Что такое вирусы и бактериофаги

Содержание
  1. Вирусы, что это такое? Виды, устройство, формы, размножение
  2. Строение вирусов
  3. Формы вирусов
  4. Проникновение вирусов в клетку-хозяина
  5. Размножение вирусов
  6. Вироиды
  7. Бактериофаги
  8. Характеристика бактериофагов
  9. Вирулентные и умеренные фаги
  10. Фаговая терапия
  11. Конспект по биологии
  12. Проникновение в клетку
  13. Вирусы — возбудители заболеваний
  14. Бактериофаги: полезные вирусы как замена антибиотикам
  15. Немного истории
  16. Как фаговые вирусы уничтожают бактерии?
  17. Почему бактериофаги называют вторым иммунитетом?
  18. Применяются ли бактериофаги в современной медицине?
  19. Вирусы бактериофаги: строение и описание
  20. Введение
  21. Общие данные
  22. Бактериофаг
  23. Значение
  24. Особенности строения
  25. Систематические данные
  26. Влияние на бактериальную клетку
  27. Циклы жизни
  28. Способы эксплуатации
  29. Бактериофаги: медицина будущего
  30. Бактериофаги – «пожиратели» бактерий
  31. Бактериофаговая активность. Маленькие пятна – область лизиса бактерий, вызванного фагами
  32. Бактерии vs. Человечество: глобальное сопротивление
  33. Легионеллы – патогенные грамотрицательные бактерии
  34. Антибиотики и бактериофаги – оружие против одного врага
  35. Структура типичного миовируса бактериофага
  36. Фаготерапия по-русски

Вирусы, что это такое? Виды, устройство, формы, размножение

Что такое вирусы и бактериофаги

Вирусы — это микроскопические патогены, заражающие клетки живых организмов для самовоспроизводства.

Они состоят из одного вида нуклеиновой кислоты (или ДНК или РНК, но не обе вместе), которая защищена оболочкой, содержащей белки, липиды, углеводы или их комбинацию.

Размер типичного вируса варьируется от 15 до 350 нм, поэтому его можно увидеть только с помощью электронного микроскопа.

В 1892 году русский ученый Д.И. Ивановский впервые доказал существование ранее неизвестного типа возбудителя болезней, это был вирус мозаичной болезни табака.

А в 1898 году Фридрих Лоффлер и Пол Фрош нашли доказательства того, что причиной ящура у домашнего скота была инфекционная частица, которая меньше, чем любая бактерия.

Это были первые шаги к изучению природы вирусов, генетических образований, которые лежат где-то в серой зоне между живыми и неживыми состояниями материи. На текущий момент описано около 6 тыс. вирусов, но их существует несколько миллионов.

Строение вирусов

Вне клеток-хозяев вирусы существуют в виде белковой оболочки (капсида), иногда заключенного в белково-липидную мембрану. Капсид обволакивает собой либо ДНК, либо РНК, которая кодирует элементы вируса. Находясь в такой форме вне клетки, вирус метаболически инертен и называется вирионом.

Простая структура, отсутствие органелл и собственного метаболизма позволяет некоторым вирусам кристаллизоваться, т.е. они могут вести себя подобно химическим веществам.

С появлением электронных микроскопов было установлено, что их кристаллы состоят из тесно прижатых друг к другу нескольких сотен миллиардов частиц.

В одном кристалле вируса полиомиелита столько частиц, что ими можно заразить не по одному разу всех жителей Земли.

Формы вирусов

Вирусы встречаются в трех основных формах. Они бывают:

  1. Сферическими (кубическими или полигидральными). Вирусы герпеса, типулы, полиомы и т.д.
  2. Спиральными (цилиндрическими или стержнеобразными). Вирусы табачной мозаики, гриппа, эпидемического паротита и др.
  3. Сложными. Например, бактериофаги.

Сфера, спираль и сложная ассиметричная формы вирусов (ПостНаука/)

Проникновение вирусов в клетку-хозяина

Капсид в основном защищает нуклеиновую кислоту от действия клеточного нуклеазного фермента.

Но некоторые белки капсида способствуют связыванию вируса с поверхностью клеток-хозяев, и работают, как ключики, вставляемые в нужные замочки.

Другие поверхностные белки действуют как ферменты, они растворяют поверхностный слой клетки-хозяина и таким образом помогают проникновению нуклеиновой кислоты вируса в клетку-хозяина.

Вирусные популяции используют механизмы и метаболизм клетки-хозяина, чтобы произвести множество своих копий, которые собираются в клетке, пока не «выжмут из нее все соки», а затем выходят из погибшей клетки. Это наиболее частый сценарий, но не единственный.

Жизненный цикл вирусов сильно отличается у разных видов, но существует шесть основных этапов жизненного цикла вирусов:

  1. Прикрепление
  2. Проникновение
  3. Сброс капсида («раздевание»)
  4. Репликация
  5. Сборка
  6. Выход из клетки

Присоединение к клетке-хозяину представляет собой специфическое связывание между вирусными капсидными белками и рецепторами на клеточной поверхности. Эта специфика определяет хозяина вируса.

Проникновение следует за прикреплением: вирионы проникают в клетку-хозяина через рецептор-опосредованный эндоцитоз или слияние мембран. Это часто называют вирусной записью.

Проникновение вирусов в клетку достигается за счет:

  • Образования пор
  • Слияния мембран
  • Ретракции пилуса
  • Выброса
  • Проницаемости
  • Механизмов эндоцитоза

Мембраны растительных и грибковых клеток отличаются от мембран животных клеток. Растения имеют жесткую клеточную стенку из целлюлозы, а грибы – из хитина, поэтому большинство вирусов могут проникать внутрь этих клеток только после травмы («пробивания») клеточной стенки.

Бактерии, как и растения, имеют прочные клеточные стенки, которые вирус должен разрушить, чтобы заразить клетку.

Учитывая, что бактериальные клеточные стенки намного тоньше стенок растительных клеток из-за их гораздо меньшего размера, некоторые вирусы выработали механизмы ввода своего генома в бактериальную клетку через клеточную стенку, оставляя вирусный капсид снаружи. У прокариот происходит слияние мембран, образование пор через прокалывающее устройство.

Размножение вирусов

После того, как вирусный геном освобождается от капсида, начинается его транскрипция или трансляция. Именно эта стадия вирусной репликации сильно различается между ДНК- и РНК-вирусами и вирусами с противоположной полярностью нуклеиновой кислоты. Этот процесс завершается синтезом новых вирусных белков и генома (точных копий внедрённых).

Механизм репликации зависит от вирусного генома.

  • ДНК-вирусы обычно используют белки и ферменты клетки-хозяина для получения дополнительной ДНК, она транскрибируется в РНК-мессенджер (мРНК), которая затем используется для управления синтезом белка.
  • РНК-вирусы обычно используют ядро ​​РНК в качестве матрицы для синтеза вирусной геномной РНК и мРНК. Вирусная мРНК направляет клетку-хозяина на синтез вирусных ферментов и капсидных белков и сборку новых вирионов. Конечно, есть исключения из этого шаблона. Если клетка-хозяин не обеспечивает ферменты, необходимые для репликации вируса, вирусные гены предоставляют информацию для прямого синтеза отсутствующих белков.

Чтобы преобразовать РНК в ДНК, вирусы должны содержать гены, которые кодируют вирус-специфический фермент обратной транскриптазы. Она транскрибирует матрицу РНК в ДНК. Обратная транскрипция никогда не происходит в неинфицированных клетках. Необходимый фермент, обратная транскриптаза, происходит только от экспрессии вирусных генов в инфицированных клетках.

После того, как процесс репликации «поставлен на поток», готовые копии вируса отпочковываются и заражают другие клетки-хозяина. Другим вариантом выхода вируса из клетки является лизис. В этом случае клетка разрывается, высвобождая копии вируса.

Вироиды

Вироиды – это наименьшие из известных патогенов, они представляют собой голые круглые одноцепочечные молекулы РНК, которые не кодируют белок капсида, а реплицируются автономно при попадании в клетку растения-хозяина. Первый вироид был открыт в 1971 году, и он вызывает болезнь картофеля («веретенообразность» клубней). С тех пор было обнаружено 29 других вироидов длиной от 120 до 475 нуклеотидов.

Вироиды заражают только растения. Одни вызывают экономически важные заболевания сельскохозяйственных культур, в то время как другие являются доброкачественными. Двумя примерами экономически важных вироидов являются кокосный cadang-cadang (он вызывает массовую гибель кокосовых пальм) и вироид рубцовой кожицы яблок, который безнадежно портит товарный вид яблок.

30 известных вироидов были классифицированы в две семьи.

  • Члены семейства Pospiviroidae, названные по имени вироида клубневого веретена картофеля, имеют палочковидную вторичную структуру с небольшими одноцепочечными областями, имеет центральную консервативную область, и реплицируются в ядре клетки.
  • Avsunviroidae, названный в честь вироида авокадо, имеет как палочковидную, так и разветвленную области, но не имеет центральной консервативной области и реплицируется в хлоропластах растительной клетки.

В отличие от вирусов, которые являются паразитами механизма трансляции хозяина, вироиды являются паразитами клеточных транскрипционных белков.

Бактериофаги

Бактериофаги являются вирусами, которые заражают и используют для своего размножения бактерии. Эти вирусы были независимо обнаружены Фредериком У. Твортом в Великобритании (1915 г.) и Феликсом д’Эрелем во Франции (1917 г.). D’Hérelle ввел термин бактериофаг, означающий «пожиратель бактерий», чтобы описать бактерицидную способность открытого им инфекционного агента.

Характеристика бактериофагов

Существуют тысячи разновидностей фагов, каждый из которых может заразить только один тип или несколько близких типов бактерий или архей. Фаги классифицируются по ряду семейств вирусов; например:

  • Inoviridae
  • Microviridae
  • Rudiviridae
  • Tectiviridae и т.д.

Как и все вирусы, фаги являются простыми организмами, которые состоят из ядра генетического материала (нуклеиновой кислоты), окруженного капсидом белка. Нуклеиновая кислота может представлять собой либо ДНК, либо РНК, и может быть двухцепочечной или одноцепочечной.

Существует три основных структурных формы фага:

  1. Икосаэдрическая (20-сторонняя) головка с хвостом
  2. Икосаэдрическая головка без хвоста
  3. Нитевидная форма

Вирулентные и умеренные фаги

Во время заражения фаг прикрепляется к бактерии и вставляет в нее свой генетический материал. После этого фаг обычно следует одному из двух жизненных циклов: литическому (вирулентному) или лизогенному (умеренному).

Литические, или вирулентные, фаги захватывают механизм клетки, чтобы скопировать компоненты фага. Затем они разрушают или лизируют клетку, высвобождая новые частицы фага.

Лизогенные, или умеренные, фаги включают свою нуклеиновую кислоту в хромосому клетки-хозяина и реплицируются с ней как единое целое, не разрушая клетку. При определенных условиях лизогенные фаги могут индуцироваться в соответствии с литическим циклом.

Существуют и другие жизненные циклы, в т.ч. псевдолизогенез и хроническая инфекция.

При псевдолизогении бактериофаг проникает в клетку, но не использует механизм репликации клеток и не интегрируется в геном хозяина, просто как бы прячется внутри бактерии, не нанося ей никакого вреда.

Псевдолизогенез возникает, когда клетка-хозяин сталкивается с неблагоприятными условиями роста и, по-видимому, играет важную роль в выживании фага, обеспечивая сохранение генома фага до тех пор, пока условия роста хозяина снова не станут благоприятными.

При хронической инфекции новые фаговые частицы образуются непрерывно и длительно, но без явного уничтожения клеток.

Фаговая терапия

Вскоре после открытия фаги начали использовать для лечения бактериальных заболеваний человека, таких как бубонная чума и холера. Но фаговая терапия тогда не была успешной, и после открытия антибиотиков в 1940-х годах она была практически заброшена. Однако с появлением устойчивых к антибиотикам бактерий терапевтическому потенциалу фагов уделяется все больше внимания.

Наше время с антибиотиками заканчивается. В 2016 году женщина в штате Невада умерла от бактериальной инфекции, вызванной Klebsiella pneumoniae, которая была устойчивой ко всем известным антибиотикам. Бактерии, устойчивые к колистину, антибиотику последней инстанции, были обнаружены на свинофермах в Китае. В настоящее время бактерии приспосабливаются к антибиотикам быстрее, чем когда-либо.

Тем временем ученым требуется десять или более лет, чтобы разработать новый антибиотик и получить разрешение на его применение. В итоге мы проигрываем бактериям в этой «гонке вооружений».

Человечеству срочно нужен альтернативный метод борьбы с бактериальными инфекциями.

Одним из самых перспективных методов уничтожения бактерий является использование бактериофагов: вирусов, которые заражают и убивают бактерии.

Источник: https://sci-news.ru/2019/viruses/

Конспект по биологии

Что такое вирусы и бактериофаги

Ключевые слова конспекта: неклеточные формы жизни, царство вирусы, фаги (бактериофаги)

Вирусы являются неклеточной формой жизни и занимают пограничное положение между неживой и живой матерней. Вирусы — внутриклеточные паразиты и могут проявлять свойства живых opганизмов, только попав внутрь клетки.

Отличия вирусов от неживой природы:

  1.  способность к размножению;
  2.  наследственность и изменчивость

Отличия вирусов от клеточных организмов:

  1.  не имеют клеточного строения;
  2.  не проявляют обмена веществ и энергии (метаболизма);
  3.  могут существовать только как внутриклеточные паразиты;
  4.  не увеличиваются в размерах (не растут);
  5.  имеют особый способ размножения;
  6. имеют только одну нуклеиновую кислоту — либо ДНК, либо РНК.

Вирусы существуют в двух формах:

  • покоящейся (внеклеточной), когда их свойства как живых систем не проявляются,
  • внутриклеточной, когда осуществляется размножение вирусов.

Простые вирусы (например, вирус табачной мозаики) состоят из молекулы нуклеиновой кислоты и белковой оболочки капсида. Некоторые более сложные вирусы (гриппа, герпеса и др.

) помимо белков капсида и нуклеиновой кислоты могут содержать липопротеиновую мембрану, углеводы и ряд ферментов. Белки защищают нуклеиновую кислоту и обусловливают ферментативные и антигенные свойства вирусов.

Форма капсида может быть палочковидной, нитевидной, сферической и др.

В зависимости от присутствующей в вирусе нуклеиновой кислоты различают РНК-содержащие и ДНК-содержащие вирусы. Нуклеиновая кислота содержит генетическую информацию, обычно о строении белков капсида. Она может быть линейная или кольцевидная, в виде одно- или двуцепочечной ДНК, одно- или двуцепочечной РНК.

Проникновение в клетку

При проникновении вируса внутрь клетки специальные белки вирусной частицы связываются с белками-рецепторами клеточной оболочки. В животную клетку вирус может проникать при процессах пино- и фагоцитоза, в растительную клетку — при различных повреждениях клеточной стенки.

Вирус подавляет существующие в клетке процессы транскрипции и трансляции. Он использует их для синтеза собственных нуклеиновой кислоты и белка, из которых собираются новые вирусы. После этого клеточные оболочки разрушаются и новообразованные вирусы покидают клетку, которая при этом погибает.

Бактериофаги (вирусы, паразитирующие на бактериях), как правило, не попадают внутрь клетки, так как этому препятствуют толстые клеточные стенки бактерий. Внутрь клетки проникает только нуклеиновая кислота вируса.

Полагают, что происхождение вирусов связано с эволюцией каких-то клеточных форм, которые в ходе приспособления к паразитическому образу жизни вторично утратили клеточное строение.

Вирусы — возбудители заболеваний

Вирусы способны поражать различные живые организмы. Первым открытым вирусом был вирус табачной мозаики, поражающий растения.

Вирусную природу имеют такие заболевания животных и человека, как натуральная оспа, бешенство, энцефалиты, лихорадки, инфекционные гепатиты, грипп, корь, бородавки, многие злокачественные опухоли, СПИД и др. Кроме того, вирусы способны вызывать генные мутации.

Заболевания у животных   • Бруцеллез
   • Лейкоз
   • Ящур
   • Инфекционная анемия лошадей
   • Рак крови кур
   • Чума у свиней и птиц. И другие
Заболевания у растений   • Табачная мозаика
   • Карликовость
   • Желтая сеть
   • Пятнистая мозаика
Заболевания у человека   • Оспа
   • Гепатит
   • Энцефалит
   • Краснуха
   • Бешенство
   • Грипп
   • Корь
   • Полиомиелит
   • Паротит (свинка)
   • СПИД и др.

Вирус, вызывающий заболевание СПИДом (синдром приобретённого иммунодефицита), поражает клетки крови, обеспечивающие иммунитет организма. В результате больной СПИДом может погибнуть от любой инфекции.

Вирусы СПИДа могут проникнуть в организм человека во время половых сношений, во время инъекций или операций при несоблюдении условий стерилизации.

Профилактика СПИДа заключается в избегании случайных половых связей, использовании презервативов, применении одноразовых шприцев.

Это конспект по теме «НЕКЛЕТОЧНЫЕ. Вирусы и фаги». Выберите дальнейшие действия:

Источник: https://uchitel.pro/%D0%BD%D0%B5%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%BE%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D0%B2%D0%B8%D1%80%D1%83%D1%81%D1%8B-%D0%B8-%D1%84%D0%B0%D0%B3%D0%B8/

Бактериофаги: полезные вирусы как замена антибиотикам

Что такое вирусы и бактериофаги

Бактериофаги – вирусы, заражающие археи и бактерии, «хищники» микромира. Это многочисленная и эволюционно наиболее древняя группа вирусов на планете, жизнь которых построена на контроле численности микробов и уничтожении стареющих клеток.

Их популяция примерно в 10 раз превышает общую численность бактерий и распространены они везде, где обитают уязвимые для них микроорганизмы – в почве, воде, слизистых оболочках человека и животных. В любой природной экосистеме.

Существа способны сохранять смертоносность и выжидать свою жертву десятилетиями. Было подсчитано, что за 1 секунду бактериофаги способны заразить собой септиллион бактерий.

Как устроен хищный мир микроорганизмов и почему бактериофаги называют вторым иммунитетом человека?

Немного истории

Теорию о возможном существовании в природе естественных врагов бактерий впервые высказал русский микробиолог Николай Гамалея в 1897 году. Однако по-настоящему вирусы микробов были открыты лишь в 1910-х годах.

Николай Фёдорович Гамалея – российский и советский врач, микробиолог и эпидемиолог, почётный член АН СССР, академик АМН СССР. Лауреат Сталинской премии.

В 1915 году английский ученый Фредерик Туорт обнаружил в своей лаборатории загадочные существа, перебившие стафилококки в чашках Петри.

Спустя два года загадочное явление повторилось в лаборатории французско-канадского исследователя Феликса Д’Эрелля.

Д’Эрелль дал название открытому вирусу и выяснил, что бактериофаг – это паразит, который способен уничтожать патогенные бактерии, а затем создавать специфический иммунитет против них.

С тех пор, «хищные» вирусы оказались на переднем крае в войне против инфекционных заболеваний. Ими лечили всё – от воспаления носовых пазух до ожогов и заражения крови. Особых успехов бактериофаги добились в борьбе с дизентерией, брюшным тифом, холерой и различными гнойными инфекциями.

До появления пенициллиновых антибиотиков в 1940-х годах, бактериофаги были главным оружием медиков.

Правда, не обошлось и без недоразумений. До изобретения микроскопа увидеть вирус было невозможно. А потому его биология, специфичность и степень литической активности были неизвестны. В итоге где-то бактериофаги помогали хорошо, а где-то не очень. Это стало причиной, по которой антибиотики почти полностью вытеснили бактериальные вирусы из медицины.

Сегодня интерес к бактериофагам снова возвращается. Оказалось, что в ряде случаев естественные враги микробов даже более эффективны, чем современные антибиотики.

Как фаговые вирусы уничтожают бактерии?

Процесс уничтожения бактерии фагами напоминает сюжет из фильма «Чужие». Вирусы сами размножаться не могут, поэтому они паразитируют на микробах.

Фаг находит клетку микроба, локально растворяет её оболочку и инъецирует свою ДНК. Инъецированная ДНК вызывает полную перестройку метаболизма клетки и, фактически, подчиняет её вирусу.

Адсорбция бактериофагов на поверхности бактериальной клетки.

С этого момента внутри клетки начинают развиваться новые фаги. Спустя 30-60 минут они созревают и разрывают клетку изнутри. Из одной клетки может высвободиться от 50 до 800 дочерних шаговых частиц, которые тут же атакуют соседние клетки.

Существует огромное количество видов бактериофагов, каждый из которых нацелен на определенную популяцию микробов, то есть уничтожает (лизирует) бактерии только одного конкретного типа.

Почему бактериофаги называют вторым иммунитетом?

В здоровом человеческом организме количество разнообразных бактериофагов в 10-30 раз больше, чем бактерий.

Александр Зурабов, генеральный директор научно-производственного центра «Микромир», компания которого производит комплексные средства на основе бактериофагов, пояснил, что вирусы первыми реагируют на дисбиотический процесс (начало активного размножения бактерий). Если фагов достаточно, то они тут же убивают излишки микробов, не позволяя им достичь критической массы.

Собственная иммунная система не успевает включиться в работу, а человек даже не узнает, что был атакован инфекцией. Поэтому ученые часто сравнивают бактериофаги со вторым иммунитетом.

Кроме того, если в организме всё-таки начался инфекционный процесс, фаги будут активно помогать иммунитету бороться с недугом, взяв на себя часть вредоносных микробов.

Бактериофаг ϕpp2 патогенных вибрионов.

Медицинские препараты, включающие в себя фаги определенного типа, работают именно по такому принципу. Они увеличивают концентрацию полезных вирусов, чтобы «союзники» иммунитета получили численное превосходство над бактериями и сократили их популяцию.

При этом не стоит рассматривать бактериальные вирусы в качестве лекарства, подчеркивает Александр Зурабов. Они не призваны уничтожать бактерии все до одного, как это делают, например, антибиотики. Задача фагов в природе – это лишь поддержание сбалансированной численности микробов.

Применяются ли бактериофаги в современной медицине?

В России зарегистрировано и применяются 13 медицинских препаратов на основе фагов.

Бактериофаги используют в качестве альтернативы антибиотикам. Преимущество полезных вирусов в том, что они способны проникать через биологические мембраны клетки, куда антибиотики обычно не попадают. Кроме того, микроб не может приобрести устойчивость к бактериофагам.

Вирусы не нарушают микрофлору, не взаимодействуют с органами и системой организма, не провоцируют аллергическую реакцию, действуют точечно и полностью безвредны. Излишки размножившихся вирусов выводятся из организма естественным путем.

Несмотря на эффективность бактериальных вирусов, полностью заменить собой антибиотики они не могут. Ученые рассматривают фаги, как средство для профилактики, которое можно использовать в сочетании с лекарствами. Это первая линия обороны, «второй иммунитет», который лучше всего укреплять до болезни.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/different_angle/bakteriofagi-poleznye-virusy-kak-zamena-antibiotikam-5ed13dfd26fb4a4c68b6021c

Вирусы бактериофаги: строение и описание

Что такое вирусы и бактериофаги

Эта статья, словно доклад по биологии для 5 класса о вирусах бактериофагах, поможет читателю узнать основную информацию о данных внеклеточных формах жизни. Здесь мы рассмотрим их таксономическое расположение, особенности строения и жизнедеятельности, проявлении себя при взаимодействии с бактериями и т. д.

Введение

Всем известно, что универсальным представителем единицы жизни на планете Земля является клетка.

Однако рубеж между девятнадцатым и двадцатым веками стал эпохой, во время которой был открыт целый ряд болезней, поражающих животных, растения и даже грибы.

Анализируя данное явление и учитывая общую информацию о заболеваниях человека, ученые поняли, что существуют организмы, которые могут иметь природу неклеточного характера.

Такие существа имеют чрезвычайно малые размеры, а потому способны проходить сквозь мельчайший фильтр, не задерживаясь при этом там, где даже самая маленькая клетка могла бы остановиться. Это обусловило открытие вирусов.

Общие данные

Прежде чем рассмотреть представителей вирусов – бактериофагов, – ознакомимся с общими сведениями о данном царстве таксономической иерархии.

Вирусная частичка имеет мельчайшие размеры (20-300 нм) и симметричное структурирование. Строится из постоянно повторяющихся компонентов. Все организмы вирусной природы являются фрагментом РНК или ДНК, заключаются в особую оболочку из белка, называемую капсидом.

Они не обладают способностью самостоятельно функционировать и поддерживать жизнедеятельность, находясь вне другой клетки.

Проявление свойств живых существ им присуще лишь после внедрения в другой организм, при этом сам вирус будет использовать ресурсы захваченной им клетки для поддержания стабильности в собственном состоянии.

Из этого следует, что данный домен таксономии представлен в виде паразитической, внутриклеточной формы жизни. Существуют вирусы, захватывающие участки мембран клетки, в которой они развивались и жили. Они образуют вокруг таких мест еще одну оболочку, покрывающую капсид.

Как правило, вирусы образуют связь с поверхностью клетки, в которой они паразитируют. Далее вирус проникает внутрь и начинает поиск конкретной структуры, которую он способен поразить. Например, возбудители гепатита функционируют и обитают лишь в клеточных единицах печени, а паротит старается проникнуть в околоушные железы.

ДНК (РНК), принадлежащая вирусу, попав внутрь клетки-носителя, начинает взаимодействовать с аппаратом генетической наследственности так, что сама клетка начинает неконтролируемый процесс синтеза специфического ряда белков, зашифрованных в нуклеиновой кислоте самого возбудителя болезни. Далее происходит репликация, выполняемая непосредственно уже самой клеткой, и таким образом начинается процесс сборки новой вирусной частички.

Бактериофаг

Кто такие вирусы бактериофаги? Это особая форма жизни на Земле, которая избирательно проникает в клетки бактерий. Размножение чаще всего происходит внутри носителя, а сам процесс приводит к лизису.

Рассматривая строение вирусов на примере бактериофагов, можно заключить, что они состоят из оболочек, образованных белками, и имеют аппарат по воспроизведению наследственности в виде одной цепочки РНК или двух цепей ДНК. Общее значение числа бактериофагов приблизительно соответствует всей численности бактериальных организмов.

Данные вирусы принимают активное участие в химическом обороте веществ и энергии в природе. Обуславливают множество проявлений признаков у бактерий и микробов, развитых или развивающихся в ходе эволюции.

Исследователь бактериологии Ф. Туорт создал описание инфекционного заболевания, которое предложил в статье, выпущенной в 1915 году. Данная болезнь поражала стафилококки и могла проходить сквозь любые фильтры, а также могла транспортироваться из одной колонии клеток в другие.

Микробиолог родом из Канады Ф. Д'Эрелль совершил открытие бактериофагов в сентябре 1917 года. Их обнаружение было сделано независимо от трудов Ф. Туорота.

В 1897 г. Н. Ф. Гамалея стал наблюдателем явления лизиса бактерии, который протекал под воздействием процесса прививки агента.

Вирусы бактерий – бактериофаги-паразиты, играющие огромную роль в процессе патогенеза инфекций. Они заняты обеспечением выздоровления организма многоклеточного типа от многих болезней, и потому образуют специфический тип иммунной системы. Впервые об этом заговорил Д'Эрелль, а позднее развил это в учение.

Данное положение привлекло множество ученых, которые начали исследовать эту область и пытаться найти ответы на такие вопросы, как: какое клеточное строение (кристаллы) имеют бактерии-вирусы бактериофаги? Каковы процессы внутри них, их дальнейшая судьба и развитие? Все это и многое другое привлекло внимание множества исследователей.

Значение

Строение вирусов на примере бактериофага может нам о многом сказать, особенно для взаимодействия с другой информацией, которой располагает о них человек. Например, они являются, предположительно, самой древней формой вирусных частиц. Количественный анализ указывает нам на то, что их популяция имеет более 1030 частиц.

В природе их можно обнаружить там же, где обитают и бактерии, к которым они могут проявлять чувствительность. Так как рассматриваемые организмы определяются по месту обитания, предпочтениями бактерий, которых они поражают, то, следовательно, лизирующие почвенных бактерий (фаги) будут жить в почве. Чем больше в субстрате содержится микроорганизмов, тем больше там и необходимых фагов.

В действительности каждый бактериофаг воплощает в себе одну из основных элементных единиц генетической подвижности. Используя трансдукцию, они обуславливают возникновение новых генов в наследственном материале бактерии.

За секунду может произойти инфицирование около 1024 бактериальных клеток.

Такая форма ответа на вопрос о том, какие вирусы называются бактериофагами, открыто показывает нам способы распределения наследственной информации, происходящие между бактериальными организмами из общей среды обитания.

Особенности строения

Отвечая на вопрос, какое строение имеет вирус бактериофаг, можно заключить, что их можно различать в соответствии с химической структурой, по виду нуклеиновой кислоты (н. к.), морфологическим данным и форме взаимодействия с бактериальными организмами. Величина такого организма может быть в несколько тысяч раз меньше самой микробной клетки.

Типичный представитель фагов образован головкой и хвостом. Длина хвостового отдела может в два-четыре раза превышать величину диаметра головки, в которой, кстати говоря, располагается генетический потенциал, принявший форму цепи ДНК или РНК. Здесь также находится фермент – транскриптаза, погруженный в неактивное состояние и окруженный оболочкой из белков или липопротеинов.

Она обуславливает хранение генома внутри клетки и называется капсидом.

Особенности строения вируса бактериофага определяют его хвостовой отсек как трубку из белков, которая служит продолжением оболочки, составляющей головку. В области хвостового основания располагается АТФаза, регенерирующая энергетические ресурсы, расходуемые на процесс инъекции генетического материала.

Систематические данные

Бактериофаг – это поражающий бактерии вирус. Именно так его классифицирует систематика в таблице иерархического порядка. Присвоение им звания в этой науке было обусловлено обнаружением огромного количества данных организмов.

В настоящее время эти вопросы решает МКТВ (ICTV).

В соответствии с Международными стандартами классификации и распределением таксонов среди вирусов, бактериофаги различают по типу содержащейся в них нуклеиновой кислоты или морфологическим особенностям.

https://www.youtube.com/watch?v=IRRWIBFvUVE

На сегодня можно выделить 20 семейств, среди которых лишь 2 принадлежит к содержащим РНК и 5 с наличием оболочки. Среди ДНК-вирусов лишь у 2 семейств имеется одноцепочечная форма генома.

9 вирусов, содержащих ДНК (геном представляется нам в виде кольцевой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты) и другие 9 с линейной фигурой.

9 семейств являются специфичными по отношению к бактериям, а другие 9 – к археям.

Влияние на бактериальную клетку

Вирусы бактериофаги, в зависимости от характера взаимодействия с клеткой бактерии, могут различаться на фаги вирулентного и умеренного типа. Первые способны увеличивать свое количество лишь при помощи литических циклов.

Процессы, при которых происходит взаимодействие вирулентного фага и клетки, состоит из адсорбции на клеточной поверхности, внедрения в клеточную структуру, процессов по биосинтезу элементов фагов и их приведению в функциональное состояние, а также выход бактериофага за пределы хозяина.

Рассмотрим описание вирусов бактериофагов, опираясь на их дальнейшее воздействие в клетке.

Бактерии имеют на своей поверхности особые фагоспецифические структуры, представленные в виде рецепторов, к которым, собственно, и крепится бактериофаг.

Используя хвост, фаг посредством ферментов, содержащихся на его завершении, разрушает оболочку в определенной локации клетки. Далее происходит его сокращение, вследствие которого ДНК вводится внутрь клетки.

«Тело» вируса-бактериофага своей белковой оболочкой остается снаружи.

Инъекция, совершенная фагом, вызывает полное перестроение всех метаболических процессов. Синтез бактериальных белков, а также РНК и ДНК, завершается, а сам бактериофаг начинает процесс транскрибирования благодаря деятельности личного фермента, называемого транскриптазой, который активируется лишь после проникновения в клетку бактерии.

Как ранние, так и поздние цепи информационной РНК синтезируются после поступления их на рибосому клетки-носителя. Там же происходит процесс синтеза таких структур, как нуклеаза, АТФаза, лизоцим, капсид, отросток хвоста и даже ДНК-полимераза.

Процесс репликации протекает в соответствие с полуконсервативным механизмом и осуществляется лишь при наличии полимеразы. Поздние белки образуются после завершения процессов по репликации дезоксирибонуклеиновой кислоты. После этого начинается финальная стадия цикла, в котором происходит фаговое созревание.

А также может происходить объединение с белковой оболочкой и образование зрелых частичек, готовых к инфицированию.

Циклы жизни

Вне зависимости от строения вируса бактериофага, все они имеют общую характеристику жизненных циклов. В соответствии с умеренностью или вирулентностью оба типа организмов схожи друг с другом в начальных стадиях влияния на клетку с одинаковым циклом:

  • процесс адсорбции фага на особом рецепторе;
  • введение инъекции нуклеиновых кислот в жертву;
  • стартует совместный процесс репликации нуклеиновых кислот, как фага, так и бактерии;
  • процесс клеточного деления;
  • развитие лизогенным или литическим путем.

Умеренный бактериофаг сохраняет режим профага, следует лизогенному пути. Вирулентные представители развиваются в соответствие с литической моделью, в которой имеется ряд последовательных процессов:

  • Направление синтеза нуклеиновых кислот задается ферментами фага, который влияет на аппарат, отвечающий за белковый синтез. Паразит начинает инактивацию РНК и ДНК, принадлежащих хозяину, а дальнейшее ферментативное воздействие вовсе приводит к ее расщеплению. На следующей части процесса происходит «подчинение» клеточного аппарата по белковому синтезу.
  • Фаговая н. к. подвергается репликации и обуславливает направление синтеза новых белковых оболочек. Процесс образования лизоцима находится в подчинении фаговой РНК.
  • Клеточный лизис: разрыв клетки, обусловленный деятельностью лизоцима. Происходит высвобождение огромного числа новых фагов, которые будут инфицировать бактериальные организмы дальше.

Способы эксплуатации

Вирусы бактериофаги находят свое широкое применение в терапии антибактериального типа, которая служит альтернативой антибиотикам. Среди организмов, которые могут быть применимы, чаще всего выделяют: стрептококковых, стафилококковых, клебсиеллезных, коли, протейных, пиобактериофагов, полипротейновых и дизентерийных.

На территории РФ в медицинских целях зарегистрировано и применимо на практике тринадцать медикаментозных веществ, основанных на фагах.

Как правило, такие способы борьбы с инфекциями применяются в том случае, когда традиционная форма лечения не приводит к значительным изменениям, что обуславливается слабой чувствительностью возбудителя к самому антибиотику или полному сопротивлению.

На практике использование бактериофагов приводит к быстрому и качественному достижению желаемого успеха, но для этого необходимо присутствие биологической мембраны, укрытой слоем полисахаридов, сквозь которые антибиотикам проникнуть не удается.

Терапевтический тип применения представителей фагов не находит поддержания на Западе. Однако часто применяется для борьбы с бактериями, вызывающими пищевое отравление. Многолетние опыты по исследованию деятельности бактериофагов показывают нам, что наличие, например, дизентерийного фага в общем пространстве городов и сел обуславливает подвергание пространства профилактическим мерам.

Инженеры-генетики эксплуатируют бактериофагов, как векторы, при помощи которых осуществляется перенос участков ДНК. А также с их участием протекает передача геномной информации между взаимодействующими клетками бактерий.

Источник: https://FB.ru/article/362927/virusyi-bakteriofagi-stroenie-i-opisanie

Бактериофаги: медицина будущего

Что такое вирусы и бактериофаги

На днях начал работу первый в России Биологический ресурсный центр исследования бактериофагов – вирусов, поражающих бактерии. Новая структура создана на базе компании «Микроген», входящей в холдинг «Нацимбио» Госкорпорации Ростех.

Центр станет своеобразной коллекцией, в которой уже насчитывается около 10 тыс. микроорганизмов.

 Это уникальный материал, на основе которого удастся создать новые препараты бактериофагов и в перспективе 5-7 лет разработать основу для перехода к персонализированной фаготерапии.

Разбираемся, в чем преимущества бактериофагов и смогут ли они стать эффективным средством борьбы с инфекциями, с которыми не могут справиться антибиотики.

Бактериофаги – «пожиратели» бактерий

На самом деле, бактериофаги – это вирусы. Но только не те вирусы, которые поражают человека или животных. Бактериофаги уничтожают исключительно бактерии, или точнее – пожирают их (от греческого phagos – «пожиратель»).

Эти миниатюрные (размером в среднем от 20 до 200 нанометров) враги бактерий очень распространены на нашей планете, найти их можно практически везде: в воде, глубоко под землей, в почве и даже в макроорганизмах.

Бактериофаги используют в научных исследованиях, но, конечно, их основное практическое применение – борьба с бактериями.

Каждый бактериофаг поражает только те бактерии, против которых направлен. Когда фаг замечает «свою» бактерию, он моментально прикрепляется к оболочке ее клетки, после чего вводит собственную нуклеиновую кислоту (геном) внутрь бактерии. Его цель – заставить бактериальную клетку «работать на себя», то есть начать в ней процесс своего размножения.

Бактериофаговая активность. Маленькие пятна – область лизиса бактерий, вызванного фагами

Вскоре внутри бактерии формируются новые бактериофаги, и начинается процесс лизиса – распада бактериальной клетки и выход зрелых фагов.

Таким образом, на свет появляются сотни новых бактериофагов, готовых к нападению. «Литический цикл» вновь повторяется.

При всей своей кажущейся агрессивности, этот процесс абсолютно безвреден и не причиняет никаких побочных эффектов остальной микрофлоре организма.

Бактериофаги – далеко не новый биологический вид, а древнейшая группа вирусов. Ученые приступили к их изучению задолго до появления всем известных антибиотиков. Первые научные сообщения о бактериофагах появились еще в 1920-х годах. Многие тогда считали фаготерапию ключом к уничтожению бактериальных инфекций.

Кстати, одним из основоположников фаготерапии стал грузинский микробиолог Георгий Элиава. В 1923 году он основал бактериологический институт в Тбилиси – первый в мире научно-исследовательский центр бактериофагологии. Через некоторое время к нему присоединился и сам первооткрыватель бактериофагов – француз Феликс Д’Эрелль.

Кстати, именно он и придумал само название «бактериофаг».

В 1940 году бактериофагами заинтересовались за океаном – американские фармацевтические компании пытаются коммерциализировать идею фаготерапии. Но «фаготерапевтическому буму» вскоре приходит конец.

Событие, которое отложило исследование фаготерапии на долгие годы – начало промышленного производства пенициллина.

Несмотря на то что Александр Флеминг открыл пенициллин еще в 1928 году, первое время его идея не получила широкого применения из-за отсутствия возможности химического производства антибиотика. И только в начале 1940-х годов в Англии, США и СССР организуется промышленный выпуск пенициллина.

Бактерии vs. Человечество: глобальное сопротивление

Случайное открытие Флеминга ознаменовало начало новой эры в медицине. Человечество смогло побороть множество смертельных бактериальных заболеваний, которые на протяжении тысячелетий оставались неизлечимыми.

Но наряду с возможностями антибиотиков, Флеминг обнаружил и другое – при недостаточном количестве пенициллина или если его действие было непродолжительным, бактерии приобретали устойчивость к антибиотику.

Флеминг об этом рассказывал в своих выступлениях по всему миру и не раз предупреждал, что не стоит использовать пенициллин, пока заболевание не будет диагностировано, а при необходимости применения антибиотика, его нельзя использовать в течение короткого времени и в совсем малых количествах. К сожалению, это предостережение не помогло.

Уже к 1945 году пенициллин стал доступен повсеместно, активно создавались и другие антибиотики. На протяжении последующих десятилетий они применялись практически бесконтрольно. К примеру, одной из проблем стало самолечение антибиотиками среди населения.

Причем при самостоятельном выборе антибиотика часто предпочтение отдавалось именно препаратам широкого спектра действия. Антибиотики стали также широко применяться в сельском хозяйстве – до 80% всех антибиотиков в мире используют для лечения скота.

Все это ускорило темпы формирования «антибиотикорезистентности» (от английского resist – «сопротивляться») и привело к тому, что многие инфекционные заболевания снова стали неизлечимы.

Легионеллы – патогенные грамотрицательные бактерии

«Все хотят жить, в том числе и микробы, – рассказывает РИА «Новый день» доктор медицинских наук Тамара Перепанова. – Они развивают сопротивляемость. И эта борьба складывается в пользу микроорганизмов.

Они вырабатывают новые штаммы быстрее, чем все фармакологии мира разрабатывают новые препараты. И вот уже антибиотик неэффективен».

К слову, самый первый антибиотик – пенициллин – практически бесполезен сегодня: у бактерий к нему развилась почти полная устойчивость.

В 2017 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) впервые опубликовала список устойчивых к действию антибиотиков «приоритетных патогенов» – 12 видов бактерий, представляющих наибольшую угрозу для здоровья человека.

В их числе – Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacteriaceae, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Helicobacter pylori, Campylobacter spp., Salmonellae, Neisseria gonorrhoeae, Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, Shigella.

За всеми этими названиями – очень серьезные заболевания: сепсис, менингит, пневмония, брюшной тиф, дизентерия и другие.

По данным ВОЗ практически все существующие патогенные для человека бактерии приобретут устойчивость к антибиотикам уже через 10-20 лет. По прогнозам, к 2050 году число жертв бактериальных инфекций возрастет до 10 млн в год.

Кстати, с уверенностью можно констатировать, что для любого жителя нашей страны вероятность подцепить бактериальную инфекцию, устойчивую ко всем основным антибиотикам, сейчас гораздо выше, чем заразиться вирусом из Китая.

Антибиотики и бактериофаги – оружие против одного врага

Сегодня существующие антибиотики в большинстве случаев все еще работают. Но ученые уже назвали борьбу с бактериями «главным вызовом времени». Проблема антимикробной резистентности рассматривается на глобальном уровне, и мировое научное сообщество активно ищет пути ее решения.

Конечно, первый выход из ситуации – это создание новых видов антибиотиков. Но на разработку одного препарата, его клинические испытания и внедрение в массовое производство уходит в среднем 10 лет.

Второй явный минус – это стоимость: создание нового антибиотика обходится в миллиарды долларов.

Поэтому ученые все чаще стали вспоминать «старую» альтернативу антибиотикам – бактериофаги. Как отмечают эксперты отрасли, создание бактериофага обходится в десятки раз дешевле, чем антибиотика. Но главное преимущество фагов – не в стоимости, а в их способности изменяться вслед за бактерией. Кроме того, бактериофаги не имеют побочных эффектов и не нарушают естественную флору организма.

Структура типичного миовируса бактериофага

Тем не менее антибиотики никуда не исчезнут с полок аптек и из арсенала врачей. Как отмечают специалисты, антибиотики и бактериофаги – оружие против одного врага. Только действуют они по-разному.

Антибиотики можно сравнить с тяжелой артиллерией. Они необходимы, когда действовать нужно быстро, и возможные побочные эффекты меркнут перед критическим состоянием пациента.

Бактериофаги – это снайпер, который прицельно уничтожает только один вид бактерий.

Действительно, плюс антибиотиков – отсутствие узкой специализации. Один антибиотик способен лечить довольно широкий круг бактериальных инфекций. Но, как уже отмечалось выше, не обходится без побочных эффектов – от антибиотиков страдают не только инфекционные бактерии, но и полезные бактерии нашей микрофлоры. Поэтому длительное употребление антибиотиков нередко вызывает дисбактериоз.

Бактериофаги обладают узкой специализацией, поэтому для каждой бактерии нужно выделить свой терапевтический фаг. Положительная сторона такой специализации – более «прицельный» удар: ликвидируется только инфекционная бактерия, а полезные не страдают.

Фаготерапия по-русски

Эксперты отмечают, что производство бактериофагов – весьма перспективное направление в фармацевтической промышленности. Кстати, наша страна в производстве бактериофагов исторически занимает ведущие позиции.

Уже в годы Великой Отечественной войны применялась фаготерапия. Особое внимание уделялось разработке бактериофагов против кишечных инфекций – холеры, брюшного тифа, дизентерии и сальмонеллеза.

Всего в военное время для фронта было изготовлено более 200 тыс. литров бактериофагов.

Сегодня в нашей стране развитие производства лекарственных препаратов на основе бактериофагов входит в Стратегию предупреждения распространения антимикробной резистентности в Российской Федерации до 2030 года, принятую Правительством РФ.

Единственный в стране производитель препаратов бактериофагов – компания «Микроген» холдинга «Нацимбио» Госкорпорации Ростех. В период с 2017 по 2019 год продажи бактериофагов «Микрогена» выросли более чем на 25% в денежном выражении.

 

Компанией разработаны и выпускаются 19 наименований лекарств на основе бактериофагов против множества известных возбудителей инфекционных заболеваний: дизентерии, брюшного тифа, сальмонеллеза, гнойно-септических и других. Кроме того, разработаны комбинированные препараты, например «Секстафаг» (Пиобактериофаг поливалентный).

Он обладает способностью справиться с бактериями стафилококков, стрептококков (в том числе энтерококков), протея, клебсиелл пневмонии, синегнойной и кишечной палочек.

Данный препарат отличается высокой степенью очистки от бактериальных метаболитов, что позволяет успешно использовать его для лечения новорожденных и детей раннего возраста, а также применять для беременных.

В рамках Стратегии по борьбе с антимикробной резистентностью ученые НПО «Микроген» проводят множество исследований. В настоящий момент предприятие приступило к созданию первого в России Биологического ресурсного центра для углубленного изучения бактериофагов.

«Задача Биологического ресурсного центра – объединить микробные производственные коллекции, собранные на территории России. На данный момент это более 10 тыс. штаммов.

В коллекцию также входят бактериофаги для терапевтических целей.

Это уникальный материал, представляющий собой государственную ценность, на его основе удастся создать новые виды лекарств», – прокомментировал исполнительный директор Госкорпорации Ростех Олег Евтушенко.

Но, пожалуй, самой амбициозной целью нового центра является создание основы для перехода к персонализированной фаготерапии в ближайшие 5-7 лет. Персонально подобранный «коктейль» из бактериофагов может спасти жизнь пациентам, которым уже не помогают антибиотики.

Успехи российских и зарубежных ученых вселяют надежду на то, что проблема антимикробной резистентности в скором времени может быть преодолена.

Тем временем каждый из нас в этой борьбе с «супербактериями» может внести свой маленький вклад – соблюдать правила, которые помогут уберечься от вирусов и бактерий, остановить появление новых опасных инфекций.

Все просто: не забывать о гигиене, вести здоровый образ жизни, вовремя обращаться к врачам и ограничить использование антибиотиков.

Источник: https://rostec.ru/news/bakteriofagi-meditsina-budushchego/

Все о медицине
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: