25. Віруси і бактеріофаги. Особливості їх будови та життєдіяльності.

Віруси – дрібні живі організми, розміри яких варіюють у межах від 20 до 300 нм; у середньому вони раз у п'ятдесят менші за бактерій. Їх не можна побачити за допомогою світлового мікроскопа. Вони проходять крізь фільтри, непроникні для бактерій.

Віруси не мають клітинної будови.

Віруси – облігатні ендопаразити (здатні відтворюватися, лише проникнувши у живу клітину). Більшість з них викликає хвороби.

Віруси побудовані дуже просто. Вони складаються з невеликої молекули нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), оточеної білковою чи ліпопротеїновою оболонкою.

Віруси мають ознаки живого і неживого.

Віруси високоспецифічні щодо клітин-хазяїв.

Походження вірусів. Про походження вірусів існують три основні гіпотези:

І — віруси походять від бактерій і є їхніми нащадками, що деградували;

ІІ — віруси є нащадками первинних клітин – протобіонтів;

ІІІ — віруси – нащадки про- та еукаріотичних клітин; це генетичний матеріал, який зберіг здатність до відтворення при поверненні в клітинне оточення.

Будова вірусів. Віруси складаються з таких структур:

серцевина — генетичний матеріал, представлений або ДНК, або РНК; ДНК чи РНК може бути одноланцюговою чи дволанцюговою;

капсид — захисна білкова оболонка, що оточує серцевину;

нуклеокапсид — складна структура, утворена серцевиною і капсидом;

оболонка — у деяких вірусів, таких як ВІЛ і віруси грипу, є додатковий ліпопротеїновий шар, що походить з плазматичної мембрани клітини-хазяїна;

капсомери — ідентичні повторювані субодиниці, з яких часто бувають побудовані капсиди.

Для структури капсиду характерні певні типи симетрії, особливо поліедрична і спіральна. Наочною ілюстрацією спіральної симетрії може служити РНК-вмісний вірус тютюнової мозаїки (ВТМ) (рис. 34).

Життєвий цикл вірусу.Життєвий цикл вірусу складається з таких стадій:

1)стадія віроспори – нема жодних проявів життєдіяльності; 2)адсорбція – прикріплення вірусу до клітини; 3)ін’єкція – проникнення у клітину; 4)латентна; 5)утворення нового покоління вірусів; 6)вихід віроспор.

У латентній стадії вірус наче зникає, його не можна побачити або виділити з клітини, але в цей період клітина синтезує необхідні вірусові білки та нуклеїнові кислоти для утворення нового покоління віроспор.

Бактеріофаги. Віруси, які атакують бактерії, утворюють групу, що називається бактеріофагами чи просто фагами. У деяких бактеріофагів існують чітко виражені ікосаедрична голівка і хвіст, що мають спіральну симетрію.

Життєвий цикл бактеріофага

Життєвий цикл типового бактеріофага показаний на прикладі фага Т-2, що атакує кишкову паличку. E.coli є типовою клітиною-хазяїном щонайменше для сімох штамів Т-фагів (від Т1 до Т7). Т-парний фаг (наприклад, Т2-фаг) показаний на рис. 35.

Життєвий цикл бактеріофага складається з таких стадій:

1) фаг наближається до бактерії і нитки його хвостового відростка зв’язуються з рецепторними ділянками на поверхні бактеріальної клітини

2) нитки хвостового відростка загинаються і прикріплюють шипи і базальну пластинку до поверхні клітинної стінки (“заякорюють”). Чохол хвостового відростка скорочується, проштовхуючи порожній стрижень до клітини. Цей процес іде за участю ферменту лізоциму, що міститься у базальній пластинці

3) ДНК фага вводиться до клітини. У фаговій ДНК закодовані ферменти, для синтезу яких використовується білоксинтезуючий апарат клітини-хазяїна

4) фаг інактивує ДНК клітини-хазяїна, а фагові фрагменти її руйнують. Фагова ДНК підпорядковує собі клітинний апарат

5) фагова ДНК реплікується, утворюючи безліч своїх копій

6) нові фагові частинки утворюються в результаті спонтанного самоскладання білкової оболонки навколо фагової ДНК; фагова ДНК детермінує синтез лізоциму

7) лізис клітини. Клітинні мембрани розриваються під дією лізоциму. Вивільняється близько 200 – 1000 нових фагових частинок.

Стадії перша – сьома тривають близько 30 хв.; цей період називаєься латентним періодом.

Життєві цикли більшості фагів в основному схожі. Однак в одних з них життєвий цикл проходить без перерв; у такому разі йдеться про літичний цикл розвитку. Якщо ж фагова ДНК вбудовується у ДНК клітини-хазяїна, жодним чином себе не проявляє і копіюється разом з клітинною ДНК (фаг ), то такий цикл розвитку фага – лізогенний, фаг – профаг, клітина – лізогенна.

Практичне значення бактеріофагів

Бактеріофаги використовуються в медицині та ветеринарії як засіб боротьби з бактеріальними інфекціями. Наявність фагів у стічних водах розглядається як чинник самоочищення і одночасно може служити показником забруднення їх відповідним фагові мікроорганізмом. Бактеріофаги можуть завдати великого економічного збитку біотехнологічним виробництвам, що ґрунтуються на використанні бактерій (ацетонобутилове, молочнокисле, виробництво антибіотиків тощо).

Віруси як збудники хвороб

Віруси здатні вражати і еукаріотичні клітини. При цьому кожен вірус має свого специфічного хазяїна

Життєвий цикл вірусу імунодефіциту людини такий:

1. вірус наближається до Т4-лімфоцита;

2. вірусний глікопротеїн прикріплюється до рецепторного білка на плазматичній мембрані;

3. вірус потрапляє у клітину шляхом ендоцитозу;

Під дією ферменту зворотної транскриптази інформація, закодована у одноланцювих РНК, транскрібується у відповідні ДНК-нитки.

4. вірусна РНК вивільняється у цитоплазму разом з ферментом зворотною транскриптазою;

5. у результаті транскрипції одноланцюгової вірусної РНК за участю зворотної транскриптази утворюється дволанцюгова ДНК;

ДНК, що утворилась, потрапляє у клітинне ядро та вбудовується у ДНК клітини-хазяїна. З кожним клітинним поділом одночасно копіюється вбудована вірусна ДНК. У результаті кількість інфікованих клітин збільшується;

6. після завершення латентного (неактивного) періоду (близько 5 років) вірус знову активується. Фактори активації не встановлено;

7. утворюється нова вірусна РНК і синтезуються нові білки;

8. складання вірусних частинок;

9. вірусні білки відокремлюються від клітини шляхом екзоцитозу;

10. інфікування клітини вірусом призводить до її загибелі

Принципові відмінності вірусів. Віруси можуть існувати тільки як внутрішньоклітинні паразити. Вони містять лише один тип нуклеїнової кислоти. Мають дуже обмежений набір ферментів, використовують обмін речовин клітини-хазяїна.