Structure morphologique des virus. Morphologie des virus
La morphologie et la structure des virus sont étudiées à l'aide d'un microscope électronique, car leur taille est petite et comparable à l'épaisseur de la coquille bactérienne. La forme des virions peut être différente : en forme de bâtonnet (virus de la mosaïque du tabac), en forme d'ogive (virus de la rage), sphérique (virus de la poliomyélite, VIH), en forme de spermatozoïde (nombreux bactériophages).
La taille des virus est déterminée par microscopie électronique, ultrafiltration à travers des filtres de diamètre de pore connu, ultracentrifugation. L'un des plus petits virus est le virus de la poliomyélite (environ 20 nm), le plus grand est la variole (environ 350 nm).
Il existe des virus arrangés simplement (par exemple, le virus de la poliomyélite) et des virus arrangés de manière complexe (par exemple, les virus de la grippe, de la rougeole). Dans les virus disposés simplement, l'acide nucléique est associé à une enveloppe protéique appelée capside (du latin capsa - cas). La capside est constituée de sous-unités morphologiques répétitives - les capsomères. L'acide nucléique et la capside, interagissant l'un avec l'autre, forment une nucléocapside. Dans les virus complexes, la capside est entourée d'une coque lipoprotéique supplémentaire - la supercapside (un dérivé des structures membranaires de la cellule hôte), qui a des "pointes". Les virions sont caractérisés par une symétrie de capside de type hélicoïdal, cubique et complexe. La symétrie de type spirale est due à la structure hélicoïdale de la nucléocapside, la symétrie de type cubique est due à la formation d'un corps creux isométrique à partir de la capside contenant l'acide nucléique viral.
La capside et la supercapside protègent les virions des influences environnementales, déterminent l'interaction sélective (adsorption) avec les cellules et déterminent les propriétés antigéniques et immunogènes des virions. Les structures internes des virus sont appelées le noyau En virologie, les catégories taxonomiques suivantes sont utilisées : famille (le nom se termine par viridae), sous-famille (le nom se termine par virinae), genre (le nom se termine par virus).
Cependant, les noms de genres et surtout de sous-familles ne sont pas formulés pour tous les virus. Le type de virus n'a pas reçu de nom binomial, comme les bactéries.
La classification des virus est basée sur les catégories suivantes :
§ le type d'acide nucléique (ADN ou ARN), sa structure, le nombre de brins (un ou deux),
§ caractéristiques de la reproduction du génome viral ;
§ la taille et la morphologie des virions, le nombre de capsomères et le type de symétrie ;
§ la présence d'une supercapside ;
§ sensibilité à l'éther et au désoxycholate ;
§ lieu de reproduction dans la cellule ;
§ propriétés antigéniques, etc.
Les virus infectent les vertébrés et les invertébrés, ainsi que les plantes et les bactéries. Étant les principaux agents responsables des maladies infectieuses humaines, les virus participent également aux processus de cancérogenèse, peuvent être transmis de diverses manières, notamment par le placenta (virus de la rubéole, cytomégalovirus, etc.), affectant le fœtus humain. Ils peuvent entraîner des complications post-infectieuses - développement de myocardite, pancréatite, immunodéficience, etc.
Outre les virus ordinaires, il existe également des virus dits non canoniques - prions - particules infectieuses protéiques, qui sont des agents de nature protéique, ayant la forme de fibrilles d'une taille de 10,20x100,200 nm. Les prions, apparemment, sont à la fois des inducteurs et des produits d'un gène humain ou animal autonome et provoquent chez eux une encéphalopathie dans des conditions d'infection virale lente (maladie de Creutzfeldt-Jakob, kuru, etc.). D'autres agents inhabituels proches des virus sont les viroïdes, de petites molécules d'ARN circulaires superenroulées sans protéines qui provoquent des maladies chez les plantes.
chapitre 3
PHYSIOLOGIE DES MICROORGANISMES
La physiologie des micro-organismes étudie l'activité vitale des cellules microbiennes, les processus de leur nutrition, respiration, croissance, reproduction, les modes d'interaction avec l'environnement.
Sujet d'étude microbiologie médicale est la physiologie des micro-organismes pathogènes et opportunistes capables de provoquer des maladies humaines. L'élucidation de la physiologie de ces micro-organismes est importante pour établir un diagnostic microbiologique, comprendre la pathogenèse, traiter et prévenir les maladies infectieuses, réguler la relation entre une personne et son environnement, etc.
La composition chimique des bactéries
La composition des micro-organismes comprend de l'eau, des protéines, des acides nucléiques, des glucides, des lipides, des minéraux.
L'eau est le composant principal d'une cellule bactérienne, représentant environ 80% de sa masse. Il est à l'état libre ou lié aux éléments structuraux de la cellule. Dans les spores, la quantité d'eau diminue à 18,20%. L'eau est un solvant pour de nombreuses substances et joue également un rôle mécanique dans la fourniture de la turgescence. Au cours de la plasmolyse - la perte d'eau par la cellule dans une solution hypertonique - l'exfoliation du protoplasme de la membrane cellulaire se produit. L'élimination de l'eau de la cellule, le séchage suspendent les processus du métabolisme. La plupart des micro-organismes tolèrent bien le séchage. Avec un manque d'eau, les micro-organismes ne se multiplient pas. Le séchage sous vide à partir d'un état congelé (lyophilisation) arrête la reproduction et favorise la conservation à long terme des espèces microbiennes.
Les protéines (40,80% de poids sec) déterminent les propriétés biologiques les plus importantes des bactéries et consistent généralement en des combinaisons de 20 acides aminés. Les bactéries contiennent de l'acide diaminopimélique (DAP), qui est absent des cellules humaines et animales. Les bactéries contiennent plus de 2000 protéines différentes qui font partie des composants structurels et sont impliquées dans les processus métaboliques. La plupart des protéines ont une activité enzymatique. Les protéines d'une cellule bactérienne déterminent l'antigénicité et l'immunogénicité, la virulence et les espèces de bactéries.
Les acides nucléiques des bactéries remplissent des fonctions similaires aux acides nucléiques des cellules eucaryotes : la molécule d'ADN sous forme de chromosome est responsable de l'hérédité, acides ribonucléiques(informationnel, ou matriciel, transport et ribosomique) sont impliqués dans la biosynthèse des protéines.
Les bactéries peuvent être caractérisées (taxonomiquement) par le contenu de la somme de guanine et de cytosine (GC) en pourcentage molaire (M%) du nombre total de bases d'ADN. Une caractérisation plus précise des micro-organismes est l'hybridation de leur ADN. La base de la méthode d'hybridation
ADN - la capacité de l'ADN dénaturé (monocaténaire) à se renaturer, c'est-à-dire combiner avec un brin complémentaire d'ADN pour former une molécule d'ADN double brin.
Les glucides bactériens sont représentés substances simples(mono- et disaccharides) et composés complexes. Les polysaccharides se trouvent souvent dans des capsules. Certains polysaccharides intracellulaires (amidon, glycogène, etc.) sont des nutriments de réserve.
Les lipides font principalement partie de la membrane cytoplasmique et de ses dérivés, ainsi que de la paroi cellulaire bactérienne, par exemple la membrane externe, où, en plus de la couche biomoléculaire de lipides, se trouve le LPS. Les lipides peuvent agir comme nutriments de réserve dans le cytoplasme. Les lipides bactériens sont représentés par les phospholipides, les acides gras et les glycérides. Naï grande quantité les lipides (jusqu'à 40%) contiennent Mycobacterium tuberculosis.
Les minéraux bactériens se trouvent dans les cendres après la combustion des cellules. Le phosphore, le potassium, le sodium, le soufre, le fer, le calcium, le magnésium, ainsi que les oligo-éléments (zinc, cuivre, cobalt, baryum, manganèse, etc.) sont détectés en grande quantité.Ils interviennent dans la régulation de la pression osmotique, du pH , potentiel redox , activent les enzymes, font partie des enzymes, des vitamines et des composants structurels des cellules microbiennes.
Alimentation des bactéries
Les caractéristiques de la nutrition d'une cellule bactérienne consistent en l'apport de substrats nutritifs à l'intérieur sur toute sa surface, ainsi qu'en un taux élevé de processus métaboliques et d'adaptation aux conditions environnementales changeantes.
Types d'aliments. La large diffusion des bactéries est facilitée par une variété de types d'aliments. Les micro-organismes ont besoin de glucides, d'azote, de soufre, de phosphore, de potassium et d'autres éléments. Selon les sources de carbone pour la nutrition, les bactéries sont divisées en autotrophes (du grec autos - lui-même, trophe - nourriture), qui utilisent du dioxyde de carbone CO 2 et d'autres composés inorganiques pour construire leurs cellules, et hétérotrophes (du grec heteros - un autre , trophée - nourriture), se nourrissant de composés organiques prêts à l'emploi. Les bactéries autotrophes sont des bactéries nitrifiantes présentes dans le sol ; bactéries soufrées vivant dans l'eau contenant du sulfure d'hydrogène; bactéries de fer vivant dans l'eau avec du fer ferreux, etc.
Selon le substrat oxydable, appelé donneur d'électrons ou d'hydrogène, les micro-organismes sont divisés en deux groupes. Les micro-organismes qui utilisent des composés inorganiques comme donneurs d'hydrogène sont appelés lithotrophes (du grec lithos - pierre), et les micro-organismes qui utilisent des composés organiques comme donneurs d'hydrogène sont appelés organotrophes.
Compte tenu de la source d'énergie, les phototrophes se distinguent des bactéries, c'est-à-dire photosynthétiques (par exemple, les algues bleu-vert qui utilisent l'énergie de la lumière) et les chimiotrophes qui ont besoin de sources d'énergie chimiques.
facteurs de croissance. Les micro-organismes pour la croissance sur des milieux nutritifs nécessitent certains composants supplémentaires, appelés facteurs de croissance. Les facteurs de croissance sont des composés nécessaires aux micro-organismes qu'eux-mêmes ne peuvent pas synthétiser, ils doivent donc être ajoutés aux milieux nutritifs. Parmi les facteurs de croissance, il y a : les acides aminés nécessaires à la construction des protéines ; les purines et les pyrimidines, nécessaires à la formation des acides nucléiques ; vitamines qui font partie de certaines enzymes. Pour désigner la relation entre les micro-organismes et les facteurs de croissance, les termes "auxotrophes" et "prototrophes" sont utilisés. Les auxotrophes ont besoin d'un ou plusieurs facteurs de croissance ; les prototrophes peuvent synthétiser eux-mêmes les composés nécessaires à la croissance. Ils sont capables de synthétiser des composants à partir de sels de glucose et d'ammonium.
Mécanismes de pouvoir. Admission diverses substances dans une cellule bactérienne dépend de la taille et de la solubilité de leurs molécules dans les lipides ou l'eau, du pH du milieu, de la concentration des substances, de divers facteurs de perméabilité membranaire, etc. La paroi cellulaire laisse passer les petites molécules et les ions, retenant macromolécules pesant plus de 600 D. Le principal régulateur de l'entrée de substances dans la cellule est la membrane cytoplasmique. Il est conditionnellement possible de distinguer quatre mécanismes de pénétration des nutriments dans une cellule bactérienne : il s'agit de la diffusion simple, de la diffusion facilitée, du transport actif et de la translocation de groupe. Le mécanisme le plus simple pour l'entrée de substances dans la cellule est la diffusion simple, dans laquelle le mouvement des substances se produit en raison de la différence de concentration des deux côtés de la membrane cytoplasmique. Les substances traversent la partie lipidique de la membrane cytoplasmique (molécules organiques, médicaments) et moins souvent par des canaux remplis d'eau dans la membrane cytoplasmique. La diffusion passive s'effectue sans consommation d'énergie.
La diffusion facilitée se produit également en raison de la différence de concentration des substances des deux côtés de la membrane cytoplasmique. Cependant, ce processus est réalisé à l'aide de molécules porteuses localisées dans la membrane cytoplasmique et possédant une spécificité. Chaque transporteur transporte la substance correspondante à travers la membrane ou la transfère à un autre composant de la membrane cytoplasmique - le transporteur lui-même.
Les protéines porteuses peuvent être des perméases dont le site de synthèse est la membrane cytoplasmique. La diffusion facilitée se déroule sans dépense d'énergie, les substances passent d'une concentration plus élevée à une plus faible.
Le transport actif se produit à l'aide de perméases et vise le transfert de substances d'une concentration inférieure à une concentration supérieure, c'est-à-dire comme à contre-courant, ce processus s'accompagne donc d'une dépense d'énergie métabolique (ATP), qui se forme à la suite de réactions redox dans la cellule.
Le transfert (translocation) de groupes est similaire au transport actif, à la différence que la molécule transférée est modifiée au cours du processus de transfert, par exemple, elle est phosphorylée. La sortie des substances de la cellule s'effectue par diffusion et avec la participation des systèmes de transport-enzymes des bactéries. Les enzymes reconnaissent leurs métabolites respectifs (substrats), interagissent avec eux et accélèrent réactions chimiques. Les enzymes sont des protéines impliquées dans les processus d'anabolisme (synthèse) et de catabolisme (décomposition), c'est-à-dire métabolisme. De nombreuses enzymes sont interconnectées avec les structures de la cellule microbienne. Par exemple, dans la membrane cytoplasmique, il existe des enzymes redox impliquées dans la respiration et la division cellulaire ; enzymes qui fournissent la nutrition cellulaire, etc. Les enzymes redox de la membrane cytoplasmique et de ses dérivés fournissent de l'énergie pour les processus intensifs de biosynthèse de diverses structures, y compris la paroi cellulaire. Les enzymes associées à la division cellulaire et à l'autolyse se trouvent dans la paroi cellulaire. Les soi-disant endoenzymes catalysent le métabolisme qui se déroule à l'intérieur de la cellule.
Les exoenzymes sont sécrétées par la cellule dans environnement, divisant les macromolécules de substrats nutritifs pour connexions simples absorbés par la cellule comme sources d'énergie, de carbone, etc. Certaines exoenzymes (pénicillinase, etc.) inactivent les antibiotiques, exerçant une fonction protectrice.
Il existe des enzymes constitutives et inductibles. Les enzymes constitutives comprennent les enzymes qui sont synthétisées par la cellule en continu, indépendamment de la présence de substrats dans le milieu nutritif. Les enzymes inductibles (adaptatives) ne sont synthétisées par une cellule bactérienne que s'il existe un substrat pour cette enzyme dans le milieu. Par exemple, la p-galactosidase n'est pratiquement pas formée par Escherichia coli sur un milieu avec du glucose, mais sa synthèse augmente fortement lorsqu'elle est cultivée sur un milieu avec du lactose ou une autre p-galactosidase.
Certaines enzymes (appelées enzymes d'agression) détruisent les tissus et les cellules, provoquant une large diffusion des micro-organismes et de leurs toxines dans les tissus infectés. Ces enzymes comprennent l'hyaluronidase, la collagénase, la désoxyribonucléase, la neuraminidase, la lécitovitellase, etc. Ainsi, l'hyaluronidase streptococcique, la scission acide hyaluronique tissu conjonctif, favorise la propagation des streptocoques et de leurs toxines.
Plus de 2000 enzymes sont connues. Elles sont regroupées en six classes : oxydoréductases - enzymes redox (elles comprennent les déshydrogénases, les oxydases, etc.) ; les transférases qui transfèrent des radicaux et des atomes individuels d'un composé à un autre ; les hydrolases qui accélèrent les réactions d'hydrolyse, c'est-à-dire fractionner les substances en substances plus simples avec l'ajout de molécules d'eau (estérases, phosphatase, glycosidase, etc.); les lyases qui clivent les groupes chimiques des substrats de manière non hydrolytique (carboxylases, etc.) ; les isomérases qui transforment les composés organiques en leurs isomères (phosphohexoisomérase, etc.) ; les ligases, ou synthétases, accélérant la synthèse de composés complexes à partir de plus simples (asparagine synthétase, glutamine synthétase, etc.).
Les différences de composition enzymatique sont utilisées pour identifier les micro-organismes, car elles déterminent leurs diverses propriétés biochimiques : saccharolytiques (décomposition des sucres), protéolytiques (décomposition des protéines) et autres, identifiées par les produits de dégradation finaux (formation d'alcalis, d'acides, de sulfure d'hydrogène , ammoniac, etc.).
Les enzymes de micro-organismes sont utilisées en génie génétique (enzymes de restriction, ligases, etc.) pour obtenir biologiquement composés actifs, acétique, lactique, citrique et autres, produits d'acide lactique, dans la vinification et d'autres industries. Les enzymes sont utilisées comme bioadditifs dans les lessives en poudre (Oka…) pour détruire la pollution protéique.
Bactéries respiratoires
La respiration, ou oxydation biologique, est basée sur des réactions redox qui se produisent avec la formation d'ATP, l'accumulateur universel d'énergie chimique. L'énergie est nécessaire à une cellule microbienne pour son activité vitale. Lors de la respiration, les processus d'oxydation et de réduction se produisent: oxydation - retour d'hydrogène ou d'électrons par des donneurs (molécules ou atomes); réduction - l'ajout d'hydrogène ou d'électrons à un accepteur. L'accepteur d'hydrogène ou d'électrons peut être de l'oxygène moléculaire (une telle respiration est appelée aérobie) ou un nitrate, un sulfate, un fumarate (une telle respiration est appelée anaérobie - nitrate, sulfate, fumarate). Anaérobiose (du grec aeg - air + bios - vie) - activité vitale qui se produit en l'absence d'oxygène libre. Si les donneurs et les accepteurs d'hydrogène sont des composés organiques, ce processus est appelé fermentation. Au cours de la fermentation, la dégradation enzymatique des composés organiques, principalement des glucides, se produit dans des conditions anaérobies. En tenant compte du produit final de la décomposition des glucides, on distingue l'alcool, l'acide lactique, l'acide acétique et d'autres types de fermentation.
En ce qui concerne l'oxygène moléculaire, les bactéries peuvent être divisées en trois groupes principaux : obligatoires, c'est-à-dire obligatoires, aérobies, anaérobies obligatoires et anaérobies facultatifs.
Les aérobies obligatoires ne peuvent se développer qu'en présence d'oxygène. Les anaérobies obligatoires (clostridies du botulisme, gangrène gazeuse, tétanos, bactéroïdes, etc.) ne se développent que dans un milieu sans oxygène, qui leur est toxique. En présence d'oxygène, les bactéries forment des radicaux peroxyde d'oxygène, dont le peroxyde d'hydrogène et l'anion superoxyde d'oxygène, qui sont toxiques pour les bactéries anabolisantes obligatoires car ils ne forment pas les enzymes d'inactivation correspondantes. Bactéries aérobies inactiver le peroxyde d'hydrogène et l'anion superoxyde avec les enzymes correspondantes (catalase, peroxydase et superoxyde dismutase). Les anaérobies facultatifs peuvent se développer à la fois en présence et en l'absence d'oxygène, car ils sont capables de passer de la respiration en présence d'oxygène moléculaire à la fermentation en son absence. Les anaérobies facultatifs sont capables d'effectuer une respiration anaérobie, appelée nitrate : le nitrate, qui est un accepteur d'hydrogène, est réduit en azote moléculaire et en ammoniac.Parmi les anaérobies obligatoires, on distingue les bactéries aérotolérantes qui persistent en présence d'oxygène moléculaire, mais ne le font pas. utilise le.
Pour la culture d'anaérobies dans les laboratoires bactériologiques, on utilise des anaérostats - des conteneurs spéciaux dans lesquels l'air est remplacé par un mélange de gaz ne contenant pas d'oxygène. L'air peut être éliminé des milieux nutritifs par ébullition, en utilisant des adsorbants chimiques d'oxygène placés dans des ballons anaérobies ou d'autres conteneurs contenant des cultures.
Croissance et reproduction des bactéries
L'activité vitale des bactéries est caractérisée par la croissance - la formation de composants structurels et fonctionnels de la cellule et l'augmentation de la cellule bactérienne elle-même, ainsi que la reproduction - l'auto-reproduction, entraînant une augmentation du nombre de cellules bactériennes dans le population.
Les bactéries se reproduisent par fission binaire en deux, moins souvent par bourgeonnement.
Les actinomycètes, comme les champignons, peuvent se reproduire par des spores. Les actinomycètes, étant des bactéries ramifiées, se multiplient par fragmentation de cellules filamenteuses. Les bactéries Gram-positives se divisent par croissance des cloisons de division synthétisées dans la cellule, et les bactéries Gram-négatives se divisent par constriction, à la suite de la formation de figures en forme d'haltère, à partir desquelles deux cellules identiques sont formées.
La division cellulaire est précédée de la réplication du chromosome bactérien selon un type semi-conservatif (la chaîne d'ADN double brin s'ouvre et chaque brin est complété par un brin complémentaire), conduisant au doublement des molécules d'ADN du noyau bactérien - le nucléoïde. La réplication de l'ADN chromosomique est réalisée à partir du point de départ ori (de l'anglais, origine - le début).
Le chromosome d'une cellule bactérienne est connecté dans la région d'ori avec la membrane cytoplasmique. La réplication de l'ADN est catalysée par les ADN polymérases. Premièrement, le déroulement (déspiralisation) du double brin d'ADN se produit, entraînant la formation d'une fourche de réplication (chaînes ramifiées); l'une des chaînes, étant complétée, lie les nucléotides de l'extrémité 5 "- à l'extrémité 3", l'autre est complétée segment par segment.
La réplication de l'ADN se produit en trois étapes : initiation, allongement ou croissance de la chaîne et terminaison. Les deux chromosomes formés à la suite de la réplication divergent, ce qui est facilité par une augmentation de la taille de la cellule en croissance : les chromosomes attachés à la membrane cytoplasmique ou à ses dérivés (par exemple, les mésosomes) s'éloignent l'un de l'autre au fur et à mesure que le volume cellulaire augmente. Leur isolement final se termine par la formation d'un septum de constriction ou de division. Les cellules avec un septum de division divergent sous l'action d'enzymes autolytiques qui détruisent le noyau du septum de division. Dans ce cas, l'autolyse peut se dérouler de manière inégale : les cellules en division d'une zone restent reliées par une partie de la paroi cellulaire dans la région du septum de division. Ces cellules sont situées à un angle les unes par rapport aux autres, ce qui est typique des corynébactéries diphtériques.
Reproduction de bactéries dans un milieu nutritif liquide. Les bactéries ensemencées dans un certain volume invariable du milieu nutritif, se multipliant, consomment des nutriments, ce qui conduit ensuite à l'épuisement du milieu nutritif et à l'arrêt de la croissance bactérienne. La culture de bactéries dans un tel système est appelée culture périodique et la culture est appelée périodique. Si les conditions de culture sont maintenues par l'apport continu de milieu nutritif frais et l'écoulement du même volume de fluide de culture, alors une telle culture est dite continue, et la culture est dite continue.
Lors de la croissance de bactéries sur un milieu nutritif liquide, une croissance de culture proche du fond, diffuse ou de surface (sous la forme d'un film) est observée. La croissance d'une culture périodique de bactéries cultivées sur un milieu nutritif liquide est divisée en plusieurs phases, ou périodes :
§ phase de latence;
§ phase de croissance logarithmique ;
§ phase de croissance stationnaire, ou concentration maximale
§ bactéries;
§ phase de mort bactérienne.
Ces phases peuvent être représentées graphiquement comme des segments de la courbe de reproduction bactérienne, qui reflète la dépendance du logarithme du nombre de cellules vivantes au moment de leur culture. Lag phase (de l'anglais, lag - delay) - la période entre le semis des bactéries et le début de la reproduction. La durée moyenne de la phase de latence est de 4 heures 30. Les bactéries grossissent et se préparent à la division ; la quantité d'acides nucléiques, de protéines et d'autres composants augmente. La phase de croissance logarithmique (exponentielle) est une période de division intensive des bactéries.
Sa durée est d'environ 5,6 heures.Dans des conditions de croissance optimales, les bactéries peuvent se diviser toutes les 20 à 40 minutes. Au cours de cette phase, les bactéries sont les plus vulnérables, ce qui s'explique par la grande sensibilité des composants métaboliques d'une cellule à croissance rapide aux inhibiteurs de la synthèse des protéines, aux acides nucléiques, etc. Ensuite, la phase de croissance stationnaire commence, dans laquelle le nombre de les cellules viables restent inchangées, constituant le niveau maximum (concentration en M) . Sa durée s'exprime en heures et varie selon le type de bactéries, leurs caractéristiques et leur culture. Le processus de croissance bactérienne est complété par la phase de mort, qui se caractérise par la mort des bactéries dans des conditions d'épuisement des sources de nutriments et par l'accumulation de produits métaboliques bactériens. Sa durée varie de 10 heures à plusieurs semaines. L'intensité de la croissance et de la reproduction des bactéries dépend de nombreux facteurs, dont la composition optimale du milieu nutritif, le potentiel redox, le pH, la température, etc.
Reproduction de bactéries sur un milieu nutritif dense. Les bactéries qui se développent sur des milieux nutritifs solides forment des colonies isolées de forme ronde avec des bords lisses ou irréguliers (formes en S et R ; voir chapitre 5), de consistance et de couleur variables, selon le pigment des bactéries.
Les pigments solubles dans l'eau diffusent dans le milieu nutritif et le colorent, par exemple, Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) colore le milieu en bleu. Un autre groupe de pigments est insoluble dans l'eau mais soluble dans les solvants organiques. Ainsi, les colonies du "bâton merveilleux" ont un pigment rouge sang soluble dans l'alcool. Et, enfin, il existe des pigments qui ne sont insolubles ni dans l'eau ni dans les composés organiques.
Les pigments les plus courants parmi les micro-organismes sont les carotènes, les xanthophylles et les mélanines. Les mélanines sont des pigments noirs, bruns ou rouges insolubles synthétisés à partir de composés phénoliques. Les mélanines, ainsi que la catalase, la superoxyde cismutase et les peroxydases, protègent les micro-organismes des effets des radicaux toxiques du peroxyde d'oxygène. De nombreux pigments ont des effets antimicrobiens de type antibiotique.
L'apparence, la forme, la couleur et d'autres caractéristiques des colonies sur un milieu nutritif dense peuvent être prises en compte lors de l'identification des bactéries, ainsi que de la sélection des colonies pour obtenir des cultures pures.
Dans des conditions industrielles, lors de l'obtention de la biomasse de micro-organismes pour la préparation d'antibiotiques, de vaccins, de diagnostics, d'eubiotiques, la culture de bactéries et de champignons est effectuée dans des fermenteurs dans le strict respect des paramètres optimaux pour la croissance et la reproduction des cultures (voir chapitre 6).
CONFÉRENCE N° 5.
VIROLOGIE.
Tous les virus existent sous deux formes qualitativement différentes. Forme extracellulaire - virion - comprend tous les éléments constitutifs d'une particule virale. Forme intracellulaire - virus - peut être représenté par une seule molécule d'acide nucléique, tk. Une fois dans la cellule, le virion se décompose en ses éléments constitutifs. Dans le même temps, un virus intracellulaire est une forme autoréplicative incapable de se diviser. Sur cette base, la définition d'un virus implique une différence fondamentale entre des formes d'existence cellulaires (bactéries, champignons, protozoaires) qui se reproduisent par division et une forme réplicative qui se reproduit à partir d'un acide nucléique viral. Mais cela ne se limite pas aux caractéristiques distinctives des virus des procaryotes et des eucaryotes. Les différences fondamentales incluent :
1. la présence d'un type d'acide nucléique (ADN ou ARN) ;
2. absence de structure cellulaire et de systèmes de synthèse des protéines ;
3. la possibilité d'intégration dans le génome cellulaire et la réplication synchrone.
La forme du virion peut être très différente (en bâtonnet, ellipsoïde, sphérique, filamenteux, en forme de spermatozoïde), ce qui est un des signes de l'affiliation taxonomique de ce virus.
Les dimensions des virus sont si petites qu'elles sont comparables à l'épaisseur de la membrane cellulaire. Les plus petits (parvovirus) mesurent 18 nm et les plus gros (virus variolique) mesurent environ 400 nm.
La classification des virus est basée sur le type d'acide nucléique qui forme le génome, ce qui a permis de distinguer deux sous-royaumes :
les ribovirus- les virus contenant de l'ARN ou à ARN ;
désoxyribovirus- Virus à ADN ou à ADN.
Les sous-royaumes sont divisés en familles, sous-familles, genres et espèces.
Lors de la systématisation des virus, les principaux critères suivants ont été identifiés: la similitude des acides nucléiques, la taille, la présence ou l'absence d'une supercapside, le type de symétrie de la nucléocapside, les caractéristiques des acides nucléiques, la polarité, le nombre de brins dans la molécule , la présence de segments, la présence d'enzymes, la localisation intranucléaire ou cytoplasmique, la structure antigénique et l'immunogénicité, le tropisme pour les tissus et les cellules, la capacité à former des corps d'inclusion. Un critère supplémentaire est la symptomatologie des lésions, c'est-à-dire la capacité de provoquer des infections généralisées ou spécifiques à un organe.
Selon l'organisation structurelle, ils distinguent simplement organisé ("nu") et organisé de manière complexe ("habillé") virus.
La structure d'un virion simple est arrangée de telle manière que acide nucléique viral, ceux. le matériel génétique du virus est protégé de manière fiable par une enveloppe protéique symétrique - capside, dont la combinaison fonctionnelle et morphologique forme nucléocapside.
La capside a une structure strictement ordonnée basée sur les principes de la symétrie hélicoïdale ou cubique. Il est formé de sous-unités de même structure - capsomères organisé en une ou deux couches. Le nombre de capsomères est strictement spécifique à chaque espèce et dépend de la taille et de la morphologie des virions. Les capsomères, à leur tour, sont formés par des molécules de protéines - protomères. Ils peuvent être monomère - composé d'un seul polypeptide ou polymère - composé de plusieurs polypeptides. La symétrie de la capside s'explique par le fait qu'un grand nombre de capsomères est nécessaire pour l'emballage du génome, et leur connexion compacte n'est possible qu'avec une disposition symétrique des sous-unités. La formation d'une capside ressemble au processus de cristallisation et se déroule selon le principe de l'auto-assemblage. Les principales fonctions de la capside sont déterminées par la protection du génome viral des influences extérieures, assurant l'adsorption du virion sur la cellule, la pénétration du génome dans la cellule grâce à l'interaction de la capside avec les récepteurs cellulaires, et déterminer les propriétés antigéniques et immunogènes des virions.
La nucléocapside suit la symétrie de la capside. À symétrie en spirale l'interaction de l'acide nucléique et de la protéine dans la nucléocapside s'effectue le long d'un axe de rotation. Chaque virus à symétrie hélicoïdale a une longueur, une largeur et une périodicité caractéristiques. La plupart des virus pathogènes humains, y compris le virus de la grippe, ont une symétrie hélicoïdale. L'organisation selon le principe de symétrie hélicoïdale donne aux virus une forme en bâtonnet ou filamenteuse. Cet arrangement de sous-unités forme un canal creux, à l'intérieur duquel la molécule d'acide nucléique viral est compactée. Sa longueur peut être plusieurs fois supérieure à la longueur du virion. Le virus de la mosaïque du tabac, par exemple, a une longueur de virion de 300 nm et son ARN atteint 4000 nm. Avec une telle organisation, la gaine protéique protège mieux les informations héréditaires, mais nécessite plus de protéines, car. le revêtement est constitué de blocs relativement gros. À symétrie cubique l'acide nucléique est entouré de capsomères, formant un icosaèdre - un polyèdre à 12 sommets, 20 faces triangulaires et 30 coins. L'organisation du virion selon ce principe donne aux virus une forme sphérique. Le principe de symétrie cubique est le plus économique pour la formation d'une capside fermée, car pour son organisation, de petits blocs de protéines sont utilisés, formant un grand espace interne dans lequel l'acide nucléique s'insère librement.
Certains bactériophages ont double symétrie, lorsque la tête est organisée selon le principe du cubique, et le processus - selon le principe de la symétrie en spirale.
Pour les gros virus, pas de symétrie permanente.
Un composant structurel et fonctionnel intégral de la nucléocapside est protéines internes, fournissant l'emballage superenroulé correct du génome, remplissant des fonctions structurelles et enzymatiques.
La spécificité fonctionnelle des enzymes virales est déterminée par le lieu de leur localisation et le mécanisme de formation. Sur cette base, les enzymes virales sont divisées en induite par le virus et virion. Les premiers sont codés dans le génome viral, les seconds font partie des virions. Les enzymes virioniques sont également divisées en deux groupes fonctionnels : les enzymes du premier groupe assurent la pénétration des acides nucléiques viraux dans la cellule et la sortie des populations filles ; les enzymes du second groupe sont impliquées dans les processus de réplication et de transcription du génome viral. En plus des leurs, les virus utilisent activement des enzymes cellulaires qui ne sont pas spécifiques au virus. Mais leur activité peut être modifiée lors de la reproduction du virus.
Il y a un groupe de soi-disant. complexe ou virus "habillés", qui, contrairement "nu", ont une coquille spéciale de lipoprotéines au-dessus de la capside - supercapside ou péplum, organisé par une double couche de lipides et de glycoprotéines virales spécifiques pénétrant la bicouche lipidique et formant excroissances-épines(compteurs de cendres ou protéines de supercapside ). Les protéines supercapsides de surface sont un composant important qui facilite la pénétration des virus dans les cellules sensibles. Ce sont ces protéines spéciales, appelées protéines F ( Fusion - fusion), la fusion des supercapsides virales et des membranes cellulaires est assurée. La supercapside se forme aux derniers stades du cycle de reproduction lors du bourgeonnement des populations filles et est une structure dérivée des membranes d'une cellule infectée par un virus. Ainsi, la composition des lipides dépend de la nature du « bourgeonnement » de la particule virale. Par exemple, dans le virus de la grippe, la composition de la bicouche lipidique est similaire à celle des membranes cellulaires. Car les herpesvirus bourgeonnent à travers la membrane nucléaire, l'ensemble des lipides dans leur supercapside reflète la composition de la membrane nucléaire. Les sucres qui composent les glycoprotéines proviennent également de la cellule hôte.
Sur la surface interne de la supercapside, le soi-disant. protéines matricielles (Protéines M) une couche structurelle est formée qui favorise l'interaction de la supercapside avec la nucléocapside, ce qui est extrêmement important aux dernières étapes de l'auto-assemblage du virion.
Néanmoins, le principal composant structurel et fonctionnel du virus est son gène, qui détermine toutes les propriétés de la particule virale, tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de la cellule cible. Le génome code des informations sur les propriétés morphologiques, biochimiques, pathogènes et antigéniques de son porteur. Le génome de la particule virale est haploïde. Les acides nucléiques sont représentés par des molécules d'ARN simple brin ou des molécules d'ADN double brin. Les exceptions sont les réovirus, dont le génome est formé de deux brins d'ARN, et les parvovirus, dans lesquels le génome est représenté par un seul brin d'ADN. Les virus contiennent un seul type d'acide nucléique.
ADN viral sont organisés en structures circulaires superenroulées ou linéaires liées par covalence avec des poids moléculaires de 1 x 10 6 à 1 x 10 8 , soit 10 à 100 fois moins que le poids moléculaire de l'ADN bactérien. Le génome contient jusqu'à plusieurs centaines de gènes. La transcription de l'ADN viral a lieu dans le noyau de la cellule infectée . Les séquences nucléotidiques se produisent une fois, mais aux extrémités de la molécule, il existe des séquences nucléotidiques répétitives directes et inversées (expansées à 180°). Cela garantit la capacité de la molécule d'ADN à se refermer en un anneau. De plus, ils sont une sorte de marqueurs de l'ADN viral.
ARN viral sont représentés par des molécules simple et double brin et à leur manière composition chimique sont indiscernables de l'ARN cellulaire. Les molécules simple brin peuvent être segmentées, ce qui conduit à une augmentation de la capacité de codage du génome. De plus, ils possèdent des régions hélicoïdales telles que la double hélice de l'ADN, formées par appariement de bases azotées complémentaires. L'ARN double brin peut être linéaire ou circulaire.
En fonction des spécificités du comportement intracellulaire et des fonctions exercées, les ARN viraux sont divisés en groupes :
1. ARN brin plus, qui ont la capacité de traduire les informations qui y sont codées aux ribosomes de la cellule cible, c'est-à-dire fonctionnent comme ARNm. Les ARN des virus à brin positif ont des extrémités en forme de coiffe modifiées caractéristiques nécessaires à la reconnaissance spécifique des ribosomes. Ils sont appelés brins positifs ou génome positif.
2. Brins négatifs d'ARN sont incapables de traduire l'information génétique directement en ribosomes et ne peuvent pas fonctionner comme ARNm. Cependant, ils constituent une matrice pour la synthèse d'ARNm. Ils sont appelés fils négatifs ou gène négatif.
3. doubles brins, dont l'un fonctionne comme -ARN, l'autre, complémentaire de celui-ci, comme +ARN.
De nombreux acides nucléiques viraux + virus contenant de l'ARN et de l'ADN sont infectieux en eux-mêmes, car contiennent toutes les informations génétiques nécessaires à la synthèse de nouvelles particules virales. Cette information est réalisée après la pénétration du virion dans la cellule sensible. Les ARN double brin et la plupart des -ARN ne peuvent pas montrer de propriétés infectieuses.
L'interaction d'un virus avec une cellule cible est un processus complexe et en plusieurs étapes de coexistence de deux formes de matière vivante - précellulaire et cellulaire. Ici, tout le complexe des effets du génome viral sur les processus de biosynthèse génétiquement codés de la cellule hôte se manifeste.
La mise en place du cycle de reproduction dépend en grande partie du type d'infection de la cellule et de la nature de l'interaction du virus avec une cellule sensible (possible d'être infectée).
Dans une cellule infectée par un virus, les virus peuvent être dans différents états :
1. reproduction de nombreux nouveaux virions ;
2. présence de l'acide nucléique du virus à l'état intégré avec le chromosome de la cellule sous forme de provirus ;
3. existence dans le cytoplasme de la cellule sous forme d'acides nucléiques circulaires ressemblant à des plasmides bactériens.
Ce sont ces conditions qui déterminent un large éventail de troubles causés par le virus: d'une infection productive prononcée, se terminant par la mort cellulaire, à une interaction prolongée du virus avec la cellule sous la forme d'une infection latente (latente) ou d'une transformation maligne de la cellule.
Quatre types d'interaction du virus avec une cellule sensible ont été identifiés :
1. type productif - se termine par la formation d'une nouvelle génération de virions et leur libération suite à la lyse des cellules infectées ( forme cytolytique), ou sortir de la cellule sans la détruire ( forme non cytolytique). Selon le type d'interaction non cytolytique, surviennent le plus souvent infections chroniques persistantes caractérisé par la formation de populations filles de l'agent pathogène après l'achèvement de la phase aiguë de la maladie. La mort cellulaire est causée par la suppression précoce de la synthèse des protéines cellulaires, l'accumulation de composants viraux toxiques et spécifiquement nocifs, les dommages aux lysosomes et la libération de leurs enzymes dans le cytoplasme;
2. Type intégratif , ou virogénie - caractérisé par l'incorporation (intégration) d'ADN viral sous la forme d'un provirus dans le chromosome cellulaire et son fonctionnement ultérieur comme sa partie intégrante avec co-réplication. Ce type d'interaction se produit infection latente, lysogénie bactérienne et transformation de cellules virales;
3. type avorté - ne se termine pas par la formation de nouveaux virions, car le processus infectieux dans la cellule est interrompu à l'une des étapes. Se produit lorsqu'un virus interagit avec une cellule au repos ou lorsqu'une cellule est infectée par un virus défectueux.
Les virus et les virions peuvent être défectueux.
Virus défectueux existent en tant qu'espèces indépendantes et sont fonctionnellement inférieures, tk. leur réplication nécessite un "virus auxiliaire", c'est-à-dire le défaut est déterminé par l'infériorité du génome. Ils sont divisés en 3 groupes :
1. Particules interférentes défectueuses, qui sont des virions qui ne contiennent qu'une partie de l'information génétique du virus d'origine et ne se répliquent qu'avec la participation d'un "virus auxiliaire" apparenté ;
2. Virus compagnons diffèrent des précédents en ce que, pour leur reproduction, ils nécessitent la participation de tout "virus auxiliaire", pas nécessairement apparenté ;
3. Génomes intégrés sont des provirus, c'est-à-dire des génomes viraux intégrés au chromosome de la cellule, mais qui ont perdu la capacité de se transformer en un virus à part entière ;
Virions défectueuxconstituent un groupe qui se forme lors de la formation de grandes populations filles, et leur défectuosité est principalement déterminée par une infériorité morphologique (capsides vides, nucléocapsides non enveloppées, etc.). Une forme spéciale de virions défectueux - pseudovirions, ayant une capside normale contenant une partie de son propre acide nucléique et des fragments de l'acide nucléique de l'hôte, ou une partie du chromosome de la cellule hôte et une partie de l'acide nucléique d'un autre virus.
L'importance des virus défectueux réside dans leur capacité à transférer du matériel génétique d'une cellule donneuse à une cellule receveuse.
4. Interférence virale - se produit lorsqu'une cellule est infectée par deux virus et ne se produit avec aucune combinaison d'agents pathogènes. L'interférence est réalisée soit en raison de l'induction par un virus d'inhibiteurs cellulaires qui suppriment la reproduction d'un autre, soit en raison de dommages à l'appareil récepteur ou au métabolisme cellulaire par le premier virus, ce qui exclut la possibilité de reproduction du second. Distinguer homologue(virus apparentés) et hétérologue(virus non apparentés) interférences.
Selon la nature de l'interaction du génome viral avec le génome cellulaire, autonome et infection d'intégration. Lors d'une infection autonome, le génome viral n'est pas intégré dans le génome cellulaire, tandis que lors de l'intégration, l'intégration du génome viral dans la cellule se produit.
Type d'interaction productive entre un virus et une cellule , c'est à dire. La reproduction virale est une forme unique d'expression de l'information génétique étrangère (virale) dans les cellules humaines, animales, végétales et bactériennes, qui consiste à subordonner les mécanismes génétiques de la matrice cellulaire de l'information virale. Il s'agit du processus d'interaction le plus complexe entre deux génomes se déroulant en 6 étapes :
1. adsorption de virions ;
2. pénétration du virus dans la cellule ;
3. décapage et libération du génome viral ;
4. synthèse des composants viraux ;
5. formation de virions ;
6. libération de virions de la cellule.
Première phase de reproduction - adsorption, c'est à dire. fixation du virion à la surface cellulaire. Il se déroule en deux phases. Première phase - non spécifique en raison de l'attraction ionique et d'autres mécanismes d'interaction entre le virus et la cellule. Seconde phase - très spécifique, du fait de l'homologie et de la complémentarité des récepteurs des cellules sensibles et des ligands protéiques des virus qui les reconnaissent. La reconnaissance et l'interaction des protéines virales sont appelées attachement et sont représentés par des glycoprotéines, faisant partie de l'enveloppe lipoprotéique de la capside ou de la supercapside du virus.
Les récepteurs cellulaires spécifiques ont une nature différente, étant des protéines, des lipides, des composants glucidiques des protéines et des lipides. Une cellule peut transporter de dix à cent mille récepteurs spécifiques, ce qui permet à des dizaines et des centaines de virions de s'y implanter. Le nombre de particules virales infectieuses adsorbées sur une cellule définit le terme "multiplicité d'infection". Cependant, une cellule infectée par un virus est dans la plupart des cas tolérante à une réinfection par un virus homologue.
La présence de récepteurs spécifiques sous-tend tropisme virus à certaines cellules, tissus et organes.
Deuxième organiser - entrée du virus dans la cellule peut se produire de plusieurs manières.
1. Endocytose dépendante des récepteurs se produit à la suite de la capture et de l'absorption du virion par une cellule sensible. Dans ce cas, la membrane cellulaire avec le virion attaché s'invagine avec la formation d'une vacuole intracellulaire (endosome) contenant le virus. Ensuite, l'enveloppe lipoprotéique du virus fusionne avec la membrane de l'endosome et le virus pénètre dans le cytoplasme de la cellule. Les endosomes se combinent avec les lysosomes, qui décomposent les composants viraux restants.
2. Viropexis - consiste en la fusion de la supercapside virale avec la membrane cellulaire ou nucléaire et se produit à l'aide d'un protéine de fusion – F-écureuil, qui fait partie de la supercapside. À la suite de la viropexis, la capside se trouve à l'intérieur de la cellule et la supercapside, avec la protéine, s'intègre (s'intègre) dans le plasma ou la membrane nucléaire. Inhérent uniquement aux virus complexes.
3. Phagocytose - au moyen duquel les virus pénètrent dans les cellules phagocytaires, ce qui conduit à une phagocytose incomplète.
Troisième organiser - décapage et libération du génome viral se produit à la suite d'une déprotéinisation, d'une modification de la nucléocapside, de l'élimination des structures virales de surface et de la libération d'un composant interne pouvant provoquer un processus infectieux. Les premières étapes de "déshabillage" commencent même dans le processus de pénétration dans la cellule par fusion des membranes virales et cellulaires ou lorsque le virus sort de l'endosome dans le cytoplasme. Les étapes ultérieures sont étroitement liées à leur transport intracellulaire vers les sites de déprotéinisation. Différents virus ont leurs propres sites de décapage spécialisés. Le transport vers eux est effectué à l'aide de vésicules membranaires intracellulaires, dans lesquelles le virus est transféré aux ribosomes, au réticulum endoplasmique ou au noyau.
Quatrième organiser - synthèse des composants viraux commence à l'instant ombragé ou phases d'éclipse, qui se caractérise par la disparition du virion. La phase d'ombre se termine après la formation des éléments constitutifs du virus nécessaires à l'assemblage des populations filles. Le virus utilise pour cela l'appareil génétique de la cellule, supprimant les réactions synthétiques nécessaires à lui-même. Synthèse des protéines et des acides nucléiques du virus, c'est-à-dire sa reproduction, séparée dans le temps et dans l'espace, s'effectue dans Différents composants cellules et est appelé disjonctif.
Dans une cellule infectée, le génome viral code pour la synthèse de deux groupes de protéines :
- protéines non structurelles, au service de la reproduction intracellulaire du virus à ses différents stades, qui comprennent des ARN ou ADN polymérases assurant la transcription et la réplication du génome viral, des protéines régulatrices, des précurseurs de protéines virales, des enzymes modifiant les protéines virales ;
- protéines structurelles, qui font partie du virion (génomique, capside et supercapside).
La synthèse des protéines dans la cellule s'effectue selon les processus transcriptions en "réécrivant" l'information génétique de l'acide nucléique dans la séquence nucléotidique de l'ARN messager (ARNm) et émissions(lecture) ARNm sur les ribosomes pour former des protéines. Le terme "traduction" fait référence aux mécanismes par lesquels la séquence de bases nucléiques d'ARNm est traduite en une séquence d'acides aminés spécifique dans le polypeptide synthétisé. Dans ce cas, la discrimination des ARNm cellulaires se produit et les processus de synthèse sur les ribosomes passent sous contrôle viral. Les mécanismes de transmission des informations concernant la synthèse de l'ARNm dans différents groupes de virus ne sont pas les mêmes.
ADN double brin contenant les virus mettent en œuvre l'information génétique de la même manière que le génome cellulaire, selon le schéma : ADN génomique du virus→ transcription d'ARNm→traduction de protéines virales. Dans le même temps, les virus contenant de l'ADN, dont les génomes sont transcrits dans le noyau, utilisent une polymérase cellulaire pour ce processus, et dont les génomes sont transcrits dans le cytoplasme, leur propre ARN polymérase spécifique du virus.
Génome –Virus contenant de l'ARN sert de matrice à partir de laquelle l'ARNm est transcrit, avec la participation de l'ARN polymérase spécifique du virus. Leur synthèse protéique se déroule selon le schéma : ARN génomique du virus→transcription d'ARNm→traduction des protéines virales.
Le groupe des rétrovirus contenant de l'ARN, qui comprend les virus de l'immunodéficience humaine et les rétrovirus oncogènes, se distingue. Ils ont une façon unique de transférer l'information génétique. Le génome de ces virus est constitué de deux molécules d'ARN identiques, c'est-à-dire est diploïde. Les rétrovirus contiennent une enzyme spéciale spécifique au virus - transcriptase inverse, ou inverser qui effectue le processus de transcription inverse. Il consiste en ce qui suit : l'ADN simple brin complémentaire (ADNc) est synthétisé sur la matrice d'ARN génomique. Il est copié avec la formation d'ADN complémentaire double brin, qui s'intègre dans le génome cellulaire et est transcrit en ARNm à l'aide de l'ARN polymérase dépendante de l'ADN cellulaire. La synthèse des protéines de ces virus s'effectue selon le schéma : ARN génomique du virus→ADN complémentaire→transcription d'ARNm→traduction des protéines virales.
La transcription est régulée par des mécanismes cellulaires et spécifiques au virus. Il consiste en une lecture séquentielle des informations de la soi-disant. "tôt" et gènes "tardifs". Dans le premier, l'information est codée pour la synthèse d'enzymes de transcription et de réplication spécifiques du virus, et dans le second, pour la synthèse de protéines de capside.
Synthèse d'acides nucléiques viraux, c'est-à-dire réplication de génomes viraux, conduit à l'accumulation dans la cellule de copies des génomes viraux originaux, qui sont utilisées dans l'assemblage des virions. La méthode de réplication dépend du type d'acide nucléique du virus, de la présence de polymérases spécifiques du virus et cellulaires, et de la capacité des virus à induire la formation de polymérases dans la cellule.
Virus à ADN double brin se répliquer de la manière semi-conservative habituelle : une fois les brins d'ADN détordus, de nouveaux brins sont complétés qui leur sont complémentaires. Chaque molécule d'ADN nouvellement synthétisée se compose d'un parent et d'un brin synthétisé.
Virus à ADN simple brin dans le processus de réplication, les ADN polymérases cellulaires sont utilisées pour créer un génome viral double brin, le soi-disant. forme réplicative. Dans le même temps, un brin d'ADN - est synthétisé de manière complémentaire sur le brin d'ADN + initial, qui sert de matrice pour le brin d'ADN + du nouveau virion.
Virus simple brin +ARN induire la synthèse d'ARN polymérase dépendante de l'ARN dans la cellule. Avec son aide, sur la base du brin d'ARN + génomique, le brin d'ARN - est synthétisé, un double ARN temporaire se forme, appelé intermédiaire de réplication. Il se compose d'un brin d'ARN + complet et de nombreux brins d'ARN - partiellement complétés. Lorsque tous les brins d'ARN - sont formés, ils sont utilisés comme matrices pour la synthèse de nouveaux brins d'ARN +.
Virus à ARN simple brin contiennent de l'ARN polymérase dépendante de l'ARN. Le brin d'ARN génomique est transformé par la polymérase virale en brins d'ARN + incomplets et complets. Les copies incomplètes agissent comme ARNm pour la synthèse des protéines virales, et les copies complètes sont une matrice pour la synthèse du brin d'ARN génomique de la progéniture.
Virus à ARN double brin se répliquent de la même manière que les virus à ARN simple brin. La différence est que les brins d'ARN + formés pendant la transcription fonctionnent non seulement comme ARNm, mais participent également à la réplication. Ils constituent une matrice pour la synthèse des brins d'ARN. Ensemble, ils forment des virions génomiques à ARN double brin.
Virus diploïdes + ARN ou les rétrovirus se répliquer à l'aide de la transcriptase inverse virale, qui synthétise un brin d'ADN sur la matrice du virus à ARN, à partir duquel le brin d'ADN + est copié pour former un double brin d'ADN fermé en anneau. Ensuite, le double brin d'ADN s'intègre au chromosome de la cellule, formant un provirus. De nombreux ARN de virion sont formés à la suite de la transcription de l'un des brins d'ADN intégré avec la participation de l'ARN polymérase dépendante de l'ADN cellulaire.
Cinquième organiser - assemblage de virions se déroule de manière ordonnée. auto-assemblage lorsque les parties constitutives du virion sont transportées vers les sites d'assemblage du virus. Ce sont des zones spécifiques du noyau et du cytoplasme, appelées complexes de réplication. La connexion des composants du virion est due à la présence de liaisons hydrophobes, ioniques, hydrogène et de correspondance stéréochimique.
La formation de virus est un processus en plusieurs étapes, strictement séquentiel, avec la formation de formes intermédiaires qui diffèrent des virions matures dans la composition des polypeptides. L'assemblage de virus disposés simplement se produit sur des complexes de réplication et consiste en l'interaction d'acides nucléiques viraux avec des protéines de capside et la formation de nucléocapsides. Dans les virus complexes, les nucléocapsides se forment d'abord sur des complexes de réplication, qui interagissent ensuite avec des membranes cellulaires modifiées, qui sont la future enveloppe lipoprotéique du virion. Dans ce cas, l'assemblage des virus qui se répliquent dans le noyau se produit avec la participation de la membrane nucléaire, et l'assemblage des virus qui se répliquent dans le cytoplasme est réalisé avec la participation des membranes du réticulum endoplasmique ou de la membrane cytoplasmique, où les glycoprotéines et autres protéines de l'enveloppe du virion sont intégrées. Dans certains virus à ARN complexes, une protéine matricielle est impliquée dans l'assemblage - Protéine M- qui se situe sous la membrane cellulaire modifiée par cette protéine. Possédant des propriétés hydrophobes, elle agit comme intermédiaire entre la nucléocapside et la supercapside. Les virus complexes en cours de formation incluent des composants de la cellule hôte dans leur composition. Si le processus d'auto-assemblage est violé, des virions "défectueux" se forment.
sixième organiser - libération de particules virales de la cellule termine le processus de reproduction du virus et se produit de deux manières.
manière explosive lorsque les virus dépourvus de supercapside provoquent la destruction des cellules et pénètrent dans l'espace extracellulaire. Un grand nombre de virions émergent simultanément d'une cellule morte.
bourgeonnant ou exocytose , caractéristique des virus complexes dont la supercapside est issue des membranes cellulaires. Tout d'abord, la nucléocapside est transportée vers les membranes cellulaires, qui sont déjà incorporées avec des protéines spécifiques au virus. Dans la zone de contact, la saillie de ces zones commence par la formation d'un rein. Le rein formé est séparé de la cellule sous la forme d'un virion complexe. Le processus n'est pas mortel pour la cellule, et la cellule est capable de rester viable pendant longtemps, produisant une descendance virale.
Le bourgeonnement des virus qui se forment dans le cytoplasme peut se produire soit à travers la membrane plasmique, soit à travers les membranes du réticulum endoplasmique et de l'appareil de Golgi, suivi d'une sortie vers la surface cellulaire.
Les virus qui se forment dans le noyau bourgeonnent dans l'espace périnucléaire à travers l'enveloppe nucléaire modifiée et sont transportés à la surface cellulaire dans le cadre de vésicules cytoplasmiques.
Type intégratif d'interaction virus-cellule (virogénie) est la coexistence d'un virus et d'une cellule résultant de l'intégration de l'acide nucléique du virus dans le chromosome de la cellule hôte, dans lequel le génome viral se réplique et fonctionne comme une partie majeure du génome de la cellule.
Ce type d'interaction est caractéristique des bactériophages modérés contenant de l'ADN, des virus oncogènes et de certains virus infectieux contenant de l'ADN et de l'ARN.
L'intégration nécessite la présence d'une forme circulaire d'ADN double brin du virus. Cet ADN est attaché à l'ADN cellulaire au site d'homologie et est intégré dans une région spécifique du chromosome. Dans les virus à ARN, le processus d'intégration est plus complexe et commence par un mécanisme de transcription inverse. L'intégration se produit après la formation d'un transcrit d'ADN double brin et sa fermeture en un anneau.
Des informations génétiques supplémentaires pendant la virogénie confèrent de nouvelles propriétés à la cellule, ce qui peut provoquer une transformation oncogène des cellules, des maladies auto-immunes et chroniques.
Type d'interaction avortée du virus avec la cellule ne se termine pas avec la formation d'une descendance virale et peut survenir dans les conditions suivantes :
1. l'infection d'une cellule sensible se produit avec un virus défectif ou un virion défectif ;
2. infection par un virus virulent de cellules génétiquement résistantes à celui-ci ;
3. infection d'une cellule sensible par un virus virulent dans non permissif conditions (non permissives).
Le plus souvent, une interaction de type avortée est observée lorsqu'une cellule insensible est infectée par un virus standard. Cependant, le mécanisme de résistance génétique n'est pas le même. Elle peut être associée à l'absence de récepteurs spécifiques sur la membrane plasmique, à l'incapacité de ce type de cellule à initier la traduction de l'ARNm viral, et à l'absence de protéases ou nucléases spécifiques nécessaires à la synthèse des macromolécules virales.
Des modifications des conditions dans lesquelles se produit la reproduction du virus peuvent également entraîner une interaction abortive : augmentation de la température corporelle, modification du pH au foyer de l'inflammation, introduction de médicaments antiviraux, etc. Cependant, lorsque les conditions non permissives sont éliminées, le type d'interaction avorté se transforme en un type productif avec toutes les conséquences qui en découlent.
Interaction gênante est déterminé par l'état d'immunité à l'infection secondaire d'une cellule déjà infectée par un virus.
interférence hétérologue se produit lorsque l'infection par un virus bloque complètement la possibilité de réplication du second virus dans la même cellule. L'un des mécanismes est associé à l'inhibition de l'adsorption d'un autre virus en bloquant ou en détruisant des récepteurs spécifiques. Un autre mécanisme est lié à l'inhibition de la traduction de l'ARNm de tout ARNm hétérologue dans la cellule infectée.
Interférence homologue typique de nombreux virus défectueux, en particulier les virus repassables in vitro et une multiplicité élevée d'infections. Leur reproduction n'est possible que lorsque la cellule est infectée par un virus normal. Parfois, un virus défectueux peut interférer avec le cycle de reproduction d'un virus normal et former particules virales interférentes (DI) défectueuses. Les particules DI ne contiennent qu'une partie du génome d'un virus normal. De par la nature du défaut, les particules DI sont des particules de délétion et peuvent être considérées comme des mutants létaux. La propriété principale des particules DI est la capacité d'interférer avec un virus homologue normal et même de jouer le rôle d'auxiliaires dans la réplication. La capacité d'adsorption et de pénétration dans la cellule est associée à la structure normale de la capside. La libération et l'expression d'un acide nucléique défectueux entraînent divers effets biologiques : il inhibe les processus de synthèse dans la cellule, inhibe la synthèse et la transformation des protéines des virus normaux en raison d'interférences homologues. La circulation des particules DI et la co-infection avec un virus homologue normal provoquent l'apparition de formes de maladies indolentes et à long terme, ce qui est associé à la capacité des particules DI à se répliquer beaucoup plus rapidement en raison de la simplicité du génome, tandis que le virus défectueux population a une diminution notable de la sévérité de l'effet cytopathique caractéristique d'un virus normal.
Le processus d'interaction du virus avec le corps dans la plupart des cas est cytospécifique et est déterminé par la capacité de l'agent pathogène à se multiplier dans certains tissus. Cependant, certains virus ont une plage de tropisme plus large et se reproduisent dans une grande variété de cellules et d'organes.
Les facteurs de spécificité du virus responsables de son tropisme et de la variété des cellules affectées incluent le nombre de récepteurs spécifiques (à la fois dans le virion et dans la cellule) qui assurent la pleine interaction du virus avec la cellule. Le nombre de ces récepteurs est généralement limité.
Dans certains cas, la spécificité physiologique même des cellules, et donc leur organisation bimoléculaire, contribue à la manifestation de la virulence du pathogène. Par exemple, la protéine G de l'enveloppe du virus de la rage a une forte affinité pour les récepteurs neuronaux de l'acétylcholine, ce qui lui assure sa capacité à pénétrer les cellules du tissu nerveux. Il convient de noter que les virus neurotropes provoquent des maladies particulièrement graves, car les cellules nerveuses ne se régénèrent pas. De plus, la reproduction de l'agent pathogène en fait des cibles pour les réponses immunitaires cytotoxiques.
Très souvent, la virulence des virus augmente en raison de mutations. La capacité des virus à inverser la mutation des gènes (réversion) revêt une importance particulière dans ce cas. Les gènes codant pour la structure des protéines peuvent restaurer leur structure et transformer des souches virales auparavant avirulentes en souches virulentes.
Pas moins que importance avoir et caractéristiques d'un macro-organisme sensible.
Âge est à propos
- Ce sont les plus petites particules de la vie, elles sont 50 fois plus petites que les bactéries. Habituellement, les virus ne peuvent pas être vus au microscope optique, car leurs individus ont plus de la moitié de la longueur d'onde de la lumière. Les individus au repos d'un virus sont appelés virion. Les virus existent dans deux formes: repos, ou extracellulaire (particules virales, ou virions), et reproduire, ou intracellulaire (complexe "virus - cellule hôte").
Les formes de virus sont différentes, ils peuvent être filiforme, sphérique, en forme de balle, en forme de tige, polygonal, en forme de brique, cubique, tandis que certains ont une tête cubique et un processus. Chaque virion est constitué d'acide nucléique et de protéines.
Dans les virions des virus, un seul type d'acide nucléique est toujours présent - soit l'ARN, soit l'ADN. De plus, l'un et l'autre peuvent être à simple brin et à double brin, et l'ADN peut être linéaire ou circulaire. L'ARN dans les virus n'est toujours que linéaire, mais il peut être représenté par un ensemble de fragments d'ARN, chacun portant une certaine partie de l'information génétique nécessaire à la reproduction. Par la présence d'un acide nucléique particulier, les virus sont appelés contenant de l'ADN et contenant de l'ARN. Il faut surtout noter qu'au royaume des virus, la fonction de dépositaire du code génétique est assurée non seulement par l'ADN, mais aussi par l'ARN (il peut aussi être double brin).
Les virus ont une fonction très simple structure. Chaque virus se compose de seulement deux parties - cœur et capside. Le noyau du virus, qui contient de l'ADN ou de l'ARN, est entouré d'une enveloppe protéique - capside (lat. Capsa- "réceptacle", "boîte", "étui"). Les protéines protègent l'acide nucléique et provoquent également des processus enzymatiques et des modifications mineures des protéines de la capside. La capside est constituée d'une certaine manière empilée du même type de molécules de protéines - capsomères. Il s'agit généralement soit d'un type de pose en spirale (Fig. 22), soit d'un type polyèdre symétrique(type isométrique) (Fig. 23).
Tous les virus sont conditionnellement divisés en Facile et complexe. Virus simples consistent uniquement en un noyau avec un acide nucléique et une capside. Virus complexesà la surface de la capside protéique, ils ont également une coque externe, ou supercapside, contenant une membrane lipoprotéique bicouche, des glucides et des protéines (enzymes). Cette enveloppe externe (supercapside) est généralement construite à partir de la membrane de la cellule hôte. matériel du site
À la surface de la capside, il y a diverses excroissances - des pointes ou des "œillets" (on les appelle fibres), et tire. Avec eux, le virion se fixe à la surface de la cellule, dans laquelle il pénètre ensuite. Il convient de noter qu'à la surface du virus, il existe également des protéines d'attachement, lier le virion avec des groupes spécifiques de molécules - récepteurs(lat. recipio-"Je reçois", "J'accepte"), situé à la surface de la cellule dans laquelle le virus pénètre. Certains virus se fixent aux récepteurs protéiques, d'autres aux lipides et d'autres encore reconnaissent les chaînes glucidiques dans les protéines et les lipides. Au cours de l'évolution, les virus ont "appris" à reconnaître les cellules qui leur sont sensibles grâce à la présence de récepteurs spéciaux à la surface cellulaire de leurs hôtes.
La morphologie et la structure des virus sont étudiées à l'aide d'un microscope électronique. L'un des plus petits est le virus de la polio (environ 20 nm), le plus gros est la variole (environ 350 nm).
Les virus sont composés des composants principaux suivants :
1. Noyau - matériel génétique (ADN ou ARN) qui contient des informations sur plusieurs types de protéines nécessaires à la formation d'un nouveau virus.
2. Une coque protéique, appelée capside (du latin capsa - une boîte). Il est souvent construit à partir de sous-unités répétées identiques - les capsomères. Les capsomères forment des structures avec un degré élevé symétrie.
3. Membrane lipoprotéique supplémentaire (supercapside). Il est formé à partir de la membrane plasmique de la cellule hôte et ne se trouve que dans des virus relativement gros (grippe, herpès).
Schématiquement, la structure d'un virus contenant de l'ARN avec un type de symétrie hélicoïdale et une enveloppe lipoprotéique supplémentaire est représentée à gauche sur la figure, sa coupe transversale agrandie est représentée à droite.
La capside et la coque supplémentaire ont des fonctions protectrices, comme si elles protégeaient l'acide nucléique. De plus, ils contribuent à la pénétration du virus dans la cellule. Un virus entièrement formé est appelé virion.
La forme des virions dépend de la façon dont les sous-unités protéiques sont repliées dans la capside. Cet empilement peut avoir une symétrie hélicoïdale ou cubique. Les bactériophages ont une symétrie de type mixte ou combinée.
Le virus de la mosaïque du tabac possède à la fois des sous-unités d'ARN et de protéines disposées en spirale et est filamenteux ou en forme de bâtonnet. Avec cette symétrie, la gaine protéique protège mieux l'acide nucléique, mais elle nécessite plus de protéines qu'avec la symétrie cubique. Le nombre réel de sous-unités dans différents virions est de 60 ou un multiple de cette valeur (420 sous-unités pour le virus du polyome, 540 pour le réovirus, 960 pour le virus de l'herpès, 1500 pour l'adénovirus).
La plupart des virus à cas fermé ont une symétrie cubique. Il est basé sur diverses combinaisons de triangles équilatéraux (capsomères) formés par des sous-unités protéiques sphériques. Dans ce cas, des tétraèdres, des octaèdres et des icosaèdres peuvent être formés. Les icosaèdres ont 20 faces triangulaires et 12 sommets. C'est la symétrie la plus efficace et la plus économique. Par conséquent, les virus animaux sphériques ont le plus souvent la forme d'un icosaèdre.
Dans le virus de la grippe, la nucléocapside a une structure hélicoïdale en forme de bâtonnet et l'enveloppe lipoprotéique de la supercapside donne au virion une forme sphérique.
Le nombre de capsomères pour les virus de ce type est constant et a une valeur diagnostique.
Les virus disposés simplement n'ont qu'une capside (virus de la poliomyélite), les virus complexes ont également une supercapside (virus de la rougeole, de la grippe).
La classification des virus est basée sur les catégories suivantes.
Table des matières du sujet "Types de micro-organismes. Virus. Virion." :1. Micro-organismes. Types de micro-organismes. Classification des micro-organismes. Prions.
2. Virus. Virion. Morphologie des virus. Tailles de virus. acides nucléiques des virus.
3. Capside du virus. Fonctions de la capside des virus. Capsomères. Nucléocapside virale. Symétrie hélicoïdale de la nucléocapside. Symétrie cubique de la capside.
4. Supercapside virale. Virus déguisés. Virus nus. Protéines matricielles (protéines M) des virus. multiplication des virus.
5. Interaction d'un virus avec une cellule. La nature de l'interaction virus-cellule. Interaction productive. Virogénie. Interférence virale.
6. Types d'infection cellulaire par des virus. Le cycle de reproduction des virus. Les principales étapes de la reproduction des virus. Adsorption du virion sur la cellule.
7. Pénétration du virus dans la cellule. Viropexis. Déshabiller le virus. Phase d'ombre (phase d'éclipse) de la reproduction du virus. La formation de particules virales.
8. Transcription du virus dans la cellule. Traduction de virus.
9. Réplication du virus dans la cellule. Collecte de virus. Libération de virions descendants de la cellule.
Virus. Virion. Morphologie des virus. Tailles de virus. acides nucléiques des virus.
Forme extracellulaire - virion- comprend tous les éléments constitutifs (capside, acide nucléique, protéines de structure, enzymes, etc.). Forme intracellulaire - virus- peut être représenté par une seule molécule d'acide nucléique, puisque, lorsqu'il pénètre dans la cellule, le virion se décompose en ses éléments constitutifs.
Morphologie des virus. Tailles de virus.
Acides nucléiques de virus
Virus contiennent un seul type d'acide nucléique, DIC ou ARN, mais pas les deux types en même temps. Par exemple, la variole, l'herpès simplex, les virus d'Epstein-Barr contiennent de l'ADN et les togavirus, les picornavirus contiennent de l'ARN. Le génome de la particule virale est haploïde. Le génome viral le plus simple code pour 3 à 4 protéines, le plus complexe - plus de 50 polypeptides. Les acides nucléiques sont représentés par des molécules d'ARN simple brin (à l'exclusion des réovirus, dans lesquels le génome est formé de deux brins d'ARN) ou des molécules d'ADN double brin (à l'exclusion des parvovirus, dans lesquels le génome est formé d'un brin d'ADN). Dans le virus de l'hépatite B, les brins de la molécule d'ADN double brin sont de longueur inégale.
ADN viral forment des structures circulaires, superenroulées liées de manière covalente (par exemple, dans les papovavirus) ou des structures double brin linéaires (par exemple, dans l'herpès et les adénovirus). Leur poids moléculaire est 10 à 100 fois inférieur à la masse d'ADN bactérien. La transcription de l'ADN viral (synthèse de l'ARNm) est réalisée dans le noyau d'une cellule infectée par le virus. Dans l'ADN viral, aux extrémités de la molécule, il existe des séquences nucléotidiques répétitives directes ou inversées (dépliées à 180"). Leur présence assure la capacité de la molécule d'ADN à se refermer en anneau. Ces séquences, présentes en simple et double molécules d'ADN brin, sont une sorte de marqueurs d'ADN viral.
Riz. 2-1. Tailles et morphologie des principaux pathogènes infections virales Humain.
ARN viral représentés par des molécules simple ou double brin. Les molécules simple brin peuvent être segmentées - de 2 segments dans les arénavirus à 11 segments dans les rotavirus. La présence de segments entraîne une augmentation de la capacité de codage du génome. ARN viral subdivisé en les groupes suivants : plus les brins d'ARN (+ARN), moins les brins d'ARN (-ARN). Dans divers virus, le génome peut former des brins +ARN ou -ARN, ainsi que des doubles brins, dont l'un est -ARN, l'autre (complémentaire) - +ARN.
ARN brin plus sont représentés par des chaînes simples avec des terminaisons caractéristiques ("caps") pour la reconnaissance des ribosomes. Ce groupe comprend les ARN qui peuvent directement traduire les informations génétiques sur les ribosomes d'une cellule infectée par un virus, c'est-à-dire remplir les fonctions de l'ARNm. Les brins Plus remplissent les fonctions suivantes : ils servent d'ARNm pour la synthèse des protéines structurelles, de matrice pour la réplication de l'ARN, et ils sont conditionnés dans une capside pour former une population fille. Les brins d'ARN moins sont incapables de traduire l'information génétique directement sur les ribosomes, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas fonctionner comme ARNm. Cependant, ces ARN servent de matrices pour la synthèse d'ARNm.
Infectivité des acides nucléiques des virus
De nombreux acides nucléiques viraux sont infectieux en eux-mêmes, car ils contiennent toutes les informations génétiques nécessaires à la synthèse de nouvelles particules virales. Cette information est réalisée après la pénétration du virion dans la cellule sensible. Les acides nucléiques de la plupart des virus contenant +ARN et ADN présentent des propriétés infectieuses. Les ARN double brin et la plupart des ARN ne sont pas infectieux.