Este artigo, como um relatório de biologia da 5ª série sobre vírus bacteriófagos, ajudará o leitor a aprender informações básicas sobre essas formas de vida extracelulares. Aqui consideraremos sua localização taxonômica, características de estrutura e atividade de vida, manifestação de si mesmas ao interagir com bactérias, etc.
Introdução
Todo mundo sabe que o representante universal de uma unidade de vida no planeta Terra é uma célula. No entanto, a virada entre os séculos XIX e XX foi uma época em que foram descobertas várias doenças que afetam animais, plantas e até fungos. Analisando esse fenômeno e levando em consideração informações gerais sobre doenças humanas, os cientistas perceberam que existem organismos que podem ser de natureza não celular.
Tais criaturas são extremamente pequenas e, portanto, capazes de passar pelo menor filtro sem parar onde até mesmo a menor célula poderia parar. Isso levou à descoberta dos vírus.
Dados gerais
Antesconsidere representantes de vírus - bacteriófagos - vamos nos familiarizar com informações gerais sobre este reino da hierarquia taxonômica.
A partícula do vírus tem as menores dimensões (20-300 nm) e estrutura simétrica. Ele é construído a partir de componentes que se repetem constantemente. Todos os organismos de natureza viral são um fragmento de RNA ou DNA, encerrado em um invólucro de proteína especial chamado capsídeo. Eles não têm a capacidade de funcionar de forma independente e manter a atividade vital, estando fora de outra célula. A manifestação das propriedades dos seres vivos é inerente a eles somente após serem introduzidas em outro organismo, enquanto o próprio vírus usará os recursos da célula que capturou para manter a estabilidade em seu próprio estado. Segue-se que este domínio da taxonomia é apresentado como uma forma de vida parasitária intracelular. Existem vírus que invadem seções das membranas da célula em que se desenvolveram e viveram. Eles formam outra concha ao redor desses lugares, cobrindo o capsídeo.
Em regra, os vírus formam uma ligação com a superfície da célula em que parasitam. Então o vírus entra e começa a procurar uma estrutura específica que possa atingir. Por exemplo, os agentes causadores da hepatite funcionam e vivem apenas nas unidades celulares do fígado, enquanto a caxumba tenta penetrar nas glândulas parótidas.
DNA (RNA) pertencente ao vírus, uma vez dentro da célula portadora, começa a interagir com o aparato da hereditariedade genética para que a própria célula inicie um processo de síntese descontroladouma série específica de proteínas codificadas no ácido nucleico do próprio patógeno. Em seguida, ocorre a replicação, que é realizada diretamente pela própria célula e, assim, inicia-se o processo de montagem de uma nova partícula viral.
Bacteriófago
Quem são os vírus bacteriófagos? Esta é uma forma especial de vida na Terra que penetra seletivamente nas células das bactérias. A reprodução ocorre mais frequentemente dentro do hospedeiro, e o próprio processo leva à lise. Considerando a estrutura dos vírus usando o exemplo dos bacteriófagos, podemos concluir que eles consistem em conchas formadas por proteínas e possuem um aparato para reproduzir a hereditariedade na forma de uma cadeia de RNA ou duas cadeias de DNA. O número total de bacteriófagos corresponde aproximadamente ao número total de organismos bacterianos. Esses vírus participam ativamente da circulação química de substâncias e energia na natureza. Causam muitas manifestações de sinais em bactérias e micróbios desenvolvidos ou em desenvolvimento no curso da evolução.
Histórico de descobertas
O pesquisador de bacteriologia F. Twort criou uma descrição de uma doença infecciosa, que ele propôs em um artigo publicado em 1915. Esta doença afeta os estafilococos e pode passar por qualquer filtro, e também pode ser transportada de uma colônia de células para outras.
F. D'Herelle, um microbiologista nascido no Canadá, descobriu os bacteriófagos em setembro de 1917. Sua descoberta foi feita independentemente do trabalho de F. Tworot.
Em 1897, N. F. Gamaleya tornou-se um observador do fenômeno da lisebactérias que procederam sob a influência do processo do agente de enxertia.
Os vírus bacterianos são bacteriófagos parasitas que desempenham um papel importante na patogênese das infecções. Eles estão envolvidos em garantir a recuperação do tipo de organismo multicelular de muitas doenças e, portanto, formam um tipo específico de sistema imunológico. D'Herelle falou disso pela primeira vez e depois o desenvolveu em uma doutrina. Esta posição atraiu muitos cientistas que começaram a explorar esta área e a tentar encontrar respostas para questões como: que tipo de estrutura celular (cristais) têm os bacteriófagos bactérias-vírus? Quais são os processos dentro deles, seu futuro destino e desenvolvimento? Tudo isso e muito mais atraiu a atenção de muitos pesquisadores.
Significado
A estrutura dos vírus no exemplo de um bacteriófago pode nos dizer muito, especialmente pela interação com outras informações que uma pessoa tem sobre eles. Por exemplo, eles são supostamente a forma mais antiga de partículas de vírus. A análise quantitativa nos indica que sua população tem mais de 1030 partículas.
Na natureza, elas podem ser encontradas no mesmo local onde vivem as bactérias, às quais podem ser sensíveis. Uma vez que os organismos em questão são definidos pelo seu habitat, pelas preferências das bactérias que infectam, segue-se que as bactérias lisantes do solo (fagos) viverão no solo. Quanto mais microorganismos o substrato contém, mais fagos são necessários.
Na realidade, todo bacteriófago incorporauma das unidades elementares básicas da mobilidade genética. Por meio da transdução, provocam o surgimento de novos genes no material hereditário da bactéria. Cerca de 1024 células bacterianas podem ser infectadas por segundo. Essa forma de responder à questão de quais vírus são chamados de bacteriófagos nos mostra abertamente as maneiras pelas quais a informação hereditária é distribuída entre organismos bacterianos de um habitat comum.
Recursos de construção
Respondendo a questão de qual estrutura o vírus bacteriófago possui, podemos concluir que eles podem ser distinguidos de acordo com a estrutura química, o tipo de ácido nucleico (n.c.), dados morfológicos e a forma de interação com organismos bacterianos. O tamanho de tal organismo pode ser vários milhares de vezes menor do que a própria célula microbiana. Um representante típico de fagos é formado por uma cabeça e uma cauda. O comprimento da cauda pode ser de duas a quatro vezes o diâmetro da cabeça, que, aliás, abriga o potencial genético, que tomou a forma de uma cadeia de DNA ou RNA. Há também uma enzima - transcriptase, imersa em um estado inativo e cercada por uma casca de proteínas ou lipoproteínas. Ele determina o armazenamento do genoma dentro da célula e é chamado de capsídeo.
As características estruturais do vírus bacteriófago definem seu compartimento de cauda como um tubo de proteínas, que serve como uma continuação da concha que compõe a cabeça. A ATPase está localizada na região da base da cauda, que regenera os recursos energéticos gastos no processo de injeção.material genético.
Dados sistemáticos
Bacteriófago é um vírus que infecta bactérias. É assim que o taxonomista o classifica na tabela de ordem hierárquica. A atribuição de um título a eles nesta ciência deveu-se à descoberta de uma enorme quantidade desses organismos. Estas questões estão atualmente a ser abordadas pelo ICTV. De acordo com as Normas Internacionais para a classificação e distribuição de táxons entre os vírus, os bacteriófagos são diferenciados pelo tipo de ácido nucleico que contêm ou pelas características morfológicas.
Hoje, 20 famílias podem ser distinguidas, dentre as quais apenas 2 pertencem a contendo RNA e 5 com concha. Entre os vírus de DNA, apenas 2 famílias têm uma forma de fita simples do genoma. 9 vírus contendo DNA (o genoma nos aparece como uma molécula circular de ácido desoxirribonucleico) e os outros 9 com uma figura linear. 9 famílias são específicas para bactérias e as outras 9 são específicas para archaea.
Influência na célula bacteriana
Os vírus bacteriófagos, dependendo da natureza da interação com uma célula bacteriana, podem diferir em fagos do tipo virulento e moderado. Os primeiros são capazes de aumentar seu número apenas com a ajuda de ciclos líticos. Os processos em que ocorre a interação do fago virulento e da célula consistem na adsorção na superfície celular, penetração na estrutura celular, processos para a biossíntese de elementos fágicos e sua colocação em estado funcional, bem como a liberação de o bacteriófago do hospedeiro.
Vamos considerar a descrição dos vírus bacteriófagos com base em sua ação adicional na célula.
As bactérias têm em sua superfície estruturas fago-específicas especiais, apresentadas na forma de receptores, aos quais, de fato, o bacteriófago está ligado. Utilizando a cauda, o fago, por meio das enzimas contidas em sua extremidade, destrói a membrana em um determinado local da célula. Além disso, ocorre sua contração, como resultado da introdução de DNA na célula. O "corpo" do vírus bacteriófago com sua capa de proteína permanece do lado de fora.
A injeção feita por um fago causa uma reestruturação completa de todos os processos metabólicos. A síntese de proteínas bacterianas, assim como RNA e DNA, é completada, e o próprio bacteriófago inicia o processo de transcrição graças à atividade de uma enzima pessoal chamada transcriptase, que é ativada somente após entrar na célula bacteriana.
As cadeias inicial e tardia do RNA mensageiro são sintetizadas após entrarem no ribossomo da célula transportadora. O processo de síntese de estruturas como nuclease, ATPase, lisozima, capsídeo, processo de cauda e até DNA polimerase também ocorre lá. O processo de replicação prossegue de acordo com um mecanismo semiconservativo e é realizado apenas na presença de uma polimerase. As proteínas tardias são formadas após a conclusão dos processos de replicação do ácido desoxirribonucleico. Depois disso, inicia-se o estágio final do ciclo, no qual ocorre a maturação do fago. Ele também pode se combinar com a casca da proteína e formar partículas maduras prontas para a infecção.
Ciclos da vida
Independentemente da estrutura do vírus bacteriófago, todos eles têm uma característica comum de ciclos de vida. De acordo com moderação ou virulência, ambos os tipos de organismos são semelhantes entre si nos estágios iniciais de influência na célula com o mesmo ciclo:
- o processo de adsorção de fagos em um receptor específico;
- injetando ácidos nucleicos na vítima;
- inicia o processo conjunto de replicação de ácidos nucléicos, tanto fagos quanto bactérias;
- processo de divisão celular;
- desenvolvimento por via lisogênica ou lítica.
O bacteriófago temperado mantém o modo profago, segue a via lisogênica. Os representantes virulentos se desenvolvem de acordo com o modelo lítico, no qual há uma série de processos sequenciais:
- A direção da síntese de ácidos nucléicos é definida por enzimas fágicas, que afetam o aparelho responsável pela síntese de proteínas. O parasita inicia a inativação do RNA e do DNA pertencentes ao hospedeiro, e a ação enzimática adicional leva completamente à sua divisão. A próxima parte do processo é a "subordinação" do aparelho celular para a síntese de proteínas.
- Fago n. sofre replicação e determina a direção da síntese de novas conchas de proteínas. O processo de formação da lisozima é subordinado ao RNA do fago.
- Lise celular: Ruptura celular causada pela atividade da lisozima. Um grande número de novos fagos é liberado, o que infectará ainda mais os organismos bacterianos.
Métodos de operação
Vírusbacteriófagos encontram sua ampla aplicação na terapia do tipo antibacteriano, que serve como alternativa aos antibióticos. Entre os organismos que podem ser aplicáveis, os mais comumente distinguidos são: estreptococos, estafilococos, klebsiella, coli, proteus, piobacteriófagos, poliproteínas e disenteria.
Treze substâncias medicinais baseadas em fagos são registradas e aplicadas na prática no território da Federação Russa para fins médicos. Como regra, esses métodos de combate a infecções são usados quando a forma tradicional de tratamento não leva a mudanças significativas, causadas por uma fraca sensibilidade do patógeno ao próprio antibiótico ou resistência completa. Na prática, o uso de bacteriófagos leva à obtenção rápida e de alta qualidade do sucesso desejado, mas isso requer a presença de uma membrana biológica coberta por uma camada de polissacarídeos, através da qual os antibióticos não podem penetrar.
O tipo terapêutico de aplicação dos representantes dos fagos não encontra respaldo no Ocidente. No entanto, muitas vezes é usado para combater bactérias que causam intoxicação alimentar. Muitos anos de experiência no estudo da atividade dos bacteriófagos nos mostram que a presença, por exemplo, do fago da disenteria no espaço comum das cidades e vilas provoca a exposição do espaço a medidas preventivas.
Engenheiros genéticos exploram bacteriófagos como vetores para transferir segmentos de DNA. E também com a participação deles, ocorre a transferência de informações genômicasentre células bacterianas em interação.
