Трансдукция. Неспецифическая трансдукция

Простые методы окраски мазков

Простыми методами окрашивания называют окрашивание препаратов каким-либо одним красителем. Чаще всего при этом используется фуксин, генциановый фиолетовый, метиленовый синий.

Выделение чистых культур аэробных и анаэробных бактерий

Чистая культура - это популяция микроорганизмов одного вида. Для выделения чистой культуры аэробов используют методы, основанные на:

1. Механическим разобщением бактериальных клеток;

2. Действии физических и химических факторов, оказывающих избирательное действие;

3. Способности некоторых бактерий размножаться в организме.

Метод Дригальского основан на механическом разобщение на поверхности плотной питательной среды микробов всех видов, входящих в состав исследуемого материала.

1. Определение микробного состава исследуемого материала (приготовление мазка, окраска по Граму).

2. Посев в чашку Петри: одну каплю материала наносят на поверхность МПА и растирают шпателем. Не обжигая шпателя и не набирая нового материала, засевают вторую и третью чашки.

3. Засеянные чашки переворачивают вверх дном и инкубируют в термостате 18-20 часов при температуре 37°

1. Микроскопическое изучение колонки по величине, форме, окраске, характеру поверхности, краев, консистенции колонии.

2. Микроскопическое изучение одной исследуемой колонии (приготовление мазка, окраска по Граму).

3. Оставшуюся часть колонии пересевают в пробирку со скошенным ога-ром.

4. Пробирку инкубируют в термостате 18-20 часов при температуре 37° С. III этап.

Проверка культуры на чистоту (макроскопическим - однородный рост, микроскопическим- однородные по морфологическим признакам и тинкториальным признакам клетки). Идентификация проводится по:

Ферментативным свойствам.

Антигенным свойствам фагочувствительности токсигенности и другим признакам

Особенности физиологии анаэробных бактерий

Анаэробные микроорганизмы в отличие от аэробов не только не нуждаются для своей жизнедеятельности в кислороде воздуха, но, последний, в ряде случаев, для них является даже губительным. Окисление субстрата в бактериальной клетке может осуществляться прямым окислением вещества кислородом воздуха (аэробный путь) или же путем дегидрирования (отнятия от субстрата водорода), что происходит как в аэробных условиях (аэробное дегидрирование), так и в анаэробных (анаэробное дегидрирование).

Аэробное дегидрирование при широком доступе кислорода заканчивается окислением субстрата до конечных продуктов, при этом выделяется вся заключенная в субстрате энергия. Но оно может быть неполным, и образующиеся продукты окисления могут содержать еще большее количество энергии.

Анаэробное дегидрирование протекает в бескислородной среде. Конечными акцепторами водорода при этом могут быть углерод, азот, сера восстанавливающиеся до СН^, .NH^, HS^. Высвобождающаяся при этом энергия невелика, но образовавшиеся промежуточные продукты содержат еще значительное количество заключенной в них энергии. И аэробный и анаэробный типы окисления не могут идти без участия определенных ферментов, причем анаэробный путь окисления у микроорганизмов превалирует. Некоторые микроорганизмы способны менять аэробный тип дыхания на анаэробный и обратно- это факультативные анаэробы. Другие микроорганизмы способны жить только в отсутствии свободного кислорода – облигатные, т.е. обязательные, анаэробы.

Методы создания анаэробных условий

Физические методы. Основаны на выращивании микроорганизмов в безвоздушной среде, что достигается:

1) посевом в среды, содержащие редуцирующие и легко окисляемые вещества;

2) посевом микроорганизмов в глубину плотных питательных сред;

3) механическим удалением воздуха из сосудов, в которых выращиваются анаэробные микроорганизмы;

4) заменой воздуха в сосуде каким-либо индифферентным газом.

Трансдукция. Виды. Механизм неспецифической трансдукции

Трансдукция - передача бактериальной ДНК посредством бактериофага. В процессе репликации фага внутри бактерий фрагмент бактериальной ДНК проникает в фаговую частицу и переносится вместе с ней в бактерию-реципиент. При этом фаговые частицы как правило дефектны, они теряют способность к репродукции. Так как трансдуцируются лишь небольшие фрагменты ДНК, вероятность рекомбинации, затрагивающей какой-то определенный признак, очень мала: она составляет от 10 -6 до 10 -8 . Существуют три типа трансдукции: неспецифическая (общая), специфическая и абортивная.

Общая (неспецифическая) трансдукция - перенос бактериофагом фрагмента любой части бактериальной хромосомы. В клетке, инфицированной бактериофагом, в ходе сборки дочерней популяции в головки некоторых фагов может проникнуть фрагмент бактериальной ДНК или плазмиды либо вместе с вирусной ДНК, либо вместо нее. Этот процесс происходит вследствие того, что бактериальная ДНК фрагментируется после фаговой инфекции и кусочек бактериальной ДНК того же размера, что и фаговая ДНК, проникает в вирусную частицу с частотой приблизительно 1 на 1000 фаговых частиц. При такой форме трансдукции в клетки-реципиенты могут быть внесены практически любые гены. Феномен неспецифической трансдукции может быть использован для картирования бактериальной хромосомы.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(ГОУ ВПО ИГУ)
Факультет биолого-почвенный
Кафедра микробиологии

Реферат
цитология микроорганизмов
Трансдукция и трансформация у бактерий

Выполнила:
студентка гр.04331-ДС
Кузнецова Е.А
Проверила: к.б. н
Макарова А.П

Иркутск 2012
Содержание

2.1 История изучения………………………………………………..9
2.2 Трансформация у прокариот…………………………………….9
2.3 Стадии трансформации бактерий ………………………………11

Трансдукция у бактерий
Трансдукция (от лат. transduct io - перемещение) - перенос бактериофагом в заражаемую клетку фрагментов генетического материала клетки, исходно содержавшей бактериофаг. Трансдуцирующий бактериофаг обычно переносит лишь небольшой фрагмент ДНК хозяина от одной клетки (донор) к другой (реципиент).
К трансдукции способны как умеренные фаги, так и вирулентные, последние, однако, уничтожают популяцию бактерий, поэтому трансдукция с их помощью не имеет большого значения ни в природе, ни при проведении исследований.

История изучения
Эстер Ледерберг была первой учёной, кому удалось выделить бактериофаг лямбда, ДНК вирус, из Escherichia coli K-12 в 1950 году.
Собственно открытие трансдукции связано с именем американского учёного Д жошуа Ледерберга. В 1952 году он совместно с Нортоном Циндером обнаружил общую трансдукцию. В1953 Ледербергом и др. было показано существование абортивной трансдукции, в 1956 - специфической.
Поведение фагов в бактериальной клетке
Фаги способны к реализации двух путей развития в бактериальной клетке:

Перенос фрагментов ДНК бактериями
Неспецифическая трансдукция.
Перенос участков бактериальной хромосомы фагами был открыт в 1951 г. Ледербергом и Циндером у Salmonella typhimurium. В решающем эксперименте штамм-донор В + инфицировали умеренным бактериофагом Р22. После лизиса клетки-хозяина выделяли свободные фаги и инкубировали их вместе со штаммом-реципиентом В-, который генетически отличался от штамма В + по меньшей мере одним признаком. Авторы нашли, что после высева инкубированных клеток на подходящую среду появлялись рекомбинанты, обладавшие признаками штамма-донора В + .
Процессы, происходящие при таком неспецифическом переносе ДНК, весьма сложны. Во время репродукции фага Р22 в клетках штамма-донора В + в капсиды вместо фаговой ДНК могут включаться фрагменты бактериальной хромосомы. Таким образом, фаголизат содержит смесь нормальных и дефектных фагов. Заражение штамма-реципиента В" нормальным фагом ведет, как правило, к лизису клеток. Однако в некоторые клетки проникают дефектные трансдуцирующие фаги, ДНК которых способна рекомбинироваться с хромосомой реципиента. Происходит обмен гомологичными участками ДНК, что может привести к замене дефектного гена реципиента интактным геном донора.
Так как трансдуцируются лишь небольшие фрагменты ДНК, вероятность рекомбинации, затрагивающей какой-то определенный признак, очень мала: она составляет от 10 -б до 10- 8 . Становится понятно, что с помощью одной частицы фага Р22 Salmonella или неспецифически трансдуцирующего фага PI Escherichia coli в каждом случае может быть трансдуцирован только один ген (или несколько очень близко расположенных генов). Количество бактериальной ДНК, сравнимое с геномом фага, составляет лишь 1-2% всего количества ДНК, содержащегося в бактериальной клетке. Исключение составляет бактериофаг PBS 1 Bacillus subtilis, который может трансдуцировать до 8% генома хозяина.

Специфическая трансдукция.
Наиболее известным примером служит трансдукция, осуществляемая фагом X . Как уже говорилось, этот фаг при переходе в состояние профага включается в определенный участок хромосомы бактерии-хозяина. Отделение фаговой ДНК от бактериальной хромосомы (например, в результате УФ-облучения) может произойти неточно, т.е. какой-то фрагмент ее останется в хромосоме, а близко расположенные гены клетки-хозяина будут захвачены фаговой ДНК. По-видимому, причиной этого может быть неправильная рекомбинация.
В случае заражения трансдуцирующим фагом клеток, дефектных по определенному гену, например gal, может произойти рекомбинация с заменой собственного дефектного гена бактерии интактным трансду-цированным геном; при этом образуются рекомбинанты (трансдук-танты) gal + .
Подобным же образом происходит перенос генов бактериофагом Phi 80. Его ДНК включается в хромосому вблизи генов, кодирующих ферменты, ответственные за биосинтез триптофана. По этой причине Phi 80 особенно пригоден для переноса генов trp.
Предпосылкой успешного переноса генов при специфической транс-дукции (в отличие от неспецифической) является интеграция фага в геном клетки-хозяина.
В некоторых случаях было показано, что трансдуцированный фрагмент ДНК не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента, а остается вне хромосомы. В этом случае клетка становится гетерозиготной по перенесенным генам. Перенесенная ДНК транскрибируется (на это указывает синтез соответствующего генного продукта), но не реплицируется. Это приводит к тому, что при клеточном делении донорский фрагмент переходит только в одну из дочерних клеток (абортивная трансдукция). Если реципиент ауксотрофный, а перенесенный фрагмент исправляет соответствующий дефект, то расти могут только те клетки, которые унаследовали этот фрагмент; при посеве на агар они образуют мельчайшие колонии.

Абортивная трансдукция
При абортивной трансдукции внесенный фрагмент ДНК донора не встраивается в хромосому реципиента, а остается в цитоплазме и там самостоятельно функционирует. Впоследствии он передается одной из дочерних клеток (т.е. наследуется однолинейно) и затем теряется в потомстве.
Свойства трансдуцирующих фаговых частиц следующие:
Частицы несут лишь часть ДНК фага, то есть не являются функциональными вирусами, а скорее ёмкостями, переносящими фрагменты бактериальной ДНК.
Подобно прочим дефектным вирусам, частицы не способны к репликации.
Трансдуцирующие фаги могут содержать какую-либо часть хромосомы хозяина с генами, дающими реципиентной бактерии некоторые преимущества (например, гены устойчивости к антибиотикам или гены, кодирующие способность к синтезу различных веществ). Подобное приобретение бактериями новых свойств получило название феномен лизогении.
Феномен трансдукции может быть использован для картирования бактериальной хромосомы, если следовать тем же принципам, что и при картировании с использованием феномена трансформации.

Трансформация у бактерий
Трансформация - процесс поглощения клеткой организма свободной молекулы ДНК из среды и встраивания её в геном, что приводит к появлению у такой клетки новых для неё наследуемых признаков, характерных для организма-донора ДНК. Иногда под трансформацией понимают любые процессы горизонтального переноса генов, в том числе трансдукцию, конъюгацию и т. д.
История изучения
Трансформация была открыта в 1928 году, когда британский учёный Ф. Гриффит показал возможность превращения непатогенных штаммов Streptococcus pneumoniae в патогенные (различаются наличием полисахаридной капсулы, позволяющей закрепляться на тканях высших организмов) в результате взаимодействия с убитыми клетками патогенных штаммов. В1944 году О. Эйвери (США) показал, что для передачи признака достаточно обработки ДНК патогенного штамма пневмококка. Это открытие стало первым свидетельством роли ДНК как носителя наследственности.
В 1960-х годах началось изучение трансформации у животных, в конце 1970-х - у растений.

Трансформация у прокариот
В любой популяции лишь часть бактерий способна к поглощению из среды молекул ДНК. Состояние клеток, при котором это возможно, называют состоянием компетентности. Обычно максимальное число компетентных клеток наблюдается в конце фазы логарифмического роста.
В состоянии компетентности бактерии вырабатывают особый низкомолекулярный белок (фактор компетентности), активизирующий синтез аутолизина, эндонуклеаз ы I и ДНК-связывающего белка. Аутолизин частично разрушает клеточную стенку, что позволяет ДНК пройти через неё, а также снижает устойчивость бактерий к осмотическому шоку. В состоянии компетентности также снижается общая интенсивность метаболизма. Возможно искусственное приведение клеток в состояние компетентности. Для этого применяют среды с высоким содержанием ионов кальция, цезия, рубидия, электропорацию или заменяют клетки реципиента протопластами без клеточных стенок.
Эффективность трансформации определяется количеством колоний, выросших на чашке Петри после добавления к клеткам 1 мкг суперскрученной плазмидной ДНК и рассева клеток на питательную среду. Современные методы позволяют добиваться эффективности 10 6 -10 9 .
Поглощаемая ДНК должна быть двухнитевой (эффективность трансформации однонитевой ДНК на порядки ниже, однако несколько возрастает в кислой среде), её длина - не менее 450 пар оснований. Оптимальное pH для прохождения процесса - около 7. Для некоторых бактерий (Neisseria gonorrhoeae, Hemophilus) поглощаемая ДНК должна содержать определённые последовательности.
ДНК необратимо адсорбируются на ДНК-связывающем белке, после чего одна из нитей разрезается эндонуклеазой на фрагменты длиной 2-4 тыс. пар оснований и проникает в клетку, вторая полностью разрушается. В случае, если эти фрагменты имеют высокую степень гомологии с какими-либо участками бактериальной хромосомы, возможна замена этих участков на них. Поэтому эффективность трансформации зависит от эволюционного расстояния между донором и реципиентом. Общее время процесса не превышает нескольких минут. Впоследствии, при делении, в одну дочернюю клетку попадает ДНК, построенная на основе исходной нити ДНК, в другую - на основе нити с включённым чужеродным фрагментом (выщепление).

Стадии трансформации бактерии
Трансформация протекает в три стадии:
1) адсорбция двуцепочечной ДНК на участках клеточной стенки компетентных клеток;
2) ферментативное расщепление связавшейся ДНК в некоторых случайно расположенных местах с образованием фрагментов 4-5*10 6 D;
3) проникновение фрагментов ДНК с молекулярной массой не менее 5*10 6 D, сопровождающееся разрушением одной из цепей ДНК (последний этап энергозависим). Проникшая цепь ДНК рекомбинирует с генетическим материалом реципиентной клетки.

Заключение
Трансдукция служит активным механизмом формирования культур с измененными свойствами и может играть большую роль в эволюции микроорганизмов. Способность к трансформации обнаружена у ряда родов бактерий, но, по-видимому, роль ее в обмене генетическим материалом среди бактерий в естественных условиях менее существенна, чем роль других механизмов, потому что у многих бактерий имеются особые системы рестрикции и модификации.

Литература

При изучении бактериофагов было открыто явление, получившее название трансдукция.

Трансдукция (от лат. transductio - перемещение) - процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую бактериофагом.

Различают два типа трансдукции:

1. специфическая

2. неспецифическая (общая).

Неспецифическая (общая) трансдукция:

Осуществляется фагом P1, существующим в бактериальной клетке в виде плазмиды, фагами P22 и Mu, встраивающимися в любой участок бактериальной хромосомы. После индуцирования профага с вероятностью в 10−5 на одну клетку возможна ошибочная упаковка фрагмента ДНК бактерии в капсид фага, ДНК самого фага в нём в этом случае нет. Длина этого фрагмента равна длине нормальной фаговой ДНК, его происхождение может быть любым: случайный участок хромосомы, плазмида, другие умеренные фаги.

Попадая в другую бактериальную клетку, фрагмент ДНК может включаться в её геном, обычно путём гомологичной рекомбинации .

Перенесённые фагом плазмиды способны замыкаться в кольцо и реплицироваться уже в новой клетке. В ряде случае фрагмент ДНК не встраивается в хромосому реципиента, не реплицируется, но сохраняется в клетке и транскрибируется. Это явление носит название абортивной трансдукции.

Специфическая трансдукция:

Наиболее хорошо изучена специфическая трансдукция на примере фага λ. Этот фаг встраивается только в один участок (att-сайт) хромосомы E. coli с определённой последовательностью нуклеотидов (гомологичной att-участку в ДНК фага). Во время индукции его исключение может пройти с ошибкой (вероятность 10−3-10−5 на клетку): вырезается фрагмент тех же размеров что и ДНК фага, но с началом не в том месте. При этом часть генов фага теряется, а часть генов E. coli захватывается им.

Для каждого специфически встраивающегося в хромосому умеренного фага характерен свой att-сайт и, соответственно, расположенные рядом с ним гены, которые он способен передавать. Ряд фагов может встраиваться в любое место на хромосоме и переносить любые гены по механизму специфической трансдукции.

Когда умеренный фаг, несущий бактериальные гены, встраивается в хромосому новой бактерии-хозяина, она содержит уже два одинаковых гена - собственный и принесённый извне. Поскольку фаг лишён части собственных генов, часто он не может индуцироваться и размножиться. Однако при заражении этой же клетки «вспомогательным» фагом того же вида, индуцирование дефектного фага становится возможным. Из хромосомы выходят и реплицируются как ДНК нормального «вспомогательного» фага, так и ДНК дефектного, вместе с переносимыми им бактериальными генами.

24 . Классификация вирусов

Установлено, что все изученные организмы поражаются вирусами. Множество различных вирусов вызывают заболевания или латентно инфицируют позвоночных и беспозвоночных животных, а также простейших, растения, грибы и бактерии. Известно более 4000 разных вирусов, из которых несколько сотен инфицируют людей и животных.

Классификация ICTV:

Международным Комитетом по Таксономии Вирусов в 1966 году была принята система классификации вирусов основанная на различии типа (РНК и ДНК), количества молекул нуклеотических кислот (одно- и двух-цепочечные) и на наличии или отсутствии оболочки ядра. Система классификации представляет собой серию иерархичных таксонов:

Отряд (-virales )

Семейство (-viridae )

Подсемейство (-virinae )

Род (-virus )

Вид (-virus )

Классификация вирусов по Балтимору:

Нобелевский лауреат, биолог Дэвид Балтимор, предложил свою схему классификации вирусов, основываясь на различиях в механизме продукции мРНК. Эта система включает в себя семь основных групп:

(I) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и не имеющие РНК-стадии (например, герпесвирусы, поксвирусы, паповавирусы, мимивирус).

(II) Вирусы, содержащие двуцепочечную РНК (например, ротавирусы).

(III) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу ДНК (например, парвовирусы).

(IV) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК положительной полярности (например, пикорнавирусы, флавивирусы).

(V) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК негативной или двойной полярности (например, ортомиксовирусы, филовирусы).

(VI) Вирусы, содержащие одноцепочечную молекулу РНК и имеющие в своем жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретровирусы (например, ВИЧ).

(VII) Вирусы, содержащие двуцепочечную ДНК и имеющие в своём жизненном цикле стадию синтеза ДНК на матрице РНК, ретроидные вирусы (например, вирус гепатита B).

В настоящее время, для классификации вирусов используются обе системы одновременно, как дополняющие друг друга.

Современная классификация:

Современная классификация вирусов является универсальной для вирусов позвоночных, беспозвоночных, растений и простейших. Она основана на фундаментальных свойствах вирионов, из которых ведущими являются признаки, характеризующие нуклеиновую кислоту, морфологию, стратегию генома и антигенные свойства. Фундаментальные свойства поставлены на первое место, поскольку вирусы со сходными антигенными свойствами обладают и сходным типом нуклеиновой кислоты, сходными морфологическими и биофизическими свойствами.

Важным признаком для классификации, который учитывается наряду со структурными признаками, является стратегия вирусного генома, под которой понимают используемый вирусом способ репродукции, обусловленный особенностями его генетического материала.

В основу современной классификации положены следующие основные критерии:

Тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), ее структура (количество нитей).

Наличие липопротеидной оболочки.

Стратегия вирусного генома.

Размер и морфология вириона, тип симметрии, число капсомеров.

Феномены генетических, взаимодействий.

Круг восприимчивых хозяев.

Патогенность, в том числе патологические изменения в клетках и образование внутриклеточных включений.

Географическое распространение.

Способ передачи.

Антигенные свойства.

Вирусы человека и животных:

Современная классификация вирусов человека и позвоночных животных охватывает более 4/5 известных вирусов, которые распределены на 17 семейств; из них 6 - ДНК-геномные вирусы и 11 - РНК-геномные вирусы.

25 . В общем виде зрелая вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты, белков и липидов – сложные вирусы (одетые), либо в его состав входят только нуклеиновые кислоты и белки - простые вирусы (голые).

Белок, основная роль которого состоит в формировании защитного чехла для нуклеиновой кислоты. Исходя из того что количество генетической информации у вирусов ограничено, Крик и Уотсон (1956) предположили, что белковые чехлы простых вирусов состоят из повторяющихся субъединиц. Иногда вирусный белок представлен полипептидом одного типа, но чаще их два или три. Белки на поверхности вириона имеют особое сродство к комплементарным рецепторам на поверхности чувствительных клеток.

Липиды обнаружены у сложно организованных вирусов и в основном находятся в составе липопротеиднои оболочки (суперкапсида), формируя ее липидной бислой, в который вставлены суперкапсидные белки.

Все сложно организованные РНК-содержащие вирусы имеют в своем составе значительное количество липидов (от 15 до 35% от сухого веса). Из ДНК-содержащих вирусов липиды содержат вирусы оспы, герпеса и гепатита В. Примерно 50-60% липидов в составе вирусов представлено фосфолипидами, 20-30% составляет холестерин.

Липидный компонент стабилизирует структуру вирусной частицы.

Углеводный компонент вирусов находится в составе гликопротеидов. Количество Сахаров в составе гликопротеидов может быть достаточно большим, достигая 10-13% от массы вириона. Химическая специфичность их полностью определяется клеточными ферментами, обеспечивающими перенос и присоединение соответствующих сахарных остатков. Обычными сахарными остатками, обнаруживаемыми в вирусных белках, являются фруктоза, сахароза, манноза, галактоза, нейраминовая кислота, глюкозамин. Таким образом, подобно липидам, углеводный компонент определяется клеткой-хозяином, благодаря чему один и тот же вирус, возращенный в клетках разных видов, может значительно различаться по составу сахаров.

26 . Генетическую информацию, закодированную в отдельном гене, можно рассматривать как инструкцию по производству определенного белка в клетке. Такая инструкция воспринимается клеткой если она послана в виде мРНК. клетки, у которых генетический материал представлен ДНК, должны «переписать» эту информацию в комплементарную копию мРНК.

Первый этап репликации вирусов связан с проникновением вирусной нуклеиновой кислоты в клетку организма-хозяина. Этому процессу способствовать специальные ферменты, входящие в состав капсида или внешней оболочки вириона, причем оболочка остается снаружи клетки или вирион теряет ее сразу после проникновения внутрь клетки. Вирус находит подходящую для его размножения клетку, контактируя отдельными участками своего капсида со специфическими рецепторами на поверхности клетки по типу «ключ – замок». Если специфические («узнающие») рецепторы на поверхности клетки отсутствуют, то клетка не чувствительна к вирусной инфекции: вирус в нее не проникает.

Для того чтобы реализовать свою генетическую информацию, проникшая в клетку вирусная ДНК транскрибируется специальными ферментами в мРНК. Образовавшаяся мРНК перемещается к клеточным «фабрикам» синтеза белка – рибосомам, где она заменяет клеточные «послания» собственными «инструкциями» и транслируется (прочитывается), в результате чего синтезируются вирусные белки. Сама же вирусная ДНК многократно удваивается (дуплицируется) при участии другого набора ферментов, как вирусных, так и принадлежащих клетке.

Синтезированный белок, который используется для строительства капсида, и размноженная во многих копиях вирусная ДНК объединяются и формируют новые, «дочерние» вирионы. Сформированное вирусное потомство покидает использованную клетку и заражает новые: цикл репродукции вируса повторяется.

Стадии репликации вирусов:

1. Присоединение к клеточной мембране -адсорбция. для того, чтобы вирион адсорбировался на поверхности клетки, она должна иметь в составе своей плазматической мембраны белок (часто гликопротеин) - рецептор, специфичный для данного вируса. Наличие рецептора нередко определяет круг хозяев.

2. Проникновение в клетку. На следующем этапе вирусу необходимо доставить внутрь клетки свою генетическую информацию.

3. Перепрограммирование клетки. При заражении вирусом в клетке активируются специальные механизмы противовирусной защиты. Заражённые клетки начинают синтезировать сигнальные молекулы - интерфероны, переводящие окружающие здоровые клетки в противовирусное состояние и активирующие системы иммунитета. Повреждения, вызываемые размножением вируса в клетке, могут быть обнаружены системами внутреннего клеточного контроля, и такая клетка должна будет «покончить жизнь самоубийством» в ходе процесса, называемого апоптозом. От способности вируса преодолевать системы противовирусной защиты напрямую зависит его выживание.

4. Персистенция. Некоторые вирусы могут переходить в латентное состояние, слабо вмешиваясь в процессы, происходящие в клетке, и активироваться лишь при определённых условиях.

5. Создание новых вирусных компонентов. Размножение вирусов в самом общем случае предусматривает три процесса - 1) транскрипция вирусного генома - то есть синтез вирусной мРНК, 2) её трансляция, то есть синтез вирусных белков и 3) репликация вирусного генома. У многих вирусов существуют системы контроля, обеспечивающие оптимальное расходование биоматериалов клетки-хозяина.

6. Созревание вирионов и выход из клетки. , новосинтезированные геномные РНК или ДНК одеваются соответствующими белками и выходят из клетки.

27 .Рабдовирусы – семейство вирусов, содержащих несегментированную одноцепочечную молекулу РНК линейной формы. Вызывают инфекционные заболевания у позвоночных, беспозвоночных и растений.Вирусы, поражающие животных, пулевидны, а растения - бациловидны. Нуклеокапсид двухнитевой, спиральный, в липопротеидной оболочке.Вирус чувствителен к действию жирорастворителей, кислот, тепла. Рабдовирусы включают 2 рода - везикуловирусы и лиссавирусы. К первым относятся вирусы группы везикулярного стоматита, ко вторым - вирусы группы бешенства. В семейство рабдовирусов также входят вирусы эфемерной лихорадки.Везикулярный стоматит представляет собой вирусную болезнь животных, иногда поражающую и человека и проявляющуюся как острая самокупирующаяся гриппоподобная инфекция. Вирионы имеют пулевидную форму. Внешняя оболочка образована липидным бислоем.Вирус везикулярного стоматита передается комарами. Вирус размножается в организме насекомых.Род Lyssavirus включает вирус бешенства и бешенствоподобные вирусы (Мокола, Дувенхаге - патогенны для человека и животных;). Бешенство - инфекционная болезнь вирусной этиологии. Характеризуется поражением центральной нервной системы, приводит к смертельному исходу. Люди заражаются при укусе, ослюнении, царапинах. Инкубационный период составляет от 10 дней до 3-4 (но чаще 1-3) месяцевВыделяют 3 периода заболевания: 1. период предвестников Длится 1-3 дня. Сопровождается повышением температуры до 37,2-37,3 °C, угнетённым состоянием, плохим сном, болью на месте укуса.2. Стадия разгара (гидрофобия) Длится 1-4 дня. Выражается в резко повышенной чувствительности к малейшим раздражениям органов чувств, шум вызывают судороги мышц конечностей, Больные становятся агрессивными.3. Период параличей (стадия «зловещего успокоения»)Наступает паралич глазных мышц, нижних конечностей продолжительность 5-8 дней.Репликация рабдовирусов происходит в цитоплазме зараженных клеток и может осуществляться даже в клетках, лишенных ядра.Репликация РНК обеспечивается ферментативной активностью L + NS-белков и протекает с образованием плюс-нити и репликативного предшественника. Существуют механизмы регуляции синтеза, в результате которых минус-нити РНК образуются во много раз чаще, нежели плюс-нити, а разные белки синтезируются в различных количествах. В ходе синтеза РНК образуются разные классы DI-частиц. Сборка нуклеокапсидов происходит в цитоплазме, а вирионы формируются на клеточных мембранах, выходя из клетки посредством почкования.

28 . В нуклеокапсиде взаимодействие нуклеиновой кислоты и белка осуществляется по одной оси вращения. Каждый вирус со спиральной симметрией обладает характерной длиной, шириной и периодичностью нуклеокапсида. Нуклеокапсиды большинства патогенных для человека вирусов имеют спиральную симметрию (например, коронавирусы, рабдовирусы, пара- и ортомиксовирусы, буньявирусы и ареновирусы). К этой группе относят и вирус табачной мозаики. Организация по принципу спиральной симметрии придаёт вирусам палочковидную форму. При спиральной симметрии белковый чехол лучше защищает наследственную информацию, но требует большого количества белка, так как покрытие состоит из сравнительно крупных блоков.

вирус табачной мозаики был первым вирусом, выделенным в чистом виде. При заражении этим вирусом на листьях больного растения появляются желтые крапинки - так называемая мозаика листьев. Вирусы распространяются очень быстро либо механически, когда больные растения или его части приходят в соприкосновение со здоровыми растениям, либо воздушным путем с дымом от сигарет, для изготовления которых были использованы зараженные листья.

29 . Синдром приобретённого иммунного дефицита (СПИД) - состояние, развивающееся на фоне ВИЧ-инфекции и характеризующееся падением числа лимфоцитов , множественными оппортунистическими инфекциями, неинфекционными и опухолевыми заболеваниями. СПИД является терминальной стадией ВИЧ-инфекции.До настоящего времени не создано вакцины против ВИЧ, лечение ВИЧ-инфекции значительно замедляет течение болезни, однако известен только единичный случай полного излечения болезни в результате пересадки модифицированных стволовых клеток. Пути передачи ВИЧ-инфекции: 1. Половой 2. Инъекционный и инструментальный - при использовании загрязнённых вирусом шприцев, игл, катетеров3. Гемотрансфузионный (после переливания инфицированной крови или её компонентов - плазмы, тромбоцитарной, лейкоцитарной); 4. Перинатальный (антенатальный, трансплацентарный - от инфицированной матери); 5. Трансплантационный (пересадка инфицированных органов, костного мозга, искусственная инсеминация инфицированной спермой); 6. Молочный (заражение ребёнка инфицированным молоком матери); 7. Профессиональный и бытовой - заражение через повреждённые кожные покровы и слизистые оболочки людей, контактирующих с кровью. ВИЧ не передается при бытовых контактах.Стадии развития ВИЧ: 1Стадия инкубации протекает от момента заражения до появления реакции организма в виде проявлений острой инфекции или выработки антител (от 3 недель до 3 месяцев, но в некотрых случаях затягиваться и до года). 2стадия первичных проявлений имеет дополнительный набор характеристик: острая инфекция,бессимптомная инфекция,персистирующая генерализованная лимфаденопатия (увеличение не менее двух лимфоузлов в двух разных группах, исключая паховые лимфоузлы, В стадии острой инфекции часто отмечается транзиторное снижение Т-лимфоцитов, которое иногда сопровождается развитием проявлений вторичных заболеваний (кандидозы, герпетическая инфекция). Эти проявления, слабо выражены, кратковременны и хорошо поддаются терапии (лечению). Обычно продолжительность стадии острой инфекции составляет 2-3 недели, после чего заболевание переходит - бессимптомную инфекцию. 3). Стадия обычно начинает развиваться через 3-5 лет от момента заражения. Для нее характерны бактериальные, грибковые и вирусные поражения слизистых и кожных покровов, воспалительные заболевания верхних дыхательных путей. На стадии (через 5-7 лет от момента заражения) кожные поражения носят более глубокий характер и склонны к затяжному течению. Стадия (через 7--10 лет) характеризуется развитием тяжелых, вторичных заболеваний, их генерализованным (общим) характером, поражением центральной нервной системы.

30. Парамиксовирусы (Paramyxoviridae ) - семейство вирусов, вызывающих корь, эпидемический паротит (свинку), парагрипп, болезнь Ньюкасла, чумку у собак. Возможно, вызывают атипичную пневмонию. Вирионы имеют сферическую форму.Геном представлен однонитевой нефрагментированной РНК, ограничивает сопротивляемость к мутации. Жизненный цикл вирусов парагриппа проходит в цитоплазме клетки, парамиксовирусы не нуждаются в затравочной мРНК для своей транскрипции.Классификация: Семейство включает следующие таксоны:подсемейство Paramyxovirinae :род Avulavirus - вирус болезни Ньюкасла ,род Henipavirus ,род Morbillivirus - вирус кори, вирус чумки собак, род Respirovirus - вирус парагриппа человека, серотипов 1 и 3,род Rubulavirus вирус парагриппа человека серотипов 2 и 4, паротита,род TPMV-like viruses ;подсемейство Pneumovirinae :род Pneumovirus - респираторный синцитиальный вирус,род Metapneumovirus. Особенности репликации: Геном представлен одной линейной молекулой негативной полярности одноцепочной. Имеется 6 генов, разделенных консервативными некодирующими участками, которые являются сигналами начала и окончания полиаденилирования. В составе парамиксовирусов обнаружено семь белков: NP (или N), P, M, F, L и HN (или Н или G). Они являются общими для всех родов. HN-белок обеспечивает прикрепление вирионов к клеткам и вызывает образование ВНА, препятствующих адсорбции вируса на клеточных рецепторах. F-белок участвует в проникновении вируса в клетку. Размножение парамиксовирусов происходит в цитоплазме, Вирионы с помощью HN-белка прикрепляются к гликолипидным рецепторам клетки. Затем F-белок осуществляет сплавление вирусной оболочки с плазматической мембраной клетки. В результате нуклеокапсид оказывается в клетке с тремя связанными с ним белками (N, Р и L), после чего начинается процесс транскрипции, осуществляемый вирионой РНК-зависимой РНК полимеразой. Геном транскрибируется с образованием 6-10 дискретных непроцессированных мРНК в результате последовательного прерывистого синтеза от одного промотора. Полноразмерная копия геномной РНК (+РНК) также синтезируется и служит матрицей для синтеза геномной РНК (-РНК). синтезированные геномные РНК, связанные с N-белком и транскриптазой, формируют нуклеокапсиды. Созревание вирионов включает:
1) внедрение вирусных гликопротеинов в измененные участки клеточной плазматической мембраны;
2) связывание матричного белка (М) и других негликозилированных белков с измененной мембраной клетки;
3) размещение нуклеокапсидных субъединиц под М-белком;
4) формирование и освобождение зрелых вирионов путем почкования.

Важнейшие представители: Вирусы парагриппа очень распространенные возбудители ОРЗ. вирус парагриппа человека чаще поражает клетки гортани, поэтому заболевание протекает с явлениями ларингита (сухой болезненный «лающий кашель», охрипший голос). У детей заболевания, вызываемые ВПГЧ, протекают более тяжело, у них чаще развивается интоксикация . Респираторно - синцитиальный вирус Возбудитель относится к роду Pneumovirus семейства парамиксовирусов, является одним из наиболее частых возбудителей острых респираторных заболеваний у детей первых лет жизни.Вирус кори - представитель рода Morbillivirus семейства парамиксовирусов. По морфологии почти не отличается от других представителей семейства. У него отсутствует нейраминидаза. Обладает гемагглютинирующей, гемолитической и симпластической активностью. Вирус имеет гемагглютинин, гемолизин (F), нуклеопротеид (NP) и матричный белок, отличающиеся антигенной специфичностью и иммуногенностью. Вирус кори имеет сероварианты, имеет общие антигенные детерминанты с другими морбилливирусами (вирусом чумы собак и вирусом чумы крупного рогатого скота).

31 В изометрических структурах упаковка нуклеиновой кислоты вирусного генома сложная: белки оболочки нуклеокапсида относительно слабо связаны с нуклеиновой кислотой или нуклеопротеидами, что налагает минимум ограничений на способ упаковки нуклеиновой кислоты. Нуклеопротеиды «сердцевины» при этом могут быть весьма сложно организованы: так, в паповавирусах двухцепочечная кольцевая ДНК, связываясь с гистонами, образует структуры, очень похожие на нуклеосомы.

У подобных вирусов нуклеиновая кислота окружена капсомерами , образующими фигуру икосаэдра- многогранника с 12 вершинами, 20 треугольными гранями и 30 углами. К вирусам с подобной структурой относят аденовирусы, реовирусы, иридовирусы, герпесвирусы и пикорнавирусы. Организация по принципу кубической симметрии придаёт вирусам сферическую форму. Принцип кубической симметрии - самый экономичный для формирования замкнутого капсида, так как для его организации используются сравнительно небольшие белковые блоки, образующие большое внутреннее пространство, в которое свободно укладывается нуклеиновая кислота.

32. Жизненные циклы большинства вирусов, вероятно, схожи. А вот в клетку они, по-видимому, проникают по-разному, поскольку в отличие от вирусов животных бактериальным и растительным вирусам приходится проникать еще и через клеточную стенку. Проникновение в клетку не всегда происходит путем инъекции, и не всегда белковая оболочка вируса остается на внешней поверхности клетки. Попав внутрь клетки-хозяина, некоторые фаги не реплицируются. Вместо этого их нуклеиновая кислота включается в ДНК хозяина. Здесь эта нуклеиновая кислота может оставаться в течение нескольких поколений, реплицируясь вместе с собственной ДНК хозяина. Такие фаги известны под названием умеренных фагов, а бактерии, в которых они затаились, называются лизогенными. Это означает, что бактерия потенциально может лизироваться, но лизиса клеток не наблюдается до

тех пор, пока фаг не возобновит свою деятельность. Такой неактивный фаг

называется профагом или провирусом.

33. Структура и химический состав. Вирионы сферической формы. В центре – нуклеокапсид со спиральным типом симметрии, окружен внешней оболочкой с шиловидными отростками. Односпиральная «–» РНК. В составе нуклеокапсида есть несколько вирусспецифических ферментов, в том числе РНК-полимераза. Имеет суперкапсид и 3 вирусспецифических белка: 2 – гликопротеины NH (обладают гемагглютинирующей и нейраминидазной активностью), 3 – белок F (участвует в слиянии клеточных мембран с вирусной оболочкой).

КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ ГРИППА
Все представители семейства ортомиксовирусов являются вирусами гриппа. Они классифицируются на вирусы гриппа типов А, В и С по антигену РНП, который не дает перекрестных межтиповых серологических реакций". Характерной особенностью вирусов гриппа типа А является изменение антигенных свойств обоих поверхностных белков (гликопротеидов) гемагглютинина и нейраминидазы. Многочисленные антигенные варианты вирусов гриппа" с различными типами гемагглютинина и нейраминидазы выделяют от домашних и диких животных. Наличие различных антигенных вариантов потребовало унифицированной классификации вирусов на основе антигенных свойств гемагглютинина и нейраминидазы. Поскольку вирус гриппа типа С отличается от вирусов гриппа типов А и В по ряду фундаментальных свойств, он выделен в отдельный род. У вируса гриппа типа В, хотя и существуют антигенные варианты, однако их не так много и. они не нуждаются и классификации. В отличие от вирусов типа А, циркулирующих как у людей, так и у животных, вирусы гриппа типа В выделены только от человека.

34. Основной особенностью вирусного генома является то, что наследственная информация у вирусов может быть записана как на ДНК, так и на РНК. Геном ДНК-содержащих вирусов двухнитевой (исключение составляют парвовирусы, имеющие однонитевую ДНК), несегментированный и проявляет инфекционные свойства. Геном большинства РНК-содержащих вирусов однонитевой (исключение составляют реовирусы и ретровирусы, обладающие двунитевыми геномами) и может быть сегментированным или несегментированным. Вирусные РНК в зависимости от выполняемых функций подразделяются на две группы. К первой группе относятся РНК, способные непосредственно транслировать генетическую информацию на рибосомы чувствительной клетки, т.е выполнять функции иРНК и мРНК. Их называют плюс-нити РНК. Они имеют характерные окончания (`шапочки") для специфического распознавания рибосом. У другой группы вирусов РНК не способна транслировать генетическую информацию непосредственно на рибосомы и функционировать как иРНК. Такие РНК служат матрицей для образования иРНК, т.е. при репликации первоначально синтезируется матрица (+РНК) для синтеза -РНК. У вирусов этой группы репликация РНК отличается от транскрипции по длине образующихся молекул: при репликации длина РНК соответствует материнской нити, а при транскрипции образуются укороченные молекулы иРНК. Исключение составляют ретровирусы, которые содержат однонитевую +РНК, служащую матрицей для вирусной РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратной транскриптазы). При помощи этого фермента информация переписывается с РНК на ДНК, в результате чего образуется ДНК-провирус, интегрирующийся в клеточный геном.

35. ДНК-содержащие вирусы по способу репликации отличаются от РНК-содержащих вирусов. ДНК обычно существует в виде двухцепочечных структур: две полинуклеотидные цепочки соединены водородными связями и закручены таким образом, что образуется двойная спираль. РНК, напротив, обычно существует в виде одноцепочечных структур. Однако геном отдельных вирусов представляет собой одноцепочечную ДНК или двухцепочечную РНК. Первый этап репликации вирусов связан с проникновением вирусной нуклеиновой кислоты в клетку организма-хозяина. Этому процессу могут способствовать специальные ферменты, входящие в состав капсида или внешней оболочки вириона, причем оболочка остается снаружи клетки или вирион теряет ее сразу после проникновения внутрь клетки. Вирус находит подходящую для его размножения клетку, контактируя отдельными участками своего капсида (или внешней оболочки) со специфическими рецепторами на поверхности клетки по типу «ключ – замок». Если специфические («узнающие») рецепторы на поверхности клетки отсутствуют, то клетка не чувствительна к вирусной инфекции: вирус в нее не проникает. Для того чтобы реализовать свою генетическую информацию, проникшая в клетку вирусная ДНК транскрибируется специальными ферментами в мРНК. Образовавшаяся мРНК перемещается к рибосомам, в результате чего синтезируются вирусные белки. Сама же вирусная ДНК многократно удваивается при участии другого набора ферментов, как вирусных, так и принадлежащих клетке. Синтезированный белок, который используется для строительства капсида, и размноженная во многих копиях вирусная ДНК объединяются и формируют новые, «дочерние» вирионы. Сформированное вирусное потомство покидает использованную клетку и заражает новые: цикл репродукции вируса повторяется. Некоторые вирусы во время отпочковывания от поверхности клетки захватывают часть клеточной мембраны, в которую «заблаговременно» встроились вирусные белки, и таким образом приобретают оболочку. У некоторых РНК-содержащих вирусов геном (РНК) может непосредственно выполнять роль мРНК. Однако эта особенность характерна только для вирусов с «+» нитью РНК (т.е. с РНК, имеющей положительную полярность). У вирусов с «-» нитью РНК последняя должна сначала «переписаться» в «+» нить; только после этого начинается синтез вирусных белков и происходит репликация вируса. Так называемые ретровирусы содержат в качестве генома РНК и имеют необычный способ транскрипции генетического материала: вместо транскрипции ДНК в РНК, как это происходит в клетке и характерно для ДНК-содержащих вирусов, их РНК транскрибируется в ДНК. Двухцепочечная ДНК вируса затем встраивается в хромосомную ДНК клетки. На матрице такой вирусной ДНК синтезируется новая вирусная РНК, которая, как и другие, определяет синтез вирусных белков.

36. Семейство Bunyaviridae считается крупнейшим по количеству входящих в него вирусов (около 250). Передаются контактным, воздушно-пылевым и алиментарным путями. Вирионы буньявирусов имеют сферическую форму и диаметр 90-100 нм. Геном образован молекулой -РНК, состоящей из трёх (L, М и S) сегментов. Нуклеокапсид буньявирусов организован по типу спиральной симметрии. Снаружи нуклеокапсид покрыт двухслойным липидным суперкапсидом, на котором располагаются белковые структуры с гемагглютинирующей активностью, объединённые в форме поверхностной решётки. У различных буньявирусов состав белков вариабелен, но все содержат поверхностные гликопротеины G1 и G2 и внутренний гликопротеин, ассоциированный с РНК N-белок. Большинство вирусов содержит РНК-зависимую РНК-полимеразу. Репликативный цикл буньявирусов осуществляется в цитоплазме. Возбудители арбовирусных инфекций: Вирусы рода Phlebovirus вызывают различные москитные лихорадки (например, лихорадку паппатачи, неаполитанскую и сицилийскую лихорадки, лихорадки долины Рифт, Пунта Торо и др.). Род Nairovirus включает вирус конго-крымской геморрагической лихорадки, вызывающий заболевания в России, Молдавии, Украине, на Балканах и в Африке. Круг природных хозяев буньявирусов широк: природным резервуаром более половины видов являются грызуны, 1/4 птицы и 1/4 различные парнокопытные животные. Переносчики большинства буньявирусов - комары семейства Culicinae; свыше 20 видов вирусов передают клещи семейств Ixodidae и Argasidae; несколько вирусов переносят мокрецы и москиты. Род Calicivirus семейства Caliciviridae объединяет вирусы с «голым» кубическим капсидом диаметром 37-40 нм. Геном калицивирусов образован молекулой +РНК. При негативно-контрастной микроскопии на поверхности вирионов обнаруживают 32 чашевидных вдавления, в связи с чем вирусы и получили своё название [от греч. kalyx, чаша]. Калицивирусы не размножаются в известных клеточных культурах, для их диагностики обычно используют метод иммунной электронной микроскопии. Патогенные для человека виды калицивирусов вызывают гастроэнтериты и гепатиты. Помимо истинных калицивирусов в род включены вирус Норволк и возбудитель гепатита Е. Возбудители гастроэнтеритов Патогенез заболеваний обусловлен некротическими поражениями эпителия слизистой оболочки тонкой кишки калицивирусами, сопровождающимися развитием диарейного синдрома. Инкубационный период калицивирусных гастроэнтеритов не превышает 1-2 сут; большинство авторов выделяют три основных типа поражений: заболевания с выраженной рвотой (обычно наблюдают в зимние месяцы, чаще у детей); эпидемические диареи (у подростков и взрослых) и гастроэнтериты (чаще у детей). Калицивирусные гастроэнтериты сопровождают миалгия, головная боль; у 50% пациентов отмечают умеренную лихорадку. Диарейный синдром при калицивирусном гастроэнтерите протекает мягко - стул водянистый, без примеси крови. Через 7-10 сут наступает спонтанное выздоровление. Лечение калицивирусных гастроэнтеритов симптоматическое; средства этиотропной терапии и специфической профилактики отсутствуют. Род коронавирусы включает многие важные патогенные вирусы млекопитающих и птиц, вызывающие респираторные болезни, энтериты, полисерозиты, миокардиты, гепатиты, нефриты и иммунопатологию. У человека коронавирусы вместе с другими вирусами вызывают синдром обычной простуды (common cold). Большинство коронавирусов обладают выраженным тропизмом к клеткам эпителия дыхательных путей и кишечного тракта. Некоторые коронавирусы выделяются с трудом и лишь с применением органных культур. редставители рода коронавирусы имеют вирионы округлой формы диаметром 80-220 нм. Вирионы коронавирусов состоят из нуклеокапсида спиральной симметрии и гликопротеиновой оболочки, на поверхности которой имеются характерные далеко отстоящие друг от друга булавовидные выступы длиной 20 нм, образующие подобие солнечной короны. Некоторые коронавирусы, кроме того, имеют укороченные пепломеры длиной 5 нм. Коронавирусы содержат три или четыре основных структурных белка: нуклеокапсидный белок N; главный пепломерный гликопротеин S; трансмембранные гликопротеины М и Е. Некоторые вирусы, кроме того, содержат НЕ-белок. Торовирусы содержат те же белки, что и коронавирусы, но не содержат Е белок. Торовирус КРС содержит белок НЕ (М, 65000). Среди представителей рода коронавирусы различают три антигенные группы. У представителей рода коронавирусов обнаружены следующие структурные белки. Гликопротеин S (150-180 кД) образует большие выступы на поверхности вирионов. Гликопротеин S может быть разделен на 3 структурных сегмента. Большой наружный трансмембранный и цитоплазматический сегменты. Большой наружный сегмент, в свою очередь, состоит из двух субдоменов S1 и S2. Мутации в S1 сегменте связаны с изменением антигенности и вирулентности вируса. S2 сегмент является более консервативным. S белок коронавируса КРС (180 кД) в течение или после созревания вирионов расщепляется клеточными протеазами на S1 и S2, оставаясь нековалентно связанным в вирионных пепломерах. Расщепление S белка у разных коронавирусов зависит от клеточной системы. S белок вызывает образование ВНА и ответственен за слияние вирусной оболочки с мембраной клетки. S белок является многофункциональным.

37. У вирусов животных известно огромное число мутантных форм. Существуют, в частности, мутанты, различающиеся по морфологии бляшек и оспин; мутанты, зависимые от хозяина или от температуры; мутанты, неспособные индуцировать синтез тимидинкиназы; резистентные к некоторым химическим веществам или зависимые от них; различающиеся по термочувствительности их инфекционных свойств или ферментативной активности, по антигенным свойствам белков оболочки, по способности к образованию бляшек в присутствии различных ингибиторов, а также многие другие. Для генетических исследований нужны мутанты с четко выраженным, достаточно стабильным фенотипическим признаком, который легко учитывать; этот признак должен быть обусловлен единичным мутантным геном с полной пенетрантностью.

38. Умеренные фаги лизируют не все клетки в популяции, с частью из них они вступают в симбиоз, в результате чего ДНК фага встраивается в хромосому бактерии. В таком случае геномом фага называют профаг. Профаг, ставший частью хромосомы клетки, при ее размножении реплицируется синхронно с геном бактерии, не вызывая ее лизиса, и передается по наследству от клетки к клетке неограниченному числу потомков. Биологическое явление симбиоза микробной клетки с умеренным фагом (профагом) называется лизогенией, а культура бактерий, содержащая профаг, получила название лизогенной. Это название (от греч. lysis - разложение, genea - происхождение) отражает способность профага самопроизвольно или под действием ряда физических и химических факторов исключаться из хромосомы клетки и переходить в цитоплазму, т.е. вести себя как вирулентный фаг, лизирующий бактерии. Лизогенные культуры по своим основным свойствам не отличаются от исходных, но они невосприимчивы к повторному заражению гомологичным или близкородственным фагом и, кроме того, приобретают дополнительные свойства, которые находятся под контролем генов профага. Изменение свойств микроорганизмов под влиянием профага получило название фаговой конверсии. Последняя имеет место у многих видов микроорганизмов и касается различных их свойств: культуральных, биохимических, токсигенных, антигенных, чувствительности к антибиотикам и др. Кроме того, переходя из интегрированного состояния в вирулентную форму, умеренный фаг может захватить часть хромосомы клетки и при лизисе последней переносит эту часть хромосомы в другую клетку. Если микробная клетка станет лизогенной, она приобретает новые свойства. Таким образом, умеренные фаги являются мощным фактором изменчивости микроорганизмов. Умеренные фаги могут нанести вред микробиологическому производству. Так, если микроорганизмы, используемые в качестве продуцентов вакцин, антибиотиков и других биологических веществ, оказываются лизогенными, существует опасность перехода умеренного фага в вирулентную форму, что неминуемо приведет к лизису производственного штамма.

39. Ретрови́русы (лат. Retroviridae ) - семейство РНК-содержащих вирусов,

заражающих преимущественно позвоночных. Наиболее известный и активно

изучаемый представитель - вирус иммунодефицита человека. Ретровирусы

помощью которой синтезируется ДНК на матрице вирионной РНК.

После инфицирования клетки ретровирусом в цитоплазме начинается синтез

вирусного ДНК -генома с использованием вирионной РНК в качестве матрицы.

Все ретровирусы используют для репликации своего генома механизм обратной

транскрипции: вирусный фермент обратная транскриптаза (или ревертаза )

синтезирует одну нить ДНК на матрице вирусной РНК, а затем уже на матрице

синтезированной нити ДНК достраивает вторую, комплементарную ей нить.

Образуется двунитевая молекула ДНК, которая, проникнув через ядерную

оболочку , интегрируется в хромосомную ДНК клетки и далее служит матрице

для синтеза молекул вирусных РНК. Эти РНК выходят из клеточного ядра и в

цитоплазме клетки упаковываются в вирусные частицы, способные

инфицировать новые клетки.

По одной из гипотез, ретровирусы могли произойти от ретротранспозонов -

подвижных участков генома эукариот.

Классификация ретровирусов

Семейство Retroviridae включает три подсемейства:

Oncovirinae (онковирусы), важнейший представитель которого - T-лимфотропный вирус человека типа 1 ;

Lentivirinae (лентивирусы), к которому относится ВИЧ; и

Spumavirinae (спумавирусы, или пенящие вирусы).

Общая трансдукция

Механизм ее заключается в том, что в процессе внутриклеточного размножения фага в его головку может быть случайно включен вместо фаговой ДНК фрагмент бактериальной ДНК, равный по длине фаговой. Это вполне возможно, так как в инфицированной клетке биосинтез ее ДНК блокирован, а сама ДНК подвергается распаду. Таким образом в процессе репродукции фага возникают дефектные вирионы, у которых в головках вместо собственной геномной ДНК содержится фрагмент ДНК бактерии. Такие фаги сохраняют инфекционные свойства. Они адсорбируются на бактериальной клетке, вводят в нее ДНК, содержащуюся в головке, но при этом размножения фага не происходит. Введенная в клетку реципиента донорная ДНК (фрагмент хромосомы донора), если она содержит гены, отсутствующие у реципиента, наделяет его новым признаком. Этот признак будет зависеть от того, какой ген (гены) попал в головку трансдуцирующего фага. В случае рекомбинации привнесенного фагом фрагмента ДНК донора с хромосомой клетки - реципиента этот признак наследственно закрепляется.

Специфическая трансдукция

Отличается от неспецифической тем, что в этом случае трансдуцирующие фаги всегда переносят только определенные гены, а именно, те из них, которые располагаются в хромосоме лизогенной клетки слева от attL или справа от attR. Специфическая трансдукция всегда связана с интеграцией умеренного фага в хромосому клетки-хозяина. При выходе (исключении) из хромосомы профаг может захватить ген с левого или правого фланга, например или gal, или bio. Но в этом случае он должен лишиться такого же размера своей ДНК с противоположного конца, чтобы ее общая длина оставалась неизменной (иначе она не может быть упакована в головку фага). Поэтому при такой форме исключения образуются дефектные фаги: A - dgal или Xdbio.

Специфическую трансдукцию у Е. coli осуществляет не только фаг лямбда, но и родственные ему лямбдоидные и другие фаги. В зависимости от места расположения сайтов attB на хромосоме они при своем исключении могут включать различные бактериальные гены, сцепленные с профагом, и трансдуцировать их в другие клетки. Встраивающийся в геном материал может замещать до 1/3 генетического материала фага.

Трансдуцирующий фаг в случае инфицирования реципиентной клетки интегрируется в ее хромосому и привносит в нее новый ген (новый признак), опосредуя не только лизогенизацию, но и лизогенную конверсию.

Таким образом, если при неспецифической трансдукции фаг является только пассивным переносчиком генетического материала, то при специфической фаг включает этот материал в свой геном и передает его, лизогенизируя бактерии, реципиенту. Однако лизогенная конверсия может произойти и в том случае, если геном умеренного фага содержит такие собственные гены, которые у клетки отсутствуют, но отвечают за синтез существенно важных белков. Например, способностью вырабатывать экзотоксин обладают только те возбудители дифтерии, в хромосому которых интегрирован умеренный профаг, несущий оперон tox. Он отвечает за синтез дифтерийного токсина. Иначе говоря, умеренный фаг tox вызывает лизогенную конверсию нетоксигенной дифтерийной палочки в токси - генную.

Рис. 4.

1 - спот-тест; 2 - титрование по Грациа.

Метод агаровых слоев заключается в следующем. Вначале в чашку наливают слой питательного агара. После застывания на этот слой добавляют 2 мл расплавленного и охлажденного до 45 °С 0,7% - ного агара, в который предварительно добавляют каплю концентрированной суспензии бактерий и определенный объем суспензии фага. После того, как верхний слой застынет, чашку помещают в термостат. Бактерии размножаются внутри мягкого слоя агара, образуя сплошной непрозрачный фон, на котором хорошо видны колонии фага в виде стерильных пятен (рис.4.2). Каждая колония образуется за счет размножения одного исходного фагового вириона. Применение этого метода позволяет:

а) путем подсчета колоний точно определить количество жизнеспособных фаговых вирионов в данном материале;

б) по характерным признакам (размер, прозрачность и др.), изучать наследственную изменчивость V фагов.

По спектру действия на бактерии фаги подразделяются на поливалентные (лизируют родственные бактерии, например поливалентный сальмонеллезный фаг лизирует почти все сальмонеллы), монофаги (лизируют бактерии только одного вида, например фаг Vi - I лизирует только возбудителей брюшного тифа) и типоспецифические фаги, которые избирательно лизируют отдельные варианты бактерий внутри вида. С помощью таких фагов производится наиболее тонкая дифференциация бактерий внутри вида, с разделением их на фаговарианты. Например, с помощью набора фагов Vi - II возбудитель брюшного тифа делится более чем на 100 фаговариантов. Поскольку чувствительность бактерий к фагам является относительно стабильным признаком, связанным с наличием соответствующих рецепторов, фаготипирование имеет важное диагностическое и эпидемиологическое значение.

В другую бактериофагом . Общая трансдукция используется в генетике бактерий для картирования генома . К трансдукции способны как умеренные фаги, так и вирулентные , последние, однако, уничтожают популяцию бактерий, поэтому трансдукция с их помощью не имеет большого значения ни в природе, ни при проведении исследований.

Трансдукция была описана Нортоном Зиндером и Джошуа Ледербергом в 1952 году у Salmonella . Они наблюдали восстановление нормальных фенотипов у ауксотрофных штаммов , и доказали, что перенос генетического материала мог осуществлять только вирус .

Механизм

Общая схема трансдукции

Трансдукция - это опосредованная фагами передача ДНК между бактериальными клетками. Ключевой этап этого процесса - упаковка переносимой ДНК в головку фага во время литической фазы его жизненного цикла , то есть когда клетка погибает, высвобождая наружу вирусные частицы . Как правило, при сборке вирусных частиц в головку фага попадает его собственная ДНК, но изредка случаются ошибки, когда в головку фага попадают фрагменты бактериальной ДНК, которые могли образоваться, например, при вызванном фагом разрушении бактериальной хромосомы . Фаговые частицы, содержащие фрагменты бактериальной ДНК, называют трансдуцирующими частицами. Они могут заражать клетки как нормальные фаги, так как имеют все необходимые для этого гены . Когда после прикрепления к клетке фаг впрыскивает в неё свою геномную ДНК, он впрыскивает и бактериальную ДНК, содержащуюся в его головке. Любопытно, что трансдукция возможна и во время литического цикла.

К трансдукции способны не все фаги. К ней способны лишь те фаги, которые вызывают фрагментацию бактериальной геномной ДНК на фрагменты нужного размера, чтобы они поместились в капсид . Иногда в вирион попадает не геномная ДНК бактерии, а плазмида , которая после попадания в следующую заражённую клетку продолжит удваиваться. Фрагменты генома, переносимые фагами, напротив, к репликации неспособны ; их удвоение возможно лишь в том случае, если они смогут интегрироваться в хромосому бактерии-реципиента . Если фрагмент бактериального генома так и останется свободным, он в течение нескольких поколений будет попадать в одну из дочерних клеток при делении ; такую трансдукцию называют абортивной .

Видео по теме

Трансдукционное картирование

Трансдукцию применяли для картирования генов бактериальных хромосом. Метод основан на том, что фрагменты бактериальной ДНК, переносимые при трансдукции, достаточно велики и могут содержать целый ряд генов, поэтому близко расположенные гены могут при трансдукции переноситься одновременно (котрансдукция). Чем меньше гены