Бактериофаги. Строение бактериофагов и их взаимодействие с бактериями
 Скачать 27.17 Kb.
|
|
Министерство здравоохранения Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ И ВИРУСОЛОГИИ Реферат по анатомии на тему: Строение бактериофагов и их взаимодействие с бактериями Выполнили: студенты группы 1.2.25 «Б» лечебного факультета Павленко Л.С. и Томайлы В. И. Ведущий преподаватель: ассистент Черная З. А. Москва, 2018-19 уч. год Оглавление. Введение 3 Строение бактериофагов 4 Взаимодействие фагов с бактериями 5 Лизировать или не лизировать? 7 Роль 8 Список литературы 9 Введение Не только эукариоты могут заразиться вирусами. Вирусы, которые заражают бактерии, называются бактериофагами – одни из наиболее известных людям вирусов. В природе фагов больше, чем любых других организмов. И они же несут ответственность за большинство смертей на земле (40% бактерий океана погибает от заражения фагами). С недавнего времени люди снова заговорили об их клиническом значении. Все это говорит о том, что изучении фагов – одна из наиболее перспективных и важных направлений микробиологии и вирусологии. Открыли бактериофаги независимо друг от друга Фредерик Туорт в 1915 году и Феликс Д'Эрелль 3 сентября 1917 года. Наряду с этим известно, что российский микробиолог Николай Фёдорович Гамалея ещё в 1897 году впервые наблюдал явление лизиса бактерий. Строение бактериофагов Бактериофаг (или фаг) - это вирус, который заражает бактерии и археи и размножается в них. Как и другие типы вирусов, бактериофаги сильно различаются по форме и генетическому материалу. Бактериофаги различаются по химической структуре, типу нуклеиновой кислоты, морфологии и характеру взаимодействия с бактериями. Типичная фаговая частица (вирион, по сути) состоит из головки и хвоста. В головке содержится генетический материал — одноцепочечная или двуцепочечная РНК или ДНК с неактивной транскриптазой, окружённые белковой или липопротеиновой оболочкой — капсидом. Фаговые геномы могут содержать от всего лишь четырех до нескольких сотен генов. Бактериофаги могут иметь икосаэдральный капсид, собранный из множества белков. Обычно углы состоят из пентамеров белка, а опора каждой стороны из гексамеров. Более того, фаги по форме могут быть сферические, лимоновидные, бутылкообразные, палочкообразные, или плеоморфные. Хвост, или отросток, представляет собой белковую трубку, в основании которого имеется АТФаза, которая генерирует энергию для инъекции генетического материала. Существуют также бактериофаги с коротким отростком, не имеющие отростка и нитевидные. Отросток имеет вид полой трубки, окружённой чехлом, содержащим сократительные белки, подобные мышечным. На конце отростка у многих бактериофагов имеется шестигранная базальная пластинка, от которой отходят тонкие длинные нити, способствующие прикреплению фага к бактерии. Взаимодействие фагов с бактериями По характеру взаимодействия бактериофага с бактериальной клеткой различают вирулентные и умеренные фаги. Соответственно, есть два цикла заражения бактериофагами своих хозяев-бактерий:
Некоторые фаги могут воспроизводиться только через литический жизненный цикл, в котором они убивают клетки-хозяева. Другие фаги могут чередоваться между литическим жизненным циклом и лизогенным жизненным циклом, в котором они не убивают клетку-хозяина (вместо этого они копируются вместе с ДНК-хозяином каждый раз, когда клетка делит). Давайте рассмотрим эти два цикла. В литическом цикле фаг действует как типичный вирус: он захватывает свою клетку-хозяина и использует ресурсы клетки для создания множества новых фагов, а затем лизирует клетку. Этапы литического цикла:
Разрывание клеток или лизис высвобождает сотни новых фагов, которые могут находить и заражать другие клетки-хозяева поблизости. Однако вирусология изобилует исключениями. Нитевидные (длинные, стержнеобразные) фаги секретируются из клетки после их размножения в процессе, который не убивает клетку (хотя клетка активно продуцирует новые фаги). Лизогенный цикл: В лизогенном цикле первые два этапа (прикрепление и инъекция ДНК) происходят так же, как и для литического цикла. Однако, как только фаговая ДНК находится внутри клетки, она не сразу копируется и не экспрессируется для получения белков. Вместо этого он интегрируется в бактериальную хромосому или плазмиды. Не все фаги интегрируют свою ДНК в геном своего хозяина во время лизогенного цикла. Некоторые вместо этого сохраняют свой геном в клетке как отдельный кольцевой фрагмент ДНК. Интегрированная фаговая ДНК, называемая профагом, неактивна: ее гены не выражены и не приводят к производству новых фагов. Однако каждый раз, когда клетка хозяина делится, профаг копируется вместе с ДНК-хозяином. Профаг может активироваться и возвращаться из бактериальной хромосомы, вызывая оставшиеся стадии литического цикла (копирование ДНК и синтез белка, сбор фагов и лизис). Лизировать или не лизировать? Как фаг «решает», следует ли идти по литическому или лизогенному пути? Одним из важных факторов является число фагов, заражающих клетку сразу. Если фагов, заражающих одну бактерию, много, то скорее всего произойдет лизогенный цикл. В этом случае множество фагов могут с меньшей вероятностью исчерпывать ресурсы хозяев и фаги не вымрут как популяция (поскольку они могут прекратить убивать хозяев, когда их количество становится слишком большим). Примечательно, что, когда клетка имеет профаг в своем геноме, она невосприимчива к заражению другим фагом того же типа. Что заставляет профаг выскочить из хромосомы и войти в литический цикл? По крайней мере, в лабораторных условиях, повреждающие ДНК агенты (например, УФ-излучение или химикаты) будут вызывать повторную активацию большинства профагов. Однако некоторая часть профагов идет по литическому пути по неизвестным нам причинам. Роль В биосфере: Бактериофаги выполняют важную роль в контроле численности микробных популяций и выступают мощной движущей силой их эволюции. Так же они привносят в бактериальный геном новые гены. В медицине: альтернатива приему антибиотиков (13 препаратов в России). Есть перспективы в генной инженерии (трансдукция – перенос ДНК с помощью фагов). Определение жизнеспособности бактериальных культур. Все больше и больше в мире бактерий становятся супербактериями, т.е. не восприимчивыми к большинству современных антибиотиков. К 2050 году заболевания, вызванные супербактерими, будут убивать больше людей, чем рак. Поэтому ученые усердно ищут новые пути борьбы с бактериями. Бактериофаги атакуют только их бактерии-хозяева, причем с тонкой селективность, а не клетки человека, поэтому они потенциально являются отличными кандидатами для лечения бактериальных заболеваний у людей. После обнаружения антибиотиков, фаговый подход был в значительной степени заброшен во большинстве странах мира. Тем не менее, фаги по-прежнему использовались в медицинских целях в ряде стран, включая Россию. Особенно эффективным считается комплекс из антибиотиков и фагов, т.к. бактерии, не восприимчивы к фагам, обычно восприимчивы к антибиотикам. С 2016 года начался ряд крупных исследований бактериофагов. Однажды ваш врач может написать вам рецепт для фагов вместо пенициллина! Список литературы
|