχει το υπόστρωμα, τόσο περισσότεροι απαραίτητοι φάγοι υπάρχουν.
Στην πραγματικότητα, κάθε βακτηριοφάγος ενσαρκώνειμια από τις βασικές στοιχειώδεις μονάδες της γενετικής κινητικότητας. Χρησιμοποιώντας μεταγωγή, προκαλούν την εμφάνιση νέων γονιδίων στο κληρονομικό υλικό του βακτηρίου. Περίπου 1024 βακτηριακά κύτταρα μπορούν να μολυνθούν ανά δευτερόλεπτο. Αυτή η μορφή απάντησης στο ερώτημα ποιοι ιοί ονομάζονται βακτηριοφάγοι μας δείχνει ανοιχτά τους τρόπους με τους οποίους διανέμονται οι κληρονομικές πληροφορίες μεταξύ βακτηριακών οργανισμών από έναν κοινό βιότοπο.
Χαρακτηριστικά κτιρίου
Απαντώντας στο ερώτημα ποια δομή έχει ο ιός των βακτηριοφάγων, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι μπορούν να διακριθούν ανάλογα με τη χημική δομή, τον τύπο του νουκλεϊκού οξέος (n.c.), τα μορφολογικά δεδομένα και τη μορφή αλληλεπίδρασης με βακτηριακούς οργανισμούς. Το μέγεθος ενός τέτοιου οργανισμού μπορεί να είναι αρκετές χιλιάδες φορές μικρότερο από το ίδιο το μικροβιακό κύτταρο. Ένας τυπικός εκπρόσωπος των φάγων σχηματίζεται από ένα κεφάλι και μια ουρά. Το μήκος της ουράς μπορεί να είναι δύο έως τέσσερις φορές τη διάμετρο του κεφαλιού, το οποίο, παρεμπιπτόντως, φιλοξενεί το γενετικό δυναμικό, το οποίο έχει πάρει τη μορφή αλυσίδας DNA ή RNA. Υπάρχει επίσης ένα ένζυμο - μεταγραφάση, βυθισμένο σε ανενεργή κατάσταση και περιτριγυρισμένο από ένα κέλυφος πρωτεϊνών ή λιποπρωτεϊνών. Καθορίζει την αποθήκευση του γονιδιώματος μέσα στο κύτταρο και ονομάζεται καψίδιο.
Τα δομικά χαρακτηριστικά του ιού βακτηριοφάγου ορίζουν το διαμέρισμα της ουράς του ως ένα σωλήνα πρωτεϊνών, που χρησιμεύει ως συνέχεια του κελύφους που αποτελείται από το κεφάλι. Η ATPase βρίσκεται στην περιοχή της βάσης της ουράς, η οποία αναγεννά τους ενεργειακούς πόρους που δαπανώνται για τη διαδικασία έγχυσης.γενετικό υλικό.
Συστηματικά δεδομένα
Ο βακτηριοφάγος είναι ένας ιός που μολύνει τα βακτήρια. Έτσι το κατατάσσει ο ταξινομιστής στον πίνακα της ιεραρχικής σειράς. Η ανάθεση ενός τίτλου σε αυτούς σε αυτή την επιστήμη οφειλόταν στην ανακάλυψη μιας τεράστιας ποσότητας από αυτούς τους οργανισμούς. Αυτά τα ζητήματα αντιμετωπίζονται επί του παρόντος από το ICTV. Σύμφωνα με τα Διεθνή Πρότυπα για την ταξινόμηση και κατανομή των ταξινομικών κατηγοριών μεταξύ των ιών, οι βακτηριοφάγοι διακρίνονται από τον τύπο του νουκλεϊκού οξέος που περιέχουν ή από μορφολογικά χαρακτηριστικά.
Σήμερα διακρίνονται 20 οικογένειες, μεταξύ των οποίων μόνο 2 ανήκουν σε RNA που περιέχουν και 5 με κέλυφος. Μεταξύ των ιών DNA, μόνο 2 οικογένειες έχουν μονόκλωνη μορφή του γονιδιώματος. 9 ιοί που περιέχουν DNA (το γονιδίωμα μας εμφανίζεται ως κυκλικό μόριο δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος) και οι άλλοι 9 με γραμμικό σχήμα. 9 οικογένειες είναι ειδικές για τα βακτήρια και οι άλλες 9 είναι ειδικές για τα αρχαία.
Επίδραση στο βακτηριακό κύτταρο
Οι βακτηριοφάγοι, ανάλογα με τη φύση της αλληλεπίδρασης με ένα βακτηριακό κύτταρο, μπορεί να διαφέρουν σε παθογόνους και μέτριου τύπου φάγους. Οι πρώτοι είναι σε θέση να αυξήσουν τον αριθμό τους μόνο με τη βοήθεια λυτικών κύκλων. Οι διεργασίες στις οποίες συμβαίνει η αλληλεπίδραση του λοιμογόνου φάγου και του κυττάρου, συνίστανται στην προσρόφηση στην κυτταρική επιφάνεια, στη διείσδυση στη δομή του κυττάρου, στη βιοσύνθεση στοιχείων φάγου και στη θέση τους σε λειτουργική κατάσταση, καθώς και στην απελευθέρωση ο βακτηριοφάγος από τον ξενιστή.
Ας εξετάσουμε την περιγραφή των ιών βακτηριοφάγων με βάση την περαιτέρω δράση τους στο κύτταρο.
Τα βακτήρια έχουν στην επιφάνειά τους ειδικές φασοειδείς δομές, που παρουσιάζονται με τη μορφή υποδοχέων, στους οποίους, στην πραγματικότητα, είναι προσκολλημένος ο βακτηριοφάγος. Χρησιμοποιώντας την ουρά, ο φάγος, μέσω των ενζύμων που περιέχονται στο άκρο του, καταστρέφει τη μεμβράνη σε μια συγκεκριμένη θέση του κυττάρου. Περαιτέρω, συμβαίνει συστολή του, ως αποτέλεσμα της οποίας εισάγεται DNA στο κύτταρο. Το «σώμα» του ιού βακτηριοφάγου με την πρωτεϊνική του επικάλυψη παραμένει έξω.
Η ένεση που γίνεται από έναν φάγο προκαλεί πλήρη αναδιάρθρωση όλων των μεταβολικών διεργασιών. Η σύνθεση των βακτηριακών πρωτεϊνών, καθώς και του RNA και του DNA, ολοκληρώνεται και ο ίδιος ο βακτηριοφάγος ξεκινά τη διαδικασία μεταγραφής χάρη στη δραστηριότητα ενός προσωπικού ενζύμου που ονομάζεται τρανσκριπτάση, το οποίο ενεργοποιείται μόνο αφού εισέλθει στο βακτηριακό κύτταρο.
Τόσο η πρώιμη όσο και η όψιμη αλυσίδα του αγγελιαφόρου RNA συντίθενται αφού εισέλθουν στο ριβόσωμα του κυττάρου-φορέα. Η διαδικασία σύνθεσης δομών όπως η νουκλεάση, η ΑΤΡάση, η λυσοζύμη, το καψίδιο, η διαδικασία της ουράς και ακόμη και η DNA πολυμεράση λαμβάνει χώρα επίσης εκεί. Η διαδικασία αντιγραφής προχωρά σύμφωνα με έναν ημι-συντηρητικό μηχανισμό και πραγματοποιείται μόνο παρουσία μιας πολυμεράσης. Οι όψιμες πρωτεΐνες σχηματίζονται μετά την ολοκλήρωση των διαδικασιών αντιγραφής του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Μετά από αυτό, ξεκινά το τελικό στάδιο του κύκλου, στο οποίο συμβαίνει η ωρίμανση του φάγου. Μπορεί επίσης να συνδυαστεί με το πρωτεϊνικό κέλυφος και να σχηματίσει ώριμα σωματίδια έτοιμα για μόλυνση.
Κύκλοι ζωής
Ανεξάρτητα από τη δομή του ιού βακτηριοφάγου, όλοι έχουν ένα κοινό χαρακτηριστικό των κύκλων ζωής. Σύμφωνα με το μέτρο ή τη μολυσματικότητα, και οι δύο τύποι οργανισμών είναι παρόμοιοι μεταξύ τους στα αρχικά στάδια επιρροής στο κύτταρο με τον ίδιο κύκλο:
- η διαδικασία απορρόφησης φάγων σε συγκεκριμένο υποδοχέα;
- ένεση νουκλεϊκών οξέων στο θύμα;
- ξεκινά την κοινή διαδικασία αντιγραφής των νουκλεϊκών οξέων, τόσο των φάγων όσο και των βακτηρίων.
- διαδικασία διαίρεσης κυττάρων;
- ανάπτυξη με λυσογονικό ή λυτικό τρόπο.
Ο εύκρατος βακτηριοφάγος διατηρεί τον τρόπο προφάγου, ακολουθεί τη λυσογονική οδό. Οι λοιμώδεις εκπρόσωποι αναπτύσσονται σύμφωνα με το λυτικό μοντέλο, στο οποίο υπάρχει μια σειρά διαδοχικών διεργασιών:
- Η κατεύθυνση της σύνθεσης νουκλεϊκού οξέος καθορίζεται από τα ένζυμα των φάγων, τα οποία επηρεάζουν τη συσκευή που είναι υπεύθυνη για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Το παράσιτο ξεκινά την αδρανοποίηση του RNA και του DNA που ανήκουν στον ξενιστή και η περαιτέρω ενζυματική δράση οδηγεί πλήρως στη διάσπασή του. Το επόμενο μέρος της διαδικασίας είναι η «υποταγή» της κυτταρικής συσκευής για τη σύνθεση πρωτεϊνών.
- Φάγος n. υφίσταται αντιγραφή και καθορίζει την κατεύθυνση της σύνθεσης νέων πρωτεϊνικών κελυφών. Η διαδικασία σχηματισμού της λυσοζύμης εξαρτάται από το RNA φάγου.
- Κυτταρική λύση: Κυτταρική ρήξη που προκαλείται από τη δραστηριότητα της λυσοζύμης. Απελευθερώνεται ένας τεράστιος αριθμός νέων φάγων, οι οποίοι θα μολύνουν περαιτέρω βακτηριακούς οργανισμούς.
Μέθοδοι λειτουργίας
ΙοίΟι βακτηριοφάγοι βρίσκουν την ευρεία εφαρμογή τους στη θεραπεία αντιβακτηριακού τύπου, η οποία χρησιμεύει ως εναλλακτική λύση στα αντιβιοτικά. Μεταξύ των οργανισμών που μπορεί να εφαρμοστούν, οι πιο συχνά διακρίνονται: στρεπτόκοκκος, σταφυλοκοκκικός, klebsiella, coli, πρωτεύς, πυοβακτηριοφάγοι, πολυπρωτεΐνες και δυσεντερία.
Δεκατρείς φαρμακευτικές ουσίες που βασίζονται σε φάγους έχουν καταχωριστεί και εφαρμόζονται στην πράξη στην επικράτεια της Ρωσικής Ομοσπονδίας για ιατρικούς σκοπούς. Κατά κανόνα, τέτοιες μέθοδοι καταπολέμησης λοιμώξεων χρησιμοποιούνται όταν η παραδοσιακή μορφή θεραπείας δεν οδηγεί σε σημαντικές αλλαγές, γεγονός που προκαλείται από ασθενή ευαισθησία του παθογόνου στο ίδιο το αντιβιοτικό ή πλήρη αντίσταση. Στην πράξη, η χρήση βακτηριοφάγων οδηγεί σε γρήγορη και υψηλής ποιότητας επίτευξη της επιθυμητής επιτυχίας, αλλά αυτό απαιτεί την παρουσία μιας βιολογικής μεμβράνης καλυμμένης με ένα στρώμα πολυσακχαριτών, μέσω της οποίας δεν μπορούν να διεισδύσουν τα αντιβιοτικά.
Ο θεραπευτικός τύπος εφαρμογής των εκπροσώπων των φάγων δεν βρίσκει υποστήριξη στη Δύση. Ωστόσο, χρησιμοποιείται συχνά για την καταπολέμηση των βακτηρίων που προκαλούν τροφική δηλητηρίαση. Η πολυετής εμπειρία στη μελέτη της δραστηριότητας των βακτηριοφάγων μας δείχνει ότι η παρουσία, για παράδειγμα, του φάγου της δυσεντερίας στον κοινό χώρο πόλεων και χωριών προκαλεί την έκθεση του χώρου σε προληπτικά μέτρα.
Γενετικοί μηχανικοί εκμεταλλεύονται τους βακτηριοφάγους ως φορείς για τη μεταφορά τμημάτων DNA. Και επίσης με τη συμμετοχή τους γίνεται η μεταφορά γονιδιωματικών πληροφοριώνμεταξύ αλληλεπιδρώντων βακτηριακών κυττάρων.
