3.10. Віруси бактерій. Особливості морфології бактеріофагів. Взаємодія бактерій з клітинами бактерій. Вірулентні та помірні бактеріофаги. Лізогенія та лізогенна конверсія

Бактеріофаги - група вірусів, що паразитують в бактеріальних клітинах. Віруси, що викликають загибель інфікованих бактерій, відомі як літичні бактеріофаги. Розмноження і вихід дочірніх популяцій вірусу з бактерії супроводжується її загибеллю і руйнуванням (лізисом).

Зовні більшість бактеріофагів нагадують сперматозоїди або пуголовків, але серед них зустрічають і інші форми, на підставі яких виділяють п'ять основних типів бактеріофагів. До типу I бактеріофагів відносять ДНК-містять ниткоподібні фаги, лизирующие бактерії, що містять F-плазміди. Фаги типу II представлені головкою і рудиментом хвоста. Геном більшості з них утворений молекулою РНК і лише у фага jc-174 - однониткових ДНК. Бактеріофаги типу III мають короткий хвіст (наприклад, Т-фаги 3 і 7). До типу IV відносять фаги з несокращаюшімся хвостом і двухнитевой ДНК (наприклад, Т-фаги 1 і 5). Фаги типу V мають ДНК-геном, скорочується чохол хвоста, який закінчується базаль-ної пластиною (наприклад, Т-фаги 2 або 4).

Залежно від наслідків взаємодії фагів з бактеріальною клітиною, вони поділяються на вірулентні та помірні.Вірулентні бактеріофаги проникають всередину клітини, спричиняючи її лізис. Взаємодія їх з клітиною складається з ряду етапів, притаманних практично всім вірусам. Коли з клітиною взаємодіють помірні бактеріофаги, частина клітин залишається неушкодженою ними, тому що спостерігається явище лізогенії – інтеграції генома бактеріофага в геном клітини.

Існує два шляхи розвитку інфекції після зараження бактеріальної клітини помірним фагом: літичний цикл, який так само, як і при зараженні бактерії вірулентним фагом, закінчується лізисом клітини й виходом потомства фага в зовнішнє середовище; лізогенізація, коли в результаті біоситетичних процесів у клітині виробляється імунітет до інфікуючого фагу, фагова ДНК вбудовується в ДНК бактерії та в подальшому реплікується разом з нею як складова частина (профаг), а бактерія виживає і стає лізогенною.

Стадії лізогенного циклу:

1. Вірусний геном потрапляє з вірусом до клітини-господаря.

2. ДНК об'єднується з геномом клітини. На відміну від літичного циклу, утворення вірусних частинок і лізис клітини не відбуваються.

3. ДНК-полімераза клітини реплікує вірус у хромосомі.

4. Клітина діліться, а вірусні геноми передаються дочірнім клітинам. В кожному поколінні бактерій незначна частина клітин піддається лізису з вивільненням 70 - 150 часток помірних фагів.

5. У будь-який момент, коли вірус активується, вірусний геном від'єднується від ДНК клітини і переходить до літичного циклу. Зазвичай невідомо, що саме активує вірус, але найімовірнішими сигналами є концентрації гормонів та факторів росту в межах зараженої клітини. Частота переходу профага в інфекційний стан (індукція профага) може бути збільшеною рядом агентів (наприклад, ультрафіолетовим випромінюванням).

4.10. Вплив ультразвуку, ультрафіолетового і радіоактивного випромінювання на мікроорганізми

Оскільки бактерії мають відносно малу масу і жорстку ригідну оболонку, низькочастотні коливання (зона звукових коливань 100-10000 Гц) діють на них слабко. Але якщо бактерії занурити в рідину, в якій поширюються високочастотні коливання (ультразвук — УЗ), бактерії руйнуються і гинуть. Руйнування клітин під дією ультразвуку зумовлено утворенням всередині клітини піни, яка складається з най дрібніших бульбашок газу, що міститься в розчиненому стані в протоплазмі чи в рідині на поверхні клітиин. Бактерицидний ефект УЗ зменшується, якщо пригнічується кавітація (розрив рідини). Це відбувається при дегазації, зануренні об'єкта в гель чи інше в'язке середовище. Бактерицидний ефект УЗ посилюється при насиченні суспензії, що озвучується, азотом, повітрям, киснем, оскільки це підсилює кавітацію. Дія УЗ спричиняє не тільки механічне пошкодження клітин. При цьому спостерігаються біохімічні та функціональні зміни які не приводять до загибелі організму (можуть вивільнятися біологічно активні речовини - вітаміни, ферменти та ін.) Тому УЗ використовують для одержання певних клітинних фракцій, для стерилізації субстратів, які пошкоджуються при тепловій обробці. До УЗ чутливі всі мікроорганізми, в тому числі й спорові.

Частина інфрачервоних променів з довжиною хвилі менше 1000 нм і видиме світло сприятливо діють на фототрофні мікроорганізми, оскільки вони є основним джерелом світла. Нефототрофи краще розвиваються в темноті. Навіть розсіяне світло затримує розвиток бактерій, а видиме світло значної інтенсивності може спричиняти пошкодження і навіть загибель клітин. Від згубної дії видимого світла мікроорганізми захищають пігменти.

Найбільш згубним для мікроорганізмів є ультрафіолетове опромінення, яке спричиняє або летальну, або мутагенну дію, залежно від дози і природи мікроорганізму. Іонізуюча радіація діє на мікроорганізми менш специфічно, ніж УФ опромінення, хоча також впливає на ДНК і спричиняє або бактерицидний, або мутагенний ефект. При γ-опроміненні великого спектра мікроорганізмів було показано, що LD_W становить, кГр для кишкової палички (та інших грамнегативних бактерій) – 0,03-0,04, для стафілококів – 0,17-0,19, грампозитивних паличок - 0,4, дріжджів – 0,39-0,15, сарцин - до 0,5,. LD_W - це доза опромінення, після якої вижиме 10% клітин. Сублетальна доза (виживання становить менше 1 %) для спор Bacillus subtitle становить 8-10 кГр. Серед бактерій є чутливі до іонізуючої радіації (Pseudomonas ftuotrscens), резистентні (Місrососсиs, Streptococcus) та високорезистентні (високорадіостійкі бактерії).

5.10. Клітинна інженерія. Використання культур клітин рослин для отримання лікарських засобів. Гібридомна технологія для одержання моноклональних антитіл. Напрямки використання моноклональних антитіл.

Клітинна інженерія - це самостійна галузь біологічних та медичних наук, в завдання входить створення нових, не існуючих раніше в природі клітин із заданими властивостями.

Історично клітинна інженерія пройшла наступні етапи: 1) розробка методів штучного злиття клітин, що ростуть в культурі; 2) отримання реконструйованих клітин шляхом злиття – об’єднання ядра та цитоплазми від різних клітин у раніше невідомих комбінаціях; 3) ефективна трансфекція соматичних та статевих клітин. У завдання клітинної інженерії входить створення визначеними методами гібридних клітин.

Клітинна інженерія пов’язана зі стерилізацією рослинних тканин та органів, їх ізолюванням і вирощуванням в умовах in vitro на спеціальних поживних середовищах. Клітинні суспензії широко застосовуються для отримання вторинних метаболітів, які мають практичне значення для фармацевтичної промисловості (антибіотики, алкалоїди, глікозиди, для промислового вирощування клітинної біомаси, з якої отримують білкові, вітамінні, ферментні препарати, Використовують з метою отримання лікарських речовин широко використовуються суспензійні культури клітин таких видів рослин, як женьшень, наперстянка шерстиста, раувольфія зміїна, беладона.

Першим практичним застосування досягнень клітинної інженерії стала розробка гібридомної технології та отримання з її допомогою моноклональних антитіл. Другим практичним застосуванням досягнень клітинної інженерії є доказ можливості направленої генетичної трансформації соматичних та статевих клітин тварин і рослин та отримання таким шляхом клітин-продуцентів заданих білкових продуктів.

Гібридома - це результат злиття злоякісних клітин та секретуючих імуноглобуліни клітин імуної системи. Гібридома має ряд селективних переваг: тривале розмноження в культурі; здатність синтезувати моноклональні антитіла. Келер запропонував злити мієломну клітину з лімфоцитами із популяції, яка б мала попередній контакт з певним антигеном. За його розрахунками, отримана таким чином клітина повинна синтезувати антитіла відповідної специфічності, і одночасно володіти здатністю до необмеженого росту, як це характерно для злоякісної мієломної батьківської клітини. У 1974 р. Келеру вдалось отримати гібридому, що мала здатність продукувати антитіла певної специфічності — моноклональні антитіла — внаслідок злиття клітин мієломи та лімфоцитів селезінки миші, яка була імунізована еритроцитами барана у присутності поліетиленгліколю.

Моноклональні антитіла використовують: для ідентифікації певного гормону, вірусних або бактеріальних антигенів, антигенів групи крові та тканниних антигенів; для визначення доз ліків; для «впізнавання» злоякісних пухлин товстої та прямої кишки, діагностики деяких форм раку щитовидної залози, епітеліальної форми раку; для виділення біологічно активних речовин (білків, гормонів, токсинів) із складних сумішей; для нейтралізації дії лімфоцитів, що відповідають за відторгнення трансплантанту, а також аутоантитіл, які утворюються при аутоімунних захворюваннях (деякі форми діабету, розсіяний склероз, ревматичні хвороби); у поєднанні з лікарськими препаратами моноклональні антитіла можуть значно посилювати ефективність дії останніх на клітини-мішені, дозволяючи при цьому уникати серйозних побічних явищ, які, як правило, супроводжують хіміотерапію раку; для діагностики та лікування захворювань, які викликаються патогенами, перш за все мікроорганізмами та їх токсинами; для діагностики вагітності, виявлення схильності до діабету, ревматоїдного артриту, спадкових захворювань.