panouri
Structura morfologică a virusurilor. Morfologia virusurilor

Structura morfologică a virusurilor. Morfologia virusurilor

Morfologia și structura virusurilor sunt studiate cu ajutorul unui microscop electronic, deoarece dimensiunea lor este mică și comparabilă cu grosimea învelișului bacterian. Forma virionilor poate fi diferită: în formă de tijă (virusul mozaicului tutunului), în formă de glonț (virusul rabiei), sferică (virusurile poliomielitei, HIV), sub formă de spermatozoid (mulți bacteriofagi).

Mărimea virușilor este determinată prin microscopie electronică, ultrafiltrare prin filtre cu un diametru cunoscut al porilor, ultracentrifugare. Unul dintre cei mai mici virusuri este virusul poliomielitei (aproximativ 20 nm), cel mai mare este variola (aproximativ 350 nm).

Există viruși pur și simplu aranjați (de exemplu, virusul polio) și complex (de exemplu, virusuri gripale, rujeolă). În virusurile aranjate simplu, acidul nucleic este asociat cu o înveliș proteic numită capsidă (din latină capsa - caz). Capsida este formată din subunități morfologice repetate - capsomere. Acidul nucleic și capsida, interacționând între ele, formează o nucleocapsidă. În virusurile complexe, capsida este înconjurată de o înveliș suplimentară de lipoproteină - supercapsidul (un derivat al structurilor membranare ale celulei gazdă), care are „tepi”. Virionii sunt caracterizați printr-un tip elicoidal, cubic și complex de simetrie a capsidei. Tipul de simetrie spirală se datorează structurii elicoidale a nucleocapsidei, tipul cubic de simetrie se datorează formării unui corp izometric gol din capside care conține acidul nucleic viral.

Capside și supercapside protejează virionii de influențele mediului, determină interacțiunea selectivă (adsorbția) cu celulele și determină proprietățile antigenice și imunogene ale virionilor. Structurile interne ale virusurilor se numesc nucleu.În virologie se folosesc următoarele categorii taxonomice: familie (numele se termină cu viridae), subfamilie (numele se termină cu virinae), gen (numele se termină cu virus).

Cu toate acestea, denumirile genurilor și mai ales ale subfamiliilor nu sunt formulate pentru toți virusurile. Tipul de virus nu a primit un nume binom, cum ar fi bacteriile.

Clasificarea virușilor se bazează pe următoarele categorii:

§ tipul de acid nucleic (ADN sau ARN), structura acestuia, numărul de catene (una sau două),

§ caracteristici ale reproducerii genomului viral;

§ marimea si morfologia virionilor, numarul capsomerelor si tipul de simetrie;

§ prezenta unei supercapside;

§ sensibilitate la eter si deoxicolat;

§ locul de reproducere in celula;

§ proprietăţi antigenice etc.

Virusurile infectează vertebratele și nevertebratele, precum și plantele și bacteriile. Fiind principalii agenți cauzali ai bolilor infecțioase umane, virusurile participă și la procesele de carcinogeneză, pot fi transmise în diferite moduri, inclusiv prin placentă (virusul rubeolei, citomegalovirusul etc.), afectând fătul uman. Ele pot duce la complicații post-infecțioase - dezvoltarea miocarditei, pancreatitei, imunodeficienței etc.

Pe lângă virusurile obișnuite, există și așa-numitele viruși necanonici - prioni - particule infecțioase proteice, care sunt agenți de natură proteică, având forma unor fibrile cu dimensiunea de 10,20x100,200 nm. Prionii, aparent, sunt atât inductori, cât și produși ai unei gene umane sau animale autonome și provoacă encefalopatie la ei în condițiile unei infecții virale lente (boala Creutzfeldt.Jakob, kuru etc.). Alți agenți neobișnuiți care sunt apropiați de viruși sunt viroizii, molecule circulare mici, fără proteine, de ARN supercoilate, care provoacă boli la plante.

capitolul 3

FIZIOLOGIA MICROORGANISMELOR

Fiziologia microorganismelor studiază activitatea vitală a celulelor microbiene, procesele de nutriție, respirație, creștere, reproducere a acestora, modele de interacțiune cu mediul.

Subiect de studiu microbiologie medicală este fiziologia microorganismelor patogene și oportuniste capabile să provoace boli umane. Elucidarea fiziologiei acestor microorganisme este importantă pentru realizarea unui diagnostic microbiologic, înțelegerea patogenezei, tratarea și prevenirea bolilor infecțioase, reglarea relației dintre o persoană și mediu etc.

Compoziția chimică a bacteriilor

Compoziția microorganismelor include apă, proteine, acizi nucleici, carbohidrați, lipide, minerale.

Apa este componenta principală a unei celule bacteriene, reprezentând aproximativ 80% din masa acesteia. Este într-o stare liberă sau legată de elementele structurale ale celulei. În spori, cantitatea de apă scade la 18,20%. Apa este un solvent pentru multe substanțe și joacă, de asemenea, un rol mecanic în furnizarea turgenței. În timpul plasmolizei - pierderea apei de către celulă într-o soluție hipertonică - are loc exfolierea protoplasmei din membrana celulară. Eliminarea apei din celulă, uscarea suspendă procesele metabolice. Majoritatea microorganismelor tolerează bine uscarea. În lipsa apei, microorganismele nu se înmulțesc. Uscarea în vid din starea de înghețare (liofilizare) oprește reproducerea și promovează conservarea pe termen lung a speciilor microbiene.

Proteinele (40,80% greutate uscată) determină cele mai importante proprietăți biologice ale bacteriilor și constau de obicei din combinații de 20 de aminoacizi. Bacteriile conțin acid diaminopimelic (DAP), care este absent în celulele umane și animale. Bacteriile conțin peste 2000 de proteine diferite care se află în componente structurale și sunt implicate în procesele metabolice. Majoritatea proteinelor au activitate enzimatică. Proteinele unei celule bacteriene determină antigenitatea și imunogenitatea, virulența și speciile de bacterii.

Acizii nucleici ai bacteriilor îndeplinesc funcții similare cu acizii nucleici ai celulelor eucariote: molecula de ADN sub formă de cromozom este responsabilă de ereditate, acizi ribonucleici(informaționale, sau matriceale, de transport și ribozomale) sunt implicate în biosinteza proteinelor.

Bacteriile pot fi caracterizate (taxonomic) prin conținutul sumei de guanină și citozină (GC) în procente molare (M%) din numărul total de baze ADN. O caracterizare mai precisă a microorganismelor este hibridizarea ADN-ului lor. Baza metodei de hibridizare

ADN - capacitatea ADN-ului denaturat (monocatenar) de a renatura, de ex. se combină cu o catenă complementară de ADN pentru a forma o moleculă de ADN dublu catenar.

Sunt reprezentați carbohidrații bacterieni substanțe simple(mono- și dizaharide) și compuși complecși. Polizaharidele se găsesc adesea în capsule. Unele polizaharide intracelulare (amidon, glicogen etc.) sunt nutrienți de rezervă.

Lipidele fac în principal parte din membrana citoplasmatică și derivații acesteia, precum și din peretele celular bacterian, de exemplu, membrana exterioară, unde, pe lângă stratul biomolecular de lipide, există LPS. Lipidele pot acționa ca nutrienți de rezervă în citoplasmă. Lipidele bacteriene sunt reprezentate de fosfolipide, acizi grași și gliceride. Nai cantitate mare lipidele (până la 40%) conțin Mycobacterium tuberculosis.

Mineralele bacteriene se găsesc în cenușă după ce celulele sunt arse. Fosfor, potasiu, sodiu, sulf, fier, calciu, magneziu, precum și oligoelemente (zinc, cupru, cobalt, bariu, mangan, etc.) sunt detectate în cantități mari. Ele sunt implicate în reglarea presiunii osmotice, a pH-ului. , potențialul redox, activarea enzimelor, fac parte din enzime, vitamine și componente structurale ale celulelor microbiene.

Nutriția bacteriilor

Caracteristicile nutriției unei celule bacteriene constau în aportul de substraturi nutritive în interior pe întreaga sa suprafață, precum și în rata ridicată a proceselor metabolice și adaptarea la condițiile de mediu în schimbare.

Tipuri de alimente. Distribuția largă a bacteriilor este facilitată de o varietate de tipuri de alimente. Microorganismele au nevoie de carbohidrați, azot, sulf, fosfor, potasiu și alte elemente. În funcție de sursele de carbon pentru nutriție, bacteriile sunt împărțite în autotrofe (din greacă autos - în sine, trophe - hrană), care folosesc dioxid de carbon CO 2 și alți compuși anorganici pentru a-și construi celulele și heterotrofe (din grecescul heteros - un altul). , trof - hrană), hrănindu-se cu compuși organici gata preparati. Bacteriile autotrofe sunt bacterii nitrificatoare care se găsesc în sol; bacterii sulfuroase care trăiesc în apă cu hidrogen sulfurat; bacterii de fier care trăiesc în apă cu fier feros etc.

În funcție de substratul oxidabil, numit donor de electroni sau hidrogen, microorganismele sunt împărțite în două grupe. Microorganismele care folosesc compuși anorganici ca donatori de hidrogen sunt numite litotrofe (din grecescul lithos - piatră), iar microorganismele care folosesc compuși organici ca donatori de hidrogen sunt numite organotrofe.

Având în vedere sursa de energie, fototrofele se disting printre bacterii, adică. fotosintetice (de exemplu, alge albastre-verzi care folosesc energia luminii) și chimiotrofe care au nevoie de surse de energie chimică.

factori de crestere. Microorganismele pentru creșterea pe medii nutritive necesită anumite componente suplimentare, care se numesc factori de creștere. Factorii de creștere sunt compuși necesari microorganismelor pe care ei înșiși nu îi pot sintetiza, așa că trebuie adăugați în mediile nutritive. Printre factorii de creștere se numără: aminoacizii necesari pentru construirea proteinelor; purine și pirimidine, care sunt necesare pentru formarea acizilor nucleici; vitamine care fac parte din unele enzime. Pentru a desemna relația dintre microorganisme și factorii de creștere, se folosesc termenii „auxotrofe” și „prototrofe”. Auxotrofii au nevoie de unul sau mai mulți factori de creștere; prototrofei pot sintetiza ei înșiși compușii necesari creșterii. Sunt capabili să sintetizeze componente din săruri de glucoză și amoniu.

Mecanisme de putere. Admitere diverse substanțeîntr-o celulă bacteriană depinde de mărimea și solubilitatea moleculelor lor în lipide sau apă, pH-ul mediului, concentrația de substanțe, diverși factori ai permeabilității membranei etc. Peretele celular permite trecerea moleculelor și ionilor mici, reținând macromolecule care cântăresc mai mult de 600 D. Principalul regulator al pătrunderii substanţelor în celulă este membrana citoplasmatică. Este posibil să se distingă în mod condiționat patru mecanisme pentru pătrunderea nutrienților într-o celulă bacteriană: acestea sunt difuzia simplă, difuzia facilitată, transportul activ și translocarea grupului. Cel mai simplu mecanism de intrare a substanțelor în celulă este difuzia simplă, în care mișcarea substanțelor are loc datorită diferenței de concentrație a acestora pe ambele părți ale membranei citoplasmatice. Substanțele trec prin partea lipidică a membranei citoplasmatice (molecule organice, medicamente) și mai rar prin canalele pline cu apă din membrana citoplasmatică. Difuzia pasivă se realizează fără consum de energie.

Difuzia facilitată apare și ca urmare a diferenței de concentrație a substanțelor de pe ambele părți ale membranei citoplasmatice. Totuși, acest proces se realizează cu ajutorul moleculelor purtătoare localizate în membrana citoplasmatică și care posedă specificitate. Fiecare purtător transportă substanța corespunzătoare prin membrană sau o transferă către o altă componentă a membranei citoplasmatice - purtătorul însuși.

Proteinele purtătoare pot fi permeaze, al căror loc de sinteză este membrana citoplasmatică. Difuzia facilitată are loc fără consum de energie, substanțele trec de la o concentrație mai mare la una mai mică.

Transportul activ are loc cu ajutorul permeazelor și are ca scop transferul de substanțe de la o concentrație mai mică la una mai mare, adică. ca împotriva curentului, prin urmare, acest proces este însoțit de cheltuirea energiei metabolice (ATP), care se formează ca urmare a reacțiilor redox din celulă.

Transferul (translocarea) grupărilor este similar cu transportul activ, diferă prin faptul că molecula transferată este modificată în procesul de transfer, de exemplu, este fosforilată. Ieșirea substanțelor din celulă se realizează prin difuzie și cu participarea sistemelor de transport - enzime ale bacteriilor. Enzimele își recunosc metaboliții (substraturile), interacționează cu ei și accelerează reacții chimice. Enzimele sunt proteine implicate în procesele de anabolism (sinteză) și catabolism (dezintegrare), adică. metabolism. Multe enzime sunt interconectate cu structurile celulei microbiene. De exemplu, în membrana citoplasmatică există enzime redox implicate în respirație și diviziunea celulară; enzime care asigură nutriția celulelor, etc. Enzimele redox ale membranei citoplasmatice și derivații acesteia furnizează energie pentru procesele intensive de biosinteză a diferitelor structuri, inclusiv a peretelui celular. Enzimele asociate cu diviziunea celulară și autoliza se găsesc în peretele celular. Așa-numitele endoenzime catalizează metabolismul care are loc în interiorul celulei.

Exoenzimele sunt secretate de celulă în mediu inconjurator, împărțind macromoleculele substraturilor nutritive la conexiuni simple absorbite de celulă ca surse de energie, carbon etc. Unele exoenzime (penicilinaza etc.) inactivează antibioticele, îndeplinind o funcție de protecție.

Există enzime constitutive și inductibile. Enzimele constitutive includ enzime care sunt sintetizate de celulă în mod continuu, indiferent de prezența substraturilor în mediul nutritiv. Enzimele inductibile (adaptative) sunt sintetizate de către o celulă bacteriană numai dacă există un substrat pentru această enzimă în mediu. De exemplu, p-galactozidaza practic nu este formată de Escherichia coli pe un mediu cu glucoză, dar sinteza ei crește brusc atunci când este cultivată pe un mediu cu lactoză sau altă p-galactozidoză.

Unele enzime (așa-numitele enzime de agresiune) distrug țesuturile și celulele, provocând o distribuție largă a microorganismelor și a toxinelor acestora în țesutul infectat. Aceste enzime includ hialuronidază, colagenaza, deoxiribonucleaza, neuraminidaza, lecitovitellaza, etc. Astfel, hialuronidază streptococică, scindarea acid hialuronicțesutul conjunctiv, favorizează răspândirea streptococilor și a toxinelor acestora.

Sunt cunoscute peste 2000 de enzime. Ele sunt combinate în șase clase: oxidoreductaze - enzime redox (include dehidrogenaze, oxidaze etc.); transferazele care transferă radicali și atomi individuali de la un compus la altul; hidrolaze care accelerează reacțiile de hidroliză, adică. scindarea substantelor in altele mai simple cu adaugarea de molecule de apa (esteraze, fosfataza, glicozidaza etc.); liazele care scindează grupările chimice din substraturi într-un mod nehidrolitic (carboxilaze etc.); izomeraze care convertesc compușii organici în izomerii lor (fosfohexoizomeraza etc.); ligaze, sau sintetaze, accelerând sinteza compușilor complecși din cei mai simpli (asparagin sintetaza, glutamin sintetaza etc.).

Diferențele de compoziție enzimatică sunt utilizate pentru identificarea microorganismelor, deoarece acestea determină diferitele lor proprietăți biochimice: zaharolitice (descompunerea zaharurilor), proteolitice (descompunerea proteinelor) și altele, identificate prin produșii finali de degradare (formarea de alcaline, acizi, hidrogen sulfurat). , amoniac etc.).

Enzimele microorganismelor sunt folosite în inginerie genetică (enzime de restricție, ligaze etc.) pentru a obține biologic compuși activi, acetic, lactic, citric și alți acizi, produse de acid lactic, în vinificație și în alte industrii. Enzimele sunt folosite ca bioaditivi în pulberile de spălat (Oka, etc.) pentru a distruge poluarea cu proteine.

Bacteriile din respirație

Respirația sau oxidarea biologică se bazează pe reacții redox care au loc odată cu formarea ATP, acumulatorul universal de energie chimică. Energia este necesară unei celule microbiene pentru activitatea sa vitală. La respiratie au loc procesele de oxidare si reducere: oxidare - returnarea hidrogenului sau electronilor de catre donatori (molecule sau atomi); reducerea - adăugarea de hidrogen sau electroni la un acceptor. Acceptorul hidrogenului sau electronilor poate fi oxigenul molecular (o astfel de respirație se numește aerobă) sau nitrat, sulfat, fumarat (o astfel de respirație se numește anaerobă - nitrat, sulfat, fumarat). Anaerobioza (din greaca aeg - aer + bios - viata) - activitate vitala care are loc in lipsa oxigenului liber. Dacă donatorii și acceptorii hidrogenului sunt compuși organici, atunci acest proces se numește fermentație. În timpul fermentației, descompunerea enzimatică a compușilor organici, în principal a carbohidraților, are loc în condiții anaerobe. Luând în considerare produsul final al defalcării carbohidraților, se disting alcoolul, acidul lactic, acidul acetic și alte tipuri de fermentație.

În raport cu oxigenul molecular, bacteriile pot fi împărțite în trei grupe principale: obligate, i.e. obligatoriu, aerobi, anaerobi obligatorii și anaerobi facultativi.

Aerobii obligați pot crește doar în prezența oxigenului. Anaerobii obligați (clostridii de botulism, gangrenă gazoasă, tetanos, bacterioizi etc.) cresc numai într-un mediu fără oxigen, care este toxic pentru ei. În prezența oxigenului, bacteriile formează radicali de peroxid de oxigen, inclusiv peroxid de hidrogen și anion de oxigen superoxid, care sunt toxice pentru bacteriile anabolice obligatorii, deoarece nu formează enzimele de inactivare corespunzătoare. Bacteriile aerobe inactivează peroxidul de hidrogen și anionul superoxid cu enzimele corespunzătoare (catalază, peroxidază și superoxid dismutază). Anaerobii facultativi pot crește atât în prezența, cât și în absența oxigenului, deoarece sunt capabili să treacă de la respirație în prezența oxigenului molecular la fermentație în absența acestuia. Anaerobii facultativi sunt capabili să efectueze respirația anaerobă, numită nitrat: nitratul, care este un acceptor de hidrogen, se reduce la azot molecular și amoniac.Dintre anaerobii obligatorii se disting bacteriile aerotolerante care persistă în prezența oxigenului molecular, dar nu foloseste-l.

Pentru cultivarea anaerobilor în laboratoarele bacteriologice se folosesc anaerostate - recipiente speciale în care aerul este înlocuit cu un amestec de gaze care nu conțin oxigen. Aerul poate fi îndepărtat din mediile nutritive prin fierbere, folosind adsorbanți chimici de oxigen plasați în baloane anaerobe sau alte recipiente cu culturi.

Creșterea și reproducerea bacteriilor

Activitatea vitală a bacteriilor se caracterizează prin creștere - formarea componentelor structurale și funcționale ale celulei și creșterea celulei bacteriene în sine, precum și reproducere - auto-reproducere, ceea ce duce la creșterea numărului de celule bacteriene în populatia.

Bacteriile se reproduc prin fisiune binară în jumătate, mai rar prin înmugurire.

Actinomicetele, ca și ciupercile, se pot reproduce prin spori. Actinomicetele, fiind bacterii ramificate, se inmultesc prin fragmentarea celulelor filamentoase. Bacteriile gram-pozitive se divid prin creșterea în interior a partițiilor de diviziune sintetizate în celulă, iar bacteriile gram-negative se divid prin constrângere, ca urmare a formării unor figuri în formă de gantere, din care se formează două celule identice.

Diviziunea celulară este precedată de replicarea cromozomului bacterian după un tip semi-conservator (lanțul de ADN dublu catenar se deschide și fiecare catenă este completată de o catenă complementară), conducând la dublarea moleculelor de ADN ale nucleului bacterian - nucleoidul. Replicarea ADN-ului cromozomial se realizează din punctul de plecare ori (din engleză, origine - începutul).

Cromozomul unei celule bacteriene este conectat în regiunea ori cu membrana citoplasmatică. Replicarea ADN-ului este catalizată de ADN polimeraze. În primul rând, are loc derularea (despiralizarea) dublei catete ADN, rezultând formarea unei furci de replicare (lanțuri ramificate); unul dintre lanțuri, fiind completat, leagă nucleotide de la capătul 5 "- până la capătul 3", celălalt se completează segment cu segment.

Replicarea ADN-ului are loc în trei etape: inițiere, alungire sau creștere a lanțului și terminare. Cei doi cromozomi formați ca urmare a replicării diverg, ceea ce este facilitat de o creștere a dimensiunii celulei în creștere: cromozomii atașați la membrana citoplasmatică sau derivații acesteia (de exemplu, mezosomi) se îndepărtează unul de celălalt pe măsură ce volumul celulei. crește. Izolarea lor finală se încheie cu formarea unui sept de constricție sau diviziune. Celulele cu sept de diviziune diverg ca urmare a acțiunii enzimelor autolitice care distrug miezul septului de diviziune. În acest caz, autoliza poate avea loc în mod neuniform: celulele care se divide într-o zonă rămân conectate printr-o parte a peretelui celular în regiunea septului de diviziune. Astfel de celule sunt situate într-un unghi unul față de celălalt, ceea ce este tipic pentru corinebacteriile difterice.

Reproducerea bacteriilor într-un mediu nutritiv lichid. Bacteriile însămânțate într-un anumit volum, neschimbat al mediului nutritiv, înmulțindu-se, consumă substanțe nutritive, ceea ce duce ulterior la epuizarea mediului nutritiv și la încetarea creșterii bacteriene. Cultivarea bacteriilor într-un astfel de sistem se numește cultivare periodică, iar cultura se numește periodică. Dacă condițiile de cultivare sunt menținute prin furnizarea continuă de mediu nutritiv proaspăt și scurgerea aceluiași volum de fluid de cultură, atunci o astfel de cultivare se numește continuă, iar cultura se numește continuă.

La creșterea bacteriilor pe un mediu nutritiv lichid, se observă creșterea culturii aproape de fund, difuză sau de suprafață (sub formă de film). Creșterea unei culturi periodice de bacterii crescute pe un mediu nutritiv lichid este împărțită în mai multe faze sau perioade:

§ faza de lag;

§ faza de crestere logaritmica;

§ faza de crestere stationara, sau concentratie maxima

§ bacterii;

§ faza mortii bacteriene.

Aceste faze pot fi descrise grafic ca segmente ale curbei de reproducere bacteriană, care reflectă dependența logaritmului numărului de celule vii de momentul cultivării lor. Faza de întârziere (din engleză, lag - întârziere) - perioada dintre bacteriile de semănat și începutul reproducerii. Durata medie a fazei de întârziere este de 4,5 ore.Bacterii cresc în dimensiune și se pregătesc pentru divizare; Număr crescător acizi nucleici, proteine și alte componente. Faza de creștere logaritmică (exponențială) este o perioadă de diviziune intensivă a bacteriilor.

Durata sa este de aproximativ 5,6 ore.În condiții optime de creștere, bacteriile se pot împărți la fiecare 20-40 de minute. În această fază, bacteriile sunt cele mai vulnerabile, ceea ce se explică prin sensibilitatea ridicată a componentelor metabolice ale unei celule cu creștere rapidă la inhibitorii sintezei proteinelor, acizii nucleici etc. Apoi, începe faza de creștere staționară, în care numărul de celulele viabile rămân neschimbate, constituind nivelul maxim (M-concentration) . Durata sa este exprimată în ore și variază în funcție de tipul de bacterii, de caracteristicile acestora și de cultivare. Procesul de creștere bacteriană este finalizat de faza morții, care se caracterizează prin moartea bacteriilor în condiții de epuizare a surselor de nutrienți și acumularea de produse metabolice bacteriene în ea. Durata acestuia variază de la 10 ore la câteva săptămâni. Intensitatea creșterii și reproducerii bacteriilor depinde de mulți factori, printre care compoziția optimă a mediului nutritiv, potențialul redox, pH-ul, temperatura etc.

Reproducerea bacteriilor pe un mediu nutritiv dens. Bacteriile care cresc pe medii nutritive solide formează colonii izolate de formă rotundă, cu margini netede sau neregulate (forme S și R; vezi capitolul 5), de consistență și culoare variabile, în funcție de pigmentul bacteriei.

Pigmenții solubili în apă difuzează în mediul nutritiv și îl colorează, de exemplu, Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) colorează albastrul mediu. Un alt grup de pigmenți este insolubil în apă, dar solubil în solvenți organici. Astfel, coloniile „bețului minunat” au un pigment roșu-sânge care este solubil în alcool. Și, în sfârșit, există pigmenți care nu sunt insolubili nici în apă și nici în compuși organici.

Cei mai comuni pigmenți printre microorganisme sunt carotenii, xantofilele și melaninele. Melaninele sunt pigmenți insolubili de culoare neagră, maro sau roșie, sintetizați din compuși fenolici. Melaninele, împreună cu catalaza, superoxid cismutaza și peroxidazele, protejează microorganismele de efectele radicalilor toxici de peroxid de oxigen. Mulți pigmenți au efecte antimicrobiene, asemănătoare antibioticelor.

Aspectul, forma, culoarea și alte caracteristici ale coloniilor pe un mediu nutritiv dens pot fi luate în considerare la identificarea bacteriilor, precum și la selectarea coloniilor pentru a obține culturi pure.

În condiții industriale, la obținerea biomasei de microorganisme pentru prepararea de antibiotice, vaccinuri, diagnosticare, eubiotice, cultivarea bacteriilor și ciupercilor se realizează în fermentatoare cu respectarea strictă a parametrilor optimi pentru creșterea și reproducerea culturilor (vezi capitolul 6).

PRELEZA Nr. 5.

VIROLOGIE.

Toți virușii există în două forme calitativ diferite. forma extracelulara - virion - include toate elementele constitutive ale unei particule de virus. forma intracelulara - virus - poate fi reprezentat de o singură moleculă de acid nucleic, tk. Odată ajuns în celulă, virionul se descompune în elementele sale constitutive. În același timp, un virus intracelular este o formă autoreplicabilă care este incapabilă de divizare. Pe această bază, definirea unui virus presupune o diferență fundamentală între formele celulare de existență (bacterii, ciuperci, protozoare) care se reproduc prin diviziune și o formă de replicare care se reproduce dintr-un acid nucleic viral. Dar acest lucru nu se limitează la caracteristicile distinctive ale virușilor față de pro- și eucariote. Diferențele fundamentale includ:

1. prezența unui tip de acid nucleic (ADN sau ARN);

2. lipsa structurii celulare și a sistemelor de sinteză a proteinelor;

3. posibilitatea de integrare în genomul celular și replicare sincronă.

Forma virionului poate fi foarte diferită (în formă de tijă, elipsoid, sferic, filamentos, sub formă de spermatozoid), ceea ce este unul dintre semnele apartenenței taxonomice a acestui virus.

Dimensiunile virusurilor sunt atât de mici încât sunt comparabile cu grosimea membranei celulare. Cele mai mici (parvovirusuri) au o dimensiune de 18 nm, iar cele mai mari (virusul variolei) au aproximativ 400 nm.

Clasificarea virusurilor se bazează pe tipul de acid nucleic care formează genomul, ceea ce a făcut posibilă distingerea a două sub-regnu:

ribovirusuri- virusuri cu ARN sau ARN;

dezoxiribovirusuri- Viruși cu ADN sau ADN.

Subregurile sunt împărțite în Familii, Subfamilii, Genuri și Specii.

La sistematizarea virusurilor, au fost identificate următoarele criterii principale: asemănarea acizilor nucleici, mărimea, prezența sau absența unei supercapside, tipul de simetrie a nucleocapsidei, caracteristicile acizilor nucleici, polaritatea, numărul de catene din moleculă. , prezența segmentelor, prezența enzimelor, localizarea intranucleară sau citoplasmatică, structura antigenică și imunogenitatea, tropismul pentru țesuturi și celule, capacitatea de a forma corpi de incluziune. Un criteriu suplimentar este simptomatologia leziunilor, adică. capacitatea de a provoca infecții generalizate sau specifice unui organ.

După organizarea structurală, ele disting pur și simplu organizat („gol”)Și organizat complex („îmbrăcat”) virusuri.

Structura unui virion simplu este dispusă în așa fel încât acid nucleic viral, acestea. materialul genetic al virusului este protejat în mod fiabil de o înveliș proteic simetric - capside, a căror combinație funcțională și morfologică formează nucleocapsidă.

Capsida are o structură strict ordonată, bazată pe principiile simetriei elicoidale sau cubice. Este format din subunități de aceeași structură - capsomere organizate în unul sau două straturi. Numărul de capsomere este strict specific fiecărei specii și depinde de mărimea și morfologia virionilor. Capsomerele, la rândul lor, sunt formate din molecule de proteine - protomeri. Ei pot fi monomeric - compus dintr-o singură polipeptidă sau polimeric - compus din mai multe polipeptide. Simetria capsidei se explică prin faptul că pentru împachetarea genomului este necesar un număr mare de capsomere, iar conexiunea compactă a acestora este posibilă numai cu o dispunere simetrică a subunităților. Formarea unei capside seamănă cu procesul de cristalizare și se desfășoară conform principiului auto-asamblarii. Principalele funcții ale capsidei sunt determinate de protecția genomului viral de influențe externe, asigurând adsorbția virionului pe celulă, pătrunderea genomului în celulă ca urmare a interacțiunii capsidei cu receptorii celulari, si determina proprietatile antigenice si imunogene ale virionilor.

Nucleocapsidul urmează simetria capsidei. La simetrie spirală interacțiunea acidului nucleic și a proteinei din nucleocapsidă se realizează de-a lungul unei axe de rotație. Fiecare virus cu simetrie elicoidală are o lungime, lățime și periodicitate caracteristice. Majoritatea virusurilor patogenice umane, inclusiv virusul gripal, au simetrie elicoidală. Organizarea după principiul simetriei elicoidale conferă virușilor o formă asemănătoare tijei sau filamentoase. Acest aranjament de subunități formează un canal gol, în interiorul căruia molecula de acid nucleic viral este compactă. Lungimea sa poate fi de multe ori mai mare decât lungimea virionului. Virusul mozaic al tutunului, de exemplu, are o lungime a virionului de 300 nm, iar ARN-ul său ajunge la 4000 nm. Cu o astfel de organizare, învelișul proteic protejează mai bine informațiile ereditare, dar necesită mai multe proteine, deoarece. învelișul este format din blocuri relativ mari. La simetrie cubică acidul nucleic este înconjurat de capsomere, formând un icosaedru - un poliedru cu 12 vârfuri, 20 de fețe triunghiulare și 30 de colțuri. Organizarea virionului după acest principiu conferă virusurilor o formă sferică. Principiul simetriei cubice este cel mai economic pentru formarea unei capside închise, deoarece pentru organizarea sa se folosesc blocuri proteice mici, formând un spațiu intern mare în care se încadrează liber acidul nucleic.

Unii bacteriofagi au dublă simetrie, când capul este organizat conform principiului cubic, iar procesul - conform principiului simetriei spirale.

Pentru virușii mari, fără simetrie permanentă.

O componentă structurală și funcțională integrală a nucleocapsidei sunt proteine interne, asigurând ambalarea corectă supercoiled a genomului, îndeplinind funcții structurale și enzimatice.

Specificitatea funcțională a enzimelor virale este determinată de locul de localizare a acestora și de mecanismul de formare. Pe baza acestui fapt, enzimele virale sunt împărțite în induse de virusȘi virion. Primele sunt codificate în genomul viral, cele din urmă fac parte din virioni. Enzimele virionului sunt, de asemenea, împărțite în două grupe funcționale: enzimele din primul grup asigură pătrunderea acizilor nucleici virali în celulă și ieșirea populațiilor fiice; enzimele din al doilea grup sunt implicate în procesele de replicare și transcriere a genomului viral. Alături de ai lor, virușii folosesc în mod activ enzime celulare care nu sunt specifice virusului. Dar activitatea lor poate fi modificată în timpul reproducerii virusului.

Există un grup de așa-numite. complex sau virusuri „imbracate”., care, spre deosebire de "gol", au o înveliș specială de lipoproteine deasupra capsidei - supercapside sau peplos, organizat printr-un strat dublu de lipide și glicoproteine virale specifice care pătrund în stratul dublu lipidic și formând excrescente-spini(contoare de cenusa sau proteine supercapside ). Proteinele supercapside de suprafață sunt o componentă importantă care facilitează pătrunderea virusurilor în celulele susceptibile. Acestea sunt proteinele speciale, numite proteine F ( fuzio - fuziune), se asigură fuziunea supercapsidelor virale și a membranelor celulare. Supercapsidul se formează în etapele ulterioare ale ciclului reproductiv în timpul înmuguririi populațiilor fiice și este o structură derivată din membranele unei celule infectate cu virus. Astfel, compoziția lipidelor depinde de natura „muguririi” particulei virale. De exemplu, în virusul gripal, compoziția stratului dublu lipidic este similară cu cea a membranelor celulare. Deoarece herpesvirusurile înmuguresc prin membrana nucleară, setul de lipide din supercapside lor reflectă compoziția membranei nucleare. Zaharurile care alcătuiesc glicoproteinele provin, de asemenea, din celula gazdă.

Pe suprafața interioară a supercapsidei, așa-numita. proteine de matrice (proteine M) se formează un strat structural care favorizează interacțiunea supercapsidei cu nucleocapside, ceea ce este extrem de important în etapele finale ale autoasamblarii virionului.

Cu toate acestea, principala componentă structurală și funcțională a virusului este gena sa, care determină toate proprietățile particulei virale, atât în interiorul, cât și în exteriorul celulei țintă. Genomul codifică informații despre proprietățile morfologice, biochimice, patogene și antigenice ale purtătorului său. Genomul particulei virale este haploid. Acizii nucleici sunt reprezentați de molecule de ARN monocatenar sau molecule de ADN dublu catenar. Excepție fac reovirusurile, al căror genom este format din două catene de ARN și parvovirusurile, în care genomul este reprezentat ca o singură catenă de ADN. Virușii conțin un singur tip de acid nucleic.

ADN viral sunt organizate sub formă de structuri circulare supraînfăşurate sau liniare, legate covalent, cu greutăţi moleculare de la 1 x 106 la 1 x 108, care este de 10 până la 100 de ori mai mică decât greutatea moleculară a ADN-ului bacterian. Genomul conține până la câteva sute de gene. Transcrierea ADN-ului viral are loc în nucleul celulei infectate . Secvențele de nucleotide apar o dată, dar la capetele moleculei există secvențe de nucleotide care se repetă directe și inversate (180 o extinse). Acest lucru asigură capacitatea moleculei de ADN de a se închide într-un inel. În plus, sunt un fel de markeri ai ADN-ului viral.

ARN viral sunt reprezentate de molecule monocatenare și dublu catenare și în felul lor compoziție chimică nu se pot distinge de ARN-ul celular. Moleculele monocatenar pot fi segmentate, ceea ce duce la o creștere a capacității de codare a genomului. În plus, au regiuni elicoidale, cum ar fi dublu helix al ADN-ului, format prin împerecherea bazelor azotate complementare. ARN-ul dublu catenar poate fi liniar sau circular.

În funcție de specificul comportamentului intracelular și de funcțiile îndeplinite, ARN-urile virale sunt împărțite în grupuri:

1. ARN cu catenă plus, care au capacitatea de a traduce informațiile codificate în ea în ribozomii celulei țintă, adică funcţionează ca ARNm. ARN-urile virusurilor cu catenă plus au capete caracteristice modificate în formă de capac, necesare pentru recunoașterea specifică a ribozomilor. Ele se numesc catene plus sau genom pozitiv.

2. Catenele negative de ARN sunt incapabili să traducă informația genetică direct în ribozomi și nu pot funcționa ca ARNm. Cu toate acestea, ele sunt un șablon pentru sinteza ARNm. Ele sunt numite fire minus sau gene negative.

3. fire duble, dintre care unul funcționează ca -ARN, celălalt, complementar acestuia, ca +ARN.

Mulți acizi nucleici virali + ARN și virusuri care conțin ADN sunt infecțioși în sine, deoarece conțin toată informația genetică necesară pentru sinteza de noi particule virale. Această informație se realizează după pătrunderea virionului în celula sensibilă. ARN-urile dublu catenare și majoritatea -ARN-urilor nu pot prezenta proprietăți infecțioase.

Interacțiunea unui virus cu o celulă țintă este un proces complex și în mai multe etape de coexistență a două forme de materie vie - precelulară și celulară. Aici se manifestă întregul complex al efectelor genomului viral asupra proceselor de biosinteză codificate genetic ale celulei gazdă.

Implementarea ciclului reproductiv depinde în mare măsură de tipul de infecție a celulei și de natura interacțiunii virusului cu o celulă sensibilă (posibil să fie infectată).

Într-o celulă infectată cu virus, virușii pot fi în diferite stări:

1. reproducerea a numeroși noi virioni;

2. prezența acidului nucleic al virusului în stare integrată cu cromozomul celulei sub formă de provirus;

3. existenţa în citoplasma celulei sub formă de acizi nucleici circulari asemănătoare plasmidelor bacteriene.

Aceste afecțiuni determină o gamă largă de tulburări cauzate de virus: de la o infecție productivă pronunțată, care se termină cu moartea celulei, până la interacțiunea prelungită a virusului cu celula sub forma unei infecții latente (latente) sau a unei transformări maligne a celula.

Au fost identificate patru tipuri de interacțiuni virale cu o celulă sensibilă:

1. tip productiv - se încheie cu formarea unei noi generații de virioni și eliberarea acestora ca urmare a lizei celulelor infectate ( forma citolitica), sau ieșirea din celulă fără distrugerea acesteia ( formă necitolitică). În funcție de tipul non-citolitic de interacțiune, cel mai adesea apar infecții cronice persistente caracterizată prin formarea de populații fiice ale agentului patogen după finalizarea fazei acute a bolii. Moartea celulară este cauzată de suprimarea precoce a sintezei proteinelor celulare, acumularea de componente virale toxice și specific dăunătoare, deteriorarea lizozomilor și eliberarea enzimelor acestora în citoplasmă;

2. Tip integrativ , sau virogenie - caracterizată prin încorporarea (integrarea) ADN-ului viral sub formă de provirus în cromozomul celular și funcționarea ulterioară ca parte integrantă a acestuia cu co-replicare. Apare acest tip de interacțiune infecție latentă, lizogenie bacterianăȘi transformarea celulelor virale;

3. tip avortiv - nu se termină cu formarea de noi virioni, deoarece procesul infecțios în celulă este întrerupt într-una dintre etape. Apare atunci când un virus interacționează cu o celulă în repaus sau când o celulă este infectată cu un virus defect.

Atât virușii, cât și virionii pot fi defecte.

Viruși defecte există ca specii independente și sunt inferioare funcțional, tk. replicarea lor necesită un „virus de ajutor”, adică. defectul este determinat de inferioritatea genomului. Ele sunt împărțite în 3 grupe:

1. Particule interferente defecte, care sunt virioni care conțin doar o parte din informațiile genetice ale virusului original și se reproduc numai cu participarea unui „virus auxiliar” înrudit;

2. Viruși însoțitori diferă de cele anterioare prin faptul că pentru reproducerea lor necesită participarea oricărui „virus de ajutor”, nu neapărat înrudit;

3. Genoame integrate sunt provirusuri, adică genomi virali încorporați în cromozomul celulei, dar și-au pierdut capacitatea de a se transforma într-un virus cu drepturi depline;

Virionii defectealcătuiesc un grup care se formează în timpul formării unor populații fiice mari, iar defectivitatea acestora este determinată în principal de inferioritatea morfologică (capside goale, nucleocapside neînvelit etc.). O formă specială de virioni defecte - pseudovirioni, având o capsidă normală care conține o parte din propriul acid nucleic și fragmente din acidul nucleic al gazdei sau o parte din cromozomul celulei gazdă și o parte din acidul nucleic al unui alt virus.

Semnificația virusurilor defecte constă în capacitatea lor de a transfera material genetic de la o celulă donatoare la o celulă primitoare.

4. Interferența virusului - apare atunci când o celulă este infectată cu doi virusuri și nu apare cu nicio combinație de agenți patogeni. Interferența se realizează fie datorită inducerii de către un virus a inhibitorilor celulari care suprimă reproducerea altuia, fie datorită deteriorării aparatului receptor sau metabolismului celular de către primul virus, ceea ce exclude posibilitatea reproducerii celui de-al doilea. Distinge omolog(virusuri înrudite) și heterologă(virusuri neînrudite) interferențe.

În funcție de natura interacțiunii genomului virusului cu genomul celular, autonomȘi infecție de integrare. În timpul infecției autonome, genomul virusului nu este integrat în genomul celulei, în timp ce în timpul integrării are loc integrarea genomului viral în celulă.

Tip productiv de interacțiune între un virus și o celulă , adică Reproducerea virusului este o formă unică de exprimare a informațiilor genetice străine (virale) în celulele umane, animale, vegetale și bacteriene, care constă în subordonarea mecanismelor matrice-genetice celulare ale informațiilor virale. Acesta este cel mai complex proces de interacțiune între doi genomi, care are loc în 6 etape:

1. adsorbția virionilor;

2. pătrunderea virusului în celulă;

3. striparea și eliberarea genomului viral;

4. sinteza componentelor virale;

5. formarea virionilor;

6. eliberarea virionilor din celulă.

Primul stadiu de reproducere - adsorbţie, adică atașarea virionului la suprafața celulei. Se derulează în două etape. Primă fază - nespecifice datorită atracției ionice și a altor mecanisme de interacțiune dintre virus și celulă. Faza a doua - foarte specific, datorită omologiei și complementarității receptorilor celulelor sensibile și liganzilor proteici ai virusurilor care îi recunosc. Recunoașterea și interacțiunea proteinelor virale sunt numite atașamentși sunt reprezentate de glicoproteine, ca parte a învelișului lipoproteic al capsidei sau supercapsidei virusului.

Receptorii celulari specifici au o natura diferita, fiind proteine, lipide, componente glucide ale proteinelor si lipide. O celulă poate transporta de la zece până la o sută de mii de receptori specifici, ceea ce permite zeci și sute de virioni să pună picior pe ea. Numărul de particule virale infecțioase adsorbite pe o celulă definește termenul „multiplicitatea infecțiilor”. Cu toate acestea, o celulă infectată cu virus este, în majoritatea cazurilor, tolerantă la reinfectare cu un virus omolog.

Prezența receptorilor specifici stă la baza tropism viruși la anumite celule, țesuturi și organe.

Al doilea etapa - intrarea virusului în celulă se poate întâmpla în mai multe moduri.

1. Endocitoză dependentă de receptor apare ca urmare a captării și absorbției virionului de către o celulă sensibilă. În acest caz, membrana celulară cu virionul atașat se invaginează cu formarea unei vacuole intracelulare (endozom) care conține virusul. Apoi, învelișul lipoproteic al virusului fuzionează cu membrana endosomului și virusul intră în citoplasma celulei. Endozomii se combină cu lizozomii, care descompun componentele virale rămase.

2. Viropexis - constă în fuziunea supercapsidei virale cu membrana celulară sau nucleară și are loc cu ajutorul unui proteina de fuziune – F-veverita, care face parte din supercapside. Ca urmare a viropexisului, capsida se află în interiorul celulei, iar supercapsidul, împreună cu proteina, se integrează (înglobează) în membrana plasmatică sau nucleară. Inerent numai virusurilor complexe.

3. Fagocitoză - prin intermediul cărora virusurile pătrund în celulele fagocitare, ceea ce duce la fagocitoză incompletă.

Al treilea etapa - striparea și eliberarea genomului viral apare ca urmare a deproteinizării, modificării nucleocapsidei, îndepărtării structurilor virale de suprafață și eliberării unei componente interne care poate provoca un proces infecțios. Primele etape ale „dezbracării” încep chiar și în procesul de pătrundere în celulă prin fuziunea membranelor virale și celulare sau când virusul iese din endozom în citoplasmă. Etapele ulterioare sunt strâns legate de transportul lor intracelular la locurile de deproteinizare. Diferiți viruși au propriile lor site-uri de stripare specializate. Transportul la ele se realizează folosind vezicule intracelulare ale membranei, în care virusul este transferat la ribozomi, reticulul endoplasmatic sau la nucleu.

Al patrulea etapa - sinteza componentelor viraleîncepe în acest moment umbrită sau fazele eclipsei, care se caracterizează prin dispariţia virionului. Faza de umbră se termină după formarea componentelor componente ale virusului necesare pentru asamblarea populațiilor fiice. Virusul folosește aparatul genetic al celulei pentru aceasta, suprimând reacțiile sintetice necesare pentru ea însăși. Sinteza proteinelor și acizilor nucleici ai virusului, de ex. reproducerea sa, separată în timp și spațiu, se realizează în părți diferite celule şi se numeşte disjunctiv.

Într-o celulă infectată, genomul viral codifică sinteza a două grupe de proteine:

- proteine nestructurale, servind reproducerea intracelulară a virusului în diferitele sale stadii, care includ ARN sau ADN polimeraze care asigură transcripția și replicarea genomului viral, proteine reglatoare, precursori ai proteinelor virale, enzime care modifică proteinele virale;

- proteine structurale, care fac parte din virion (genomic, capsid și supercapsid).

Sinteza proteinelor în celulă se realizează în conformitate cu procesele transcrieri prin „rescrierea” informațiilor genetice din acidul nucleic în secvența de nucleotide a ARN-ului mesager (ARNm) și emisiuni(citirea) ARNm pe ribozomi pentru a forma proteine. Termenul "traducere" se referă la mecanismele prin care secvența bazelor nucleice ale ARNm este translată într-o secvență specifică de aminoacizi în polipeptida sintetizată. În acest caz, are loc discriminarea mARN-urilor celulare și procesele sintetice pe ribozomi trec sub control viral. Mecanismele de transmitere a informațiilor privind sinteza ARNm în diferite grupuri de virusuri nu sunt aceleași.

ADN dublu catenar care conține virusurile implementează informația genetică în același mod ca și genomul celular, conform schemei: ADN-ul genomic al virusului→ transcrierea ARNm→traducerea proteinelor virale. În același timp, virușii care conțin ADN, ai căror genomi sunt transcriși în nucleu, folosesc o polimerază celulară pentru acest proces, iar genomii cărora sunt transcriși în citoplasmă, propria lor polimerază ARN specifică virusului.

Genomul – virusuri care conțin ARN servește ca șablon din care este transcris ARNm, cu participarea ARN polimerazei specifice virusului. Sinteza lor proteică are loc conform schemei: ARN genomic al virusului→transcrierea ARNm→traducerea proteinelor virale.

Grupul de retrovirusuri care conțin ARN, care include virușii imunodeficienței umane și retrovirusurile oncogene, se deosebește. Au un mod unic de a transfera informații genetice. Genomul acestor virusuri este format din două molecule identice de ARN, adică. este diploid. Retrovirusurile conțin o enzimă specială specifică virusului - revers transcriptază, sau reversetase care desfăşoară procesul de transcriere inversă. Constă în următoarele: ADN-ul monocatenar complementar (ADNc) este sintetizat pe matrița de ARN genomic. Este copiat cu formarea de ADN complementar dublu catenar, care se integrează în genomul celular și este transcris în ARNm folosind ARN polimerază dependentă de ADN celular. Sinteza proteinelor acestor virusuri se realizează conform schemei: ARN genomic al virusului→ADN complementar→transcrierea ARNm→traducerea proteinelor virale.

Transcripția este reglată de mecanisme celulare și specifice virusului. Constă în citirea secvențială a informațiilor din așa-numitele. "din timp"Și genele „târzii”.. În prima, informația este codificată pentru sinteza enzimelor de transcripție și replicare specifice virusului, iar în cea din urmă, pentru sinteza proteinelor capsidelor.

Sinteza acizilor nucleici virali, de ex. replicarea genomului viral, duce la acumularea în celulă de copii ale genomilor virali originali, care sunt utilizate în asamblarea virionilor. Metoda de replicare depinde de tipul de acid nucleic al virusului, de prezența polimerazelor celulare și specifice virusului și de capacitatea virusurilor de a induce formarea de polimeraze în celulă.

Viruși ADN dublu catenar se replic în mod obișnuit semi-conservator: după ce catenele de ADN sunt nerăsucite, se completează noi catene complementare acestora. Fiecare moleculă de ADN nou sintetizată constă dintr-un părinte și o catenă sintetizată.

Viruși ADN monocatenarîn procesul de replicare, ADN polimerazele celulare sunt folosite pentru a crea un genom viral dublu catenar, așa-numitul. formă replicativă. În același timp, o catenă –ADN este sintetizată complementar pe catena inițială +ADN, care servește ca șablon pentru catena +ADN a noului virion.

Viruși monocatenar +ARN induce sinteza ARN polimerazei dependente de ARN în celulă. Cu ajutorul ei, pe baza catenei genomice +ARN, se sintetizează catena -ARN, se formează un ARN dublu temporar, numit intermediar de replicare. Constă dintr-o catenă +ARN completă și numeroase catene -ARN parțial completate. Când se formează toate catenele -ARN, ele sunt folosite ca șabloane pentru sinteza noilor catene +ARN.

Viruși ARN monocatenar conţin ARN polimerază dependentă de ARN. Catenul genomic –ARN este transformat de polimeraza virală în catene +ARN incomplete și complete. Copiile incomplete acționează ca ARNm pentru sinteza proteinelor virale, iar copiile complete sunt un șablon pentru sinteza catenei de ARN genomic a descendenților.

Viruși ARN dublu catenar se replic în mod similar cu virusurile ARN monocatenar. Diferența este că catenele +ARN formate în timpul transcripției funcționează nu numai ca ARNm, ci participă și la replicare. Sunt o matrice pentru sinteza catenelor de ARN. Împreună, formează virionii ARN dublu catenar genomici.

Viruși diploizi + ARN sau retrovirusuri se replica cu ajutorul revers transcriptazei virale, care sintetizează o catenă de ADN pe șablonul virusului ARN, din care este copiată catena +ADN pentru a forma o catenă dublă de ADN închisă într-un inel. Apoi, dubla catenă de ADN se integrează cu cromozomul celulei, formând un provirus. Numeroși ARN-uri virionali se formează ca rezultat al transcripției uneia dintre catenele ADN-ului integrat cu participarea ARN polimerazei dependente de ADN celular.

a cincea etapa - ansamblu virion are loc într-o manieră ordonată. auto-asamblare când părțile constitutive ale virionului sunt transportate la locurile de asamblare ale virusului. Acestea sunt zone specifice ale nucleului și citoplasmei, numite complexe de replicare. Legătura componentelor virionului se datorează prezenței legăturilor hidrofobe, ionice, de hidrogen și a corespondenței stereochimice.

Formarea virusurilor este un proces în mai multe etape, strict secvenţial, cu formarea unor forme intermediare care diferă de virionii maturi în compoziţia polipeptidelor. Ansamblul virusurilor aranjate simplu are loc pe complexe de replicare și constă în interacțiunea acizilor nucleici virali cu proteinele capsidelor și formarea de nucleocapside. În virusurile complexe, nucleocapsidele se formează mai întâi pe complexe de replicare, care interacționează apoi cu membranele celulare modificate, care sunt viitoarea înveliș de lipoproteine a virionului. În acest caz, asamblarea virusurilor care se replic în nucleu are loc cu participarea membranei nucleare, iar asamblarea virusurilor care se reproduc în citoplasmă se realizează cu participarea membranelor reticulului endoplasmatic sau membranei citoplasmatice, unde sunt înglobate glicoproteinele și alte proteine ale anvelopei virionului. În unele virusuri ARN complexe, o proteină matrice este implicată în asamblare - proteina M- care se află sub membrana celulară modificată de această proteină. Avand proprietati hidrofobe, actioneaza ca intermediar intre nucleocapsid si supercapsid. Virușii complexi în procesul de formare includ componente ale celulei gazdă în compoziția lor. Dacă procesul de auto-asamblare este încălcat, se formează virioni „defecte”.

şaselea etapa - eliberarea de particule virale din celulă completează procesul de reproducere a virusului și are loc în două moduri.

mod exploziv când virusurile lipsite de supercapsid provoacă distrugerea celulelor și intră în spațiul extracelular. Din celula moartă pleacă simultan număr mare virioni.

care înmugurește sau exocitoză , caracteristice virusurilor complexe, a căror supercapsidă este derivată din membranele celulare. În primul rând, nucleocapsidul este transportat în membranele celulare, care sunt deja încorporate cu proteine specifice virusului. În zona de contact, proeminența acestor zone începe cu formarea unui rinichi. Rinichiul format este separat de celulă sub forma unui virion complex. Procesul nu este letal pentru celulă, iar celula este capabilă să rămână viabilă mult timp, producând descendență virală.

Înmugurirea virusurilor care se formează în citoplasmă poate avea loc fie prin membrana plasmatică, fie prin membranele reticulului endoplasmatic și ale aparatului Golgi, urmată de ieșirea la suprafața celulei.

Virușii care se formează în mugurele nucleului în spațiul perinuclear prin învelișul nuclear modificat și sunt transportați la suprafața celulei ca parte a veziculelor citoplasmatice.

Tip integrativ de interacțiune virus-celulă (virogenie) este coexistența unui virus și a unei celule ca urmare a integrării acidului nucleic al virusului în cromozomul celulei gazdă, în care genomul viral se replic și funcționează ca o parte majoră a genomului celulei.

Acest tip de interacțiune este caracteristic bacteriofagelor moderati cu conținut de ADN, virusurilor oncogene și unor virusuri infecțioase care conțin ADN și ARN.

Integrarea necesită prezența unei forme circulare de ADN dublu catenar a virusului. Un astfel de ADN este atașat la ADN-ul celular la locul de omologie și este integrat într-o regiune specifică a cromozomului. În virusurile ARN, procesul de integrare este mai complex și începe cu un mecanism de transcripție inversă. Integrarea are loc după formarea unui transcript ADN dublu catenar și închiderea acestuia într-un inel.

Informațiile genetice suplimentare în timpul virogenei conferă noi proprietăți celulei, care pot provoca transformarea oncogenă a celulelor, boli autoimune și cronice.

Tip abortiv de interacțiune a virusului cu celula nu se termină cu formarea descendenților virali și poate apărea în următoarele condiții:

1. infectarea unei celule sensibile are loc cu un virus defect sau cu un virion defect;

2. infectarea cu un virus virulent a celulelor rezistente genetic la acesta;

3. infectarea unei celule sensibile cu un virus virulent în nepermisive condiţii (nepermisive).

Mai des, un tip de interacțiune avort este observat atunci când o celulă insensibilă este infectată cu un virus standard. Cu toate acestea, mecanismul rezistenței genetice nu este același. Poate fi asociat cu absența receptorilor specifici pe membrana plasmatică, incapacitatea acestui tip de celule de a iniția translația ARNm viral și absența proteazelor sau nucleazelor specifice necesare sintezei macromoleculelor virale.

Modificările în condițiile în care are loc reproducerea virusului pot duce, de asemenea, la interacțiuni abortive: o creștere a temperaturii corpului, o modificare a pH-ului în focarul inflamației, introducerea de medicamente antivirale etc. Cu toate acestea, atunci când condițiile nepermisive sunt eliminate, interacțiunea de tip abortiv se transformă într-una productivă cu toate consecințele care decurg.

Interacțiunea interferentă este determinată de starea de imunitate la infecția secundară a unei celule deja infectate cu un virus.

interferență heterologă apare atunci când infecția cu un virus blochează complet posibilitatea de replicare a celui de-al doilea virus în cadrul aceleiași celule. Unul dintre mecanisme este asociat cu inhibarea adsorbției unui alt virus prin blocarea sau distrugerea receptorilor specifici. Un alt mecanism este legat de inhibarea traducerii ARNm a oricărui ARNm heterolog din celula infectată.

Interferență omogenă tipic pentru multe virusuri defecte, în special pentru cele repassabile in vitro și o mare multiplicitate a infecțiilor. Reproducerea lor este posibilă numai atunci când celula este infectată cu un virus normal. Uneori, un virus defect poate interfera cu ciclul reproductiv al unui virus și al formei normale particule virale interferente defecte (DI). Particulele DI conțin doar o parte din genomul unui virus normal. Prin natura defectului, particulele DI sunt particule de deleție și pot fi considerate mutante letale. Proprietatea principală a particulelor DI este capacitatea de a interfera cu un virus omolog normal și chiar de a juca rolul de ajutoare în replicare. Capacitatea de a adsorbi și de a pătrunde în celulă este asociată cu structura normală a capsidei. Eliberarea și exprimarea unui acid nucleic defect duce la diverse efecte biologice: inhibă procesele sintetice din celulă, inhibă sinteza și transformarea proteinelor virusurilor normale din cauza interferenței omoloage. Circulația particulelor de DI și co-infecția cu un virus normal omolog determină apariția unor forme de boli indolente, pe termen lung, care este asociată cu capacitatea particulelor de DI de a se replica mult mai rapid datorită simplității genomului, în timp ce defectul populația are o scădere vizibilă a severității efectului citopatic caracteristic unui virus normal.

Procesul de interacțiune a virusului cu organismul în majoritatea cazurilor este citospecific și este determinat de capacitatea agentului patogen de a se multiplica în anumite țesuturi. Cu toate acestea, unii virusuri au o gamă mai largă de tropism și se reproduc într-o mare varietate de celule și organe.

Factorii de specificitate ai virusului responsabili de tropismul acestuia și varietatea celulelor afectate includ numărul de receptori specifici (atât în virion, cât și în celulă) care asigură interacțiunea deplină a virusului cu celula. Numărul de astfel de receptori este de obicei limitat.

În unele cazuri, însăși specificul fiziologic al celulelor și, prin urmare, organizarea lor bimoleculară, contribuie la manifestarea virulenței agentului patogen. De exemplu, proteina G a anvelopei virusului rabiei are o afinitate mare pentru receptorii neuronali de acetilcolină, ceea ce îi asigură capacitatea de a pătrunde în celulele țesutului nervos. Trebuie remarcat faptul că virusurile neurotropice provoacă boli deosebit de grave, deoarece celulele nervoase nu se regenerează. În plus, reproducerea agentului patogen îi face ținte pentru răspunsurile imune citotoxice.

Destul de des, virulența virusurilor crește din cauza mutațiilor. De o importanță deosebită în acest caz este capacitatea virusurilor de a inversa mutația genelor (reversie). Genele care codifică structura proteinelor le pot restabili structura și pot transforma tulpinile de virus anterior avirulente în cele virulente.

Nu mai puțin decât importanţă au si caracteristicile unui macroorganism susceptibil.

Vârstă este despre

- Acestea sunt cele mai mici particule de viață, sunt de 50 de ori mai mici decât bacteriile. De obicei, virușii nu pot fi văzuți la microscopul luminos, deoarece indivizii lor au mai mult de jumătate din lungimea de undă a luminii. Se numesc indivizii care se odihnesc ai unui virus virion. Virușii există în două forme: odihnindu-se, sau extracelular (particule virale sau virioni) și reproducerea, sau intracelular (complex "virus - celulă gazdă").

Formele virușilor sunt diferite, pot fi filiform, sferic, în formă de glonț, în formă de tijă, poligonal, în formă de cărămidă, cub, în timp ce unele au un cap cubic și proces. Fiecare virion este format din acid nucleic și proteine.

În virionii virusurilor, un singur tip de acid nucleic este întotdeauna prezent - fie ARN, fie ADN. Mai mult, atât unul cât și celălalt pot fi monocatenar și dublu catenar, iar ADN-ul poate fi liniar sau circular. ARN-ul în virusuri este întotdeauna doar liniar, dar poate fi reprezentat printr-un set de fragmente de ARN, fiecare dintre ele transportând o anumită parte a informației genetice necesare reproducerii. Prin prezența unui anumit acid nucleic, virușii sunt numiți care conțin ADN și care conțin ARN. De remarcat mai ales că, în regatul virusurilor, funcția de custode al codului genetic este îndeplinită nu numai de ADN, ci și de ARN (poate fi și dublu catenar).

Virușii au un aspect foarte simplu structura. Fiecare virus este format din doar două părți - miezȘi capside. Miezul virusului, care conține ADN sau ARN, este înconjurat de un înveliș proteic - capsid (lat. capsa- „recipient”, „cutie”, „carcasă”). Proteinele protejează acidul nucleic și provoacă, de asemenea, procese enzimatice și modificări minore ale proteinelor din capside. Capsidul constă dintr-un anumit fel stivuit din același tip de molecule de proteine - capsomere. De obicei, acesta este fie un tip de așezare în spirală (Fig. 22), fie un tip poliedru simetric(tip izometric) (Fig. 23).

Toți virușii sunt împărțiți condiționat în simpluȘi complex. Viruși simpli constau numai dintr-un miez cu acid nucleic și o capsidă. Viruși complexi pe suprafața capsidei proteice au și un înveliș exterior, sau supercapsid, conținând o membrană lipoproteică cu două straturi, carbohidrați și proteine (enzime). Acest înveliș exterior (supercapsid) este de obicei construit din membrana celulei gazdă. material de pe site

Pe suprafața capsidei există diverse excrescențe - vârfuri sau „garoafe” (se numesc fibre), și trage. Cu ele, virionul se atașează de suprafața celulei, în care apoi pătrunde. Trebuie remarcat faptul că la suprafața virusului există și speciale proteine de atașament, legarea virionului cu grupuri specifice de molecule - receptori(lat. recipio-„Primesc”, „Accept”), situat pe suprafața celulei în care pătrunde virusul. Unii virusi se ataseaza de receptorii proteici, altii de lipide, iar altii recunosc lanturile de carbohidrati din proteine si lipide. În procesul de evoluție, virusurile au „învățat” să recunoască celulele sensibile la acestea prin prezența unor receptori speciali pe suprafața celulară a gazdelor lor.

Morfologia și structura virusurilor sunt studiate cu ajutorul unui microscop electronic. Unul dintre cele mai mici este virusul poliomielitei (aproximativ 20 nm), cel mai mare este variola (aproximativ 350 nm).

Virușii sunt formați din următoarele componente principale:

1. Core - material genetic (ADN sau ARN) care poartă informații despre mai multe tipuri de proteine necesare formării unui nou virus.

2. O înveliș proteic, care se numește capsidă (din latinescul capsa - o cutie). Este adesea construit din subunități identice care se repetă - capsomere. Capsomerele formează structuri cu un grad înalt simetrie.

3. Membrană lipoproteică suplimentară (supercapsid). Se formează din membrana plasmatică a celulei gazdă și se găsește numai în virusuri relativ mari (gripa, herpes).

Schematic, structura unui virus care conține ARN cu un tip de simetrie elicoidal și un înveliș suplimentar de lipoprotein este prezentată în stânga în figură, secțiunea transversală mărită este prezentată în dreapta.

Capsida și învelișul suplimentar au funcții de protecție, parcă ar proteja acidul nucleic. În plus, ele contribuie la pătrunderea virusului în celulă. Se numește un virus complet format virion.

Forma virionilor depinde de modul în care subunitățile proteice sunt pliate în capsidă. Această stivuire poate avea simetrie elicoidală sau cubică. Bacteriofagii au un tip de simetrie mixt sau combinat.

Virusul mozaic al tutunului are atât subunități de ARN, cât și subunități proteice dispuse în spirală și este filamentos sau în formă de tijă. Cu această simetrie, învelișul proteic protejează mai bine acidul nucleic, dar necesită mai multe proteine decât cu simetria cubică. Numărul adevărat de subunități în diferiți virioni este de 60 sau un multiplu al acestei valori (420 de subunități pentru virusul poliom, 540 pentru reovirus, 960 pentru virusul herpes, 1500 pentru adenovirus).

Majoritatea virușilor cu caz închis au simetrie cubică. Se bazează pe diverse combinații de triunghiuri echilaterale (capsomere) formate din subunități proteice sferice. În acest caz, se pot forma tetraedre, octaedre și icosaedre. Icosaedrele au 20 de fețe triunghiulare și 12 vârfuri. Aceasta este cea mai eficientă și mai economică simetrie. Prin urmare, virusurile animale sferice au cel mai adesea forma unui icosaedru.

În virusul gripal, nucleocapsidul are o structură elicoidală în formă de tijă, iar învelișul lipoproteic al supercapsidei conferă virionului o formă sferică.

Numărul de capsomere pentru virusurile de acest tip este constant și are valoare diagnostică.

Virușii aranjați simplu au doar o capsidă (virusul polio), virușii complexi au și o supercapsidă (virusurile rujeolei, gripale).

Clasificarea virușilor se bazează pe următoarele categorii.

Cuprinsul subiectului „Tipuri de microorganisme. Viruși. Virion.”:
1. Microorganisme. Tipuri de microorganisme. Clasificarea microorganismelor. Prionii.
2. Viruși. Virion. Morfologia virusurilor. Dimensiunile virusului. acizi nucleici ai virusurilor.
3. Capside virusului. Funcțiile capsidei virușilor. Capsomere. Nucleocapsidul virusului. Simetria elicoidală a nucleocapsidei. Simetria cubică a capsidei.
4. Supercapsid virus. Viruși îmbrăcați. Virușii goi. Proteinele matricei (proteine M) ale virusurilor. reproducerea virusurilor.
5. Interacțiunea unui virus cu o celulă. Natura interacțiunii virus-celulă. Interacțiune productivă. Virogenie. Interferența virusului.
6. Tipuri de infecție celulară cu viruși. Ciclul reproductiv al virusurilor. Principalele etape ale reproducerii virusurilor. Adsorbția virionului la celulă.
7. Pătrunderea virusului în celulă. Viropexis. Dezbracarea virusului. Faza de umbră (faza de eclipsă) a reproducerii virusului. Formarea particulelor virale.
8. Transcrierea virusului în celulă. Traducerea virușilor.
9. Replicarea virusului în celulă. Colecție de viruși. Eliberarea virionilor descendenți din celulă. Viruși. Virion. Morfologia virusurilor. Dimensiunile virusului. acizi nucleici ai virusurilor.

forma extracelulara - virion- cuprinde toate elementele constitutive (capsidă, acid nucleic, proteine structurale, enzime etc.). forma intracelulara - virus- poate fi reprezentat de o singură moleculă de acid nucleic, întrucât, atunci când intră în celulă, virionul se descompune în elementele sale constitutive.

Morfologia virusurilor. Dimensiunile virusului.

Acizii nucleici ai virusurilor

Viruși conțin un singur tip de acid nucleic, DIC sau ARN, dar nu ambele tipuri în același timp. De exemplu, variola, herpesul simplex, virusurile Epstein-Barr conţin ADN, iar togavirusurile, picornavirusurile conţin ARN. Genomul particulei virale este haploid. Cel mai simplu genom viral codifică 3-4 proteine, cel mai complex - mai mult de 50 de polipeptide. Acizii nucleici sunt reprezentați de molecule de ARN monocatenar (cu excepția reovirusurilor, în care genomul este format din două catene de ARN) sau molecule de ADN dublu catenar (excluzând parvovirusurile, în care genomul este format dintr-o catenă de ADN). În virusul hepatitei B, catenele moleculei de ADN dublu catenar nu au aceeași lungime.

ADN viral formează structuri circulare, legate covalent, supracoilate (de exemplu, în papovavirusuri) sau liniare dublu catenar (de exemplu, în herpes și adenovirusuri). Greutatea lor moleculară este de 10-100 de ori mai mică decât masa ADN-ului bacterian. Transcrierea ADN-ului viral (sinteza ARNm) se realizează în nucleul unei celule infectate cu virus. În ADN-ul viral, la capetele moleculei, există secvențe de nucleotide care se repetă direct sau inversat (180" desfășurat). Prezența lor asigură capacitatea moleculei de ADN de a se închide într-un inel. Aceste secvențe, prezente în mod simplu și dublu. moleculele de ADN catenar, sunt un fel de markeri ADN virali.

Orez. 2-1. Dimensiunile și morfologia principalilor agenți patogeni infecții virale uman.

ARN viral reprezentate de molecule monocatenar sau dublu. Moleculele monocatenar pot fi segmentate - de la 2 segmente în arenavirusuri la 11 segmente în rotavirusuri. Prezența segmentelor duce la creșterea capacității de codare a genomului. ARN viral subdivizată în următoarele grupe: plus catene de ARN (+ARN), minus catene de ARN (-ARN). În diferite virusuri, genomul poate forma catene +ARN sau -ARN, precum și catene duble, dintre care una este -ARN, cealaltă (complementară acestuia) - +ARN.

ARN cu catenă plus sunt reprezentate de lanțuri simple cu terminații caracteristice („caps”) pentru recunoașterea ribozomilor. Acest grup include ARN-uri care pot traduce direct informațiile genetice pe ribozomii unei celule infectate cu virus, adică îndeplinesc funcțiile ARNm. Catenele Plus îndeplinesc următoarele funcții: servesc ca ARNm pentru sinteza proteinelor structurale, ca șablon pentru replicarea ARN și sunt împachetate într-o capsidă pentru a forma o populație fiică. Catenele minus de ARN nu sunt capabile să traducă informațiile genetice direct pe ribozomi, ceea ce înseamnă că nu pot funcționa ca ARNm. Cu toate acestea, astfel de ARN servesc ca modele pentru sinteza ARNm.

Infectivitate a acizilor nucleici ai virusurilor

Mulți acizi nucleici virali sunt infecțioase în sine, deoarece conțin toată informația genetică necesară pentru sinteza de noi particule virale. Această informație se realizează după pătrunderea virionului în celula sensibilă. Acizii nucleici ai majorității virusurilor care conțin +ARN și ADN prezintă proprietăți infecțioase. ARN-urile dublu catenare și majoritatea ARN-urilor nu sunt infecțioase.