Ovaj članak, poput izvješća iz biologije 5. razreda o virusima bakteriofaga, pomoći će čitatelju da nauči osnovne informacije o tim izvanstaničnim oblicima života. Ovdje ćemo razmotriti njihov taksonomski položaj, značajke strukture i životne aktivnosti, njihovu manifestaciju u interakciji s bakterijama, itd.
Uvod
Svi znaju da je univerzalni predstavnik jedinice života na planeti Zemlji stanica. Međutim, prijelaz između devetnaestog i dvadesetog stoljeća bio je doba tijekom kojeg su otkrivene brojne bolesti koje pogađaju životinje, biljke, pa čak i gljive. Analizirajući ovaj fenomen i uzimajući u obzir opće informacije o ljudskim bolestima, znanstvenici su shvatili da postoje organizmi koji mogu biti nestanične prirode.
Takva stvorenja su iznimno mala i stoga mogu proći kroz najmanji filter bez zaustavljanja gdje bi se i najmanja stanica mogla zaustaviti. To je dovelo do otkrića virusa.
Opći podaci
Prijerazmotrimo predstavnike virusa - bakteriofage - upoznajmo se s općim informacijama o ovom kraljevstvu taksonomske hijerarhije.
Virusna čestica ima najmanje dimenzije (20-300 nm) i simetričnu strukturu. Sastoji se od komponenti koje se stalno ponavljaju. Svi organizmi virusne prirode su fragmenti RNA ili DNK, zatvoreni u posebnu proteinsku ljusku zvanu kapsid. Oni nemaju sposobnost samostalnog funkcioniranja i održavanja vitalne aktivnosti, nalazeći se izvan druge stanice. Manifestacija svojstava živih bića im je svojstvena tek nakon unošenja u drugi organizam, dok će sam virus koristiti resurse stanice koju je zarobio za održavanje stabilnosti u vlastitom stanju. Iz toga slijedi da je ova domena taksonomije predstavljena kao parazitski, unutarstanični oblik života. Postoje virusi koji napadaju dijelove membrane stanice u kojoj su se razvili i živjeli. Oni formiraju drugu školjku oko takvih mjesta, pokrivajući kapsid.
Virusi u pravilu stvaraju vezu s površinom stanice u kojoj parazitiraju. Tada virus ulazi unutra i počinje tražiti određenu strukturu koju može pogoditi. Na primjer, uzročnici hepatitisa funkcioniraju i žive samo u staničnim jedinicama jetre, dok zaušnjaci pokušavaju prodrijeti u parotidne žlijezde.
DNA (RNA) koja pripada virusu, jednom u stanici nositeljici, počinje komunicirati s aparatom genetskog naslijeđa tako da sama stanica započinje nekontrolirani proces sintezespecifičan niz proteina kodiranih u nukleinskoj kiselini samog patogena. Zatim dolazi do replikacije koju izravno provodi sama stanica i tako počinje proces sastavljanja nove virusne čestice.
Bakteriofag
Tko su virusi bakteriofaga? Ovo je poseban oblik života na Zemlji koji selektivno prodire u stanice bakterija. Razmnožavanje se najčešće događa unutar domaćina, a sam proces dovodi do lize. Uzimajući u obzir građu virusa na primjeru bakteriofaga, možemo zaključiti da se oni sastoje od ljuski formiranih od proteina i imaju aparat za reprodukciju naslijeđa u obliku jednog RNA lanca ili dva lanca DNK. Ukupan broj bakteriofaga približno odgovara ukupnom broju bakterijskih organizama. Ovi virusi aktivno sudjeluju u kemijskom kruženju tvari i energije u prirodi. Uzrokuju mnoge manifestacije znakova kod bakterija i mikroba koji su se razvili ili razvili tijekom evolucije.
Povijest otkrića
Bakteriološki istraživač F. Twort stvorio je opis zarazne bolesti, koji je predložio u članku objavljenom 1915. godine. Ova bolest je utjecala na stafilokoke i mogla je proći kroz sve filtere, a također se mogla prenijeti iz jedne stanične kolonije u druge.
F. D'Herelle, mikrobiolog rođen u Kanadi, otkrio je bakteriofage u rujnu 1917. Njihovo otkriće napravljeno je neovisno o radu F. Tworota.
Godine 1897., N. F. Gamaleya postao je promatrač fenomena lizebakterije koje su se odvijale pod utjecajem procesa cijepljenja.
Bakterijski virusi su parazitski bakteriofagi koji igraju veliku ulogu u patogenezi infekcija. Oni se bave osiguravanjem oporavka višestanične vrste organizma od mnogih bolesti, te stoga formiraju specifičnu vrstu imunološkog sustava. D'Herelle je prvo govorio o tome, a kasnije ga je razvio u doktrinu. Ova pozicija privukla je mnoge znanstvenike koji su počeli istraživati ovo područje i pokušavati pronaći odgovore na pitanja poput: kakvu staničnu strukturu (kristali) imaju bakterije-virusi bakteriofagi? Koji su procesi unutar njih, njihova daljnja sudbina i razvoj? Sve ovo i više privuklo je pažnju mnogih istraživača.
Značenje
Struktura virusa na primjeru bakteriofaga može nam puno reći, posebno za interakciju s drugim informacijama koje osoba ima o njima. Na primjer, oni su navodno najstariji oblik virusnih čestica. Kvantitativna analiza nam pokazuje da njihova populacija ima više od 1030 čestica.
U prirodi se mogu naći na istom mjestu gdje žive bakterije, na koje mogu biti osjetljive. Budući da su dotični organizmi definirani svojim staništem, preferencijama bakterija koje inficiraju, proizlazi da će bakterije tla (fagi) živjeti u tlu. Što više mikroorganizama sadrži supstrat, to je više potrebnih faga.
U stvarnosti, svaki bakteriofag utjelovljujejedna od osnovnih elementarnih jedinica genetske mobilnosti. Koristeći transdukciju, uzrokuju pojavu novih gena u nasljednom materijalu bakterije. Oko 1024 bakterijskih stanica može se inficirati u sekundi. Ovaj oblik odgovora na pitanje koji se virusi nazivaju bakteriofazi otvoreno nam pokazuje načine na koje se nasljedne informacije distribuiraju između bakterijskih organizama iz zajedničkog staništa.
Značajke zgrade
Odgovarajući na pitanje kakvu strukturu ima virus bakteriofaga, možemo zaključiti da se mogu razlikovati prema kemijskoj strukturi, vrsti nukleinske kiseline (n.c.), morfološkim podacima i obliku interakcije s bakterijskim organizmima. Veličina takvog organizma može biti nekoliko tisuća puta manja od same mikrobne stanice. Tipičan predstavnik faga čine glava i rep. Duljina repa može biti dva do četiri puta veća od promjera glave, u kojoj se, inače, nalazi genetski potencijal, koji je poprimio oblik lanca DNK ili RNA. Tu je i enzim - transkriptaza, uronjena u neaktivno stanje i okružena ljuskom proteina ili lipoproteina. Određuje skladištenje genoma unutar stanice i naziva se kapsid.
Strukturne značajke virusa bakteriofaga definiraju njegov repni odjeljak kao cijev proteina, koja služi kao nastavak ljuske koja čini glavu. ATPaza se nalazi u području repne baze, koja regenerira izvore energije utrošene na proces ubrizgavanja.genetski materijal.
Sustavni podaci
Bakteriofag je virus koji inficira bakterije. Ovako ga taksonomist svrstava u tablicu hijerarhijskog reda. Dodjeljivanje titule njima u ovoj znanosti bilo je zbog otkrića ogromne količine ovih organizama. Ovim se pitanjima trenutno bavi ICTV. U skladu s Međunarodnim standardima za klasifikaciju i distribuciju svojti među virusima, bakteriofagi se razlikuju po vrsti nukleinske kiseline koju sadrže ili morfološkim značajkama.
Danas se može razlikovati 20 obitelji, među kojima samo 2 pripadaju s RNA i 5 s ljuskom. Među DNA virusima, samo 2 obitelji imaju jednolančani oblik genoma. 9 virusa koji sadrže DNK (genom nam se čini kao kružna molekula deoksiribonukleinske kiseline) i ostalih 9 s linearnom figurom. 9 obitelji specifično je za bakterije, a ostalih 9 specifičnih za arheje.
Utjecaj na bakterijsku stanicu
Virusi bakteriofaga, ovisno o prirodi interakcije s bakterijskom stanicom, mogu se razlikovati u virulentnim i umjerenim tipovima faga. Prvi su u stanju povećati svoj broj samo uz pomoć litičkih ciklusa. Procesi u kojima dolazi do interakcije virulentnog faga i stanice sastoji se od adsorpcije na površini stanice, prodiranja u staničnu strukturu, procesa biosinteze fagnih elemenata i njihovog dovođenja u funkcionalno stanje, kao i oslobađanja bakteriofag iz domaćina.
Razmotrimo opis virusa bakteriofaga na temelju njihovog daljnjeg djelovanja u stanici.
Bakterije na svojoj površini imaju posebne strukture specifične za fage, predstavljene u obliku receptora, na koje je, zapravo, bakteriofag vezan. Koristeći rep, fag, pomoću enzima koji se nalaze na njegovom kraju, uništava membranu na određenom mjestu stanice. Nadalje, dolazi do njegove kontrakcije, zbog čega se DNK unosi u stanicu. "Tijelo" virusa bakteriofaga sa svojim proteinskim omotačem ostaje vani.
Injekcija napravljena od strane faga uzrokuje potpuno restrukturiranje svih metaboličkih procesa. Sinteza bakterijskih proteina, kao i RNA i DNA, je završena, a sam bakteriofag započinje proces transkripcije zahvaljujući aktivnosti osobnog enzima zvanog transkriptaza, koji se aktivira tek nakon ulaska u bakterijsku stanicu.
I rani i kasni lanci glasničke RNA sintetiziraju se nakon što uđu u ribosom stanice nositelja. Tu se također odvija proces sinteze takvih struktura kao što su nukleaza, ATPaza, lizozim, kapsid, repni proces, pa čak i DNA polimeraza. Proces replikacije odvija se prema polukonzervativnom mehanizmu i provodi se samo u prisutnosti polimeraze. Kasni proteini nastaju nakon završetka procesa replikacije deoksiribonukleinske kiseline. Nakon toga počinje završna faza ciklusa, u kojoj dolazi do sazrijevanja faga. Također se može kombinirati s proteinskom ljuskom i formirati zrele čestice spremne za infekciju.
Ciklusi života
Bez obzira na strukturu virusa bakteriofaga, svi oni imaju zajedničku karakteristiku životnog ciklusa. U skladu s umjerenošću ili virulencijom, obje vrste organizama su međusobno slične u početnim fazama utjecaja na stanicu s istim ciklusom:
- proces adsorpcije faga na specifičnom receptoru;
- ubrizgavanje nukleinskih kiselina u žrtvu;
- pokreće zajednički proces replikacije nukleinskih kiselina, i faga i bakterija;
- proces diobe stanice;
- razvoj na lizogeni ili litički način.
Umjereni bakteriofag održava profažni način rada, slijedi lizogeni put. Virulentni predstavnici razvijaju se u skladu s litičkim modelom, u kojem postoji niz uzastopnih procesa:
- Smjer sinteze nukleinske kiseline određuju enzimi faga, koji utječu na aparate odgovorne za sintezu proteina. Parazit započinje inaktivaciju RNA i DNK koji pripadaju domaćinu, a daljnje enzimsko djelovanje u potpunosti dovodi do njegovog cijepanja. Sljedeći dio procesa je "podređivanje" staničnog aparata za sintezu proteina.
- Fag n. do. podvrgava se replikaciji i određuje smjer sinteze novih proteinskih ljuski. Proces stvaranja lizozima podređen je RNA faga.
- Liza stanica: Ruptura stanice uzrokovana aktivnošću lizozima. Oslobađa se ogroman broj novih faga koji će dalje inficirati bakterijske organizme.
Metode rada
Virusibakteriofagi svoju široku primjenu nalaze u terapiji antibakterijskog tipa, koja služi kao alternativa antibioticima. Među organizmima koji se mogu primijeniti, najčešće se razlikuju: streptokok, stafilokok, klebsiella, coli, proteus, piobakteriofagi, poliproteini i dizenterija.
Trnaest ljekovitih supstanci na bazi faga registrirano je i primjenjuje se u praksi na teritoriju Ruske Federacije u medicinske svrhe. U pravilu se takve metode borbe protiv infekcija koriste kada tradicionalni oblik liječenja ne dovodi do značajnih promjena, što je uzrokovano slabom osjetljivošću patogena na sam antibiotik ili potpunom rezistencijom. U praksi korištenje bakteriofaga dovodi do brzog i kvalitetnog postizanja željenog uspjeha, ali za to je potrebna prisutnost biološke membrane prekrivene slojem polisaharida, kroz koju antibiotici ne mogu prodrijeti.
Terapeutski tip primjene predstavnika faga ne nalazi podršku na Zapadu. Međutim, često se koristi u borbi protiv bakterija koje uzrokuju trovanje hranom. Dugogodišnje iskustvo u proučavanju djelovanja bakteriofaga pokazuje nam da prisutnost npr. faga dizenterije u zajedničkom prostoru gradova i sela uzrokuje izlaganje prostora preventivnim mjerama.
Genetski inženjeri iskorištavaju bakteriofage kao vektore za prijenos DNK segmenata. I također uz njihovo sudjelovanje odvija se prijenos genomskih informacijaizmeđu interakcijskih bakterijskih stanica.
