See artikkel, nagu 5. klassi bioloogiaaruanne bakteriofaagiviiruste kohta, aitab lugejal õppida põhiteavet nende rakuväliste eluvormide kohta. Siin käsitleme nende taksonoomilist asukohta, struktuuri ja elutegevuse iseärasusi, nende avaldumist bakteritega suhtlemisel jne.
Sissejuhatus
Kõik teavad, et planeedi Maa eluühiku universaalne esindaja on rakk. Pööre üheksateistkümnenda ja kahekümnenda sajandi vahel oli aga ajastu, mil avastati hulk haigusi, mis mõjutavad loomi, taimi ja isegi seeni. Analüüsides seda nähtust ja võttes arvesse üldist teavet inimeste haiguste kohta, mõistsid teadlased, et on organisme, mis võivad olla mitterakulised.
Sellised olendid on äärmiselt väikesed ja suudavad seetõttu peatumata läbida väikseima filtri, kus isegi väikseim rakk võiks peatuda. See viis viiruste avastamiseni.
Üldandmed
EnneMõelgem viiruste esindajatele - bakteriofaagidele - tutvume üldise teabega selle taksonoomilise hierarhia kuningriigi kohta.
Viirusosakesel on väikseimad mõõtmed (20–300 nm) ja sümmeetriline struktuur. See on üles ehitatud pidev alt korduvatest komponentidest. Kõik viirusliku iseloomuga organismid on RNA või DNA fragment, mis on suletud spetsiaalsesse valgukestasse, mida nimetatakse kapsiidiks. Neil puudub võime iseseisv alt toimida ja säilitada elutähtsat aktiivsust, olles väljaspool teist rakku. Elusolendite omaduste avaldumine on neile omane alles pärast teise organismi sattumist, samas kui viirus ise kasutab kinnipüütud raku ressursse oma oleku stabiilsuse säilitamiseks. Sellest järeldub, et seda taksonoomia valdkonda esitletakse parasiitide intratsellulaarse eluvormina. On viiruseid, mis tungivad rakumembraanide osadesse, milles nad arenesid ja elasid. Need moodustavad selliste kohtade ümber teise kesta, mis katab kapsiidi.
Reeglina moodustavad viirused sideme raku pinnaga, milles nad parasiteerivad. Seejärel siseneb viirus sisse ja hakkab otsima konkreetset struktuuri, mida see tabada võib. Näiteks hepatiidi tekitajad toimivad ja elavad ainult maksa rakuüksustes, mumps aga üritab tungida kõrvasüljenäärmetesse.
Viirusele kuuluv DNA (RNA) hakkab kanderakku sattudes interakteeruma geneetilise pärilikkuse aparatuuriga, nii et rakk ise alustab kontrollimatut sünteesiprotsessispetsiifiline valkude seeria, mis on kodeeritud patogeeni enda nukleiinhappes. Järgmisena toimub replikatsioon, mille viib läbi otse rakk ise ja seega algab uue viirusosakese kokkupanemise protsess.
Bakteriofaag
Kes on bakteriofaagiviirused? See on eriline eluvorm Maal, mis tungib valikuliselt bakterirakkudesse. Paljundamine toimub enamasti peremeesorganismis ja protsess ise viib lüüsini. Arvestades viiruste struktuuri bakteriofaagide näitel, võime järeldada, et need koosnevad valkude moodustatud kestadest ja neil on aparaat pärilikkuse reprodutseerimiseks ühe RNA ahela või kahe DNA ahela kujul. Bakteriofaagide koguarv vastab ligikaudu bakteriaalsete organismide koguarvule. Need viirused osalevad aktiivselt ainete ja energia keemilises ringluses looduses. Põhjustada paljusid haigusnähtude ilminguid evolutsiooni käigus arenenud või arenevatel bakteritel ja mikroobidel.
Avastuste ajalugu
Bakterioloogiateadlane F. Twort koostas nakkushaiguse kirjelduse, mille ta pakkus välja 1915. aastal avaldatud artiklis. See haigus mõjutas stafülokokke ja võis läbida kõik filtrid ning seda võib transportida ühest rakukolooniast teistesse.
F. D'Herelle, Kanadas sündinud mikrobioloog, avastas bakteriofaagid 1917. aasta septembris. Nende avastus tehti F. Tworot' tööst sõltumatult.
Aastal 1897 sai N. F. Gamaleyast lüüsi nähtuse vaatlejabakterid, mis arenesid pookimisaine protsessi mõjul.
Bakteriaalsed viirused on parasiitbakteriofaagid, millel on suur roll infektsioonide patogeneesis. Nad tegelevad mitmerakulise organismi tüübi taastumise tagamisega paljudest haigustest ja moodustavad seetõttu spetsiifilise immuunsüsteemi tüübi. D'Herelle rääkis sellest esm alt ja arendas selle hiljem õpetuseks. See seisukoht köitis palju teadlasi, kes hakkasid seda valdkonda uurima ja püüdsid leida vastuseid küsimustele, nagu: milline rakuline struktuur (kristallid) on bakteriofaagidel bakteri-viirustel? Millised on protsessid nende sees, nende edasine saatus ja areng? Kõik see ja palju muud on äratanud paljude teadlaste tähelepanu.
Tähendus
Viiruste struktuur bakteriofaagi näitel võib meile palju öelda, eriti suhtlemisel muu teabega, mis inimesel nende kohta on. Näiteks on need väidetav alt viiruseosakeste vanim vorm. Kvantitatiivne analüüs näitab meile, et nende populatsioonis on rohkem kui 1030 osakest.
Looduses võib neid leida samast kohast, kus elavad bakterid, mille suhtes nad võivad olla tundlikud. Kuna kõnealused organismid on määratletud nende elupaiga ja nakatavate bakterite eelistuste järgi, järeldub, et mullas elavad lüüsivad mullabakterid (faagid). Mida rohkem mikroorganisme substraat sisaldab, seda rohkem on seal vajalikke faage.
Tegelikkuses kehastab iga bakteriofaagüks geneetilise liikuvuse põhielemente. Transduktsiooni kasutades põhjustavad need uute geenide tekkimist bakteri pärilikkusmaterjalis. Umbes 1024 bakterirakku saab sekundis nakatada. See vastuse vorm küsimusele, milliseid viiruseid nimetatakse bakteriofaagideks, näitab meile avalikult, kuidas pärilik teave levib ühisest elupaigast pärit bakteriorganismide vahel.
Hoone funktsioonid
Vastates küsimusele, milline struktuur on bakteriofaagiviirusel, võime järeldada, et neid saab eristada keemilise struktuuri, nukleiinhappe tüübi (n.c.), morfoloogiliste andmete ja bakteriaalsete organismidega interaktsiooni vormi järgi. Sellise organismi suurus võib olla mitu tuhat korda väiksem kui mikroobirakk ise. Faagide tüüpilise esindaja moodustavad pea ja saba. Saba pikkus võib olla kaks kuni neli korda suurem pea läbimõõdust, milles muuseas peitub geneetiline potentsiaal, mis on võtnud DNA või RNA ahela kuju. Samuti on olemas ensüüm - transkriptaas, mis on sukeldatud passiivsesse olekusse ja ümbritsetud valkude või lipoproteiinide kestaga. See määrab genoomi säilitamise rakus ja seda nimetatakse kapsiidiks.
Bakteriofaagi viiruse struktuuriomadused määratlevad selle sabaosa valkude toruna, mis toimib pea moodustava kesta jätkuna. ATPaas asub sabapõhja piirkonnas, mis taastab süstimisprotsessile kulutatud energiaressursse.geneetiline materjal.
Süsteemilised andmed
Bakteriofaag on viirus, mis nakatab baktereid. Nii liigitab taksonomist selle hierarhilise järjestuse tabelisse. Neile selles teaduses tiitli omistamine tulenes tohutu hulga nende organismide avastamisest. Nende probleemidega tegeleb praegu ICTV. Vastav alt rahvusvahelistele standarditele taksonite klassifitseerimise ja viiruste vahel jaotamise kohta eristatakse bakteriofaage nendes sisalduva nukleiinhappe tüübi või morfoloogiliste tunnuste järgi.
Tänapäeval saab eristada 20 perekonda, millest ainult 2 kuuluvad RNA-d ja 5 kestaga perekonda. DNA viiruste hulgas on ainult 2 perekonna genoomi üheahelaline vorm. 9 viirust sisaldavad DNA-d (genoom näib meile desoksüribonukleiinhappe ringikujulise molekulina) ja ülejäänud 9 lineaarse kujundiga. 9 perekonda on spetsiifilised bakteritele ja ülejäänud 9 on spetsiifilised arheadele.
Mõju bakterirakule
Bakteriofaagiviirused võivad sõltuv alt bakterirakuga interaktsiooni iseloomust erineda virulentsete ja mõõdukat tüüpi faagide poolest. Esimesed suudavad oma arvu suurendada ainult lüütiliste tsüklite abil. Protsessid, mille käigus toimub virulentse faagi ja raku interaktsioon, koosnevad adsorptsioonist raku pinnal, tungimisest raku struktuuri, protsessidest faagielementide biosünteesiks ja nende funktsionaalsesse olekusse viimiseks, samuti bakteriofaag peremehelt.
Vaatleme bakteriofaagiviiruste kirjeldust nende edasise toime põhjal rakus.
Bakterite pinnal on spetsiaalsed faagispetsiifilised struktuurid, mis on esitatud retseptorite kujul, mille külge bakteriofaag on tegelikult kinnitatud. Saba kasutades hävitab faag selle otsas sisalduvate ensüümide abil raku teatud asukohas membraani. Lisaks toimub selle kokkutõmbumine, mille tulemusena viiakse DNA rakku. Bakteriofaagiviiruse "keha" koos valgukattega jääb väljapoole.
Faagi süstimine põhjustab kõigi ainevahetusprotsesside täieliku ümberkorraldamise. Bakteriaalsete valkude, aga ka RNA ja DNA süntees on lõppenud ning bakteriofaag ise alustab transkriptsiooniprotsessi tänu isikliku ensüümi nimega transkriptaas, mis aktiveerub alles pärast bakterirakku sisenemist.
Messenger-RNA nii varased kui ka hilised ahelad sünteesitakse pärast kandjaraku ribosoomi sisenemist. Seal toimub ka selliste struktuuride nagu nukleaas, ATPaas, lüsosüüm, kapsiid, sabaprotsess ja isegi DNA polümeraas sünteesiprotsess. Replikatsiooniprotsess toimub poolkonservatiivse mehhanismi järgi ja see viiakse läbi ainult polümeraasi juuresolekul. Hilised valgud moodustuvad pärast desoksüribonukleiinhappe replikatsiooniprotsesside lõppu. Pärast seda algab tsükli viimane etapp, milles toimub faagide küpsemine. See võib ühineda ka valgukoorega ja moodustada nakatumiseks valmis küpseid osakesi.
Elutsüklid
Hoolimata bakteriofaagi viiruse struktuurist on neil kõigil ühine elutsüklite tunnus. Mõõdukuse või virulentsuse kohaselt on mõlemat tüüpi organismid sama tsükliga raku mõjutamise algfaasis üksteisega sarnased:
- faagi adsorptsiooniprotsess konkreetsel retseptoril;
- ohvrisse nukleiinhapete süstimine;
- käivitab nukleiinhapete, nii faagide kui ka bakterite ühise replikatsiooniprotsessi;
- rakkude jagunemise protsess;
- areng lüsogeensel või lüütilisel teel.
Parasvöötme bakteriofaag säilitab profaagirežiimi ja järgib lüsogeenset rada. Virulentsed esindajad arenevad vastav alt lüütilisele mudelile, milles on rida järjestikuseid protsesse:
- Nukleiinhapete sünteesi suuna määravad faagiensüümid, mis mõjutavad valgusünteesi eest vastutavat aparaati. Parasiit alustab peremeesorganismile kuuluva RNA ja DNA inaktiveerimist ning edasine ensümaatiline toime viib selle täieliku lõhenemiseni. Protsessi järgmine osa on rakulise aparaadi "allutamine" valgusünteesiks.
- Faag n. läbib replikatsiooni ja määrab uute valgukestade sünteesi suuna. Lüsosüümi moodustumise protsess on allutatud faagi RNA-le.
- Rakkude lüüs: lüsosüümi aktiivsusest põhjustatud rakkude rebend. Vabaneb tohutul hulgal uusi faage, mis nakatavad veelgi bakteriaalseid organisme.
Toimimismeetodid
ViirusedBakteriofaagid leiavad oma laialdast rakendust antibakteriaalset tüüpi ravis, mis toimib alternatiivina antibiootikumidele. Organismid, mis võivad olla rakendatavad, on kõige sagedamini järgmised: streptokokk, stafülokokk, klebsiella, coli, proteus, püobakteriofaagid, polüproteiinid ja düsenteeria.
Vene Föderatsiooni territooriumil on meditsiinilistel eesmärkidel registreeritud ja praktikas kasutusel kolmteist faagidel põhinevat ravimainet. Reeglina kasutatakse selliseid infektsioonide vastu võitlemise meetodeid, kui traditsiooniline ravivorm ei too kaasa olulisi muutusi, mille põhjuseks on patogeeni nõrk tundlikkus antibiootikumi enda suhtes või täielik resistentsus. Praktikas viib bakteriofaagide kasutamine soovitud edu kiire ja kvaliteetse saavutamiseni, kuid selleks on vaja polüsahhariidide kihiga kaetud bioloogilist membraani, millest antibiootikumid läbi ei pääse.
Faagi esindajate terapeutiline rakendustüüp ei leia läänes toetust. Seda kasutatakse aga sageli toidumürgitust põhjustavate bakterite vastu võitlemiseks. Paljude aastate kogemused bakteriofaagide aktiivsuse uurimisel näitavad, et näiteks düsenteeriafaagi esinemine linnade ja külade ühises ruumis põhjustab ruumi kokkupuudet ennetavate meetmetega.
Geeniinsenerid kasutavad bakteriofaage DNA segmentide ülekandmiseks vektoritena. Ja ka nende osalusel toimub genoomse informatsiooni edastamineinterakteeruvate bakterirakkude vahel.
