ploče
Morfološka građa virusa. Morfologija virusa

Morfološka građa virusa. Morfologija virusa

Morfologija i struktura virusa proučavaju se pomoću elektronskog mikroskopa, budući da je njihova veličina mala i usporediva s debljinom bakterijske ljuske. Oblik viriona može biti različit: štapićast (virus duhanskog mozaika), metak (virus bjesnoće), kuglasti (virusi dječje paralize, HIV), u obliku spermija (mnogi bakteriofagi).

Veličina virusa određuje se elektronskom mikroskopijom, ultrafiltracijom kroz filtere s poznatim promjerom pora, ultracentrifugiranjem. Jedan od najmanjih virusa je virus poliomijelitisa (oko 20 nm), najveći su boginje (oko 350 nm).

Postoje jednostavno uređeni (npr. virus dječje paralize) i složeno uređeni (npr. virusi influence, ospica) virusi. U jednostavno uređenim virusima, nukleinska kiselina je povezana s proteinskom ljuskom koja se naziva kapsida (od latinskog capsa - slučaj). Kapsida se sastoji od ponavljajućih morfoloških podjedinica – kapsomera. Nukleinska kiselina i kapsida, međusobno djelujući, tvore nukleokapsid. U složenim virusima, kapsida je okružena dodatnom lipoproteinskom ljuskom - superkapsidom (derivat membranskih struktura stanice domaćina), koja ima "šiljke". Virione karakterizira spiralna, kubična i složena simetrija kapside. Spiralni tip simetrije posljedica je spiralne strukture nukleokapsida, a kubični tip simetrije posljedica je stvaranja izometričnog šupljeg tijela iz kapside koje sadrži virusnu nukleinsku kiselinu.

Kapsid i superkapsid štite virione od utjecaja okoline, određuju selektivnu interakciju (adsorpciju) sa stanicama te određuju antigenska i imunogena svojstva viriona. Unutarnje strukture virusa nazivaju se jezgrom.U virologiji se koriste sljedeće taksonomske kategorije: familija (ime završava na viridae), podfamilija (ime završava na virinae), rod (ime završava na virus).

Međutim, nazivi rodova, a posebno podfamilija nisu formulirani za sve viruse. Vrsta virusa nije dobila binomno ime, poput bakterija.

Klasifikacija virusa temelji se na sljedećim kategorijama:

§ vrsta nukleinske kiseline (DNK ili RNK), njena struktura, broj lanaca (jedan ili dva),

§ značajke reprodukcije virusnog genoma;

§ veličina i morfologija viriona, broj kapsomera i vrsta simetrije;

§ prisutnost superkapsida;

§ osjetljivost na eter i deoksikolat;

§ mjesto razmnožavanja u stanici;

§ antigenska svojstva itd.

Virusi inficiraju kralježnjake i beskralješnjake, kao i biljke i bakterije. Budući da su glavni uzročnici ljudskih zaraznih bolesti, virusi također sudjeluju u procesima karcinogeneze, mogu se prenijeti na različite načine, uključujući kroz placentu (virus rubeole, citomegalovirus, itd.), Utječući na ljudski fetus. Oni mogu dovesti do postinfektivnih komplikacija - razvoja miokarditisa, pankreatitisa, imunodeficijencije itd.

Osim običnih virusa, postoje i takozvani nekanonski virusi - prioni - proteinske zarazne čestice, koji su uzročnici proteinske prirode, a imaju oblik fibrila veličine 10,20x100,200 nm. Prioni su, očito, i induktori i produkti autonomnog ljudskog ili životinjskog gena i uzrokuju kod njih encefalopatiju u uvjetima spore virusne infekcije (Creutzfeldt-Jakobova bolest, kuru, itd.). Drugi neobični uzročnici koji su bliski virusima su viroidi, male kružne, supersmotane molekule RNA bez proteina koje uzrokuju bolesti u biljkama.

Poglavlje 3

FIZIOLOGIJA MIKROORGANIZAMA

Fiziologija mikroorganizama proučava vitalnu aktivnost mikrobnih stanica, procese njihove prehrane, disanja, rasta, reprodukcije, obrasce interakcije s okolinom.

Predmet proučavanja medicinska mikrobiologija je fiziologija patogenih i oportunističkih mikroorganizama koji mogu uzrokovati ljudske bolesti. Razjašnjavanje fiziologije ovih mikroorganizama važno je za postavljanje mikrobiološke dijagnoze, razumijevanje patogeneze, liječenje i prevenciju zaraznih bolesti, regulaciju odnosa čovjeka i okoline itd.

Kemijski sastav bakterija

Sastav mikroorganizama uključuje vodu, proteine, nukleinske kiseline, ugljikohidrate, lipide, minerale.

Voda je glavni sastojak bakterijske stanice i čini oko 80% njezine mase. Nalazi se u slobodnom ili vezanom stanju sa strukturnim elementima stanice. U sporama se količina vode smanjuje na 18,20%. Voda je otapalo za mnoge tvari, a ima i mehaničku ulogu u osiguravanju turgora. Tijekom plazmolize - gubitka vode u stanici u hipertoničnoj otopini - dolazi do ljuštenja protoplazme sa stanične membrane. Uklanjanje vode iz stanice, sušenje obustavlja procese metabolizma. Većina mikroorganizama dobro podnosi sušenje. Uz nedostatak vode, mikroorganizmi se ne množe. Sušenjem u vakuumu iz smrznutog stanja (liofilizacija) zaustavlja se razmnožavanje i potiče dugoročno očuvanje mikrobnih vrsta.

Proteini (40,80% suhe mase) određuju najvažnija biološka svojstva bakterija i obično se sastoje od kombinacije 20 aminokiselina. Bakterije sadrže diaminopimelinsku kiselinu (DAP) koje nema u ljudskim i životinjskim stanicama. Bakterije sadrže više od 2000 različitih proteina koji se nalaze u strukturnim komponentama i sudjeluju u metaboličkim procesima. Većina proteina ima enzimsku aktivnost. Proteini bakterijske stanice određuju antigenost i imunogenost, virulentnost i vrstu bakterije.

Nukleinske kiseline bakterija obavljaju funkcije slične nukleinskim kiselinama eukariotskih stanica: molekula DNA u obliku kromosoma odgovorna je za nasljeđe, ribonukleinske kiseline(informacijski, ili matrični, transportni i ribosomski) uključeni su u biosintezu proteina.

Bakterije se mogu karakterizirati (taksonomski) sadržajem sume gvanina i citozina (GC) u molnim postocima (M%) od ukupnog broja baza DNA. Točnija karakterizacija mikroorganizama je hibridizacija njihove DNA. Osnova metode hibridizacije

DNA - sposobnost denaturirane (jednolančane) DNA da renaturira, tj. spojiti s komplementarnim lancem DNA da bi se stvorila dvolančana molekula DNA.

Zastupljeni su bakterijski ugljikohidrati jednostavne tvari(mono- i disaharidi) i kompleksni spojevi. Polisaharidi se često nalaze u kapsulama. Neki unutarstanični polisaharidi (škrob, glikogen i dr.) su rezervne hranjive tvari.

Lipidi su uglavnom dio citoplazmatske membrane i njezinih derivata, kao i stanične stijenke bakterija, primjerice vanjske membrane, gdje se osim biomolekularnog sloja lipida nalazi i LPS. Lipidi mogu djelovati kao rezervne hranjive tvari u citoplazmi. Bakterijski lipidi predstavljeni su fosfolipidima, masnim kiselinama i gliceridima. Nai velika količina lipida (do 40%) sadrže Mycobacterium tuberculosis.

Bakterijski minerali nalaze se u pepelu nakon spaljivanja stanica. Fosfor, kalij, natrij, sumpor, željezo, kalcij, magnezij, kao i elementi u tragovima (cink, bakar, kobalt, barij, mangan itd.) su otkriveni u velikim količinama. Oni su uključeni u regulaciju osmotskog tlaka, pH , redoks potencijal , aktiviraju enzime, dio su enzima, vitamina i strukturnih komponenti mikrobnih stanica.

Ishrana bakterija

Značajke prehrane bakterijske stanice sastoje se u unosu hranjivih supstrata kroz cijelu površinu, kao iu visokoj stopi metaboličkih procesa i prilagodbi promjenjivim uvjetima okoline.

Vrste hrane. Široku rasprostranjenost bakterija olakšavaju različite vrste hrane. Mikroorganizmi trebaju ugljikohidrate, dušik, sumpor, fosfor, kalij i druge elemente. Ovisno o izvorima ugljika za prehranu, bakterije se dijele na autotrofe (od grč. autos - sam, trophe - hrana), koje za izgradnju svojih stanica koriste ugljikov dioksid CO 2 i druge anorganske spojeve, i heterotrofe (od grč. heteros - drugi). , trophe - hrana), hraneći se gotovim organskim spojevima. Autotrofne bakterije su nitrificirajuće bakterije koje se nalaze u tlu; sumporne bakterije koje žive u vodi sa sumporovodikom; željezne bakterije koje žive u vodi s dvovaljezom itd.

Ovisno o oksidirajućem supstratu, koji se naziva donor elektrona ili vodika, mikroorganizmi se dijele u dvije skupine. Mikroorganizmi koji koriste anorganske spojeve kao donore vodika nazivaju se litotrofi (od grčkog lithos - kamen), a mikroorganizmi koji koriste organske spojeve kao donore vodika nazivaju se organotrofi.

S obzirom na izvor energije među bakterijama razlikuju se fototrofi, tj. fotosintetski (primjerice modrozelene alge koje koriste energiju svjetlosti), te kemotrofi koji trebaju kemijske izvore energije.

čimbenici rasta. Mikroorganizmi za rast na hranjivim podlogama zahtijevaju određene dodatne komponente koje se nazivaju faktori rasta. Čimbenici rasta su spojevi potrebni mikroorganizmima koje oni sami ne mogu sintetizirati, pa ih je potrebno dodavati hranjivim podlogama. Od čimbenika rasta izdvajaju se: aminokiseline neophodne za izgradnju bjelančevina; purini i pirimidini, koji su potrebni za stvaranje nukleinskih kiselina; vitamini koji ulaze u sastav nekih enzima. Za označavanje odnosa mikroorganizama prema čimbenicima rasta koriste se izrazi "auksotrofi" i "prototrofi". Auksotrofi trebaju jedan ili više faktora rasta; prototrofi mogu sami sintetizirati spojeve potrebne za rast. Sposobni su sintetizirati komponente iz glukoze i amonijevih soli.

Mehanizmi snage. Prijem razne tvari u bakterijsku stanicu ovisi o veličini i topljivosti njihovih molekula u lipidima ili vodi, pH medija, koncentraciji tvari, raznim čimbenicima propusnosti membrane itd. Stanična stijenka omogućuje prolaz malim molekulama i ionima, zadržavajući makromolekule mase veće od 600 D. Glavni regulator ulaska tvari u stanicu je citoplazmatska membrana. Uvjetno je moguće razlikovati četiri mehanizma prodiranja hranjivih tvari u bakterijsku stanicu: to su jednostavna difuzija, olakšana difuzija, aktivni transport i grupna translokacija. Najjednostavniji mehanizam ulaska tvari u stanicu je jednostavna difuzija, pri kojoj se kretanje tvari događa zbog razlike u njihovoj koncentraciji s obje strane citoplazmatske membrane. Tvari prolaze kroz lipidni dio citoplazmatske membrane (organske molekule, lijekovi), a rjeđe kroz vodom ispunjene kanale u citoplazmatskoj membrani. Pasivna difuzija se provodi bez potrošnje energije.

Olakšana difuzija nastaje i kao posljedica razlike u koncentraciji tvari s obje strane citoplazmatske membrane. Međutim, ovaj proces se provodi uz pomoć molekula nosača lokaliziranih u citoplazmatskoj membrani i posjeduju specifičnost. Svaki nosač prenosi odgovarajuću tvar kroz membranu ili je prenosi na drugu komponentu citoplazmatske membrane – sam nosač.

Proteini nosači mogu biti permeaze čije je mjesto sinteze citoplazmatska membrana. Olakšana difuzija odvija se bez utroška energije, tvari prelaze iz veće koncentracije u nižu.

Aktivni transport odvija se uz pomoć permeaza i usmjeren je na prijenos tvari iz niže koncentracije u višu, tj. kao protiv struje, stoga je ovaj proces popraćen trošenjem metaboličke energije (ATP), koja nastaje kao rezultat redoks reakcija u stanici.

Prijenos (translokacija) skupina sličan je aktivnom transportu, a razlikuje se po tome što se prenesena molekula u procesu prijenosa modificira, npr. fosforilira. Izlaz tvari iz stanice provodi se difuzijom i uz sudjelovanje transportnih sustava - enzima bakterija. Enzimi prepoznaju svoje metabolite (supstrate), stupaju u interakciju s njima i ubrzavaju kemijske reakcije. Enzimi su proteini koji sudjeluju u procesima anabolizma (sinteze) i katabolizma (raspadanja), tj. metabolizam. Mnogi enzimi međusobno su povezani sa strukturama mikrobne stanice. Na primjer, u citoplazmatskoj membrani postoje redoks enzimi uključeni u disanje i diobu stanica; enzimi koji osiguravaju staničnu prehranu itd. Redoks enzimi citoplazmatske membrane i njezini derivati daju energiju za intenzivne procese biosinteze različitih struktura pa tako i stanične stijenke. Enzimi povezani sa staničnom diobom i autolizom nalaze se u staničnoj stijenci. Takozvani endoenzimi kataliziraju metabolizam koji se odvija unutar stanice.

Egzoenzime stanica izlučuje u okoliš, cijepanjem makromolekula hranjivih supstrata na jednostavne veze apsorbira stanica kao izvor energije, ugljika, itd. Neki egzoenzimi (penicilinaza, itd.) inaktiviraju antibiotike, obavljajući zaštitnu funkciju.

Postoje konstitutivni i inducibilni enzimi. Konstitutivni enzimi uključuju enzime koje stanica sintetizira kontinuirano, neovisno o prisutnosti supstrata u hranjivom mediju. Inducibilne (adaptivne) enzime sintetizira bakterijska stanica samo ako u mediju postoji supstrat za taj enzim. Na primjer, p-galaktozidazu praktički ne stvara Escherichia coli na mediju s glukozom, ali se njegova sinteza naglo povećava kada se uzgaja na mediju s laktozom ili drugom p-galaktozidozom.

Neki enzimi (tzv. enzimi agresije) uništavaju tkivo i stanice, uzrokujući široku distribuciju mikroorganizama i njihovih toksina u inficiranom tkivu. Ovi enzimi uključuju hijaluronidazu, kolagenazu, deoksiribonukleazu, neuraminidazu, lecitovitelazu, itd. Dakle, streptokokna hijaluronidaza, cijepanje hijaluronska kiselina vezivnog tkiva, pospješuje širenje streptokoka i njihovih otrova.

Poznato je više od 2000 enzima. Kombiniraju se u šest klasa: oksidoreduktaze - redoks enzimi (uključuju dehidrogenaze, oksidaze itd.); transferaze koje prenose pojedinačne radikale i atome iz jednog spoja u drugi; hidrolaze koje ubrzavaju reakcije hidrolize, tj. cijepanje tvari u jednostavnije uz dodatak molekula vode (esteraze, fosfataze, glikozidaze itd.); liaze koje cijepaju kemijske skupine sa supstrata na nehidrolitički način (karboksilaze i dr.); izomeraze koje pretvaraju organske spojeve u njihove izomere (fosfoheksoizomeraza i dr.); ligaze ili sintetaze, ubrzavajući sintezu složenih spojeva iz jednostavnijih (asparagin sintetaza, glutamin sintetaza itd.).

Razlike u enzimskom sastavu koriste se za identifikaciju mikroorganizama, jer određuju njihova različita biokemijska svojstva: saharolitička (razgradnja šećera), proteolitička (razgradnja proteina) i druga, identificirana po konačnim produktima razgradnje (stvaranje lužina, kiselina, sumporovodika). , amonijak itd.).

Enzimi mikroorganizama koriste se u genetskom inženjeringu (restrikcijski enzimi, ligaze i dr.) za dobivanje bioloških aktivni spojevi, octene, mliječne, limunske i druge kiseline, proizvodi mliječne kiseline, u vinarstvu i drugim industrijama. Enzimi se koriste kao bioaditivi u prašcima za pranje (Oka i dr.) za uništavanje proteinskog onečišćenja.

Bakterije u disanju

Disanje, odnosno biološka oksidacija, temelji se na redoks reakcijama koje se odvijaju uz stvaranje ATP-a, univerzalnog akumulatora kemijske energije. Energija je neophodna mikrobnoj stanici za njenu vitalnu aktivnost. Pri disanju se odvijaju procesi oksidacije i redukcije: oksidacija - vraćanje vodika ili elektrona donorima (molekulama ili atomima); redukcija – dodavanje vodika ili elektrona na akceptor. Akceptor vodika ili elektrona može biti molekularni kisik (takvo disanje nazivamo aerobnim) ili nitratno, sulfatno, fumaratno (takvo disanje nazivamo anaerobnim – nitratno, sulfatno, fumaratno). Anaerobioza (od grčkog aeg - zrak + bios - život) - vitalna aktivnost koja se javlja u nedostatku slobodnog kisika. Ako su donori i akceptori vodika organski spojevi, tada se taj proces naziva fermentacija. Tijekom fermentacije, enzimska razgradnja organskih spojeva, uglavnom ugljikohidrata, odvija se u anaerobnim uvjetima. Uzimajući u obzir konačni proizvod razgradnje ugljikohidrata, razlikuju se alkoholna, mliječno kisela, octeno kisela i druge vrste vrenja.

U odnosu na molekularni kisik, bakterije se mogu podijeliti u tri glavne skupine: obligatne, t.j. obligatorni, aerobi, obligatni anaerobi i fakultativni anaerobi.

Obligate aerobi mogu rasti samo u prisutnosti kisika. Obligatni anaerobi (klostridije botulizma, plinske gangrene, tetanusa, bakteroidi itd.) rastu samo u mediju bez kisika, koji je za njih otrovan. U prisutnosti kisika, bakterije stvaraju radikale kisikovog peroksida, uključujući vodikov peroksid i superoksidni kisikov anion, koji su toksični za obligatne anaboličke bakterije jer ne stvaraju odgovarajuće inaktivirajuće enzime. Aerobne bakterije inaktivirati vodikov peroksid i superoksidni anion odgovarajućim enzimima (katalaza, peroksidaza i superoksid dismutaza). Fakultativni anaerobi mogu rasti i u prisutnosti i u odsutnosti kisika, budući da se mogu prebaciti s disanja u prisutnosti molekularnog kisika na fermentaciju u njegovoj odsutnosti. Fakultativni anaerobi sposobni su provoditi anaerobno disanje, zvano nitrat: nitrat, koji je akceptor vodika, reducira se na molekularni dušik i amonijak.Među obligatnim anaerobima izdvajaju se aerotolerantne bakterije koje opstaju u prisutnosti molekularnog kisika, ali ne iskoristi.

Za uzgoj anaeroba u bakteriološkim laboratorijima koriste se anaerostati - posebni spremnici u kojima se zrak zamjenjuje mješavinom plinova koji ne sadrže kisik. Zrak se može ukloniti iz hranjivih medija kuhanjem, korištenjem kemijskih adsorbenata kisika smještenih u anaerobne balone ili druge spremnike s usjevima.

Rast i razmnožavanje bakterija

Životnu aktivnost bakterija karakterizira rast - stvaranje strukturnih i funkcionalnih komponenti stanice i povećanje same bakterijske stanice, kao i reprodukcija - samorazmnožavanje, što dovodi do povećanja broja bakterijskih stanica u populacija.

Bakterije se razmnožavaju binarnom fisijom na pola, rjeđe pupanjem.

Aktinomicete se, kao i gljive, mogu razmnožavati sporama. Aktinomicete, kao bakterije koje se granaju, razmnožavaju se fragmentacijom nitastih stanica. Gram-pozitivne bakterije dijele se urastanjem sintetiziranih diobenih pregrada u stanicu, a gram-negativne bakterije dijele se stezanjem, kao rezultat stvaranja bućičastih figura, od kojih nastaju dvije identične stanice.

Staničnoj diobi prethodi replikacija bakterijskog kromosoma prema polukonzervativnom tipu (dvolančani lanac DNA se otvara i svaki lanac se dovršava komplementarnim lancem), što dovodi do udvostručenja molekula DNA bakterijske jezgre - nukleoid. Replikacija kromosomske DNA provodi se od početne točke ori (od engleskog, origin - početak).

Kromosom bakterijske stanice povezan je u području ori s citoplazmatskom membranom. Replikaciju DNA kataliziraju DNA polimeraze. Prvo dolazi do odmotavanja (despiralizacije) dvostrukog lanca DNA, što rezultira stvaranjem replikacijske vilice (razgranati lanci); jedan od lanaca, kada je dovršen, veže nukleotide od 5"- do 3"-kraja, drugi se dovršava segment po segment.

Replikacija DNA odvija se u tri faze: inicijacija, elongacija ili rast lanca i terminacija. Dva kromosoma nastala kao rezultat replikacije razilaze se, što je olakšano povećanjem veličine rastuće stanice: kromosomi pričvršćeni na citoplazmatsku membranu ili njezine derivate (na primjer, mezosomi) udaljavaju se jedan od drugoga kako volumen stanice raste. povećava se. Njihova konačna izolacija završava stvaranjem suženja ili diobenog septuma. Stanice s diobenom pregradom divergiraju kao rezultat djelovanja autolitičkih enzima koji razaraju jezgru diobene pregrade. U tom slučaju autoliza se može odvijati neravnomjerno: stanice koje se dijele u jednom području ostaju povezane dijelom stanične stijenke u području diobenog septuma. Takve stanice nalaze se pod kutom jedna prema drugoj, što je tipično za korinebakterije difterije.

Razmnožavanje bakterija u tekućem hranjivom mediju. Bakterije zasijane u određenom, nepromjenjivom volumenu hranjive podloge, množeći se, troše hranjive tvari, što posljedično dovodi do iscrpljivanja hranjive podloge i prestanka rasta bakterija. Uzgoj bakterija u takvom sustavu naziva se periodički uzgoj, a kultura periodički. Ako se uvjeti uzgoja održavaju kontinuiranim dovodom svježe hranjive podloge i istjecanjem istog volumena tekućine kulture, tada se takav uzgoj naziva kontinuiranim, a kultura kontinuiranim.

Pri uzgoju bakterija na tekućem hranjivom mediju uočava se rast kulture pri dnu, difuzan ili površinski (u obliku filma). Rast periodičke kulture bakterija uzgojenih na tekućem hranjivom mediju dijeli se na nekoliko faza ili razdoblja:

§ faza zaostajanja;

§ faza logaritamskog rasta;

§ faza stacionarnog rasta, odnosno maksimalne koncentracije

§ bakterije;

§ faza bakterijske smrti.

Te se faze mogu grafički prikazati kao segmenti krivulje reprodukcije bakterija, koja odražava ovisnost logaritma broja živih stanica o vremenu njihova uzgoja. Lag faza (od engleskog, lag - kašnjenje) - razdoblje između sjetve bakterija i početka reprodukcije. Prosječno trajanje lag faze je 4,5 sata Bakterije se povećavaju i pripremaju za diobu; povećava se količina nukleinskih kiselina, proteina i drugih komponenti. Faza logaritamskog (eksponencijalnog) rasta je razdoblje intenzivne diobe bakterija.

Njegovo trajanje je oko 5,6 sati.U optimalnim uvjetima rasta bakterije se mogu dijeliti svakih 20-40 minuta. Tijekom ove faze bakterije su najosjetljivije, što se objašnjava visokom osjetljivošću metaboličkih komponenti brzorastuće stanice na inhibitore sinteze proteina, nukleinskih kiselina itd. Tada počinje faza stacionarnog rasta u kojoj se broj bakterija povećava. živih stanica ostaje nepromijenjen, čineći maksimalnu razinu (M-koncentracija). Njegovo trajanje izražava se u satima i varira ovisno o vrsti bakterija, njihovim karakteristikama i uzgoju. Proces rasta bakterija završava fazom smrti, koju karakterizira smrt bakterija u uvjetima iscrpljivanja izvora hranjivih tvari i nakupljanja bakterijskih metaboličkih produkata u njima. Njegovo trajanje varira od 10 sati do nekoliko tjedana. Intenzitet rasta i razmnožavanja bakterija ovisi o mnogim čimbenicima, uključujući optimalan sastav hranjive podloge, redoks potencijal, pH, temperaturu itd.

Razmnožavanje bakterija na gustom hranjivom mediju. Bakterije koje rastu na čvrstim hranjivim podlogama formiraju izolirane kolonije okruglog oblika s glatkim ili nepravilnim rubovima (oblika S i R; vidi Poglavlje 5), različite konzistencije i boje, ovisno o pigmentu bakterije.

Pigmenti topivi u vodi difundiraju u hranjivi medij i boje ga, na primjer, Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) boji medij plavo. Druga skupina pigmenata je netopljiva u vodi, ali topiva u organskim otapalima. Dakle, kolonije "čudesnog štapića" imaju krvavocrveni pigment koji je topiv u alkoholu. I, konačno, postoje pigmenti koji nisu topljivi ni u vodi ni u organskim spojevima.

Najčešći pigmenti među mikroorganizmima su karoteni, ksantofili i melanini. Melanini su netopivi crni, smeđi ili crveni pigmenti sintetizirani iz fenolnih spojeva. Melanini, zajedno s katalazom, superoksid cismutazom i peroksidazama, štite mikroorganizme od djelovanja toksičnih kisikovih peroksidnih radikala. Mnogi pigmenti imaju antimikrobne učinke slične antibioticima.

Izgled, oblik, boja i druge značajke kolonija na gustom hranjivom mediju mogu se uzeti u obzir pri identifikaciji bakterija, kao i odabiru kolonija za dobivanje čistih kultura.

U industrijskim uvjetima, pri dobivanju biomase mikroorganizama za pripremu antibiotika, cjepiva, dijagnostike, eubiotika, uzgoj bakterija i gljivica provodi se u fermentorima uz strogo poštivanje optimalnih parametara za rast i reprodukciju kultura (vidi poglavlje 6).

PREDAVANJE br.5.

VIROLOGIJA.

Svi virusi postoje u dva kvalitativno različita oblika. Izvanstanični oblik - virion - uključuje sve sastavne elemente virusne čestice. Intracelularni oblik - virus - može biti predstavljen samo jednom molekulom nukleinske kiseline, tk. Jednom u stanici, virion se raspada na svoje sastavne elemente. U isto vrijeme, intracelularni virus je samoreplicirajući oblik koji nije sposoban za diobu. Na temelju toga, definicija virusa podrazumijeva temeljnu razliku između staničnih oblika postojanja (bakterije, gljive, protozoe) koji se razmnožavaju diobom i replicirajućeg oblika koji se razmnožava iz virusne nukleinske kiseline. Ali to nije ograničeno na razlikovna obilježja virusa od pro- i eukariota. Temeljne razlike uključuju:

1. prisutnost jedne vrste nukleinske kiseline (DNA ili RNA);

2. nedostatak stanične strukture i sustava za sintezu proteina;

3. mogućnost integracije u stanični genom i sinkrone replikacije.

Oblik viriona može biti vrlo različit (štapićast, elipsoidan, sferičan, nitast, u obliku spermija), što je jedan od znakova taksonomske pripadnosti ovog virusa.

Dimenzije virusa su toliko male da se mogu usporediti s debljinom stanične membrane. Najmanji (parvovirusi) su veličine 18 nm, a najveći (variola virus) oko 400 nm.

Klasifikacija virusa temelji se na vrsti nukleinske kiseline koja tvori genom, što je omogućilo razlikovanje dva potkraljevstva:

ribovirusi- virusi koji sadrže RNA ili RNA;

deoksiribovirusi- Virusi koji sadrže DNA ili DNA.

Potkraljevstva se dijele na obitelji, potporodice, rodove i vrste.

Prilikom sistematizacije virusa identificirani su sljedeći glavni kriteriji: sličnost nukleinskih kiselina, veličina, prisutnost ili odsutnost superkapsida, vrsta simetrije nukleokapsida, karakteristike nukleinskih kiselina, polaritet, broj niti u molekuli , prisutnost segmenata, prisutnost enzima, intranuklearna ili citoplazmatska lokalizacija, antigenska struktura i imunogenost, tropizam za tkiva i stanice, sposobnost formiranja inkluzijskih tijela. Dodatni kriterij je simptomatologija lezija, tj. sposobnost izazivanja generaliziranih infekcija ili infekcija specifičnih za organe.

Prema strukturnoj organizaciji razlikuju se jednostavno organiziran ("gol") i složeno organiziran ("odjeven") virusi.

Građa jednostavnog viriona uređena je tako da virusna nukleinska kiselina, oni. genetski materijal virusa pouzdano je zaštićen simetričnom proteinskom ljuskom - kapsida, čija funkcionalna i morfološka kombinacija tvori nukleokapsida.

Kapsida ima strogo uređenu strukturu koja se temelji na principima spiralne ili kubične simetrije. Tvore je podjedinice iste strukture - kapsomeri organizirani u jednom ili dva sloja. Broj kapsomera je strogo specifičan za svaku vrstu i ovisi o veličini i morfologiji viriona. Kapsomere, pak, tvore proteinske molekule - protomeri. Oni mogu biti monomerni - sastavljen od jednog polipeptida ili polimerni - sastavljen od nekoliko polipeptida. Simetrija kapsida objašnjava se činjenicom da je za pakiranje genoma potreban veliki broj kapsomera, a njihova kompaktna povezanost moguća je samo uz simetričan raspored podjedinica. Formiranje kapside nalikuje procesu kristalizacije i odvija se prema principu samosastavljanja. Glavne funkcije kapside određene su zaštitom virusnog genoma od vanjskih utjecaja, osiguravajući adsorpciju viriona na stanici, prodiranje genoma u stanicu kao rezultat interakcije kapside sa staničnim receptorima, te odrediti antigena i imunogena svojstva viriona.

Nukleokapsida prati simetriju kapside. Na spiralna simetrija interakcija nukleinske kiseline i proteina u nukleokapsidu odvija se duž jedne osi rotacije. Svaki virus sa spiralnom simetrijom ima karakterističnu duljinu, širinu i periodičnost. Većina humanih patogenih virusa, uključujući virus influence, ima spiralnu simetriju. Organizacija prema principu spiralne simetrije daje virusima štapićast ili končast oblik. Ovaj raspored podjedinica tvori šuplji kanal unutar kojeg je kompaktno pakirana molekula virusne nukleinske kiseline. Njegova duljina može biti mnogo puta veća od duljine viriona. Virus mozaika duhana, na primjer, ima duljinu viriona od 300 nm, a njegova RNA doseže 4000 nm. S takvom organizacijom, proteinski omotač bolje štiti nasljedne informacije, ali zahtijeva više proteina, jer. premaz se sastoji od relativno velikih blokova. Na kubna simetrija nukleinska kiselina je okružena kapsomerama, tvoreći ikosaedar - poliedar s 12 vrhova, 20 trokutastih stranica i 30 uglova. Organizacija viriona prema ovom principu daje virusima sferni oblik. Načelo kubične simetrije je najekonomičnije za formiranje zatvorene kapside jer za njegovu organizaciju koriste se mali proteinski blokovi koji tvore veliki unutarnji prostor u koji nukleinska kiselina slobodno stane.

Neki bakteriofagi imaju dvostruka simetrija, kada je glava organizirana prema principu kubika, a proces - prema principu spiralne simetrije.

Za velike viruse, nema stalne simetrije.

Sastavna strukturna i funkcionalna komponenta nukleokapsida su unutarnje bjelančevine, osiguravajući ispravno supersmotano pakiranje genoma, obavljajući strukturne i enzimske funkcije.

Funkcionalna specifičnost virusnih enzima određena je mjestom njihove lokalizacije i mehanizmom nastanka. Na temelju toga virusni enzimi se dijele na izazvana virusima i virion. Prvi su kodirani u virusnom genomu, drugi su dio viriona. Virionski enzimi također se dijele u dvije funkcionalne skupine: enzimi prve skupine osiguravaju prodiranje virusnih nukleinskih kiselina u stanicu i izlazak populacija kćeri; enzimi druge skupine uključeni su u procese replikacije i transkripcije virusnog genoma. Uz vlastite, virusi aktivno koriste stanične enzime koji nisu specifični za virus. Ali njihova se aktivnost može mijenjati tijekom reprodukcije virusa.

Postoji skupina tzv. kompleks ili "odjevenih" virusa, koji, za razliku od "goli", imaju posebnu lipoproteinsku ovojnicu na vrhu kapside - superkapsida ili peplos, organiziran dvostrukim slojem lipida i specifičnih virusnih glikoproteina koji prodiru kroz lipidni dvosloj i tvore izrasline-bodlje(mjerači pepela ili superkapsidnih proteina ). Površinski superkapsidni proteini važna su komponenta koja olakšava prodor virusa u osjetljive stanice. To su ti posebni proteini, koji se nazivaju F-proteini ( fusio - fuzija), osigurava se fuzija virusnih superkapsida i staničnih membrana. Superkapsid se formira u kasnijim fazama reproduktivnog ciklusa tijekom pupanja populacija kćeri i izvedena je struktura iz membrane stanice zaražene virusom. Dakle, sastav lipida ovisi o prirodi "pupanja" virusne čestice. Na primjer, u virusu influence, sastav lipidnog dvosloja sličan je sastavu staničnih membrana. Jer Herpesvirusi pupaju kroz nuklearnu membranu, skup lipida u njihovoj superkapsidi odražava sastav nuklearne membrane. Šećeri koji čine glikoproteine također dolaze iz stanice domaćina.

Na unutarnjoj površini superkapsida, tzv. proteini matriksa (M proteini) formira se strukturni sloj koji potiče interakciju superkapsida s nukleokapsidom, što je iznimno važno u završnim fazama samosastavljanja viriona.

Ipak, glavna strukturna i funkcionalna komponenta virusa je njegov gen, koji određuje sva svojstva virusne čestice, unutar i izvan ciljne stanice. Genom kodira informacije o morfološkim, biokemijskim, patogenim i antigenskim svojstvima nositelja. Genom virusne čestice je haploidan. Nukleinske kiseline su predstavljene jednolančanim molekulama RNA ili dvolančanim molekulama DNA. Iznimka su reovirusi, čiji genom čine dva lanca RNK, i parvovirusi, kod kojih je genom predstavljen kao jedan lanac DNK. Virusi sadrže samo jednu vrstu nukleinske kiseline.

Virusna DNK organizirane su kao kružne kovalentno povezane superzavojne ili linearne strukture s molekularnom težinom od 1 x 10 6 do 1 x 10 8, što je 10 do 100 puta manje od molekularne težine bakterijske DNA. Genom sadrži do nekoliko stotina gena. Transkripcija virusne DNA odvija se u jezgri zaražene stanice . Nukleotidni nizovi se javljaju jednom, ali na krajevima molekule postoje izravni i obrnuti (180 o prošireni) ponavljajući nukleotidni nizovi. Time se osigurava sposobnost zatvaranja molekule DNA u prsten. Osim toga, oni su svojevrsni markeri virusne DNA.

Virusna RNA predstavljeni su jednolančanim i dvolančanim molekulama i na svoj način kemijski sastav ne razlikuju se od stanične RNA. Jednolančane molekule mogu se segmentirati, što dovodi do povećanja sposobnosti kodiranja genoma. Osim toga, imaju spiralna područja kao što je dvostruka spirala DNK, nastala sparivanjem komplementarnih dušičnih baza. Dvolančana RNA može biti linearna ili kružna.

Ovisno o specifičnostima unutarstaničnog ponašanja i obavljenih funkcija, virusne RNA podijeljene su u skupine:

1. Plus-lančana RNA, koji ima sposobnost prevođenja informacija koje su u njemu kodirane na ribosome ciljne stanice, tj. funkcioniraju kao mRNA. RNA plus-lančanih virusa ima karakteristične modificirane krajeve u obliku kapice potrebne za specifično prepoznavanje ribosoma. Nazivaju se plus niti ili pozitivni genom.

2. Negativni lanci RNK ne mogu prevesti genetske informacije izravno u ribosome i ne mogu funkcionirati kao mRNA. Međutim, oni su obrazac za sintezu mRNA. Zovu se minus niti ili negativni gen.

3. dvostruke niti, od kojih jedna funkcionira kao -RNA, a druga, komplementarna s njom, kao +RNA.

Mnogi virusi koji sadrže virusne nukleinske kiseline + RNA i DNA sami su zarazni, jer sadrže sve genetske informacije potrebne za sintezu novih virusnih čestica. Ova informacija se ostvaruje nakon prodora viriona u osjetljivu stanicu. Dvolančane RNA i većina -RNA ne mogu pokazati infektivna svojstva.

Interakcija virusa s ciljnom stanicom složen je i višefazni proces koegzistencije dvaju oblika žive tvari – pretstaničnog i staničnoga. Ovdje se očituje cijeli kompleks učinaka virusnog genoma na genetski kodirane biosintetske procese stanice domaćina.

Provedba reproduktivnog ciklusa uvelike ovisi o vrsti infekcije stanice i prirodi interakcije virusa s osjetljivom (moguće zaraženom) stanicom.

U stanici zaraženoj virusom virusi mogu biti u različitim stanjima:

1. reprodukcija brojnih novih viriona;

2. prisutnost nukleinske kiseline virusa u integriranom stanju s kromosomom stanice u obliku provirusa;

3. postojanje u citoplazmi stanice u obliku kružnih nukleinskih kiselina nalik bakterijskim plazmidima.

Upravo ta stanja određuju širok raspon poremećaja uzrokovanih virusom: od izražene produktivne infekcije, koja završava smrću stanice, do produljene interakcije virusa sa stanicom u obliku latentne (latentne) infekcije ili maligne transformacije stanica.

Identificirana su četiri tipa interakcije virusa s osjetljivom stanicom:

1. produktivni tip - završava stvaranjem nove generacije viriona i njihovim oslobađanjem kao rezultatom lize zaraženih stanica ( citolitički oblik), ili izlazak iz ćelije bez njenog uništenja ( necitolitički oblik). Prema necitolitičkom tipu interakcije najčešće se javljaju perzistentne kronične infekcije karakterizirana stvaranjem populacija kćeri uzročnika nakon završetka akutne faze bolesti. Stanična smrt uzrokovana je ranom supresijom stanične sinteze proteina, nakupljanjem toksičnih i specifično štetnih virusnih komponenti, oštećenjem lizosoma i otpuštanjem njihovih enzima u citoplazmu;

2. Integrativni tip , ili virogeneza - karakteriziran ugradnjom (integracijom) virusne DNA u obliku provirusa u stanični kromosom i naknadnim funkcioniranjem kao njegov sastavni dio s sureplikacija. Do ove vrste interakcije dolazi latentna infekcija, bakterijska lizogenija i transformacija virusnih stanica;

3. abortivni tip - ne završava stvaranjem novih viriona, budući da je infektivni proces u stanici prekinut u jednoj od faza. Javlja se kada virus stupi u interakciju sa stanicom u mirovanju ili kada je stanica zaražena defektnim virusom.

I virusi i virioni mogu biti defektni.

Neispravni virusi postoje kao neovisne vrste i funkcionalno su inferiorni, tk. za njihovu replikaciju potreban je "virus pomoćnik", tj. defekt je određen inferiornošću genoma. Podijeljeni su u 3 grupe:

1. Neispravne interferirajuće čestice, koji su virioni koji sadrže samo dio genetske informacije izvornog virusa i repliciraju se samo uz sudjelovanje srodnog "virusa pomoćnika";

2. Prateći virusi razlikuju se od prethodnih po tome što za njihovu reprodukciju zahtijevaju sudjelovanje bilo kojeg "virusa pomoćnika", koji nije nužno povezan;

3. Integrirani genomi su provirusi, tj. virusni genomi ugrađeni u kromosom stanice, ali su izgubili sposobnost da se pretvore u punopravni virus;

Defektni virioničine skupinu koja se formira tijekom formiranja velikih populacija kćeri, a njihova defektnost određena je uglavnom morfološkom inferiornošću (prazne kapside, nukleokapside bez ovojnice, itd.). Poseban oblik defektnih viriona - pseudovirioni, koji ima normalnu kapsidu koja sadrži dio vlastite nukleinske kiseline i fragmente nukleinske kiseline domaćina, ili dio kromosoma stanice domaćina i dio nukleinske kiseline drugog virusa.

Značaj defektnih virusa leži u njihovoj sposobnosti prijenosa genetskog materijala od stanice donora do stanice primatelja.

4. Interferencija virusa - nastaje kada je stanica zaražena s dva virusa i ne javlja se ni s jednom kombinacijom patogena. Interferencija se ostvaruje ili zbog indukcije staničnih inhibitora od strane jednog virusa koji suzbijaju reprodukciju drugog, ili zbog oštećenja receptorskog aparata ili metabolizma stanica prvim virusom, što isključuje mogućnost reprodukcije drugog. razlikovati homologni(povezani virusi) i heterologni(nesrodni virusi) interferencija.

Prema prirodi interakcije genoma virusa s genomom stanice, autonomna i integracijska infekcija. Tijekom autonomne infekcije genom virusa nije integriran u genom stanice, dok tijekom integracije dolazi do integracije virusnog genoma u stanicu.

Produktivni tip interakcije između virusa i stanice , tj. Reprodukcija virusa je jedinstveni oblik izražavanja strane (virusne) genetske informacije u ljudskim, životinjskim, biljnim i bakterijskim stanicama, koji se sastoji u podređivanju stanične matrice-genetičkim mehanizmima virusne informacije. Ovo je najsloženiji proces interakcije između dva genoma koji se odvija u 6 faza:

1. adsorpcija viriona;

2. prodor virusa u stanicu;

3. skidanje i oslobađanje virusnog genoma;

4. sinteza virusnih komponenti;

5. stvaranje viriona;

6. oslobađanje viriona iz stanice.

Prvi faza reprodukcije - adsorpcija, tj. pričvršćivanje viriona na površinu stanice. Odvija se u dvije faze. Prva faza - nespecifičan zbog ionske privlačnosti i drugih mehanizama interakcije između virusa i stanice. Druga faza - visoko specifičan, zbog homologije i komplementarnosti receptora osjetljivih stanica i proteinskih liganada virusa koji ih prepoznaju. Virusni proteini koji prepoznaju i međusobno djeluju tzv privitak a predstavljeni su glikoproteinima, kao dijelom lipoproteinske ovojnice kapside ili superkapside virusa.

Specifični stanični receptori imaju različitu prirodu, proteini, lipidi, ugljikohidratne komponente proteina i lipida. Jedna stanica može nositi od deset do sto tisuća specifičnih receptora, što omogućuje desecima i stotinama viriona da steknu uporište na njoj. Broj infektivnih virusnih čestica adsorbiranih na stanici definira pojam "višestruka infekcija". Međutim, stanica zaražena virusom je u većini slučajeva tolerantna na ponovnu infekciju homolognim virusom.

U osnovi je prisutnost specifičnih receptora tropizam virusa na određene stanice, tkiva i organe.

Drugi pozornica - ulazak virusa u stanicu može dogoditi na nekoliko načina.

1. Endocitoza ovisna o receptorima nastaje kao rezultat hvatanja i apsorpcije viriona od strane osjetljive stanice. U tom slučaju stanična membrana s pričvršćenim virionom invaginira uz stvaranje unutarstanične vakuole (endosoma) koja sadrži virus. Zatim se lipoproteinska ovojnica virusa stapa s membranom endosoma i virus ulazi u citoplazmu stanice. Endosomi se spajaju s lizosomima, koji razgrađuju preostale virusne komponente.

2. Viropexis - sastoji se u spajanju virusne superkapside sa staničnom ili nuklearnom membranom i događa se uz pomoć posebnog fuzijski protein – F-vjeverica, koji je dio superkapsida. Kao rezultat viropeksije, kapsida se nalazi unutar stanice, a superkapsida se zajedno s proteinom integrira (ugrađuje) u plazmatsku ili nuklearnu membranu. Svojstveno samo složenim virusima.

3. Fagocitoza - kojim virusi prodiru u fagocitne stanice, što dovodi do nepotpune fagocitoze.

Treći pozornica - skidanje i oslobađanje virusnog genoma nastaje kao posljedica deproteinizacije, modifikacije nukleokapsida, uklanjanja površinskih virusnih struktura i otpuštanja unutarnje komponente koja može izazvati infektivni proces. Prve faze "svlačenja" počinju već u procesu prodiranja u stanicu spajanjem virusne i stanične membrane ili kada virus izađe iz endosoma u citoplazmu. Sljedeći stadiji usko su povezani s njihovim unutarstaničnim transportom do mjesta deproteinizacije. Različiti virusi imaju vlastita specijalizirana mjesta za uklanjanje. Prijevoz do njih provodi se pomoću unutarstaničnih membranskih vezikula, u kojima se virus prenosi u ribosome, endoplazmatski retikulum ili u jezgru.

Četvrta pozornica - sinteza virusnih komponenti počinje u ovom trenutku sjenovit ili faze pomrčine, koji je karakteriziran nestankom viriona. Faza sjene završava nakon formiranja sastavnih komponenti virusa potrebnih za okupljanje populacija kćeri. Virus za to koristi genetski aparat stanice, potiskujući za sebe potrebne sintetske reakcije. Sinteza proteina i nukleinskih kiselina virusa, tj. njegova reprodukcija, odvojena u vremenu i prostoru, provodi se u različite dijelove stanice i naziva se disjunktivnim.

U zaraženoj stanici virusni genom kodira sintezu dviju skupina proteina:

- nestrukturni proteini, koji služe unutarstaničnoj reprodukciji virusa u njegovim različitim fazama, što uključuje RNA ili DNA polimeraze koje osiguravaju transkripciju i replikaciju virusnog genoma, regulatorne proteine, prekursore virusnih proteina, enzime koji modificiraju virusne proteine;

- strukturni proteini, koji su dio viriona (genomski, kapsidni i superkapsidni).

Sinteza proteina u stanici odvija se u skladu s procesima transkripcije"prepisivanjem" genetske informacije iz nukleinske kiseline u nukleotidnu sekvencu glasničke RNA (mRNA) i emitiranja(čitanje) mRNA na ribosomima za stvaranje proteina. Izraz "translacija" odnosi se na mehanizme kojima se sekvenca nukleinskih baza mRNA prevodi u specifičnu sekvencu aminokiselina u sintetiziranom polipeptidu. U tom slučaju dolazi do diskriminacije staničnih mRNA i sintetski procesi na ribosomima prolaze pod kontrolom virusa. Mehanizmi prijenosa informacija o sintezi mRNA kod različitih skupina virusa nisu isti.

Dvolančana DNA koja sadrži virusi implementiraju genetske informacije na isti način kao i stanični genom, prema shemi: genomska DNK virusa→ transkripcija mRNA→translacija virusnog proteina. Istodobno, virusi koji sadrže DNA, čiji se genomi prepisuju u jezgri, za taj proces koriste staničnu polimerazu, a genomi se prepisuju u citoplazmi, vlastitu za virus specifičnu RNA polimerazu.

Genom – virusi koji sadrže RNA služi kao predložak s kojeg se prepisuje mRNA, uz sudjelovanje virus-specifične RNA polimeraze. Njihova sinteza proteina odvija se prema shemi: virusna genomska RNA→transkripcija mRNA→translacija proteina virusa.

Posebno se izdvaja skupina retrovirusa koji sadrže RNA, a koja uključuje viruse humane imunodeficijencije i onkogene retroviruse. Imaju jedinstven način prijenosa genetskih informacija. Genom ovih virusa sastoji se od dvije identične molekule RNK, tj. je diploidna. Retrovirusi sadrže poseban enzim specifičan za virus - reverzna transkriptaza, ili reverzaza koji provodi proces obrnute transkripcije. Sastoji se u sljedećem: komplementarna jednolančana DNA (cDNA) sintetizira se na šabloni genomske RNA. Kopira se uz stvaranje dvolančane komplementarne DNA, koja se integrira u stanični genom i prepisuje u mRNA pomoću RNA polimeraze ovisne o staničnoj DNA. Sinteza proteina ovih virusa provodi se prema shemi: virusna genomska RNA→komplementarna DNA→transkripcija mRNA→translacija proteina virusa.

Transkripcija je regulirana staničnim i virusno specifičnim mehanizmima. Sastoji se u sekvencijalnom čitanju informacija iz tzv. "rano" i "kasnih" gena. U prvom, informacija je kodirana za sintezu transkripcijskih i replikacijskih enzima specifičnih za virus, a u drugom za sintezu kapsidnih proteina.

Sinteza virusnih nukleinskih kiselina, tj. replikacija virusnih genoma, dovodi do nakupljanja u stanici kopija originalnih virusnih genoma, koji se koriste u sastavljanju viriona. Način replikacije ovisi o tipu nukleinske kiseline virusa, prisutnosti virusno specifičnih i staničnih polimeraza te sposobnosti virusa da inducira stvaranje polimeraza u stanici.

Virusi dvolančane DNA repliciraju na uobičajeni polukonzervativni način: nakon što se DNK lanci odmotaju, novi se lanci dovršavaju komplementarno njima. Svaka novosintetizirana molekula DNA sastoji se od jednog roditelja i jednog sintetiziranog lanca.

Jednolančani DNA virusi u procesu replikacije stanične DNA polimeraze se koriste za stvaranje dvolančanog virusnog genoma, tzv. replikativni oblik. Istodobno se na početnom +DNA lancu komplementarno sintetizira –DNA lanac, koji služi kao predložak za +DNA lanac novog viriona.

Jednolančani +RNA virusi induciraju sintezu RNA ovisne RNA polimeraze u stanici. Uz njegovu pomoć na temelju genomske +RNK niti sintetizira se -RNK lanac, nastaje privremena dvostruka RNK tzv. intermedijer replikacije. Sastoji se od potpunog +RNA lanca i brojnih djelomično završenih -RNA lanaca. Kada se svi -RNA lanci formiraju, koriste se kao predlošci za sintezu novih +RNA lanaca.

Jednolančani RNA virusi sadrže RNA-ovisnu RNA polimerazu. Genomski –RNA lanac transformira se virusnom polimerazom u nepotpune i potpune +RNA lance. Nepotpune kopije djeluju kao mRNA za sintezu virusnih proteina, a potpune kopije su predložak za sintezu genomskog RNA lanca potomka.

Dvolančani RNA virusi replicirati slično jednolančanim RNA virusima. Razlika je u tome što +RNA niti nastale tijekom transkripcije funkcioniraju ne samo kao mRNA, već sudjeluju i u replikaciji. Oni su matrica za sintezu RNA lanaca. Zajedno tvore genomske dvolančane RNA virione.

Diploidni +RNA virusi ili retrovirusi replicirati uz pomoć virusne reverzne transkriptaze, koja sintetizira DNA lanac na templatu RNA virusa, iz kojega se +DNA lanac kopira i tvori dvostruki lanac DNA zatvoren u prsten. Zatim se dvostruki lanac DNA integrira s kromosomom stanice, tvoreći provirus. Brojne virionske RNA nastaju kao rezultat transkripcije jednog od lanaca integrirane DNA uz sudjelovanje RNA polimeraze ovisne o staničnoj DNA.

Peti pozornica - sklop viriona odvija na uredan način. samomontaža kada se sastavni dijelovi viriona transportiraju do mjesta sastavljanja virusa. To su specifična područja jezgre i citoplazme, tzv replikacijski kompleksi. Povezanost komponenti viriona je zbog prisutnosti hidrofobnih, ionskih, vodikovih veza i stereokemijske korespondencije.

Formiranje virusa je višefazni, strogo sekvencijalni proces, s formiranjem intermedijarnih oblika koji se razlikuju od zrelih viriona u sastavu polipeptida. Sastavljanje jednostavno raspoređenih virusa događa se na replikacijskim kompleksima i sastoji se u interakciji virusnih nukleinskih kiselina s kapsidnim proteinima i formiranju nukleokapsida. U složenim virusima nukleokapsidi se najprije formiraju na replikacijskim kompleksima, koji zatim stupaju u interakciju s modificiranim staničnim membranama, koje su buduća lipoproteinska ljuska viriona. U ovom slučaju, okupljanje virusa koji se repliciraju u jezgri odvija se uz sudjelovanje nuklearne membrane, a okupljanje virusa koji se repliciraju u citoplazmi provodi se uz sudjelovanje membrana endoplazmatskog retikuluma ili citoplazmatske membrane, gdje su ugrađeni glikoproteini i drugi proteini virionske ovojnice. U nekim složenim RNA virusima, matrični protein je uključen u sastavljanje - M protein- koji se nalazi ispod stanične membrane modificirane ovim proteinom. Posjedujući hidrofobna svojstva, djeluje kao posrednik između nukleokapsida i superkapsida. Složeni virusi u procesu formiranja uključuju u svoj sastav komponente stanice domaćina. Ako je proces samosastavljanja povrijeđen, formiraju se "neispravni" virioni.

šesti pozornica - oslobađanje virusnih čestica iz stanice dovršava proces razmnožavanja virusa i odvija se na dva načina.

eksplozivan način kada virusi koji nemaju superkapsid uzrokuju razaranje stanica i ulaze u izvanstanični prostor. Veliki broj viriona istovremeno izlazi iz mrtve stanice.

pupljenje ili egzocitoza , karakterističan za složene viruse, čija je superkapsida izvedena iz staničnih membrana. Prvo, nukleokapsid se transportira do staničnih membrana, koje su već ugrađene s proteinima specifičnim za virus. U području kontakta, izbočenje ovih područja počinje formiranjem bubrega. Formirani bubreg odvaja se od stanice u obliku složenog viriona. Proces nije smrtonosan za stanicu, a stanica može dugo ostati održiva, stvarajući virusno potomstvo.

Pupanje virusa koji nastaju u citoplazmi može se dogoditi ili kroz plazma membranu ili kroz membrane endoplazmatskog retikuluma i Golgijevog aparata, nakon čega slijedi izlazak na površinu stanice.

Virusi koji nastaju u jezgri pupaju u perinuklearni prostor kroz modificiranu jezgrinu ovojnicu i prenose se na površinu stanice kao dio citoplazmatskih vezikula.

Integrativni tip interakcije virus-stanica (virogeneza) je koegzistencija virusa i stanice kao rezultat integracije nukleinske kiseline virusa u kromosom stanice domaćina, u kojoj se virusni genom replicira i funkcionira kao glavni dio genoma stanice.

Ova vrsta interakcije karakteristična je za umjerene bakteriofage koji sadrže DNA, onkogene viruse i neke zarazne viruse koji sadrže DNA i RNA.

Integracija zahtijeva prisutnost kružnog oblika dvolančane DNA virusa. Takva je DNA pričvršćena na staničnu DNA na mjestu homologije i integrirana je u specifično područje kromosoma. Kod RNA virusa proces integracije je složeniji i počinje mehanizmom obrnute transkripcije. Integracija se događa nakon formiranja transkripta dvolančane DNK i njegovog zatvaranja u prsten.

Dodatna genetska informacija tijekom virogeneze daje stanici nova svojstva, što može uzrokovati onkogenu transformaciju stanica, autoimune i kronične bolesti.

Abortivni tip interakcije virusa sa stanicom ne završava stvaranjem virusnog potomstva i može se dogoditi pod sljedećim uvjetima:

1. dolazi do infekcije osjetljive stanice defektnim virusom ili defektnim virionom;

2. infekcija virulentnim virusom stanica genetski otpornih na njega;

3. infekcija osjetljive stanice virulentnim virusom u nedopustiv (nedopušteni) uvjeti.

Češće se opaža abortivna vrsta interakcije kada je neosjetljiva stanica zaražena standardnim virusom. Međutim, mehanizam genetske otpornosti nije isti. Može se povezati s nedostatkom specifičnih receptora na plazma membrani, nesposobnošću ove vrste stanica da započne translaciju virusne mRNA i nedostatkom specifičnih proteaza ili nukleaza potrebnih za sintezu virusnih makromolekula.

Promjene u uvjetima pod kojima dolazi do reprodukcije virusa također mogu dovesti do neuspješne interakcije: povećanje tjelesne temperature, promjena pH u žarištu upale, uvođenje antivirusnih lijekova itd. Međutim, kada se eliminiraju nedopušteni uvjeti, abortivni tip interakcije prelazi u produktivan sa svim posljedicama koje iz toga proizlaze.

Ometajuća interakcija određuje se stanjem imunosti na sekundarnu infekciju stanice koja je već zaražena virusom.

heterologna interferencija nastaje kada infekcija jednim virusom potpuno blokira mogućnost replikacije drugog virusa unutar iste stanice. Jedan od mehanizama povezan je s inhibicijom adsorpcije drugog virusa blokiranjem ili uništavanjem specifičnih receptora. Drugi mehanizam povezan je s inhibicijom mRNA translacije bilo koje heterologne mRNA u inficiranoj stanici.

Homologna interferencija tipično za mnoge neispravne viruse, osobito one koji se mogu ponovno prenijeti in vitro i visoku množinu infekcija. Njihovo razmnožavanje moguće je samo kada je stanica zaražena normalnim virusom. Ponekad defektni virus može ometati reprodukcijski ciklus normalnog virusa i oblika defektne interferirajuće virusne čestice (DI). DI čestice sadrže samo dio genoma normalnog virusa. Po prirodi defekta DI čestice su delecijske čestice i mogu se smatrati letalnim mutantima. Glavno svojstvo DI čestica je sposobnost da interferiraju s normalnim homolognim virusom i čak igraju ulogu pomagača u replikaciji. Sposobnost adsorpcije i prodiranja u stanicu povezana je s normalnom strukturom kapside. Oslobađanje i ekspresija defektne nukleinske kiseline dovodi do različitih bioloških učinaka: inhibira sintetske procese u stanici, inhibira sintezu i transformaciju proteina normalnih virusa zbog homologne interferencije. Kruženje DI čestica i koinfekcija s normalnim homolognim virusom uzrokuje pojavu indolentnih, dugotrajnih oblika bolesti, što je povezano sa sposobnošću DI čestica da se zbog jednostavnosti genoma puno brže repliciraju, dok defektni populacija ima zamjetno smanjenje ozbiljnosti citopatskog učinka karakterističnog za normalan virus.

Proces interakcije virusa s tijelom u većini je slučajeva citospecifičan i određen je sposobnošću patogena da se razmnožava u određenim tkivima. Međutim, neki virusi imaju širi raspon tropizma i razmnožavaju se u velikom broju stanica i organa.

Čimbenici specifičnosti virusa odgovorni za njegov tropizam i raznolikost zahvaćenih stanica uključuju broj specifičnih receptora (i u virionu i u stanici) koji osiguravaju punu interakciju virusa sa stanicom. Broj takvih receptora obično je ograničen.

U nekim slučajevima sama fiziološka specifičnost stanica, a time i njihova bimolekularna organizacija, pridonosi ispoljavanju virulentnosti uzročnika. Na primjer, G-protein ovojnice virusa bjesnoće ima visok afinitet za neuronske acetilkolinske receptore, što osigurava njegovu sposobnost prodiranja u stanice živčanog tkiva. Treba napomenuti da neurotropni virusi uzrokuju posebno teške bolesti, jer živčane stanice se ne obnavljaju. Štoviše, reprodukcija patogena ih čini metama za citotoksične imunološke odgovore.

Često se virulencija virusa povećava zbog mutacija. Od posebne je važnosti u ovom slučaju sposobnost virusa da preokrenu mutaciju gena (reverzija). Geni koji kodiraju strukturu proteina mogu obnoviti svoju strukturu i transformirati prethodno avirulentne sojeve virusa u virulentne.

Ne manje od važnost imati i značajke osjetljivog makroorganizma.

Dob je oko

- To su najmanje čestice života, 50 puta su manje od bakterija. Obično se virusi ne mogu vidjeti u svjetlosnom mikroskopu, jer su njihove jedinke više od polovice valne duljine svjetlosti. Odmarajuće jedinke virusa nazivaju se virion. Virusi postoje u dvoje oblicima: odmarajući se, ili izvanstanični (virusne čestice ili virioni), i reprodukcija, ili intracelularni (kompleks "virus - stanica domaćin").

Oblici virusa su različiti, mogu biti filiforman, kuglastog, u obliku metka, štapićastog oblika, poligonalni, u obliku opeke, kubični, dok neki imaju kubičnu glavu i proces. Svaki virion sastoji se od nukleinske kiseline i proteina.

U virionima virusa uvijek je prisutna samo jedna vrsta nukleinske kiseline - ili RNA ili DNA. Štoviše, i jedan i drugi mogu biti jednolančani i dvolančani, a DNK može biti linearna ili kružna. RNK u virusima uvijek je samo linearna, ali se može prikazati skupom fragmenata RNK, od kojih svaki nosi određeni dio genetske informacije potrebne za reprodukciju. Prema prisutnosti određene nukleinske kiseline, virusi se nazivaju virusi koji sadrže DNA i oni koji sadrže RNA. Posebno treba istaknuti da u kraljevstvu virusa funkciju čuvara genetskog koda osim DNK obavlja i RNK (može biti i dvolančana).

Virusi imaju vrlo jednostavan struktura. Svaki virus sastoji se samo od dva dijela - jezgra i kapsida. Jezgra virusa, koja sadrži DNA ili RNA, obavijena je proteinskom ovojnicom – kapsidom (lat. kapsa- "posuda", "kutija", "kovčeg"). Proteini štite nukleinsku kiselinu, a također uzrokuju enzimske procese i manje promjene na proteinima u kapsidi. Kapsida se sastoji od na određeni način složenih proteinskih molekula iste vrste - kapsomeri. Obično je to ili spiralni tip polaganja (slika 22), ili tip simetrični poliedar(izometrijski tip) (slika 23).

Svi virusi su uvjetno podijeljeni na jednostavan i kompleks. Jednostavni virusi sastoje se samo od jezgre s nukleinskom kiselinom i kapside. Složeni virusi na površini proteinske kapside imaju i vanjsku ovojnicu, odn superkapsid, koji sadrži dvoslojnu lipoproteinsku membranu, ugljikohidrate i proteine (enzime). Ovaj vanjski omotač (superkapsid) obično je izgrađen od membrane stanice domaćina. materijal sa stranice

Na površini kapside nalaze se različiti izdanci - šiljci ili "karanfili" (zvani su vlakna), i puca. Njima se virion pričvrsti za površinu stanice u koju zatim prodire. Treba napomenuti da na površini virusa postoje i posebni pričvrsni proteini, vezanje viriona s određenim skupinama molekula - receptore(lat. recept-“Primam”, “Prihvaćam”), koji se nalazi na površini stanice u koju virus prodire. Neki se virusi vežu za proteinske receptore, drugi za lipide, a treći prepoznaju lance ugljikohidrata u proteinima i lipidima. Virusi su u procesu evolucije "naučili" prepoznati stanice koje su na njih osjetljive po prisutnosti posebnih receptora na površini stanica svojih domaćina.

Morfologija i struktura virusa proučavaju se pomoću elektronskog mikroskopa. Jedan od najmanjih je virus dječje paralize (oko 20 nm), najveći su velike boginje (oko 350 nm).

Virusi se sastoje od sljedećih glavnih komponenti:

1. Core - genetski materijal (DNA ili RNA) koji nosi informacije o nekoliko vrsta proteina potrebnih za nastanak novog virusa.

2. Proteinska ljuska, koja se naziva kapsida (od latinske capsa - kutija). Često je građen od identičnih ponavljajućih podjedinica – kapsomera. Kapsomeri tvore strukture sa visok stupanj simetrija.

3. Dodatna lipoproteinska membrana (superkapsid). Nastaje iz plazma membrane stanice domaćina i nalazi se samo u relativno velikim virusima (gripa, herpes).

Shematski, struktura virusa koji sadrži RNA s tipom spiralne simetrije i dodatnom lipoproteinskom ovojnicom prikazana je lijevo na slici, njegov povećani presjek prikazan je desno.

Kapsida i dodatna ljuska imaju zaštitnu funkciju, kao da štite nukleinsku kiselinu. Osim toga, oni doprinose prodoru virusa u stanicu. Potpuno formirani virus naziva se virion.

Oblik viriona ovisi o načinu na koji su proteinske podjedinice presavijene u kapsidu. Ovo slaganje može imati spiralnu ili kubičnu simetriju. Bakteriofagi imaju mješoviti ili kombinirani tip simetrije.

Virus duhanskog mozaika ima i RNA i proteinske podjedinice raspoređene u spiralu i nitastog je ili štapićastog oblika. S ovom simetrijom, proteinski omotač bolje štiti nukleinsku kiselinu, ali zahtijeva više proteina nego s kubičnom simetrijom. Pravi broj podjedinica u različitim virionima je 60 ili višestruki broj ove vrijednosti (420 podjedinica za polioma virus, 540 za reovirus, 960 za herpes virus, 1500 za adenovirus).

Većina zatvorenih virusa ima kubičnu simetriju. Temelji se na različitim kombinacijama jednakostraničnih trokuta (kapsomera) koje tvore sferične proteinske podjedinice. U tom slučaju mogu se oblikovati tetraedri, oktaedri i ikosaedri. Ikosaedri imaju 20 trokutastih stranica i 12 vrhova. Ovo je najučinkovitija i najekonomičnija simetrija. Stoga sferični životinjski virusi najčešće imaju oblik ikosaedra.

U virusu influence nukleokapsid ima spiralnu strukturu u obliku štapića, a lipoproteinska ovojnica superkapsida daje virionu sferični oblik.

Broj kapsomera za viruse ovog tipa je konstantan i ima dijagnostičku vrijednost.

Jednostavno uređeni virusi imaju samo kapsid (virus dječje paralize), složeni virusi imaju i superkapsid (virusi ospica, influence).

Klasifikacija virusa temelji se na sljedećim kategorijama.

Sadržaj predmeta "Vrste mikroorganizama. Virusi. Virion.":
1. Mikroorganizmi. Vrste mikroorganizama. Klasifikacija mikroorganizama. Prioni.
2. Virusi. Virion. Morfologija virusa. Veličine virusa. nukleinske kiseline virusa.
3. Kapsida virusa. Funkcije kapside virusa. Kapsomeri. Nukleokapsida virusa. Spiralna simetrija nukleokapsida. Kubična simetrija kapside.
4. Virusna superkapsida. Odjeveni virusi. Goli virusi. Matrični proteini (M-proteini) virusa. razmnožavanje virusa.
5. Interakcija virusa sa stanicom. Priroda interakcije virus-stanica. Produktivna interakcija. Virogeneza. Interferencija virusa.
6. Vrste infekcije stanica virusima. Reproduktivni ciklus virusa. Glavne faze reprodukcije virusa. Adsorpcija viriona na stanicu.
7. Prodor virusa u stanicu. Viropexis. Svlačenje virusa. Faza sjene (faza pomračenja) reprodukcije virusa. Stvaranje virusnih čestica.
8. Transkripcija virusa u stanici. Prijevod virusa.
9. Replikacija virusa u stanici. Zbirka virusa. Oslobađanje viriona potomaka iz stanice. Virusi. Virion. Morfologija virusa. Veličine virusa. nukleinske kiseline virusa.

Izvanstanični oblik - virion- uključuje sve sastavne elemente (kapsid, nukleinsku kiselinu, strukturne proteine, enzime itd.). Intracelularni oblik - virus- može se predstaviti samo jednom molekulom nukleinske kiseline, budući da se, kada uđe u stanicu, virion raspada na svoje sastavne elemente.

Morfologija virusa. Veličine virusa.

Nukleinske kiseline virusa

Virusi sadrže samo jednu vrstu nukleinske kiseline, DIC ili RNA, ali ne obje vrste u isto vrijeme. Na primjer, boginje, herpes simplex, Epstein-Barr virusi sadrže DNA, a togavirusi, pikornavirusi sadrže RNA. Genom virusne čestice je haploidan. Najjednostavniji virusni genom kodira 3-4 proteina, najsloženiji - više od 50 polipeptida. Nukleinske kiseline predstavljene su jednolančanim molekulama RNA (isključujući reoviruse, kod kojih genom čine dva lanca RNA) ili dvolančanim molekulama DNA (isključujući parvoviruse, kod kojih genom tvori jedan lanac DNA). Kod virusa hepatitisa B, lanci dvolančane molekule DNA su nejednake duljine.

Virusna DNK tvore kružne, kovalentno povezane superzavojne (na primjer, kod papovavirusa) ili linearne dvolančane strukture (na primjer, u herpesa i adenovirusa). Njihova molekularna težina je 10-100 puta manja od mase bakterijske DNA. Transkripcija virusne DNA (sinteza mRNA) provodi se u jezgri stanice zaražene virusom. U virusnoj DNA, na krajevima molekule, postoje izravni ili obrnuti (180" razmotani) ponavljajući nizovi nukleotida. Njihova prisutnost osigurava sposobnost molekule DNA da se zatvori u prsten. Ovi nizovi, prisutni u jednostrukim i dvostrukim nasukane DNA molekule, svojevrsni su virusni DNA markeri.

Riža. 2-1. Veličine i morfologija glavnih uzročnika virusne infekcije ljudski.

Virusna RNA predstavljena jednolančanim ili dvolančanim molekulama. Jednolančane molekule mogu biti segmentirane – od 2 segmenta kod arenavirusa do 11 segmenta kod rotavirusa. Prisutnost segmenata dovodi do povećanja sposobnosti kodiranja genoma. Virusna RNA podijeljeni u sljedeće skupine: plus lanci RNA (+RNA), minus lanci RNA (-RNA). U raznim virusima, genom može formirati +RNA ili -RNA niti, kao i dvostruke niti, od kojih je jedna -RNA, druga (komplementarna) - +RNA.

Plus-lančana RNA predstavljeni su pojedinačnim lancima s karakterističnim završecima ("kapicama") za prepoznavanje ribosoma. U ovu skupinu spadaju RNA koje mogu izravno prevesti genetske informacije na ribosome stanice zaražene virusom, odnosno obavljati funkcije mRNA. Plus niti obavljaju sljedeće funkcije: služe kao mRNA za sintezu strukturnih proteina, kao predložak za replikaciju RNA, i upakirani su u kapsidu kako bi formirali populaciju kćeri. RNA minus niti ne mogu prevesti genetske informacije izravno na ribosome, što znači da ne mogu funkcionirati kao mRNA. Međutim, takve RNA služe kao uzorci za sintezu mRNA.

Infektivnost nukleinskih kiselina virusa

Puno virusne nukleinske kiseline sami po sebi su zarazni jer sadrže sve genetske informacije potrebne za sintezu novih virusnih čestica. Ova informacija se ostvaruje nakon prodora viriona u osjetljivu stanicu. Nukleinske kiseline većine virusa koji sadrže +RNA i DNA pokazuju infektivna svojstva. Dvolančane RNA i većina RNA nisu zarazne.