Virüslerin morfolojisi ve yapısı. Virüslerin morfolojisi ve yapısı Virüslerin morfolojisi ve sınıflandırılması
Virüslerin morfolojisi ve yapısı, boyutları küçük olduğundan ve bakteri kabuğunun kalınlığıyla karşılaştırılabilir olduğundan elektron mikroskobu kullanılarak incelenir. Viryonların şekli farklı olabilir: çubuk şeklinde (tütün mozaik virüsü), kurşun şeklinde (kuduz virüsü), küresel (çocuk felci virüsleri, HIV), sperm şeklinde (birçok bakteriyofaj).
Virüslerin boyutları elektron mikroskobu, bilinen gözenek çapına sahip filtreler aracılığıyla ultrafiltrasyon ve ultrasantrifüjleme kullanılarak belirlenir. En küçük virüslerden biri çocuk felci virüsüdür (yaklaşık 20 nm), en büyüğü ise çiçek hastalığıdır (yaklaşık 350 nm).
Basit virüsler (örneğin çocuk felci virüsü) ve karmaşık virüsler (örneğin grip virüsleri, kızamık virüsleri) vardır. Basit virüslerde, nükleik asit, kapsid (Latince capsa - durumundan) adı verilen bir protein kabuğuyla ilişkilidir. Kapsid, tekrarlanan morfolojik alt birimlerden (kapsomerlerden) oluşur. Nükleik asit ve kapsid birbirleriyle etkileşime girerek bir nükleokapsid oluşturur. Karmaşık virüslerde kapsid, "sivri uçlara" sahip bir süperkapsid (konakçı hücrenin zar yapılarının bir türevi) olan ek bir lipoprotein kabuğuyla çevrilidir. Viryonlar spiral, kübik ve karmaşık tipte kapsid simetrisi ile karakterize edilir. Helisel simetri tipi, nükleokapsitin sarmal yapısından kaynaklanır, kübik simetri tipi ise viral nükleik asidi içeren kapsidden izometrik olarak içi boş bir gövdenin oluşmasından kaynaklanır.
Kapsid ve süperkapsid, viryonları çevresel etkilerden korur, hücrelerle seçici etkileşimi (adsorpsiyon) belirler ve viryonların antijenik ve immünojenik özelliklerini belirler. Virüslerin iç yapılarına çekirdek adı verilir. Virolojide şu taksonomik kategoriler kullanılır: familya (isim viridae ile biter), alt familya (isim virinae ile biter), cins (isim virüsle biter).
Ancak cins ve özellikle alt familya adları tüm virüsler için formüle edilmemiştir. Virüs türü bakteri gibi iki terimli bir isim almadı.
Virüslerin sınıflandırılması aşağıdaki kategorilere dayanmaktadır:
§ nükleik asidin türü (DNA veya RNA), yapısı, iplik sayısı (bir veya iki),
§ viral genom üremesinin özellikleri;
§ viryonların boyutu ve morfolojisi, kapsomer sayısı ve simetri türü;
§ süperkapsid varlığı;
§ eter ve deoksikolata duyarlılık;
§ hücredeki üreme yeri;
§ antijenik özellikler vb.
Virüsler omurgalı ve omurgasız hayvanların yanı sıra bitki ve bakterileri de enfekte eder. İnsandaki bulaşıcı hastalıkların ana etken maddeleri olan virüsler aynı zamanda karsinogenez süreçlerinde de yer alır ve insan fetüsünü etkileyen plasenta (kızamıkçık virüsü, sitomegalovirüs vb.) dahil olmak üzere çeşitli yollarla bulaşabilir. Enfeksiyon sonrası komplikasyonlara yol açabilirler - miyokardit, pankreatit, immün yetmezlik vb. gelişimi.
Sıradan virüslere ek olarak, kanonik olmayan virüsler olarak da bilinir - prionlar - 10.20x100.200 nm boyutunda fibriller formuna sahip, protein niteliğindeki ajanlar olan protein bulaşıcı parçacıklar. Görünüşe göre prionlar, insanlarda veya hayvanlarda otonom bir genin hem indükleyicileri hem de ürünleridir ve yavaş viral enfeksiyon koşulları altında (Creutzfeldt-Jakob hastalığı, kuru vb.) onlarda ensefalopatiye neden olurlar. Virüslerle yakından ilişkili diğer olağandışı ajanlar, protein içermeyen ve bitkilerde hastalıklara neden olan, dairesel, aşırı sarmal RNA'nın küçük molekülleri olan viroidlerdir.
Bölüm 3
MİKROORGANİZMALARIN FİZYOLOJİSİ
Mikroorganizmaların fizyolojisi, mikrobiyal hücrelerin hayati aktivitesini, beslenme süreçlerini, solunumu, büyümeyi, üremeyi ve çevre ile etkileşim şekillerini inceler.
Tıbbi mikrobiyolojinin çalışma konusu, insan hastalıklarına neden olabilecek patojenik ve fırsatçı mikroorganizmaların fizyolojisidir. Bu mikroorganizmaların fizyolojisinin aydınlatılması, mikrobiyolojik tanı koymak, patogenezi anlamak, bulaşıcı hastalıkları tedavi etmek ve önlemek, insanın çevreyle ilişkisini düzenlemek vb. açılardan önemlidir.
Bakterilerin kimyasal bileşimi
Mikroorganizmaların bileşimi su, proteinler, nükleik asitler, karbonhidratlar, lipitler ve mineralleri içerir.
Su, bakteri hücresinin ana bileşenidir ve kütlesinin yaklaşık %80'ini oluşturur. Hücrenin yapısal elemanlarına bağlı olarak serbest veya bağlı durumdadır. Sporlarda su miktarı %18,20'ye düşer. Su, birçok madde için çözücü olduğu gibi, turgorun sağlanmasında da mekanik rol oynar. Plazmoliz (hipertonik bir çözeltideki bir hücrenin su kaybetmesi) sırasında protoplazma hücre zarından ayrılır. Suyun hücreden uzaklaştırılması ve kurutulması metabolik süreçleri durdurur. Çoğu mikroorganizma kurumayı iyi tolere eder. Su eksikliği olduğunda mikroorganizmalar çoğalmaz. Dondurulmuş halden vakumda kurutma (liyofilizasyon), üremeyi durdurur ve mikrobiyal bireylerin uzun süreli korunmasını destekler.
Proteinler (%40,80 kuru ağırlık) bakterilerin en önemli biyolojik özelliklerini belirler ve genellikle 20 amino asitin birleşiminden oluşur. Bakteriler, insan ve hayvan hücrelerinde bulunmayan diaminopimelik asit (DAP) içerir. Bakteriler, yapısal bileşenlerinde yer alan ve metabolik süreçlerde yer alan 2.000'den fazla farklı protein içerir. Çoğu protein enzimatik aktiviteye sahiptir. Bir bakteri hücresinin proteinleri, bakterinin antijenitesini, immünojenitesini, virülansını ve türünü belirler.
Bakterilerin nükleik asitleri, ökaryotik hücrelerin nükleik asitlerine benzer işlevler yerine getirir: kromozom formundaki DNA molekülü kalıtımdan sorumludur, ribonükleik asitler (bilgi veya matris, taşıma ve ribozomal) protein biyosentezinde rol oynar.
Bakteriler, toplam DNA baz sayısının molar yüzdesi (%M) olarak guanin ve sitozin toplamı (GC) içeriğine göre (taksonomik olarak) karakterize edilebilir. Mikroorganizmaların daha doğru bir özelliği, DNA'larının hibridizasyonudur. Hibridizasyon yönteminin temeli
DNA – denatüre (tek sarmallı) DNA'nın yeniden doğallaşma yeteneği, yani. Çift sarmallı bir DNA molekülü oluşturmak için tamamlayıcı DNA zinciriyle birleşir.
Bakteriyel karbonhidratlar basit maddeler (mono ve disakkaritler) ve karmaşık bileşiklerle temsil edilir. Polisakkaritler genellikle kapsüllere dahil edilir. Bazı hücre içi polisakkaritler (nişasta, glikojen vb.) yedek besin maddeleridir.
Lipitler esas olarak sitoplazmik membranın ve türevlerinin yanı sıra bakterilerin hücre duvarının, örneğin biyomoleküler lipit katmanına ek olarak LPS'nin bulunduğu dış membranın bir parçasıdır. Lipitler sitoplazmada yedek besin görevi görebilir. Bakteriyel lipitler fosfolipitler, yağ asitleri ve gliseritlerle temsil edilir. Mycobacterium tuberculosis en fazla miktarda lipit içerir (%40'a kadar).
Hücreler yakıldıktan sonra külün içinde bakteriyel mineraller bulunur. Fosfor, potasyum, sodyum, kükürt, demir, kalsiyum, magnezyumun yanı sıra mikro elementler (çinko, bakır, kobalt, baryum, manganez vb.) büyük miktarlarda tespit edilir.Ozmotik basıncın, pH'ın düzenlenmesinde rol oynarlar. çevre, redoks potansiyeli, enzimleri aktive eder, enzimlerin, vitaminlerin ve mikrobiyal hücrelerin yapısal bileşenlerinin bir parçasıdır.
Bakterilerin beslenmesi
Bir bakteri hücresinin beslenme özellikleri, besin substratlarının tüm yüzeyi boyunca akışının yanı sıra yüksek metabolik süreçlerin hızı ve değişen çevre koşullarına adaptasyondan oluşur.
Güç türleri. Bakterilerin geniş dağılımı, çeşitli gıda türleriyle kolaylaştırılır. Mikroorganizmaların karbonhidrat, azot, kükürt, fosfor, potasyum ve diğer elementlere ihtiyacı vardır. Beslenme için karbon kaynaklarına bağlı olarak, bakteriler, hücrelerini oluşturmak için karbondioksit CO2 ve diğer inorganik bileşikleri kullanan ototroflara (Yunan otomobillerinden - kendisi, trophe - yiyecek) ve heterotroflara (Yunan heteroslarından -) ayrılır. diğer, trophe - yiyecek) hazır organik bileşiklerle beslenir. Ototrofik bakteriler toprakta bulunan nitrifikasyon bakterileridir; hidrojen sülfürlü suda yaşayan kükürt bakterileri; demirli demir vb. içeren suda yaşayan demir bakterileri.
Elektron veya hidrojen donörü olarak adlandırılan oksitlenebilir substrata bağlı olarak mikroorganizmalar iki gruba ayrılır. İnorganik bileşikleri hidrojen donörü olarak kullanan mikroorganizmalara litotroflar (Yunanca litos - taştan) denir ve organik bileşikleri hidrojen donörleri olarak kullanan mikroorganizmalara organotroflar denir.
Enerjinin kaynağı dikkate alındığında fototroflar bakteriler arasında ayrılır; fotosentetikler (örneğin, ışık enerjisini kullanan mavi-yeşil algler) ve kimyasal enerji kaynakları gerektiren kemotroflar.
Büyüme faktörleri. Mikroorganizmaların besin ortamında çoğalabilmesi için büyüme faktörleri adı verilen bazı ek bileşenlere ihtiyacı vardır. Büyüme faktörleri mikroorganizmalar için gerekli olan ve kendilerini sentezleyemeyen bileşiklerdir, bu nedenle besin ortamlarına eklenmeleri gerekir. Büyüme faktörleri arasında şunlar yer alır: proteinlerin yapımı için gerekli amino asitler; nükleik asitlerin oluşumu için gerekli olan pürinler ve pirimidinler; Bazı enzimlerin parçası olan vitaminler. Mikroorganizmaların büyüme faktörleriyle ilişkisini belirtmek için “oksotroflar” ve “prototroflar” terimleri kullanılır. Oksotroflar bir veya daha fazla büyüme faktörüne ihtiyaç duyar; prototroflar büyüme için gerekli bileşikleri kendileri sentezleyebilirler. Bileşenleri glikoz ve amonyum tuzlarından sentezleyebilirler.
Beslenme mekanizmaları.Çeşitli maddelerin bakteri hücresine girişi, moleküllerinin lipitlerde veya sudaki boyutuna ve çözünürlüğüne, ortamın pH'ına, maddelerin konsantrasyonuna, membran geçirgenliğinin çeşitli faktörlerine vb. bağlıdır. Hücre duvarı küçük moleküllere ve iyonlara izin verir. 600 D'den daha ağır olan makromolekülleri tutarak geçmek için. Maddelerin girişinin ana düzenleyicisi Hücre, sitoplazmik membranı içerir. Geleneksel olarak, besin maddelerinin bakteri hücresine nüfuz etmesine yönelik dört mekanizma ayırt edilebilir: basit difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon, aktif taşıma ve grup translokasyonu. Maddelerin hücreye girişinin en basit mekanizması, sitoplazmik zarın her iki tarafındaki konsantrasyon farkından dolayı maddelerin hareketinin meydana geldiği basit difüzyondur. Maddeler sitoplazmik membranın lipit kısmından (organik moleküller, ilaçlar) ve daha az sıklıkla sitoplazmik membrandaki su dolu kanallardan geçer. Pasif difüzyon enerji tüketimi olmadan gerçekleşir.
Kolaylaştırılmış difüzyon, sitoplazmik membranın her iki tarafındaki maddelerin konsantrasyonundaki farklılıkların bir sonucu olarak da ortaya çıkar. Ancak bu işlem sitoplazmik membranda lokalize olan ve spesifikliği olan taşıyıcı moleküller yardımıyla gerçekleştirilir. Her taşıyıcı, ilgili maddeyi zar boyunca taşır veya onu sitoplazmik zarın başka bir bileşenine, yani taşıyıcının kendisine aktarır.
Taşıyıcı proteinler, sentez yeri sitoplazmik membran olan geçirgenler olabilir. Kolaylaştırılmış difüzyon enerji tüketimi olmadan gerçekleşir; maddeler yüksek konsantrasyonlardan düşük konsantrasyonlara doğru hareket eder.
Aktif taşıma, permeazların yardımıyla gerçekleşir ve maddelerin daha düşük bir konsantrasyondan daha yüksek bir konsantrasyona, yani. sanki akışa karşıymış gibi, bu nedenle bu sürece hücredeki redoks reaksiyonları sonucu oluşan metabolik enerjinin (ATP) harcanması eşlik eder.
Grupların transferi (translokasyonu), aktif taşımaya benzer, ancak transfer edilen molekülün transfer işlemi sırasında modifiye edilmesi, örneğin fosforile edilmesi bakımından farklılık gösterir. Maddelerin hücreden salınması, difüzyon nedeniyle ve taşıma sistemlerinin - bakteri enzimlerinin katılımıyla gerçekleştirilir. Enzimler kendilerine karşılık gelen metabolitleri (substratları) tanır, onlarla etkileşime girer ve kimyasal reaksiyonları hızlandırır. Enzimler, anabolizma (sentez) ve katabolizma (ayrışma) süreçlerine katılan proteinlerdir, yani. metabolizma. Birçok enzim mikrobiyal hücrenin yapılarıyla birbirine bağlıdır. Örneğin sitoplazmik membran, solunum ve hücre bölünmesinde rol oynayan redoks enzimlerini içerir; hücre beslenmesini sağlayan enzimler vb. Sitoplazmik zarın redoks enzimleri ve türevleri, hücre duvarı da dahil olmak üzere çeşitli yapıların yoğun biyosentez süreçleri için enerji sağlar. Hücre bölünmesi ve otolizle ilgili enzimler hücre duvarında bulunur. Endoenzimler olarak adlandırılanlar hücre içinde gerçekleşen metabolizmayı katalize ederler.
Ekzoenzimler hücre tarafından çevreye salınır ve besin substratlarının makromoleküllerini hücre tarafından enerji, karbon vb. kaynakları olarak emilen basit bileşiklere ayırır. Bazı ekzoenzimler (penisilinaz vb.) antibiyotikleri etkisiz hale getirerek koruyucu bir işlev görür.
Yapıcı ve uyarılabilir enzimler vardır. Yapıcı enzimler, besin ortamındaki substratların varlığına bakılmaksızın hücre tarafından sürekli olarak sentezlenen enzimleri içerir. İndüklenebilir (adaptif) enzimler, bir bakteri hücresi tarafından ancak bu enzimin substratının ortamda mevcut olması durumunda sentezlenir. Örneğin, Escherichia coli'den elde edilen β-galaktosidaz, pratik olarak glikoz içeren bir ortamda üretilmez, ancak laktoz veya başka bir β-galaktosidaz içeren bir ortamda büyütüldüğünde sentezi keskin bir şekilde artar.
Bazı enzimler (sözde saldırganlık enzimleri) doku ve hücreleri yok ederek, mikroorganizmaların ve bunların toksinlerinin enfekte olmuş dokuda yaygın şekilde dağılmasına neden olur. Bu tür enzimler arasında hiyalüronidaz, kollajenaz, deoksiribonükleaz, nöraminidaz, lesitovitellaz vb. yer alır. Böylece streptokokal hiyalüronidaz, bağ dokusunun hyaluronik asidini parçalayarak streptokokların ve toksinlerinin yayılmasını teşvik eder.
2000'den fazla enzim bilinmektedir. Altı sınıfa ayrılırlar: oksidoredüktazlar - redoks enzimleri (bunlar dehidrojenazları, oksidazları vb. içerir); bireysel radikalleri ve atomları bir bileşikten diğerine aktaran transferazlar; hidroliz reaksiyonlarını hızlandıran hidrolazlar, yani. su moleküllerinin (esterazlar, fosfatazlar, glukozidazlar, vb.) eklenmesiyle maddeleri daha basit olanlara bölmek; kimyasal grupları substratlardan hidrolitik olmayan bir şekilde ayıran liyazlar (karboksilazlar, vb.); organik bileşikleri izomerlerine dönüştüren izomerazlar (fosfoeksoizomeraz, vb.); ligazlar veya sentetazlar, karmaşık bileşiklerin daha basit olanlardan (asparajin sentetaz, glutamin sentetaz, vb.) sentezini hızlandırır.
Enzim bileşimindeki farklılıklar, mikroorganizmaların çeşitli biyokimyasal özelliklerini belirledikleri için mikroorganizmaları tanımlamak için kullanılır: sakkarolitik (şekerlerin parçalanması), proteolitik (proteinlerin parçalanması) ve diğerleri, parçalanmanın son ürünleri (alkaliler, asitler, hidrojen sülfit oluşumu) ile tanımlanır. , amonyak vb.) .
Mikroorganizma enzimleri, şarap yapımında ve diğer endüstrilerde biyolojik olarak aktif bileşikler, asetik, laktik, sitrik ve diğer asitler, laktik asit ürünleri elde etmek için genetik mühendisliğinde (kısıtlama enzimleri, ligazlar vb.) kullanılır. Enzimler, protein kirleticilerini yok etmek için yıkama tozlarında (Oka vb.) biyokatkı maddesi olarak kullanılır.
Bakterilerin solunumu
Solunum veya biyolojik oksidasyon, evrensel bir kimyasal enerji akümülatörü olan ATP'nin oluşumuyla meydana gelen redoks reaksiyonlarına dayanır. Bir mikrobiyal hücrenin çalışması için enerji gereklidir. Solunum sırasında oksidasyon ve indirgeme işlemleri meydana gelir: oksidasyon - hidrojen veya elektronların donörler (moleküller veya atomlar) tarafından salınması; indirgeme - bir alıcıya hidrojen veya elektronların eklenmesi. Hidrojen veya elektronların alıcısı moleküler oksijen (bu solunuma aerobik denir) veya nitrat, sülfat, fumarat (bu solunuma anaerobik - nitrat, sülfat, fumarat denir) olabilir. Anaerobiyoz (Yunanca aeg - hava + bios - yaşamdan gelir), serbest oksijenin yokluğunda ortaya çıkan bir yaşam aktivitesidir. Organik bileşikler hidrojen verici ve alıcı ise bu işleme fermantasyon denir. Fermantasyon sırasında, başta karbonhidratlar olmak üzere organik bileşiklerin enzimatik parçalanması anaerobik koşullar altında meydana gelir. Karbonhidratların parçalanmasının son ürünü dikkate alınarak alkol, laktik asit, asetik asit ve diğer fermantasyon türleri ayırt edilir.
Moleküler oksijen açısından bakteriler üç ana gruba ayrılabilir: zorunlu, yani. zorunlu, aeroblar, zorunlu anaeroblar ve fakültatif anaeroblar.
Zorunlu aeroblar yalnızca oksijen varlığında büyüyebilirler. Zorunlu anaeroblar (klostridyum botulizmi, gazlı kangren, tetanoz, bakteroitler vb.) yalnızca kendileri için toksik olan oksijenin olmadığı bir ortamda büyürler. Oksijenin varlığında bakteriler, hidrojen peroksit ve oksijenin süperoksit anyonu dahil olmak üzere oksijen peroksit radikalleri üretir; bunlar, uygun inaktive edici enzimleri oluşturmadıkları için anrobik bakterileri zorunlu hale getirmek için toksiktir. Aerobik bakteriler hidrojen peroksit ve süperoksit anyonunu uygun enzimlerle (katalaz, peroksidaz ve süperoksit dismutaz) etkisiz hale getirir. Fakültatif anaeroblar oksijenin hem varlığında hem de yokluğunda büyüyebilirler çünkü moleküler oksijenin varlığında solunumdan oksijenin yokluğunda fermantasyona geçiş yapabilirler. Fakültatif anaeroblar, nitrat solunumu adı verilen anaerobik solunumu gerçekleştirebilirler: bir hidrojen alıcısı olan nitrat, moleküler nitrojen ve amonyağa indirgenir.Zorunlu anaeroblar arasında, moleküler oksijenin varlığında varlığını sürdüren, ancak aerotolerant bakteriler ayırt edilir. kullanmayın.
Bakteriyolojik laboratuvarlarda anaerob yetiştirmek için anaerostatlar kullanılır - havanın, oksijen içermeyen bir gaz karışımı ile değiştirildiği özel kaplar. Anaeroblara veya mahsullerin bulunduğu diğer kaplara yerleştirilen kimyasal oksijen adsorbanları kullanılarak kaynatılarak kültür ortamındaki hava uzaklaştırılabilir.
Bakterilerin büyümesi ve çoğalması
Bakterilerin hayati aktivitesi, büyüme - hücrenin yapısal ve fonksiyonel bileşenlerinin oluşumu ve bakteri hücresinin kendisinde bir artışın yanı sıra üreme - kendi kendine üreme, bakteri hücrelerinin sayısında bir artışa yol açması ile karakterize edilir. nüfus.
Bakteriler ikiye bölünerek, daha az sıklıkla tomurcuklanarak çoğalır.
Aktinomisetler de mantarlar gibi sporlar yoluyla çoğalabilirler. Aktinomisetler dallanan bakteriler olup filamentli hücrelerin parçalanmasıyla çoğalırlar. Gram pozitif bakteriler, sentezlenen bölme septasının hücre içine büyümesiyle bölünür ve gram negatif bakteriler, iki özdeş hücrenin oluşturulduğu dambıl şeklindeki şekillerin oluşması sonucunda daralma yoluyla bölünür.
Hücre bölünmesinden önce, bakteri kromozomunun yarı koruyucu bir tipe göre replikasyonu (çift sarmallı DNA ipliği açılır ve her iplikçik, tamamlayıcı bir iplikle tamamlanır) gerçekleşir ve bu, bakteri çekirdeğinin DNA moleküllerinin iki katına çıkmasına yol açar - nükleoid. Kromozomal DNA'nın replikasyonu başlangıç noktasından ogi (İngilizce'den, köken - başlangıç) gerçekleştirilir.
Bir bakteri hücresinin kromozomu, bölgede sitoplazmik membran ile bağlanır. DNA replikasyonu DNA polimerazlar tarafından katalize edilir. İlk olarak, DNA'nın çift sarmalı gevşer (despiraller), bu da bir replikasyon çatalının (dallı sarmallar) oluşmasıyla sonuçlanır; Zincirlerden biri tamamlandığında nükleotidleri 5" uçtan 3" uca bağlar, diğeri ise parça parça tamamlanır.
DNA replikasyonu üç aşamada gerçekleşir: başlatma, uzama veya zincir büyümesi ve sonlandırma. Çoğaltma sonucu oluşan iki kromozom, büyüyen hücrenin boyutunun artmasıyla kolaylaştırılır: sitoplazmik membrana veya türevlerine (örneğin mezozomlara) bağlanan kromozomlar, hücre hacmi arttıkça birbirlerinden uzaklaşır. . Nihai ayrılmaları, bir daralma veya bölünme septumunun oluşmasıyla sona erer. Bölünme septumuna sahip hücreler, bölünme septumunun çekirdeğini yok eden otolitik enzimlerin etkisi sonucu birbirinden ayrılır. Bu durumda, otoliz düzensiz ilerleyebilir: bir bölgedeki bölünen hücreler, bölme septumu bölgesindeki hücre duvarının bir kısmı ile bağlı kalır. Bu tür hücreler, difteri korinebakteriler için tipik olan, birbirlerine belli bir açıyla yerleştirilir.
Bakterilerin sıvı besin ortamında çoğalması. Besleyici ortamın belirli, değişmeyen bir hacmine ekilen bakteriler çoğalır, besinleri tüketir, bu da daha sonra besin ortamının tükenmesine ve bakteri üremesinin durmasına yol açar. Bakterilerin böyle bir sistemde yetiştirilmesine toplu ekim, kültüre ise toplu kültür adı verilir. Yetiştirme koşulları sürekli taze besin ortamı temini ve aynı hacimde kültür sıvısının çıkışı ile sağlanırsa, bu tür yetiştirmeye sürekli, kültüre ise sürekli denir.
Bakteriler sıvı bir besin ortamında büyütüldüğünde kültürün alt, dağınık veya yüzeysel (film şeklinde) büyümesi gözlenir. Sıvı besin ortamında yetiştirilen bakterilerin toplu kültürünün büyümesi birkaç aşamaya veya periyoda bölünür:
§ gerileme anı;
§ logaritmik büyüme aşaması;
§ sabit büyüme aşaması veya maksimum konsantrasyon
§ bakteriler;
§ bakteriyel ölüm aşaması.
Bu fazlar, canlı hücre sayısının logaritmasının ekim zamanına bağımlılığını yansıtan, bakteriyel üreme eğrisinin bölümleri şeklinde grafiksel olarak gösterilebilir. Gecikme aşaması (İngilizce'den, gecikme - gecikme), bakterilerin ekimi ile üremenin başlangıcı arasındaki süredir. Gecikme aşamasının süresi ortalama 4,5 saattir.Aynı zamanda bakterilerin boyutları artarak bölünmeye hazırlanır; nükleik asitlerin, proteinlerin ve diğer bileşenlerin miktarı artar. Logaritmik (üstel) büyüme aşaması, yoğun bakteri bölünmesi dönemidir.
Süresi yaklaşık 5,6 saattir.Optimal büyüme koşulları altında bakteriler her 20-40 dakikada bir bölünebilir. Bu aşamada, bakteriler en savunmasız durumdadır; bu, yoğun şekilde büyüyen bir hücrenin metabolik bileşenlerinin, protein sentezi inhibitörleri, nükleik asitler vb. değişmeden kalır ve maksimum seviyeye (M konsantrasyonu) ulaşır. Süresi saat cinsinden ifade edilir ve bakteri türüne, özelliklerine ve ekimine bağlı olarak değişir. Bakteriyel büyüme süreci, besin ortamı kaynaklarının tükenmesi ve bakteriyel metabolik ürünlerin burada birikmesi koşulları altında bakterilerin ölümüyle karakterize edilen ölüm aşamasıyla tamamlanır. Süresi 10 saatten birkaç haftaya kadar değişir. Bakteriyel büyüme ve üremenin yoğunluğu, besin ortamının optimal bileşimi, redoks potansiyeli, pH, sıcaklık vb. dahil olmak üzere birçok faktöre bağlıdır.
Bakterilerin katı bir besin ortamında çoğaltılması. Katı besin ortamında büyüyen bakteriler, bakterinin pigmentine bağlı olarak değişen kıvam ve renkte, düzgün veya düzensiz kenarlara sahip (S- ve R-formları; bkz. Bölüm 5) izole edilmiş yuvarlak şekilli koloniler oluşturur.
Suda çözünebilen pigmentler besin ortamına yayılır ve onu renklendirir; örneğin Pseudomonas aeruginosa ortamı maviye dönüştürür. Başka bir grup pigment suda çözünmez, ancak organik çözücülerde çözünür. Bu nedenle, "harika çubuk" kolonileri, alkolde çözünen kan kırmızısı bir pigmente sahiptir. Ve son olarak ne suda ne de organik bileşiklerde çözünmeyen pigmentler vardır.
Mikroorganizmalar arasında en yaygın pigmentler karotenler, ksantofiller ve melaninlerdir. Melaninler fenolik bileşiklerden sentezlenen çözünmeyen siyah, kahverengi veya kırmızı pigmentlerdir. Melaninler, katalaz, süperoksit mutaz ve peroksidaz ile birlikte mikroorganizmaları toksik oksijen peroksit radikallerinin etkilerinden korur. Birçok pigmentin antimikrobiyal, antibiyotik benzeri etkileri vardır.
Katı bir besin ortamındaki kolonilerin görünümü, şekli, rengi ve diğer özellikleri, bakterileri tanımlarken ve ayrıca saf kültürler elde etmek için kolonileri seçerken dikkate alınabilir.
Endüstriyel koşullarda, antibiyotikler, aşılar, teşhis ilaçları, öbiyotiklerin hazırlanması amacıyla mikroorganizmaların biyokütlesi elde edilirken, bakteri ve mantarların yetiştirilmesi, mahsullerin büyümesi ve çoğaltılması için optimal parametrelere sıkı sıkıya bağlı kalarak fermentörlerde gerçekleştirilir (bkz. Bölüm). 6).
3. Virüslerin yetiştirilmesi
Virüs yetiştirmenin temel yöntemleri:
1) biyolojik - laboratuvar hayvanlarının enfeksiyonu.
Bir hayvana virüs bulaştığında hastalanır. Eğer hastalık değilse
gelişirse patolojik değişiklikler tespit edilebilir
açıldığında. Hayvanlar immünolojik özellikler sergiliyor
vardiyalar. Ancak tüm virüsler yetiştirilemez
hayvanların vücudunda;
2) Tavuk geliştirmede virüs ekimi
embriyolar. Tavuk embriyoları kuluçka makinesinde yetiştiriliyor
7-10 gün sonra ekim için kullanılır. Bunda
modellerde, tüm doku primordia türleri enfeksiyona duyarlıdır.
Ancak tüm virüsler tavuklarda çoğalıp gelişemez.
embriyolar yok.
Enfeksiyonun bir sonucu olarak aşağıdakiler ortaya çıkabilir ve ortaya çıkabilir:
1) embriyonun ölümü;
2) gelişimsel kusurlar: zarların yüzeyinde belirir
oluşumlar - birikimleri olan plaklar
virion içeren ölü hücreler;
3) allantoik sıvıda virüs birikimi (tespit edildi)
titrasyonla belirlenir);
4) doku kültüründe üreme (bu, kültürün ana yöntemidir)
virüs titrasyonu).
Aşağıdaki doku kültürü türleri ayırt edilir:
1) nakledilebilir - tümör hücre kültürleri; sahip olmak
yüksek mitotik aktivite;
2) birincil trypsinize edilmiş - birincil olarak tabi tutulmuş
Tripsin tedavisi; bu tedavi hücreler arası bozulmayı bozar
bağlantılar, bireysel hücrelerin ayrılmasıyla sonuçlanır. Kaynak
28
Takma ad herhangi bir organ ve dokudur, çoğunlukla embriyo-
nal (yüksek mitotik aktiviteye sahip).
Doku kültürü hücrelerini korumak için özel
sosyal ortamlar. Bunlar karmaşık bileşime sahip sıvı besin ortamlarıdır -
Amino asitler, karbonhidratlar, büyüme faktörleri, kaynaklar içeren ürünler
protein takma adları ve gelişimin değerlendirilmesine yönelik göstergeler
doku kültürü hücreleri.
Virüslerin doku kültüründe çoğalması sitolojilerine göre değerlendirilir.
bağlı olarak farklı nitelikte olan tik eylemi
virüsün türüne bağlı olarak.
Virüslerin sitopatik etkisinin ana belirtileri:
1) virüsün çoğalmasına hücrelerin ölümü eşlik edebilir;
bunlardaki mevcut veya morfolojik değişiklikler;
2) bazı virüsler hücre füzyonuna ve oluşumuna neden olur
çok çekirdekli sinsityumun oluşumu;
3) hücreler büyüyebilir, ancak bölünerek oluşuma neden olabilir
dev hücreler var;
4) hücrelerde kapanımlar görülür (nükleer, sitoplazmik)
mantıksal, karışık). Kapanımlar pembe görünebilir
sarı renk (eozinofilik kapanımlar) veya mavi (temel
filik kapanımlar);
5) eğer virüsler varsa
hemaglutininler, daha sonra üreme süreci sırasında hücre kazanır
adsorbe etme yeteneği (hemadsorpsiyon) erir.
4. Antiviral bağışıklığın özellikleri
Antiviral sunum aşamasından itibaren başlar
Viral T yardımcı hücrelerinin sayısı.
Virüsler için güçlü antijen sunma özellikleri
Enfeksiyonlarda dendritik hücrelerde dendritik hücreler bulunurken, basit mikroplarda ise dendritik hücreler bulunur.
köpekler ve retroviral enfeksiyonlar - Langerhans hücreleri.
nötralize etmeyi ve organdan uzaklaştırmayı amaçlayan
virüsün, virüsün ve virüsle enfekte olmuş hücrelerin nizmi. Anti-
Viral enfeksiyonlar sırasında oluşan vücutlar etkisiz davranır
doğrudan virüse veya onun enfekte olduğu hücrelere karşı. Bunda
iletişimler kalkınmaya katılımın iki ana biçimini tanımlar
antiviral bağışıklık:
1) virüsün antikorlarla nötrleştirilmesi; bu reseptöre müdahale eder
Virüsün hücre tarafından alınması ve içeriye nüfuz etmesi. Opsonizasyon
virüs fagositozunu teşvik eder;
29
2) virüsle enfekte olmuş hücrelerin katılımıyla immün lizizi
yemek yemek . Antikorlar antijenlere etki ettiğinde ekspresyon
enfekte olmuş hücrenin yüzeyinde gezindi, buna
kompleman komplekse eklenir ve ardından
komplemana bağımlı indüksiyonu belirleyen aktivasyon
eşzamanlı sitotoksisite ve virüsle enfekte olmuş kişinin ölümü
hücreler.
Yetersiz antikor konsantrasyonu üremeyi arttırabilir.
virüs indüksiyonu. Bazen antikorlar virüsü dış etkenlerden koruyabilir
hücre proteolitik enzimlerinin etkilerini korurken
Virüsün canlılığı replikasyonun artmasına yol açar.
Virüs nötrleştirici antikorlar doğrudan etki eder
virüse yalnızca bir hücreyi yok ettikten sonra parçalanması durumunda
diğerine uzanır.
Virüsler sitoplazma boyunca hücreden hücreye geçtiğinde
dolaşımdaki antikorlarla temas etmeden kimyasal köprüler,
o zaman bağışıklık oluşumundaki ana rol hücresel tarafından oynanır
öncelikle belirli eylemlerin eylemiyle ilişkili mekanizmalar
sitotoksik, T efektörleri ve makrofajlar.
Sitotoksik doğrudan temas
hedef hücre ile geçirgenliğini artırarak ozmoza neden olur
Tik şişmesi, membran yırtılması ve içeriğin salınması
çevreye.
Sitotoksik etkinin mekanizması aktivasyonla ilişkilidir.
Hücre yapışma bölgesindeki membran enzim sistemleri,
hücreler arasında sitoplazmik köprülerin oluşumu ve etkisi
Lenfotoksinin etkisi. Spesifik öldürücü T hücreleri ortaya çıkıyor
zaten vücuda virüs bulaştıktan 1-3 gün sonra, eylemleri
aktivite bir hafta sonra zirveye ulaşır ve ardından yavaş yavaş
iner.
Antiviral bağışıklığın faktörlerinden biri
interferon. Virüsün çoğalarak neden olduğu yerlerde oluşur
viral genom transkripsiyonunun spesifik inhibisyonuna neden olur
ve birikimini önleyen viral mRNA çevirisinin baskılanması
Virüsün hedef hücrede parçalanması.
Antiviral bağışıklığın dayanıklılığı değişkendir. Ne zaman
enfeksiyonlar (su çiçeği, kabakulak, kızamık, kızamıkçık)
oldukça kalıcı ve tekrarlayan hastalıklar oldukça yaygındır
nadiren. Solunum yolu enfeksiyonları sırasında daha az stabil bağışıklık gelişir
kimyasal yollar (grip) ve bağırsak sistemi.
DERS No. 5.
VIROLOJİ.
Tüm virüsler niteliksel olarak iki farklı biçimde bulunur. Hücre dışı form – virüs – viral partikülün tüm kurucu unsurlarını içerir. Hücre içi formu - virüs – yalnızca bir nükleik asit molekülü ile temsil edilebilir, çünkü Virion hücre içine girdiğinde kendisini oluşturan elementlere ayrışır. Aynı zamanda hücre içi virüs, bölünme yeteneği olmayan, kendi kendini kopyalayabilen bir formdur. Bu temelde, bir virüsün tanımı, bölünme yoluyla üreyen hücresel varoluş biçimleri (bakteri, mantar, protozoa) ile viral nükleik asitten üreyen kopyalanan bir form arasında temel bir farklılığı varsayar. Ancak virüslerin prokaryot ve ökaryotlardan ayırt edici özellikleri bununla sınırlı değil. Temel farklılıklar şunları içerir:
1. bir tür nükleik asidin (DNA veya RNA) varlığı;
2. hücresel yapı ve protein sentezleme sistemlerinin eksikliği;
3. Hücresel genoma entegrasyon ve onunla eşzamanlı replikasyon olasılığı.
Viryonun şekli çok farklı olabilir (çubuk şeklinde, elipsoidal, küresel, filamentli, sperm şeklinde), bu da bu virüsün taksonomik bağlantısının işaretlerinden biridir.
Virüslerin boyutları hücre zarının kalınlığıyla karşılaştırılabilecek kadar küçüktür. En küçüğü (parvovirüsler) 18 nm boyutunda, en büyüğü (variola virüsü) ise yaklaşık 400 nm boyutundadır.
Virüslerin sınıflandırılması, genomu oluşturan nükleik asit türüne dayanmaktadır ve bu, iki alt krallığın ayırt edilmesini mümkün kılmıştır:
ribovirüsler– RNA içeren veya RNA virüsleri;
deoksiribovirüsler– DNA içeren veya DNA virüsleri.
Alt krallıklar Ailelere, Alt Ailelere, Cinslere ve Türlere ayrılır.
Virüsleri sistemleştirirken aşağıdaki ana kriterler belirlendi: nükleik asitlerin benzerliği, boyutu, süperkapsidin varlığı veya yokluğu, nükleokapsitin simetri tipi, nükleik asitlerin özellikleri, polarite, moleküldeki iplik sayısı, segmentlerin varlığı, varlığı enzimlerin içeriği, intranükleer veya sitoplazmik lokalizasyon, antijenik yapı ve immünojenisite, dokular ve hücreler için tropizm, inklüzyon cisimcikleri oluşturma yeteneği. Ek bir kriter lezyonların semptomatolojisidir; genelleştirilmiş veya organa özgü enfeksiyonlara neden olma yeteneği.
Yapısal organizasyona göre ayırt ediyorlar basit bir şekilde organize edilmiş (“çıplak”) Ve karmaşık bir şekilde organize edilmiş (“giyinmiş”) virüsler.
Basit bir virionun yapısı öyle düzenlenmiştir ki viral nükleik asit, onlar. virüsün genetik materyali simetrik bir protein kabuk tarafından güvenilir bir şekilde korunmaktadır - kapsid fonksiyonel ve morfolojik kombinasyonunu oluşturan nükleokapsid.
Kapsid, sarmal veya kübik simetri ilkelerine dayanan, kesin olarak düzenli bir yapıya sahiptir. Yapı olarak aynı olan alt birimlerden oluşur. kapsomerler, bir veya iki katman halinde düzenlenmiştir. Kapsomerlerin sayısı her türe özeldir ve virionların boyutuna ve morfolojisine bağlıdır. Kapsomerler ise protein moleküllerinden oluşur. protomerler. Onlar yapabilir monomerik - tek bir polipeptitten oluşur veya polimer - birçok polipeptitten oluşur. Kapsidin simetrisi, genom paketleme için çok sayıda kapsomerin gerekli olduğu ve bunların kompakt bağlantısının yalnızca alt birimlerin simetrik düzenlenmesiyle mümkün olduğu gerçeğiyle açıklanmaktadır. Kapsidin oluşumu kristalleşme sürecine benzer ve kendi kendine toplanma prensibine göre ilerler. Kapsidin ana fonksiyonları, viral genomun dış etkenlerden korunması, viryonun hücre üzerinde adsorpsiyonunun sağlanması, kapsidin hücresel reseptörlerle etkileşimi sonucu genomun hücreye nüfuz etmesinin sağlanması, ve virionların antijenik ve immünojenik özelliklerini belirlemek.
Nükleokapsid, kapsidin simetrisini takip eder. Şu tarihte: sarmal simetri Nükleokapsiddeki nükleik asit ve proteinin etkileşimi, bir dönme ekseni boyunca meydana gelir. Helisel simetriye sahip her virüsün karakteristik bir uzunluğu, genişliği ve periyodikliği vardır. İnfluenza virüsü de dahil olmak üzere insanlar için patojen olan virüslerin çoğu sarmal simetriye sahiptir. Helisel simetri ilkesine dayanan organizasyon, virüslere çubuk şeklinde veya ipliksi bir şekil verir. Alt birimlerin bu düzenlemesi, içinde viral bir nükleik asit molekülünün kompakt bir şekilde paketlendiği içi boş bir kanal oluşturur. Uzunluğu virionun uzunluğundan birkaç kat daha fazla olabilir. Örneğin tütün mozaik virüsünün virion uzunluğu 300 nm'dir ve RNA'sı 4000 nm değerine ulaşır. Bu organizasyonla protein kılıfı kalıtsal bilgiyi daha iyi korur ancak daha fazla protein gerektirir çünkü kaplama nispeten büyük bloklardan oluşur. Şu tarihte: kübik simetri Nükleik asit kapsomerlerle çevrili olup, bir ikosahedron oluşturur - 12 köşesi, 20 üçgen yüzü ve 30 açısı olan bir çokyüzlü. Viryonun bu prensibe göre organizasyonu virüslere küresel bir şekil verir. Kübik simetri ilkesi kapalı bir kapsid oluşumu için en ekonomik olanıdır çünkü Bunu düzenlemek için, nükleik asidin serbestçe sığabileceği geniş bir iç alan oluşturan küçük protein blokları kullanılır.
Bazı bakteriyofajların çift simetri kafa kübik prensibe göre düzenlendiğinde ve süreç spiral simetri ilkesine göre düzenlendiğinde.
Büyük virüsler için tipiktir sürekli simetri eksikliği.
Nükleokapsitin ayrılmaz bir yapısal ve işlevsel bileşeni iç proteinler, doğru süper sarmal genom paketlemesinin sağlanması ve yapısal ve enzimatik fonksiyonların gerçekleştirilmesi.
Viral enzimlerin fonksiyonel özgüllüğü, konumlarına ve oluşum mekanizmasına göre belirlenir. Buna dayanarak viral enzimler ikiye ayrılır: virüs kaynaklı Ve virüs. Birincisi viral genomda kodlanır, ikincisi ise virionların bir parçasıdır. Virion enzimleri ayrıca iki fonksiyonel gruba ayrılır: birinci grubun enzimleri, viral nükleik asitlerin hücreye nüfuz etmesini ve yavru popülasyonların çıkmasını sağlar; ikinci grubun enzimleri viral genomun replikasyon ve transkripsiyon süreçlerinde rol oynar. Virüsler, kendi virüslerinin yanı sıra, virüse özgü olmayan hücresel enzimleri de aktif olarak kullanır. Ancak virüs üreme sürecinde aktiviteleri değiştirilebilir.
Sözde bir grup var. karmaşık bir şekilde organize edilmiş veya "giyinmiş" virüsler, farklı olarak "çıplak" kapsidin üstünde özel bir lipoprotein kabuğu var - süper kapsid veya biber Lipid çift katmanına nüfuz eden ve lipit çift katmanına nüfuz eden spesifik viral glikoproteinler ve lipitlerden oluşan bir çift katman tarafından organize edilir. omurga benzeri büyümeler(peplometreler veya süperkapsid proteinleri ). Yüzey süperkapsid proteinleri, virüslerin hassas hücrelere nüfuz etmesini kolaylaştıran önemli bir bileşendir. F proteinleri adı verilen bu özel proteinlerdir ( füzyon - füzyon), viral süperkapsidlerin ve hücre zarlarının füzyonunu sağlar. Süperkapsid, yavru popülasyonların tomurcuklanması sırasında üreme döngüsünün sonraki aşamalarında oluşur ve virüsle enfekte olmuş bir hücrenin zarlarından türetilmiş bir yapıdır. Dolayısıyla lipitlerin bileşimi viral partikülün "tomurcuklanmasının" doğasına bağlıdır. Örneğin influenza virüsü, hücre zarlarınınkine benzer bir lipit çift katmanlı bileşime sahiptir. Çünkü Herpesvirüsler nükleer membrandan tomurcuklandığından, süperkapsidlerindeki lipit seti nükleer membranın bileşimini yansıtır. Glikoproteinleri oluşturan şekerler de konakçı hücreden gelir.
Süperkapsidin iç yüzeyinde sözde var matris proteinleri (M proteinleri) süperkapsidin nükleokapsid ile etkileşimini kolaylaştıran yapısal bir katman oluşturulmuştur; bu, viryonun kendi kendine toplanmasının son aşamalarında son derece önemlidir.
Ancak virüsün ana yapısal ve işlevsel bileşeni, hedef hücrenin içindeki ve dışındaki viral parçacığın tüm özelliklerini belirleyen genomudur. Genom, taşıyıcısının morfolojik, biyokimyasal, patojenik ve antijenik özellikleri hakkında şifrelenmiş bilgiler içerir. Viral partikülün genomu haploiddir. Nükleik asitler, tek sarmallı RNA molekülleri veya çift sarmallı DNA molekülleri ile temsil edilir. İstisnalar, genomu iki RNA dizisi tarafından oluşturulan reovirüsler ve genomu tek bir DNA dizisi olarak sunulan parvovirüslerdir. Virüsler tek tip nükleik asit içerir.
Viral DNA Bakteriyel DNA'nın moleküler ağırlığından 10 ila 100 kat daha az olan, 1 10 6 ila 1 10 8 moleküler ağırlığa sahip, dairesel kovalent bağlı süper sarmal veya doğrusal yapılar olarak düzenlenir. Genom birkaç yüze kadar gen içerir. Viral DNA'nın transkripsiyonu enfekte hücrenin çekirdeğinde meydana gelir . Nükleotid dizileri bir kez meydana gelir, ancak molekülün uçlarında düz ve ters (180° döndürülmüş) tekrarlayan nükleotid dizileri bulunur. Bu, DNA molekülünün bir halkaya kapanma yeteneğini sağlar. Ayrıca viral DNA'nın benzersiz belirteçleridir.
Viral RNA'lar tek ve çift sarmallı moleküllerle temsil edilir ve kimyasal bileşimleri hücresel kökenli RNA'dan farklı değildir. Tek sarmallı moleküller bölümlere ayrılabilir, bu da genomun kodlama kapasitesinde bir artışa yol açar. Ayrıca tamamlayıcı azotlu bazların eşleştirilmesiyle oluşan DNA çift sarmalı gibi sarmal bölgeler içerirler. Çift sarmallı RNA doğrusal veya dairesel olabilir.
Spesifik hücre içi davranışa ve gerçekleştirilen işlevlere bağlı olarak viral RNA'lar gruplara ayrılır:
1. Artı iplikçikli RNA, içinde kodlanan bilgiyi hedef hücrenin ribozomlarına çevirme yeteneğine sahip, yani. mRNA'nın işlevini yerine getirir. Artı iplikçikli virüslerin RNA'ları, ribozomların spesifik olarak tanınması için gerekli olan karakteristik modifiye edilmiş başlık şeklinde uçlara sahiptir. Bunlara artı şeritler veya pozitif genom denir.
2. Eksi iplikçikli RNA genetik bilgiyi doğrudan ribozomlara çeviremezler ve mRNA olarak işlev göremezler. Ancak bunlar mRNA'nın sentezi için bir şablondur. Bunlara eksi iplikler veya negatif genom denir.
3. Çift iplik, biri –RNA, diğeri ise onun tamamlayıcısı +RNA olarak görev yapar.
Birçok viral nükleik asit +RNA ve DNA içeren virüsler kendi başlarına bulaşıcıdır, çünkü Yeni viral parçacıkların sentezi için gerekli tüm genetik bilgiyi içerir. Bu bilgi, viryonun hassas hücreye nüfuz etmesinden sonra gerçekleşir. Çift sarmallı RNA'lar ve çoğu -RNA'lar bulaşıcı özellikler sergileyemez.
Bir virüsün hedef hücreyle etkileşimi, iki canlı madde formunun (hücre öncesi ve hücresel) bir arada var olduğu karmaşık ve çok aşamalı bir süreçtir. Burada viral genomun konakçı hücrenin genetik olarak kodlanmış biyosentetik süreçleri üzerindeki etkilerinin tüm kompleksi ortaya çıkıyor.
Üreme döngüsünün uygulanması büyük ölçüde hücrenin enfeksiyon tipine ve virüsün hassas (muhtemelen enfekte olmuş) hücreyle etkileşiminin doğasına bağlıdır.
Virüs bulaşmış bir hücrede virüsler çeşitli durumlarda kalabilir:
1. çok sayıda yeni viryonun çoğaltılması;
2. virüs nükleik asidinin hücre kromozomu ile entegre bir durumda bir provirüs formunda varlığı;
3. Hücrenin sitoplazmasında bakteriyel plazmidleri anımsatan dairesel nükleik asitler formundaki varlığı.
Virüsün neden olduğu çok çeşitli bozuklukları belirleyen bu koşullardır: hücre ölümüyle sonuçlanan belirgin bir üretken enfeksiyondan, virüsün hücre ile latent (gizli) bir enfeksiyon veya hücrenin malign transformasyonu şeklinde uzun süreli etkileşimine kadar. hücre.
Virüsün hassas bir hücreyle dört tür etkileşimi tespit edilmiştir:
1. Üretken tip – yeni nesil viryonların oluşması ve enfekte olmuş hücrelerin parçalanması sonucu bunların salınması ile sona erer ( sitolitik form) veya hücreyi yok etmeden terk etmek ( sitolitik olmayan form). Sitolitik olmayan etkileşim türü en sık meydana gelir kalıcı kronik enfeksiyonlar hastalığın akut fazının tamamlanmasından sonra patojenin yavru popülasyonlarının oluşmasıyla karakterize edilir. Hücre ölümüne, hücresel proteinlerin sentezinin erken baskılanması, toksik ve özellikle zarar veren viral bileşenlerin birikmesi, lizozomların hasar görmesi ve enzimlerinin sitoplazmaya salınması neden olur;
2. Bütünleştirici tip , veya virojenlik - viral DNA'nın bir provirüs formunda hücre kromozomuna dahil edilmesi (entegrasyonu) ve daha sonra bunun ayrılmaz bir parçası olarak işlev görmesi ile karakterize edilir ortak çoğaltma Bu tür etkileşim devam ediyor gizli enfeksiyon, bakteri lizogenisi Ve hücrelerin viral dönüşümü;
3. Abortif tip – hücredeki bulaşıcı süreç aşamalardan birinde kesintiye uğradığı için yeni viryonların oluşumuyla bitmez. Bir virüs, dinlenme halindeki bir hücreyle etkileşime girdiğinde veya bir hücre kusurlu bir virüsle enfekte olduğunda ortaya çıkar.
Hem virüsler hem de virionlar kusurlu olabilir.
Arızalı virüsler bağımsız türler olarak var olurlar ve işlevsel olarak daha aşağı düzeydedirler, çünkü Çoğaltılabilmeleri için bir “yardımcı virüs”e ihtiyaç vardır. kusur, genomun aşağılığı tarafından belirlenir. 3 gruba ayrılmıştır:
1. Arızalı Girişim Parçacıkları orijinal virüsün genetik bilgisinin yalnızca bir kısmını içeren ve yalnızca ilgili bir "yardımcı virüsün" katılımıyla çoğalan viryonlar olan;
2. Uydu virüsleriÜremeleri için herhangi bir “yardımcı virüsün” katılımını gerektirmeleri bakımından öncekilerden farklıdırlar;
3. Entegre Genomlar provirüslerdir, yani bir hücrenin kromozomuna entegre olan ancak tam teşekküllü bir virüse dönüşme yeteneğini kaybetmiş viral genomlar;
Arızalı viryonlarbüyük kız popülasyonlarının oluşumu sırasında oluşan bir grup oluşturur ve bunların kusurluluğu esas olarak morfolojik yetersizlik (boş kapsidler, zarfsız nükleokapsidler vb.) ile belirlenir. Kusurlu virionların özel bir formu sahte virüsler, Kendi nükleik asidinin bir kısmını ve konakçı nükleik asidinin parçalarını veya konakçı hücre kromozomunun bir kısmını ve başka bir virüsün nükleik asidinin bir kısmını içeren normal bir kapside sahip olan virüs.
Kusurlu virüslerin önemi, genetik materyali donör hücresinden alıcı hücreye aktarma yetenekleridir.
4. Virüs girişimi – Bir hücre iki virüs tarafından enfekte olduğunda ortaya çıkar ve herhangi bir patojen kombinasyonuyla ortaya çıkmaz. Girişim, ya bir virüsün diğerinin çoğalmasını baskılayan hücresel inhibitörlerin indüklenmesi nedeniyle ya da ikincisinin üreme olasılığını dışlayan birinci virüsün reseptör aparatına veya hücre metabolizmasına zarar vermesi nedeniyle gerçekleştirilir. Ayırt etmek homolog(ilgili virüsler) ve heterolog(ilgisiz virüsler) girişim.
Virüs genomunun hücre genomu ile etkileşiminin doğasına bağlı olarak ayırt edilirler. özerk Ve entegrasyon enfeksiyonu. Otonom enfeksiyon sırasında viral genom hücre genomuna entegre edilmezken entegrasyon enfeksiyonu sırasında viral genom hücresel genoma entegre olur.
Üretken virüs-hücre etkileşimi türü yani Viral üreme, viral bilginin hücresel matris-genetik mekanizmalarının tabi kılınmasından oluşan, insan, hayvan, bitki ve bakteri hücrelerinde yabancı (viral) genetik bilginin benzersiz bir ifade şeklidir. Bu, 6 aşamada meydana gelen iki genom arasındaki karmaşık bir etkileşim sürecidir:
1. viryonların adsorpsiyonu;
2. virüsün hücreye nüfuz etmesi;
3. "Soyunma" ve viral genomun serbest bırakılması;
4. viral bileşenlerin sentezi;
5. viryonların oluşumu;
6. Virionların hücreden çıkışı.
Birinciüreme aşaması – adsorpsiyon yani Virionun hücre yüzeyine bağlanması. İki aşamada gerçekleşir. İlk etap - spesifik olmayan iyonik çekim ve virüs ile hücre arasındaki diğer etkileşim mekanizmalarından kaynaklanır. İkinci aşama - son derece spesifik Hassas hücrelerin reseptörlerinin ve bunları tanıyan virüslerin protein ligandlarının homolojisi ve tamamlayıcılığı nedeniyle. Tanıyan ve etkileşime giren viral proteinlere denir EK ve virüsün kapsidinin veya süperkapsidinin lipoprotein kabuğunun bir parçası olan glikoproteinler ile temsil edilir.
Spesifik hücre reseptörleri, proteinler, lipitler, proteinlerin karbonhidrat bileşenleri ve lipitlerden oluşan farklı bir yapıya sahiptir. Bir hücre, onlarca ve yüzlerce virionun kendisine bağlanmasına izin veren on ila yüz bin spesifik reseptör taşıyabilir. Hücreye adsorbe edilen bulaşıcı viral parçacıkların sayısı terimi belirler. "enfeksiyon çokluğu". Bununla birlikte, bir virüsle enfekte olmuş bir hücre çoğu durumda homolog bir virüsün yeniden enfeksiyonuna karşı toleranslıdır.
Spesifik reseptörlerin varlığı bunun temelini oluşturur tropizm Virüsler belirli hücrelere, dokulara ve organlara bulaşır.
Saniye sahne - virüsün hücreye girişi birkaç şekilde gerçekleşebilir.
1. Reseptöre bağımlı endositoz viryonun hassas bir hücre tarafından yakalanması ve emilmesi sonucu oluşur. Bu durumda, viryonun bağlı olduğu hücre zarı, virüsü içeren bir hücre içi vakuol (endozom) oluşturmak üzere içeri girer. Daha sonra virüsün lipoprotein kabuğu endozom zarıyla birleşir ve virüs hücrenin sitoplazmasına çıkar. Endozomlar, kalan viral bileşenleri yok eden lizozomlarla birleşir.
2. Viropeksis – Viral süperkapsidin hücresel veya nükleer membran ile füzyonundan oluşur ve özel bir madde yardımıyla meydana gelir. füzyon proteini – F proteini süperkapsidin bir parçasıdır. Viropeksisin bir sonucu olarak, kapsid hücrenin içine girer ve süperkapsid, proteinle birlikte plazma veya nükleer membrana entegre olur (kendini gömer). Yalnızca karmaşık virüslerin karakteristiği.
3. Fagositoz – virüslerin fagositik hücrelere nüfuz etmesi yoluyla, eksik fagositoza yol açar.
Üçüncü sahne - "Soyunmak" ve viral genomu serbest bırakmak proteinsizleştirme, nükleokapsidin modifikasyonu, yüzeydeki viral yapıların uzaklaştırılması ve bulaşıcı bir sürece neden olabilecek bir iç bileşenin salınması sonucu oluşur. “Soyunmanın” ilk aşamaları, viral ve hücresel membranların füzyonu ile hücreye nüfuz etme sürecinde veya virüsün endozomdan sitoplazmaya çıkmasıyla başlar. Sonraki aşamalar, proteinlerin deproteinizasyon bölgelerine hücre içi taşınmasıyla yakından ilişkilidir. Farklı virüslerin kendilerine özel “soyunma” alanları vardır. Onlara taşınma, virüsün ribozomlara, endoplazmik retikuluma veya çekirdeğe aktarıldığı hücre içi membran kesecikleri kullanılarak gerçekleştirilir.
Dördüncü sahne - viral bileşenlerin sentezişu anda başlıyor gölge veya tutulma aşamaları, viryonun kaybolması ile karakterize edilir. Gölge fazı, yavru popülasyonların bir araya gelmesi için gerekli olan virüsü oluşturan bileşenlerin oluşmasıyla sona erer. Virüs bunun için hücrenin genetik aparatını kullanarak kendisinin ihtiyaç duyduğu sentetik reaksiyonları baskılar. Virüsün proteinlerinin ve nükleik asitlerinin sentezi, yani. zaman ve mekanda ayrılmış olarak yeniden üretilmesi hücrenin farklı kısımlarında meydana gelir ve ayrık olarak adlandırılır.
Enfekte bir hücrede viral genom iki grup proteinin sentezini kodlar:
- yapısal olmayan proteinler virüsün farklı aşamalarında hücre içi çoğalmasına hizmet etmek; bunlar arasında viral genomun transkripsiyonunu ve replikasyonunu sağlayan RNA veya DNA polimerazları, düzenleyici proteinler, viral proteinlerin öncüleri, viral proteinleri değiştiren enzimler bulunur;
- yapısal proteinler, viriona dahil edilir (genomik, kapsid ve süperkapsid).
Hücredeki protein sentezi süreçlere uygun olarak gerçekleştirilir. transkripsiyonlar Genetik bilgiyi nükleik asitten haberci RNA'nın (mRNA) nükleotid dizisine "yeniden yazarak" ve yayınlar Proteinleri oluşturmak için ribozomlardaki mRNA'yı okur. "Translasyon" terimi, mRNA'nın nükleik baz dizisinin, sentezlenen polipeptit içindeki spesifik bir amino asit dizisine çevrildiği mekanizmaları ifade eder. Bu durumda hücresel mRNA'ların ayrımı meydana gelir ve ribozomlar üzerindeki sentetik işlemler viral kontrol altına alınır. Farklı virüs gruplarında mRNA sentezine ilişkin bilgi aktarım mekanizmaları aynı değildir.
Çift sarmallı DNA içeren virüsler, genetik bilgiyi hücresel genomla aynı şekilde, şemaya göre uygular: virüsün genomik DNA'sı→ mRNA transkripsiyonu→viral protein çevirisi. Aynı zamanda genomları çekirdekte kopyalanan DNA içeren virüsler bu işlem için hücresel polimerazı kullanır, sitoplazmada kopyalanan genomları ise kendi virüse özgü RNA polimerazını kullanır.
Genetik şifre –RNA virüsleri mRNA'nın virüse özgü bir RNA polimerazın katılımıyla kopyalandığı bir şablon görevi görür. Protein sentezleri aşağıdaki şemaya göre gerçekleşir: virüsün genomik RNA'sı→mRNA transkripsiyonu→viral protein çevirisi.
İnsan bağışıklık yetersizliği virüsleri ve onkojenik retrovirüsleri içeren özel bir RNA içeren retrovirüs grubu öne çıkıyor. Genetik bilgiyi aktarmanın benzersiz bir yolu var. Bu virüslerin genomu iki özdeş RNA molekülünden oluşur; diploittir. Retrovirüsler virüse özgü özel bir enzim içerir. ters transkriptaz, veya geri alma, bunun yardımıyla ters transkripsiyon işlemi gerçekleştirilir. Aşağıdakilerden oluşur: tamamlayıcı tek sarmallı DNA (cDNA), genomik RNA şablonu üzerinde sentezlenir. Hücresel genoma entegre edilen ve bileşimi dahilinde hücresel DNA'ya bağımlı RNA polimerazı kullanılarak mRNA'ya kopyalanan çift sarmallı tamamlayıcı DNA oluşturmak üzere kopyalanır. Bu virüslerin proteinlerinin sentezi aşağıdaki şemaya göre gerçekleştirilir: virüsün genomik RNA'sı→tamamlayıcı DNA→mRNA transkripsiyonu→viral protein çevirisi.
Transkripsiyon düzenlemesi hücresel ve virüse özgü mekanizmalar tarafından gerçekleştirilir. Sözde bilgilerin sırayla okunmasından oluşur. "erken" Ve "geç" genler. Birincisi, virüse özgü transkripsiyon ve replikasyon enzimlerinin sentezi için bilgiyi, ikincisi ise kapsid proteinlerinin sentezi için bilgiyi kodlar.
Viral nükleik asitlerin sentezi, yani. viral genomların replikasyonu, viryonların birleştirilmesinde kullanılan orijinal viral genomların kopyalarının hücrede birikmesine yol açar. Replikasyon yöntemi, virüs nükleik asidinin türüne, virüse özgü ve hücresel polimerazların varlığına ve virüslerin hücrede polimeraz oluşumunu indükleme yeteneğine bağlıdır.
Çift sarmallı DNA virüsleri olağan yarı muhafazakar şekilde çoğalır: DNA iplikçikleri çözüldükten sonra, bunlara tamamlayıcı olarak yeni iplikler eklenir. Yeni sentezlenen her DNA molekülü bir ebeveyn ve bir sentezlenmiş iplikten oluşur.
Tek sarmallı DNA virüsleriÇoğaltma işlemi sırasında, hücresel DNA polimerazları, sözde çift sarmallı bir viral genom oluşturmak için kullanılır. kopya formu. Bu durumda, yeni virionun +DNA ipliği için bir şablon görevi gören orijinal +DNA ipliği üzerinde tamamlayıcı bir şekilde bir –DNA ipliği sentezlenir.
Tek sarmallı +RNA virüsleri Hücrede RNA'ya bağımlı RNA polimerazın sentezini indükler. Onun yardımıyla, genomik +RNA zinciri temelinde, –RNA zinciri sentezlenir ve adı verilen geçici bir çift RNA oluşturulur. ara replikatif bağlantı. Tam bir +RNA zinciri ve çok sayıda kısmen tamamlanmış –RNA zincirinden oluşur. Tüm –RNA iplikçikleri oluştuğunda, bunlar yeni +RNA iplikçiklerinin sentezi için şablon olarak kullanılır.
Tek sarmallı RNA virüsleri RNA'ya bağımlı bir RNA polimeraz içerir. Genomik –RNA zinciri, viral polimeraz tarafından eksik ve tam +RNA iplikçiklerine dönüştürülür. Eksik kopyalar, viral proteinlerin sentezi için mRNA görevi görür ve tam kopyalar, yavruların genomik RNA zincirinin sentezi için bir şablon görevi görür.
Çift sarmallı RNA virüsleri tek sarmallı RNA virüslerine benzer şekilde çoğalır. Aradaki fark, transkripsiyon sırasında oluşan +RNA iplikçiklerinin sadece mRNA olarak değil aynı zamanda replikasyona da katılmasıdır. Bunlar RNA iplikçiklerinin sentezi için şablondur. Birlikte genomik çift sarmallı RNA viryonlarını oluştururlar.
Diploid +RNA virüsleri veya retrovirüsler RNA virüs şablonu üzerinde bir -DNA ipliğini sentezleyen viral ters transkriptaz kullanılarak çoğaltılır; buradan +DNA ipliği, bir halkada kapalı bir çift DNA ipliği oluşturmak üzere kopyalanır. Daha sonra DNA'nın çift sarmalı hücre kromozomuyla birleşerek bir provirüs oluşturur. Hücresel DNA'ya bağımlı RNA polimerazın katılımıyla entegre DNA şeritlerinden birinin transkripsiyonunun bir sonucu olarak çok sayıda virion RNA'sı oluşur.
Beşinci sahne - viryon düzeneği düzenli bir şekilde gerçekleşir kendi kendine montaj Viryonun bileşenleri virüs toplanma bölgesine taşındığında. Bunlar çekirdeğin ve sitoplazmanın belirli bölgeleridir. replikasyon kompleksleri. Viryon bileşenlerinin bağlantısı, hidrofobik, iyonik, hidrojen bağlarının ve stereokimyasal yazışmaların varlığından kaynaklanmaktadır.
Virüslerin oluşumu, polipeptitlerin bileşiminde olgun viryonlardan farklı olan ara formların oluşmasıyla birlikte çok aşamalı, kesinlikle sıralı bir süreçtir. Basitçe düzenlenmiş virüslerin birleşmesi, replikasyon kompleksleri üzerinde meydana gelir ve viral nükleik asitlerin kapsid proteinleri ile etkileşiminden ve nükleokapsidlerin oluşumundan oluşur. Karmaşık virüslerde, nükleokapsidler ilk önce replikasyon kompleksleri üzerinde oluşturulur ve bunlar daha sonra virionun gelecekteki lipoprotein kabuğu olan değiştirilmiş hücre zarlarıyla etkileşime girer. Bu durumda, çekirdekte çoğalan virüslerin toplanması nükleer zarın katılımıyla gerçekleşir ve sitoplazmada çoğalması meydana gelen virüslerin toplanması, endoplazmik retikulum veya sitoplazmik zarın zarlarının katılımıyla gerçekleştirilir; glikoproteinlerin ve viryon zarfının diğer proteinlerinin gömülü olduğu yer. Bazı karmaşık RNA virüslerinde, birleşmede bir matris proteini yer alır. M proteini– bu protein tarafından değiştirilen hücre zarının altında bulunur. Hidrofobik özelliklere sahip olduğundan nükleokapsid ile süperkapsid arasında aracı görevi görür. Karmaşık virüsler, oluşumları sırasında konakçı hücrenin bileşenlerini içerir. Kendi kendine toplanma süreci bozulduğunda "kusurlu" viryonlar oluşur.
Altıncı sahne - viral parçacıkların hücreden salınması Viral üreme sürecini tamamlar ve iki şekilde gerçekleşir.
Patlayıcı yol Süper kapsid içermeyen virüsler hücre tahribatına neden olduğunda ve hücre dışı boşluğa girdiğinde. Ölü bir hücreden aynı anda çok sayıda viryon ortaya çıkar.
Tomurcuklanan veya ekzositoz , süperkapsiti hücre zarlarından türetilen karmaşık virüslerin karakteristiği. İlk olarak nükleokapsid, içine virüse özgü proteinlerin zaten gömülü olduğu hücre zarlarına taşınır. Temas edilen bölgede bu alanların çıkıntı yapmasıyla böbrek oluşmaya başlar. Oluşan tomurcuk, karmaşık bir virion formunda hücreden ayrılır. İşlem hücre için öldürücü değildir ve hücre uzun süre canlı kalarak viral nesiller üretebilir.
Sitoplazmada oluşan virüslerin tomurcuklanması, plazma zarı yoluyla veya endoplazmik retikulum ve Golgi aparatının zarları yoluyla meydana gelebilir ve ardından hücre yüzeyine salınabilir.
Çekirdekte oluşan virüsler, değiştirilmiş nükleer zarf yoluyla perinükleer boşluğa tomurcuklanır ve sitoplazmik veziküllerin bir parçası olarak hücre yüzeyine taşınır.
Bütünleştirici virüs-hücre etkileşimi türü (virojen) viral nükleik asidin, viral genomun çoğaldığı ve hücre genomunun ana parçası olarak işlev gördüğü konak hücre kromozomuna entegrasyonu sonucu bir virüs ve hücrenin bir arada bulunmasıdır.
Bu tür etkileşim, orta derecede DNA içeren bakteriyofajların, onkogenik virüslerin ve bazı bulaşıcı DNA ve RNA virüslerinin karakteristiğidir.
Entegrasyon, çift sarmallı viral DNA'nın dairesel bir formunun varlığını gerektirir. Bu tür DNA, homoloji bölgesinde hücresel DNA'ya bağlanır ve kromozomun belirli bir bölgesine yerleştirilir. RNA virüsleri için entegrasyon süreci daha karmaşıktır ve ters transkripsiyon mekanizmasıyla başlar. Entegrasyon, çift sarmallı bir DNA transkriptinin oluşması ve bunun bir halka halinde kapanmasından sonra gerçekleşir.
Virojenez sırasındaki ek genetik bilgi, hücreye yeni özellikler kazandırarak hücrelerin onkogenik dönüşümüne, otoimmün ve kronik hastalıklara neden olabilir.
Abortif tip virüs-hücre etkileşimi viral soyun oluşumu ile bitmez ve aşağıdaki koşullar altında ortaya çıkabilir:
1. hassas bir hücrenin enfeksiyonu, kusurlu bir virüs veya kusurlu bir virion ile meydana gelir;
2. genetik olarak dirençli hücrelerin öldürücü bir virüs tarafından enfeksiyonu;
3. hassas bir hücrenin öldürücü bir virüsle enfeksiyonu müsamahakar olmayan (izin vermeyen) koşullar.
Daha sık olarak, duyarsız bir hücreye standart bir virüs bulaştığında başarısız türde bir etkileşim gözlemlenir. Ancak genetik direncin mekanizması aynı değildir. Plazma zarında spesifik reseptörlerin bulunmaması, bu tip hücrelerin viral mRNA translasyonunu başlatamaması ve viral makromoleküllerin sentezi için gerekli spesifik proteaz veya nükleazların bulunmaması ile ilişkili olabilir.
Viral üremenin gerçekleştiği koşullardaki değişiklikler de abortif etkileşime yol açabilir: vücut ısısında bir artış, iltihap bölgesinde pH'da bir değişiklik, antiviral ilaçların kullanılması vb. Ancak, izin verilmeyen koşullar ortadan kaldırıldığında, sonuçsuz kalan etkileşim türü, ortaya çıkan tüm sonuçlarla birlikte üretken hale gelir.
Engelleyici etkileşim Zaten virüsle enfekte olmuş bir hücrenin ikincil enfeksiyonuna karşı bağışıklık durumu tarafından belirlenir.
Heterolog girişim Bir virüsün enfeksiyonu, ikinci bir virüsün bir hücre içinde çoğalma yeteneğini tamamen bloke ettiğinde ortaya çıkar. Mekanizmalardan biri, spesifik reseptörleri bloke ederek veya yok ederek başka bir virüsün adsorpsiyonunun inhibisyonu ile ilişkilidir. Başka bir mekanizma, enfekte olmuş hücredeki herhangi bir heterolog mRNA tarafından mRNA çevirisinin inhibisyonunu içerir.
Homolog girişim birçok kusurlu virüs için tipiktir, özellikle tekrar tekrar pasajlananlar için laboratuvar ortamında ve yüksek enfeksiyon çeşitliliği ile. Üremeleri ancak hücreye normal bir virüs bulaştığında mümkündür. Bazen kusurlu bir virüs, normal bir virüsün üreme döngüsüne müdahale edebilir ve kusurlu girişim yapan viral parçacıklar (VIP'ler). DI parçacıkları normal bir virüsün genomunun yalnızca bir kısmını içerir. Kusurun doğası gereği, DI parçacıkları silinir ve öldürücü mutantlar olarak kabul edilebilir. DI parçacıklarının ana özelliği, normal bir homolog virüse müdahale etme yeteneğidir ve hatta replikasyon sırasında yardımcı rol oynayabilir. Hücreye adsorbe olma ve nüfuz etme yeteneği, kapsidin normal yapısıyla ilişkilidir. Kusurlu bir nükleik asidin salınması ve ekspresyonu çeşitli biyolojik etkilere yol açar: hücredeki sentetik işlemleri engeller ve homolog girişim nedeniyle normal virüslerin proteinlerinin sentezini ve dönüşümünü engeller. DI parçacıklarının dolaşımı ve normal bir homolog virüsle birlikte enfeksiyon, DI parçacıklarının genomun basitliğinden dolayı çok daha hızlı çoğalma yeteneği ile ilişkili olan yavaş, uzun vadeli hastalık formlarının ortaya çıkmasına neden olur. popülasyonda normal bir virüsün sitopatik etki özelliğinin ciddiyetinde gözle görülür bir azalma vardır.
Çoğu durumda virüsün vücutla etkileşimi süreci sitospesifiktir ve patojenin belirli dokularda çoğalma yeteneği ile belirlenir. Bununla birlikte, bazı virüsler daha geniş bir tropizm aralığına sahiptir ve çok çeşitli hücre ve organlarda çoğalırlar.
Trofizminden ve etkilenen hücrelerin çeşitliliğinden sorumlu olan virüsün özgüllük faktörleri arasında, virüsün hücreyle tam etkileşimini sağlayan spesifik reseptörlerin sayısı (hem viryonda hem de hücrede) bulunur. Bu tür reseptörlerin sayısı genellikle sınırlıdır.
Bazı durumlarda hücrelerin çok fizyolojik özgüllüğü ve dolayısıyla bimoleküler organizasyonları patojenin virülansının ortaya çıkmasına katkıda bulunur. Örneğin, kuduz virüsü zarfının G-proteini, nöronların asetilkolin reseptörlerine karşı yüksek bir afiniteye sahiptir ve bu, sinir dokusu hücrelerine nüfuz etme kabiliyetini sağlar. Nörotropik virüslerin özellikle ciddi hastalıklara neden olduğu unutulmamalıdır, çünkü sinir hücreleri yenilenmez. Dahası, patojenin çoğalması onları sitotoksik bağışıklık reaksiyonlarının hedefi haline getirir.
Çoğunlukla mutasyonlar nedeniyle virüslerin öldürücülüğü artar. Bu durumda özellikle önemli olan, virüslerin gen mutasyonunu (geriye döndürme) tersine çevirebilme yeteneğidir. Protein yapısını kodlayan genler, yapılarını eski haline getirebilir ve önceden avirülent olan virüs suşlarını virülan olanlara dönüştürebilir.
Aynı derecede önemli olan Duyarlı bir mikroorganizmanın özellikleri.
Yaş yaklaşık
20. yüzyılın ikinci yarısında virolojinin hızlı gelişimi. çeşitli virüslerin genomları da dahil olmak üzere yapısı ve kimyasal bileşimi ile konakçı hücrelerle etkileşimin doğası hakkında en önemli bilgilerin elde edilmesini mümkün kıldı. Elde edilen materyaller, virüslerin niteliksel olarak iki farklı formda bulunduğunu göstermektedir: hücre dışı - virion ve hücre içi - virüs. En basit virüsün viryonu, bir protein kabuğu olan kapsid tarafından korunan viral genomu içeren bir nükleoproteindir. Aynı zamanda hücre içi virüs, ikili bölünme yeteneğine sahip olmayan, kendi kendini kopyalayan bir formdur.
Dolayısıyla virüs tanımı, ikili bölünme yoluyla üreyen mikroorganizmaların hücresel formu ile yalnızca viral nükleik asitten üreyen kopyalanan form arasında temel bir fark ortaya koymaktadır. Bununla birlikte, virüsler ile pro- ve ökaryotlar arasındaki niteliksel fark yalnızca bu tek yönle sınırlı değildir; diğer bazı yönleri de içerir:
bir tür nükleik asidin (DNA veya RNA) varlığı;
hücresel yapı ve protein sentezleme sistemlerinin eksikliği;
hücresel genoma entegrasyon ve onunla senkronize replikasyon olasılığı.
Aynı zamanda virüsler, tüm mikroorganizmaların ve diğer hücrelerin DNA molekülleri olan sıradan replikonlardan, plazmidlerden ve transpozonlardan farklıdır, çünkü bahsedilen replikonlar canlı madde olarak sınıflandırılamayan biyomoleküllerdir.
Virüslerin sınıflandırılması ve taksonomisi. Virüsler, nükleik asit türüne göre iki alt krallığa (ribovirüsler ve deoksiribovirüsler) ayrılan Vira krallığını oluşturur. Alt krallıklar ailelere, onlar da cinslere ayrılır. Virüs türü kavramı ve farklı türlerin belirlenmesi henüz net bir şekilde formüle edilmemiştir.
Taksonomik özellikler olarak, nükleik asidin türüne ve moleküler biyolojik özelliklerine büyük önem verilmektedir: çift sarmallı, tek sarmallı, bölümlü, bölümsüz, tekrarlanan ve ters çevrilmiş dizili, vb. Bununla birlikte, pratik çalışmalarda, özellikler Elektron mikroskobik ve immünolojik çalışmalar sonucunda elde edilen virüslerin: morfolojisi, virionun yapısı ve boyutu, bir dış kabuğun (süperkapsid) varlığı veya yokluğu, antijenler, intranükleer veya sitoplazmik lokalizasyon vb. Bahsedilen özelliklerin yanı sıra direnç sıcaklık, pH, deterjanlar vb. dikkate alınır.
Şu anda insan ve hayvan virüsleri 18 familyaya dahildir. Virüslerin belirli familyalara ait olması, nükleik asidin türüne, yapısına ve bir dış kabuğun varlığına veya yokluğuna göre belirlenir. Retrovirüs ailesine üyeliği belirlerken ters transkriptazın varlığı dikkate alınmalıdır.
Virionların morfolojisi ve yapısı
Çeşitli virüslerin viryonlarının boyutları büyük ölçüde değişir: 15-18 ila 300-400 nm arasında. Çeşitli şekilleri vardır: çubuk şeklinde, filamentli, küresel paralel uçlu, spermatozoan (Şekil 5.1). Basit bir virionun yapısı - nükleokapsid - viral nükleik asidin - DNA veya RNA - bir protein kabuğu - kapsid - tarafından güvenilir bir şekilde korunduğunu gösterir. İkincisi, spiral veya kübik simetri ilkelerine dayanan, kesin olarak düzenli bir yapıya sahiptir. Çubuk şeklindeki ve filamentli viryonların kapsidleri, bir eksen etrafında spiral şeklinde düzenlenmiş yapısal alt birimlerden oluşur. Alt birimlerin bu şekilde düzenlenmesiyle, içinde viral bir nükleik asit molekülünün kompakt bir şekilde paketlendiği içi boş bir kanal oluşur. Uzunluğu, çubuk şeklindeki virionun uzunluğundan birçok kat daha fazla olabilir. Örneğin tütün mozaik virüsünün (TMV) uzunluğu 300 nm'dir ve RNA'sı 4000 nm yani 4 µm boyutuna ulaşır. Bu durumda RNA, kapsid'e o kadar bağlanmıştır ki, kapside zarar vermeden serbest bırakılamaz. Benzer kapsidler bazı bakteriyel virüslerde ve insan virüslerinde (örneğin grip virüsü) bulunur.
Virionların küresel yapısı, yirmi yüzlü bir ikosahedron şekline dayanan kübik simetri ilkelerine göre inşa edilen kapsid tarafından belirlenir. Kapsid, morfolojik alt birimler - kapsomerler halinde birleştirilen asimetrik alt birimlerden (polipeptit molekülleri) oluşur. Bir kapsomer, ikosahedronun karşılık gelen simetri eksenleri boyunca konumlanmış 2, 3 veya 5 alt birim içerir. Yeniden düzenlemenin türüne ve alt birimlerin sayısına bağlı olarak kapsomer sayısı 30, 20 veya 12 olacaktır. Şekil 5.1, top şeklinde gösterilen belirli sayıda kapsomerlerin yanı sıra artan hacimdeki kapsomerlerden oluşan olası basit viryon türlerini sunmaktadır.
60'tan fazla yapısal alt birimden oluşan karmaşık bir kapside sahip viryonlar, 5 alt birimden (pentamer) veya 6 alt birimden (heksamer) oluşan gruplar içerir. "Çekirdek" olarak adlandırılan karmaşık bir şekilde organize edilmiş viryonların nükleokapsidi, süperkapsid adı verilen bir dış kabuk ile kaplıdır.
Virionların kimyasal bileşimi
Basit viryonlar tek tip nükleik asit (RNA veya DNA) ve proteinler içerir. Kompleks viryonlar dış kabuklarında lipitler ve polisakkaritler içerir; ilki konakçı hücrelerden elde edilir, ikincisi ise virüs genomunda glikoproteinler şeklinde kodlanır.
Viral DNA. Farklı virüslerin DNA'sının moleküler ağırlığı büyük ölçüde değişir (1 * 106-1 * 108). Bakteri DNA'sının moleküler ağırlığından yaklaşık 10-100 kat daha azdır. Virüslerin genomu birkaç yüze kadar gen içerir. Viral DNA'nın yapısı, onları çeşitli türlere ayırmayı mümkün kılan bir dizi özellik ile karakterize edilir. Bunlar, doğrusal veya dairesel olabilen çift sarmallı ve tek sarmallı DNA'yı içerir.
Nükleotid dizileri her DNA zincirinde bir kez bulunsa da uçlarında doğrudan veya ters (180° döndürülmüş) tekrarlar bulunur. DNA'nın ilk bölümünde bulunan aynı nükleotidlerle temsil edilirler. Hem tek sarmallı hem de çift sarmallı viral DNA'nın doğasında bulunan nükleotid tekrarları, viral DNA'yı hücresel DNA'dan ayırmayı mümkün kılan benzersiz belirteçlerdir. Bu tekrarların işlevsel önemi, bir halkaya kapanma yetenekleridir. Bu formda kopyalanır, kopyalanır, endonükleazlara karşı dirençli hale gelir ve hücresel genoma entegre edilebilir.
Viral RNA. RNA virüsleri için genetik bilgi, diğer tüm virüslerin ve hücresel organizmaların DNA'sında olduğu gibi RNA'da da kodlanır. Viral RNA'lar kimyasal bileşimleri açısından hücresel kökenli RNA'lardan farklı değildir, ancak farklı yapılarla karakterize edilirler. Tipik tek sarmallı RNA'nın yanı sıra, bazı virüsler çift sarmallı RNA'ya sahiptir. Üstelik doğrusal veya dairesel olabilir. Tek sarmallı RNA, tamamlayıcı azotlu bazların eşleşmesi sonucu oluşan DNA'nın çift sarmalına benzer sarmal bölgeler içerir. Tek sarmallı RNA'lar gerçekleştirdikleri işlevlere göre iki gruba ayrılır.
Sahne, biyolog Dmitry Iosifovich Ivanovsky'nin (1864-1920) tütünün gizemli mozaik hastalığı üzerinde çalıştığı, Rusya Bilimler Akademisi'ndeki Nikitsky Botanik Bahçesi'nin laboratuvarıdır. Bir bitkide hastalığın etken maddesi, en küçük bakteri filtrelerinden geçer, üzerinde büyümez ve hastalıklı bitkilerden elde edilen filtratlarla sağlıklı bitkilere bulaştığında semptom oluşturmaz.
Daha sonra 1892'de bilim adamı bunların bakteri olmadığı sonucuna vardı. Ve patojen virüsleri (Latin virüsünden - zehir) çağırıyor. Dmitry Ivanovsky hayatı boyunca virüsleri görmeye çalıştı, ancak virüslerin morfolojisini elektron mikroskoplarının icat edildiği 20. yüzyılın 30'lu yıllarında gördük.
Ancak bu tarih viroloji biliminin başlangıcı olarak kabul edilir ve kurucusu Dmitry Ivanovsky'dir.
İnanılmaz krallık
Virüslerin ayırt edici özellikleri şunlardır:
Gezegenin organik dünyasının bir parçası
Bugüne kadar 6 binden fazla virüs tanımlanmış olsa da bunların yüz milyondan fazla olduğu tahmin ediliyor. Bu, gezegendeki en çok sayıdaki biyolojik formdur ve tüm ekosistemlerde (evrensel (her yerde) dağılım) temsil edilir.
Gezegendeki görünümleri hala belirsiz. Bilinen bir şey var: İlk hücresel yaşam formları ortaya çıktığında virüsler zaten mevcuttu.
Hayatta ve hayatta değil
Bu şaşırtıcı organizmaların, birbirinden önemli ölçüde farklı olan iki varoluş biçimi vardır.
Virion aslında yaşamın cansız bir parçasıdır. Ve virüsün hücredeki genomu da onun canlı bileşenidir, çünkü burası virüslerin çoğaldığı yerdir.
Virüslerin morfolojisi ve altyapısı
Bu bağlamda viriondan, yani hücre dışı formdan bahsediyoruz.
Virionların boyutu nanometre cinsinden ölçülür - 10 -9 metre. Grip virüslerinin ortalama büyüklüğü 80-120 nanometre, çiçek hastalığı virüsü ise 400 nanometre büyüklüğünde bir devdir.
Virüslerin yapısı ve morfolojisi astronotlara benzer. Kapsidin içinde (bazen yağlar ve karbonhidratlar içeren bir protein kabuğu), tıpkı bir "uzay giysisi" gibi, en değerli kısım vardır - nükleik asitler, virüsün genomu. Dahası, bu "kozmonot" minimum miktarda sunulur - yalnızca doğrudan kalıtsal materyal ve kopyalanması (kopyalanması) için minimum miktarda enzim.
Dışarıdan, "uzay giysisi" çubuk şeklinde, küresel, mermi şeklinde, karmaşık bir ikosahedron şeklinde veya hatta düzensiz şekilli olabilir. Bu, virüsün hücreye nüfuz etmesinden sorumlu olan spesifik proteinlerin kapsiddeki varlığına bağlıdır.
Bir patojen konakçıya nasıl girer?
Birçok penetrasyon yöntemi vardır, ancak en yaygın olanı hava yoluyladır. Sadece öksürürken veya hapşırırken değil, nefes alırken de sayısız küçük parçacık uzaya fırlatılıyor.
Virionların vücuda girmesinin başka bir yolu da bulaşıcıdır (doğrudan fiziksel temas). Bu yöntem oldukça küçük bir patojen grubunun karakteristiğidir; herpes, cinsel yolla bulaşan enfeksiyonlar ve AIDS bu şekilde bulaşır.
Çeşitli organizma grupları olabilen bir vektör aracılığıyla enfeksiyon yöntemi oldukça karmaşıktır. Patojeni enfeksiyon rezervuarından alan vektör, virüslerin çoğalabileceği veya gelişim aşamalarına geçebileceği bir yer haline gelir. Kuduz virüsü tam da böyle bir patojendir.
Konağın vücudunda ne olur?
Virüs, dış kapsid proteinlerinin yardımıyla hücre zarına yapışır ve endositoz yoluyla nüfuz eder. Lizozomlara girerler ve burada enzimlerin etkisi altında "uzay giysisinden" kurtulurlar. Ve patojenin nükleik asitleri çekirdeğe girer veya sitoplazmada kalır.
Patojenin nükleik asitleri, konağın nükleik asit zincirlerine entegre edilir ve kalıtsal bilginin replikasyon (kopyalama) reaksiyonu tetiklenir. Hücrede yeterli sayıda viral partikül biriktiğinde virionlar, konağın enerjik ve plastik mekanizmalarını ve kaynaklarını kullanır.
Son aşama ise virionların hücreden salınmasıdır. Bazı virüsler hücrelerin tamamen yok olmasına neden olur ve hücreler arası boşluğa girer, diğerleri ise ekzositoz veya tomurcuklanma yoluyla girer.
Patojen Stratejileri
Virüslerin yapısı ve morfolojisi, patojenin hücrenin enerji ve protein sentezleme potansiyeline tamamen bağımlı olmasına yol açar; tek koşul, nükleik asitlerini kendi programına göre çoğaltmasıdır. Bu etkileşime üretken denir (virüs için doğaldır, ancak hücre için değildir). Hücrenin arzını tüketen virüs, onun ölümüne yol açar.
Diğer bir etkileşim türü ise uzlaştırıcıdır. Bu durumda konakçı genomuna entegre edilen viral genom, hücrenin kendi nükleik asitleriyle kovalent olarak kopyalanır. Ve sonra senaryonun gelişimi iki yönde ilerleyebilir. Virüs sessizce davranır ve kendini göstermez. Genç virionlar hücreyi yalnızca belirli koşullar altında terk eder. Ya patojenin genleri sürekli çalışıyor, çok sayıda genç nesil üretiyor, ancak hücre ölmez ve ekzositoz yoluyla onu terk eder.
Taksonominin karmaşıklıkları
Virüslerin sınıflandırılması ve morfolojisi çeşitli kaynaklarda farklıdır. Bu durumda, bunları sınıflandırmak için aşağıdaki özellikler kullanılır:
- Nükleik asit türü (RNA içeren ve DNA içeren) ve replikasyon yöntemi. Amerikalı virolog David Baltimore tarafından 1971'de önerilen virüslerin en yaygın sınıflandırması.
- Virüsün morfolojisi ve yapısı (tek sarmallı, çift sarmallı, doğrusal, dairesel, parçalanmış, parçalanmamış).
- Boyutlar, simetri türü, kapsomer sayısı.
- Bir süperkapsidin varlığı (dış kabuk).
- Antijenik özellikler.
- Genetik etkileşim türü.
- Potansiyel sahipler çemberi.
- Konakçı hücrede lokalizasyon - çekirdekte veya sitoplazmada.
Mikrobiyolojide virüslerin sınıflandırılmasına yönelik çeşitli yaklaşımları belirleyen, ana kriterin seçimi ve virüslerin morfolojisidir. Oldukça zor. Zorluk, virüsün morfolojisini ve yapısını ancak patolojik süreçlere yol açtıklarında incelemeye başlamamızdır.
Seçici ve pek değil
Konakçı seçimine bağlı olarak bu patojenlerin tercihleri son derece çeşitlidir. Bazıları yalnızca tek bir biyolojik türe saldırır; çok katı bir “kayıtları” vardır. Örneğin diğer hayvanlar için tamamen güvenli olan kedilerden, martılardan ve domuzlardan gelen grip virüslerini yiyor. Bazen uzmanlık şaşırtıcıdır - bakteriyofaj P-17 virüsü yalnızca bir tür Escherichia coli'nin erkek bireylerini enfekte eder.
Diğer virüsler tamamen farklı davranır. Örneğin, morfolojisi kurşuna benzeyen kurşun şeklindeki virüsler, tamamen farklı hastalıklara neden oluyor ve aynı zamanda konakçı yelpazesi de son derece geniş. Bu virüsler, tüm memelileri etkileyen kuduz virüsünü veya veziküler stomatit virüsünü (bu arada böcekler tarafından bulaşan) içerir.
