Ответы на экзамен по вирусологии. 1. определение вируса. Отличия и сходство с клеточными организмами. Вирусы
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
Гетерозиготность. При совместном культивировании двух штаммов вируса может происходить формирование вирионов, содержащих в своем составе два разных генома или, по крайней мере, один полный геном и часть второго генома. 23. НЕГЕНЕТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИРУСОВ (ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ, ФЕНОТИПИЧЕСКОЕ СМЕШЕНИЕ). При взаимодействии на уровне продуктов генов могут иметь место негенетические взаимодействия: комплементация, фенотипическое смешивание. Комплиментацией называют взаимодействие генных продуктов вируса в смешанно-инфицированных клетках, которое приводит к увеличению выхода одного или обоих вирусов, в то время как их генотип остается неизменным. Существует два типа комплиментации: наиболее типична неаллельная при которой вирусы, дефектные по различным функциям, помогают друг другу в репликации, предоставляя функцию , дефектную у другого вируса. Аллельная наблюдается реже и происходит в том случае, если генный продукт Ю дефектный у обоих партнеров, образует мультимерный белок. Фенотипическое смешивание- процесс, в результате которого индивидуальная вирусная частица, образовавшаяся при смешивании инфекций, получает белки от обоих родительских вирусов. В крайнем варианте дочерний геном, идентичный геному одного из родителей, упаковывается в капсид или суперкапсид, определяемые другим родителем. Интерференция вирусов — взаимодействие вирусов, при котором один вирус (или его компоненты) подавляет репродукцию другого вируса и течение вызываемого им инфекционного процесса. 24.ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С КЛЕТКОЙ ВИРУЛЕНТНЫХ И УМЕРЕННЫХ ФАГОВ. В зависимости от типов взаимодействия различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные(Т4,Т7) взаимодействуют с бактериями по продуктивному типу. В начале происходит абсорбция фага на оболочке бактерий, за счет взаимодейств специфич рецепторов. Под действием лизоцима в оболочке бактерии образуется небольшое отверстие, чехол у фага сокращается и НК впрыскивается. Оболочка фага за пределами бактерии. Далее идет синтез ранних белков. Они обеспечивают синтез фаговых структурн белков, репликацию фаговой нуклеиновой кислоты и репрессию деятельности бактериальной хромосом. После происходит синтез структурных компонентов фагов и репликация нуклеиновой кислоты. Из этих элементов происходит сборка нового поколения фаговых частиц- морфогенез, новых частиц, которых в одной бактерии может образовываться 10-100. Далее лизис бактерии и выход нового поколения фагов во внешнюю среду. Вирулентные фаги, проникнув в бактериальную клетку, автономно репродуцируются в ней и вызывают лизис бактерий. Процесс взаимодействия вирулентного фага с бактерией протекает в виде нескольких стадий:1) адсорбция — с помощью нитей хвостового отростка; 2) проникновение в клетку; 3) репродукция белка и нуклеиновой кислоты внутри клетки; 4) сборка и формирование зрелых фагов; 5) лизис клетки, выход фага из нее. Для фагов, имеющих хвостовой отросток с сокращающимся чехлом, он имеет особенности. Эти фаги адсорбируются на поверхности бактер. клетки с помощью фибрилл хвостового отростка. В результате активации фагового фермента АТФазы идет сокращение чехла хвостового отростка и внедрение стержня в клетку. В процессе «прокалывания» принимает участие лизоцим, нах-ся на конце хвостового отростка. Затем ДНК фага, содержащаяся в головке, проходит через полость хвостового стержня и активно впрыскивается в цитоплазму клетки. Остальные структурные элементы фага (капсид и отросток) остаются вне клетки. После биосинтеза фаговых компонентов и их самосборки в бактериальной клетке накапливается до 200 новых фаговых частиц. Под действием фагового лизоцима и внутриклеточн осмотич давления происходит разрушение кл. стенки, выход фагового потомства в окружающую среду и лизис бактерии. Один литический цикл (от момента адсорбции фагов до их выхода из клетки) продолжается 30—40 мин. Процесс бактериофагии проходит несколько циклов, пока не будут лизированы все чувствительные к данному фагу бактерии. В отличие от вирулентных, заражение умеренными фагам не приводит к лизису бактериальных клеток, а реализуется становление особого состояния сосуществования фага с бактериальной клеткой. Это сосуществование выражается в том, что некое начало фага присутствует в бактериальной клетке без всяких неблагоприятных условий для нее и сохраняется из поколения в поколение. На определенных этапах такого сосуществования фаг активируется в клетке и переходит в состояние литического цикла развития, вызывая лизис клетки и высвобождения фагового потомства. Такие фаги получили название лизогенезирующих или умеренных фагов, а состояние умеренного существования с фагом лизогенией, а бактерии, которые содержат в себе такой скрытый фаг - лизогенных бактерий. Термин лизогенные бактерии происходил из того, что когда-то были обнаружены культуры, у которых спонтанно появлялся фаг, и этот бактериафаг стал рассматриваться как загрязнение культуры, то есть в культуру попадает бактериальный вирус, и такие культуры получили название лизогенных, то есть они генерируют лизис. 25.ТРИ СОСТОЯНИЯ УМЕРЕННОГО БАКТЕРИОФАГА. Умеренные бактериофаги способны существовать в трех состояниях: свободном, в виде частиц – вирионов; Вирион – элементарная инфекционная единица вируса, форма в которой вирусы существуют вне живой клетки в состоянии профага; Профаг – неинфекционная форма бактериофага, содержащаяся в составе лизогенных бактерий[ в активном (вегетативном состоянии), характеризующемся способностью вызывать лизис бактериальной клетки. Отдельные умеренные бактериофаги могут быть дефектными – неспособными образовывать зрелые фаговые частицы ни в естественных условиях, ни при индукции профага. 26. МЕХАНИЗМ ЛИЗОГЕНИЗАЦИИ И ИНДУКЦИИ ПРОФАГА Λ. Развитие умеренных фагов (лизогения) подробно охарактеризовано для колифага λ. Это сложный фаг, содержащий линейную двухцепочечную ДНК. На 5/-конце каждой ее цепи имеется одноцепочечная последовательность из 12 нуклеотидов – липкие концы (cos-сайты). Сразу же после проникновения фаговой ДНК в бак клетку, липкие концы ДНК ковалентно соединяются ДНК-лигазой клетки-хозяина и образуется кольцевая молекула. Далее эта кольцевая молекула бактериофаговой ДНК не приступает к транскрипции, а встраивается в бактериальную хромосому. Установлено, что гены фага λ кодируют синтез четырех регуляторных белков, один из которых репрессорный белок сI блокирует развитие событий литического цикла, а антирепрессорный белок Cro, наоборот, запускает их. После поступления ДНК фага λ в клетку, выбор между литическим и лизогенным путями развития зависит от относительной скорости накопления регуляторных белков: если преобладает антирепрессорная функция белка Cro, то развиваются события литического цикла, если успевает проявиться функция репрессорного белка сI, литический цикл не осуществляется, так как белок сІ связывается с ДНК фага λ в особых участках, препятствуя транскципции фаговых генов. Встраивание ДНК фага λ в бактериальную хромосому осуществляется согласно интегративной модели А.Кемпбелла, встраивание ДНК фага λ осуществляется в одном и том же месте (сайте) между генами gal и bio и не зависит от rec A-системы бактериальной клетки. За интеграцию ДНК фага λ ответственен фермент лямбда-интеграза. Этот фермент узнает две разные последовательности – одну в хромосомной ДНК (att λ), а другую в ДНК фага (b2). Затем происходит разрыв обеих молекул ДНК и последующее их перекрестное воссоединение. После этого ДНК фага λ реплицируется с клеточной ДНК как единая структура, и все дочерние клетки при делении получают копию фаговой ДНК в составе хромосомы. Подобные клетки называются лизогенными, а ДНК фага λ в них – профагом. Состояние лизогении поддерживается благодаря постоянному образованию белка-репрессора сІ, и довольно неустойчиво: в любой момент может произойти переключение на литический путь из-за проявления антирепрессорных функций белка Cro. Показано, что в популяции лизогенных бактерий в одной из 102 – 105 клеток происходит спонтанная индукция профага и запускается литический цикл, а такие клетки подвергаются лизису. Эффективность данного процесса зависит как от состояния бактерии-хозяина, так и действия разнообразных физических и химических факторов. Индукторами перехода лизогения ↔ литический цикл являются ультрафиолетовое излучение, митомицин С, алкилирующие агенты, для некоторых фагов также и изменение температуры. Явление индукции профага очень важно учитывать при составлении многокомпонентных заквасок для получения молочнокислых продуктов. Если среди штаммов, входящих в такие закваски окажутся лизогенные и нелизогенные, но чувствительные к фагу, обусловившему лизогению бактерий, то произойдет явление фаголизиса (т.е. гибели клеток), очень опасное для молочной промышленности Таким образом, умеренные бактериофаги могут находиться в трех состояниях: - в свободном состоянии в виде частиц – вирионов; - в состоянии профага; - в вегетативном (активном) состоянии, когда бактериофаг способен вызывать лизис бактериальной клетки 27. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ФАГА Λ. Фаг состоит из длинного хвостового отростока, ДНК 2-х цепочечной, линейной внутри головки. На 5/-конце каждой ее цепи имеется одноцепочечная последовательность из 12 нуклеотидов – липкие концы (cos-сайты). Сразу же после проникновения фаговой ДНК в бактериальную клетку, липкие концы ДНК ковалентно соединяются ДНК-лигазой клетки-хозяина и образуется кольцевая молекула. Далее, как правило, эта кольцевая молекула бактериофаговой ДНК не приступает к транскрипции, а встраивается в бактериальную хромосому. Установлено, что гены фага λ кодируют синтез четырех регуляторных белков, один из которых репрессорный белок сI (кодируется геном сI) блокирует развитие событий литического цикла, а антирепрессорный белок Cro (кодируется геном сro), наоборот, запускает их. После поступления ДНК фага λ в клетку, выбор между литическим и лизогенным путями развития зависит от относительной скорости накопления регуляторных белков: если преобладает антирепрессорная функция белка Cro, то развиваются события литического цикла, если успевает проявиться функция репрессорного белка сI, литический цикл не осуществляется, так как белок сІ связывается с ДНК фага λ в особых участках, препятствуя транскципции фаговых генов. Процесс встраивание ДНК фага λ в бактериальную хромосому называется сайт-специфической рекомбинацией, так как встраивание ДНК фага λ осуществляется в одном и том же месте (сайте) между генами gal и bio и не зависит от rec A-системы бактериальной клетки. За интеграцию ДНК фага λ ответственен фермент лямбда-интеграза. Этот фермент узнает две разные последовательности – одну в хромосомной ДНК (att λ), а другую в ДНК фага (b2). Затем происходит разрыв обеих молекул ДНК и последующее их перекрестное воссоединение. После этого ДНК фага λ реплицируется с клеточной ДНК как единая структура, и все дочерние клетки при делении получают копию фаговой ДНК в составе хромосомы. Подобные клетки называются лизогенными, а ДНК фага λ в них – профагом. 28.ОСОБЕННОСТИ РЕПЛИКАЦИИ ФАГА Λ. Репликация фага лямбда на стадии его внутреклеточной репродукции довольно сложный процесс начинается в одной точке, обычной оri- репликации и распространяется в 2-х противоположных направлениях. Репликация с начала идет по типу тета-репликации, а на завершающих стадиях переходит на репликацию по типу катящегося кольца ибо формируются конкотемерные ДНК фага λ, которые могут возникать и другим способом, по скольку линейные молекулы геномные ДНК фага λ имеют липкие концы, комплементарные, то они могут соединяться друг с другом без участия рекомбинационной системы клетки формировать структурные геномные структуры типа конкотемеров. Процесс созревания фаговых частиц у фага λ напоминает таковой у фага Т4: идет разобщенный синтез предшественников фагов, белковых и нуклеиновых компонентов, а затем на завершающей стадии в силу механической сборки формируются полноценные фаговые частицы и процесс репродукции завершается в некоторых случаях при одном типе репродукции- лизисом клетки, высвобождением фагового потомства во внешнюю среду, лизис осуществляется ферментом типа фагового лизоцима, который характеризуется высокой специфичностью и эффективностью и детерминируется продуктом гена R. Молекула геномнй ДНК фага λ нарезается на отдельные геномы по cos-сайтам ферментом терминазой и сам процесс нарезания именуется терминазной реакцией, которая обеспечивается ферментом продукта фагового гена А. Схема: процесс обр-ния фаговых частиц. Конкотемерные ДНК фага λ режется по cos-сайтам ферментом терминазой с последующей упаковкой отрезанных геномов. И потом после заполнения пустотелой фаговой предголовки имеет место соединение с остальными белками фаговой частицы, с белками хвоста, с белками нити формируются полноценные вирионы фага λ. Интересной особенностью процесса созревания у фага λ является необходимость присутствия ДНК в виде конкатемеров, если конкатемеры не образуются, то упаковка фаговых геномов не осуществляется и полноценные фаговые частицы не формируются. Если клетка заражается фагом λ в условиях препятствующих формированию кокнатемеров, ну различного рода моделирующие соответствующие условия, то созревание фаговых частиц не наступает. 29. ФАГОВАЯ ТРАНСДУКЦИЯ И ФАГОВАЯ КОНВЕРСИЯ. Бактериофаги – (от бактерии и греч. fagos – пожиратель; синоним: фаг, бактериальный вирус)- вирус, поражающий бактерии. Фаги, как и вирусы позвоночных, беспозвоночных и растений, по содержанию НК подразделяются на ДНК- и РНК-содержащие, а по характеру взаимодействия с бактериями - на вирулентные и умеренные с полноценным и дефектным геномами. Различают простые и сложные фаги. При этом простые имеют форму шестигранников (колифаги MS-2, f2, фХ174) или нитей (фаги fl, fd), а сложные (колифаги группы Т1-Т7) - сперматозоидную. Приобретение новых признаков, обусловленных профагом, называется фаговой (лизогенной) конверсией. Фаговая конверсия может затрагивать такие важные свойства бактерий как морфология колоний, биохимические признаки, способность синтезировать токсины или антибиотики, устойчивость к лекарственным препаратам и др. Утратившие часть своего генома умеренные фаги становятся дефектными и, будучи не способными к образованию зрелых частиц, осуществляют трансдукцию, т. е. перенос генов. Трансдукция - вид рекомбинации, при которой перенос генетического материала от одних клеток (доноров) к другим (реципиентам) осуществляют умеренные фаги или их мутанты. Установлено, что за трансдукцию ответственны умеренные фаги, потерявшие способность лизогенизировать бактериальные клетки вследствие того, что часть их генома при неправильном отщеплении замещается фрагментом ДНК бактерии-донора. Такие мутанты фагов называют дефектными фаговыми корпускулами или дефектными фагами. Они всегда присутствуют в популяции фагов, освобождаемых клетками в среду после индукции или суперинфекции. С помощью трансдуцирующего фага могут передаваться многие признаки и свойства: способность сбраживать различные углеводы, синтезировать аминокислоты и витамины, резистентность к антибиотикам, вирулентность, токсигенность, жгутики. При этом трансдуцирующие свойства фага не зависят от способности лизироватъ или лизогенизировать реципиентную клетку. Виды трансдукции. По характеру передачи признаков различают три вида трансдукции - генерализованную, ограниченную (специализированную) и абортивную. Генерализованную, или общую, трансдукцию осуществляют фаги с множественной локализацией на хромосоме бактерий. К ним, в частности, относится умеренный фаг Ми-1, содержащий линейную двухцепочечную ДНК. Ограниченную трансдукцию связывают с фагами, обладающими избирательной локализацией на хромосоме бактерий и способными переносить ограниченное число генов, прилегающих к специфическим участкам интеграции. Этот вид трансдукции осуществляют умеренные фаги X, Р2, Р22 и многие другие. Абортивная трансдукция отличается от первых двух тем, что перенесенный фагом фрагмент ДНК донора остается в цитоплазме реципиентной клетки в автономном состоянии. Не включаясь в хромосому клеткиреципиента, этот фрагмент ДНК в течение нескольких делений бактерий передается лишь одной клетке, а далее полностью исчезает. 30. БАКТЕРИОФАГИ КАК ПЕРЕНОСЧИКИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ БАКТЕРИЙ. Фаги по содержанию НК подразделяются на ДНК- и РНК-содержащие, а по характеру взаимодействия с бактериями - на вирулентные и умеренные с полноценным и дефектным геномами. Различают простые и сложные фаги. При этом простые имеют форму шестигранников (колифаги MS-2, f2, фХ174) или нитей (фаги fl, fd), а сложные (колифаги группы Т1-Т7) - сперматозоидную. Приобретение новых признаков, обусловленных профагом, называется фаговой (лизогенной) конверсией. Фаговая конверсия может затрагивать такие важные свойства бактерий как морфология колоний, биохимические признаки, способность синтезировать токсины или антибиотики, устойчивость к лекарственным препаратам и др. Утратившие часть своего генома умеренные фаги становятся дефектными и, будучи не способными к образованию зрелых частиц, осуществляют трансдукцию, т. е. перенос генов. Трансдукция - вид рекомбинации, при которой перенос генетического материала от одних клеток (доноров) к другим (реципиентам) осуществляют умеренные фаги или их мутанты. за трансдукцию ответственны умеренные фаги, потерявшие способность лизогенизировать бактериальные клетки вследствие того, что часть их генома при неправильном отщеплении замещается фрагментом ДНК бактерии-донора. Такие мутанты фагов называют дефектными фаговыми корпускулами или дефектными фагами. Они всегда присутствуют в популяции фагов, освобождаемых клетками в среду после индукции или суперинфекции. С помощью трансдуцирующего фага могут передаваться многие признаки и свойства: способность сбраживать различные углеводы, синтезировать аминокислоты и витамины, резистентность к антибиотикам, вирулентность, токсигенность, жгутики. При этом трансдуцирующие свойства фага не зависят от способности лизироватъ или лизогенизировать реципиентную клетку. По характеру передачи признаков различают три вида трансдукции - генерализованную, ограниченную (специализированную) и абортивную. Генерализованную, или общую, трансдукцию осуществляют фаги с множественной локализацией на хромосоме бактерий. Ограниченную трансдукцию связывают с фагами, обладающими избирательной локализацией на хромосоме бактерий и способными переносить ограниченное число генов, прилегающих к специфическим участкам интеграции. Этот вид трансдукции осуществляют умеренные фаги X, Р2, Р22 и многие другие. Абортивная трансдукция отличается от первых двух тем, что перенесенный фагом фрагмент ДНК донора остается в цитоплазме реципиентной клетки в автономном состоянии. Не включаясь в хромосому клетки реципиента, этот фрагмент ДНК в течение нескольких делений бактерий передается лишь одной клетке, а далее полностью исчезает. |