МОРФОЛОГИЯ

Вирусы – неклеточные формы жизни, имеющие геном, окруженный белковой оболочкой, являющиеся облигатными паразитами. В настоящее время известны вирусы бактерий, грибов, растений, животных.

вирион - Внеклеточная форма - включает в себя все составные элементы (капсид, нуклеиновую кислоту, структурные белки, ферменты и др.).

вирус - Внутриклеточная форма - может быть представлена лишь одной молекулой нуклеиновой кислоты.

По морфологии:

вирусы палочковидные, пулевидные, сферические, овальные, комбинированные.

По размерам вирусы бывают от крупных (до 400 нм) до мелких (20-30 нм).

Структура:

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

белковая оболочка - капсид, внутри находится нуклеиновая кислота

Вирусы содержат только один тип нуклеиновой кислоты, ДНК или РНК, но не оба типа одновременно.

Капсид – белковая капсула защищающая геном. Капсид образуют одинаковые по строению субъединицы -капсомеры, организованные в один или два слоя по двум типам симметрии - кубическому или спиральному .

Организация по принципу спиральной симметрии придает вирусам палочковидную форму.

Организация по принципу кубической симметрии придает вирусам сферическую форму.

Нуклеокапсид – комплекс капсида и вирусного генома. В состав нуклеокапсидов также входят внутренние белки, обеспечивающие правильную упаковку генома, а также выполняющие структурную и ферментативную функции.

Суперкапсид – особая оболочка, организованная двойным слоем липидов и вирусными белками, покрывающая капсид (имеют сложные вирусы).

Химический состав:

Химический состав вирусов необычайно простой. Кроме геномной ДНК или РНК вирусы позвоночных содержат белки, масса которых составляет 57—90% массы вириона. Количество вирионных белков может колебаться в широких пределах в зависимости от сложности строения вируса. Среди белков, кодируемых вирусным геномом, различают структурные и неструктурные вирусспецифические белки. Первые входят в структуру вириона, вторые не входят. Структурными белками являются капсидные белки, белки оболочки и в некоторых случаях белки тегумента и ферменты. У многих вирусов некоторые структурные вирусные белки не являются первичными продуктами генов, а образуются в результате посттрансляционного расщепления полипептида-предшественника вирусспецифическими и клеточными протеазами. Неструктурными вирусными белками являются белки, кодируемые вирусным геномом, но не являющиеся составными частями вириона. Одни из них участвуют в репликации вирусных компонентов, другие — в сборке вирионов, третьи нарушают нормальный клеточный синтез. Они включают различные типы репликаз, связанные с репликацией ДНК, транскриптазы, транскрибирующие мРНК на геномной дцДНК или дцРНК или (-)оцРНК, вирусные протеазы, геликазы и лигазы. У ретро- и гепаднавирусов найдена обратная транскриптаза, транскрибирующая ДНК на матрице РНК. У ретровирусов найден уникальный фермент, участвующий в интеграции ДНК-продукта в хромосомальную ДНК клетки. Вирусы оспы, которые размножаются в цитоплазме и имеют много уникальных ферментов для процессинга РНК-транскриптов и репликации вирусной ДНК, мало зависят от метаболизма клетки. Вирусные белки имеют молекулярную массу 5-200 кД. Наиболее просто устроенные вирусы (вирусы-сателлиты, дефектные вирусы) кодируют синтез только одного белка, многие патогенные вирусы кодируют синтез 5—10 белков, крупные вирусы, такие как вирусы оспы, герпесвирусы, кодируют синтез до 200 белков. Хотя это немного по сравнению с клетками прои эукариотов (кодируют соответственно более 5000 и 100000 белков). Разные вирусы демонстрируют различные варианты стратегии экспрессии своих генов и репликации геномов.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИРУСА С КЛЕТКОЙ ХОЗЯИНА

(особенности вирусных инфекций)

Вирусы не способны самостоятельно размножаться. Синтез вирусных белков и воспроизведение копий вирусного генома обеспечивают биосинтетические процессы клетки-хозяина. При этом белковые макромолекулы и нуклеиновые кислоты образуются отдельно, после чего происходит самосборка дочерних популяций. Такой тип репродукции называется дизъюнктивный (разобщенный).

Реализация репродуктивного цикла в существенной степени зависит от типа инфицирования клетки и характера взаимодействия вируса с чувствительной (могущей быть инфицированной) клеткой.

Известны следующие типы взаимодействий «вирус-клетка».

Продуктивный (образуется дочерняя популяция).

Интегративный (вирогения).

Абортивный (дочерняя популяция не образуется).

Продуктивное взаимодействие «вирус-клетка» чаще носит литический характер, то есть заканчивается гибелью инфицированной клетки, что происходит после полной сборки дочерней популяции и выхода вирусов из клетки.

Репродукция ВИЧ. Вирус прикрепляется к рецепторам клетки и, освободившись от суперкапсида, проникает в клетку. РНК вируса, проникнув в ядро, встраивается в ДНК после того, как с помощью фермента обратной транскриптазы РНК вируса трансформируется в ДНК. В дальнейшем на рибосомах синтезируются вирусные белки, образующие капсид. Происходит транскрипция РНК. Формируются вирионы, которые "одеваются" в мембрану клетки, выходя из нее.

Интегративное взаимодействие, или вирогения не приводит к гибели клетки. Нуклеиновая кислота вируса встраивается (интегрирует) в геном клетки-хозяина и в последующем функционирует как его составная часть.

Вирус, интегрированный в клеточный геном, называется провирус . При этом вирусная частица может стать неактивной, иногда остается в клетке очень долго, ничем не выдавая своего присутствия. Такие бессимптомные, скрытые инфекции называются латентными. Неблагоприятные для организма воздействия холодом, рентгеновскими лучами, химическими веществами и т.п. может возбудить их агрессивность. Возможны периодические реактивации с переходом в продуктивное взаимодействие «вирус-клетка», либо клетка трансформируется, давая начало злокачественному росту (онкогенные вирусы) .

Вопрос 6:

Бактериофаги (фаги) - вирусы, обладающие способностью проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться в них и вызывать их лизис. Большинство фагов имеют сперматозоидную форму. Они состоят из головки, которая содержит нуклеиновую кислоту и отростка. Большинство из фагов содержат двунитевую ДНК, которая замкнута в кольцо.

Проникновение фага в бактериальную клетку происходит путем инъекции нуклеиновой кислоты через канал отростка.

Выход зрелых фагов из бактериальной клетки происходит путем «взрыва», зараженные бактерии лизируются (вирулентные фаги). Лизогения - тип взаимодействия фага с бактериальной клеткой, при котором бактериофаг встраивает свою ДНК в бактериальный геном. Фаги, вызывающие данный тип инфекции, получили название умеренных. Фаговая ДНК, ассоциированная с геномом своего хозяина, носит название профаг .

Фаги широко распространены в природе. Фаги более устойчивы к действию физических и химических факторов, чем многие вирусы человека.

Практическое применение фагов в медицине. Препараты бактериофагов выпускают в жидком виде, в таблетках, в форме мазей, аэрозолей и свечей и применяют для лечения и профилактики.

Строгая специфичность бактериофагов позволяет использовать их для фаготипирования и дифференцировки бактериальных культур (фагодиагностика).

8 вопрос:

Распространение микроорганизмов в природе

Вследствие малых размеров, а также способности усваивать самые разнообразные вещества в качестве источников питания, легко приспосабливаться к условиям внешней среды, микроорганизмы широко распространены в природе и могут быть обнаружены там, где отсутствуют другие формы жизни. Естественной средой обитания микроорганизмов являются почва, вода и организмы человека и животных.

Воздух не является благоприятной средой для развития микробов, поскольку не содержит капельножидкой воды, но, попадая в воздух с поверхности земли или предметов вместе с пылью, многие микроорганизмы могут временно сохранять жизнеспособность.

Численность и видовой состав микроорганизмов, населяющих почву, определяется наличием в ней влаги и питательных веществ, реакцией среды, температурой, степенью аэрации. Почва, кроме самого верхнего слоя, служит микроорганизмам защитой от губительного действия прямых солнечных лучей. Почва является местом обитания разнообразных видов бактерий, водорослей, грибов, простейших. Наиболее богаты микроорганизмами хорошо обработанные почвы. Число бактерий в 1 г почвы может составлять несколько миллионов, водорослей – до 100 тыс., грибов – десятки тысяч. Микроорганизмы, населяющие почву, обладают колоссальной общей поверхностью. Так, в пахотном слое 1 га почвы поверхность микробных клеток составляет около 500 га. Именно этим и объясняется чрезвычайно активное воздействие микроорганизмов на почву. Большинство бактерий развивается в верхнем слое почвы глубиной 15–20 см. Водоросли развиваются в слое до 10 см и иногда вызывают обильное цветение почвы. Выделяя кислород в процессе жизнедеятельности, они способствуют аэрации почвы. В условиях хорошей аэрации верхнего слоя интенсивно развиваются микроскопические грибы. В почве широко представлены черви и личинки насекомых, которые рыхлят почву, обеспечивая проникание кислорода в более глубокие слои.

Микронаселение водных объектов, его численность и видовое разнообразие определяются прежде всего степенью загрязненности воды, т.е. наличием в ней органических веществ. Гидробионты - обитатели водной среды – относятся к различным систематическим группам. В природных водоемах могут развиваться водоросли, бактерии, простейшие, грибы. Для глубоко залегающих артезианских вод, благодаря защищенности водоносных слоев, обычно характерно почти полное отсутствие микроорганизмов. Воды открытых водоемов отличаются разнообразием и непостоянством химического состава и микробного населения. Численность последнего зависит от ряда причин: заселенности прибрежных районов, количества атмосферных осадков, времени года и т.д., поскольку они обусловливают характер и степень загрязненности водоема. Особенно много микроорганизмов в водных источниках вблизи крупных городов. Значительно возрастает число бактерий в водоемах после дождя и в период весеннего половодья. В зимний период численность гидробионтов резко уменьшается. Наиболее богаты микроорганизмами сточные воды. Число бактерий в 1 мл сточной воды может превышать 1 млрд. Источником микроорганизмов бытовых сточных вод являются физиологические выделения человека и его хозяйственная деятельность. Некоторые виды производственных сточных вод содержат специфические микроорганизмы, используемые в технологическом процессе производства лекарственных препаратов, спирта, молочнокислых продуктов и т.д. Ливневые сточные воды загрязнены микробами, вымываемыми из почвы.

Микрофлора человека и животных. Многие микроорганизмы временно или постоянно обитают в полостях тела или на теле человека и животных. От стабильности сложившегося в ходе эволюции баланса между организмом и его микрофлорой и равновесия внутри микробных ассоциаций существенно зависит ход разнообразных процессов в организме и, в конечном счете, его здоровье.

Оценивая качественный и количественный состав микрофлоры человека и животных, необходимо подчеркнуть особое ее обилие и разнообразие в различных отделах пищеварительного тракта. Наибольшее количество микробов обитает в толстой кишке и нижних отделах тонких кишок. Много их на слизистых оболочках полости рта (микрококки, пневмококки, стрептококки, лактобациллы, дрожжи, актиномицеты и др.) и в зубном налете (лактобациллы, стрептококки и спирохеты). На коже человека и животных постоянно обнаруживаются стафилококки, энтерококки, сарцины, кишечная палочка и др. виды семейства энтеробактерий. Свободны или почти свободны от микроорганизмов нижние органы дыхания, пищевод и желудок.

В последние годы в связи с широким применением антибиотиков, иммунодепрессантов и многих других биологически активных веществ участились нарушения в составе микрофлоры (дисбактериозы), являющиеся причиной заболеваний человека.

9 вопрос:

Размеры:

Размеры бактерий в среднем составляют 0,5—5 мкм. Escherichia coli, например, имеет размеры 0,3—1 на 1—6 мкм, Staphylococcus aureus — диаметр 0,5—1 мкм, Bacillus subtilis — 0,75 на 2—3 мкм. Крупнейшей из известных бактерий является Thiomargarita namibiensis, достигающая размера в 750 мкм (0,75 мм). Второй является Epulopiscium fishelsoni, имеющая диаметр 80 мкм и длину до 700 мкм и обитающая в пищеварительном тракте хирурговой рыбы Acanthurus nigrofuscus. Achromatium oxaliferum достигает размеров 33 на 100 мкм, Beggiatoa alba — 10 на 50 мкм. Спирохеты могут вырастать в длину до 250 мкм при толщине 0,7 мкм. В то же время к бактериям относятся самые мелкие из имеющих клеточное строение организмов. Mycoplasma mycoides имеет размеры 0,1—0,25 мкм, что соответствует размеру крупных вирусов, например, табачной мозаики, коровьей оспы или гриппа. По теоретическим подсчётам, сферическая клетка диаметром менее 0,15—0,20 мкм становится неспособной к самостоятельному воспроизведению, поскольку в ней физически не могут поместиться все необходимые биополимеры и структуры в достаточном количестве.

Staphylococcus aureus в том же увеличении

При линейном увеличении радиуса клетки её поверхность возрастает пропорционально квадрату радиуса, а объём — пропорционально кубу, поэтому у мелких организмов отношение поверхности к объёму выше, чем у более крупных, что означает для первых более активный обмен веществ с окружающей средой. Метаболическая активность, измеренная по разным показателям, на единицу биомассы у мелких форм выше, чем у крупных. Поэтому небольшие даже для микроорганизмов размеры дают бактериям и археям преимущества в скорости роста и размножения по сравнению с более сложноорганизованными эукариотами и определяют их важную экологическую роль.

Формы: Структурная организация:

Сферические формы (кокки) - шаровидные бактерии размером 0,5 - 1,0 мкм; по взаимному расположению клеток различают микрококки, диплококки, стрептококки, тетракокки, сарцины и стафилококки.

Микрококки (лат. малый) - отдельно расположенные клетки или в виде "пакетов".

Диплококки (лат. двойной) - располагаются парами, так как клетки после деления не расходятся.

Стрептококки (от греч. streptos - цепочка) - клетки округлой или продолговатой формы, составляющие цепочку вследствие деления клеток и сохранения связи между ними в месте деления.

Сарцины (от лат. sarcina - связка, тюк) - располагаются в виде пакетов из 8-и и более кокков, так как они образуются при делении клетки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Стафилококки (от. греч. staphyle - виноградная гроздь) - кокки расположенные в виде грозди винограда в результате деления в различных плоскостях.

Палочковидные бактерии различаются по размерам, форме концов клетки и взаимному расположению клеток. Длина клеток варьирует от 1,0 до 8,0 , толщина от 0,5 до 2,0 мкм. Палочки могут быть правильной (кишечная палочка) и неправильной (коринебактерии) формы, в том числе ветвящиеся, например актиномицеты. Слегка изогнутые палочки называют вибрионами (холерный вибрион). Большинство палочковидных бактерий располагаются беспорядочно, так как после деления клетки расходятся.

Риккетсии - мелкие грамотрицательные палочковидные бактерии (0,3 - 2,0 мкм), облигатные внутриклеточные паразиты. Размножаются делением в цитоплазме, а некоторые - ядре инфицированных клеток. Обитают в организме членистоногих (вшей, блох, клещей), которые являются их хозяевами или переносчиками. Форма и размер риккетсий могут изменяться (клетки неправильной формы, нитевидные) в зависимости от условий роста. Структура риккетсии не отличается от таковой грамотрицательной бактерии.

Хламидии - относятся к облигатным внутриклеточным кокковым грамотрицательным (иногда грамвариабельным) бактериям. Вне клеток хламидии имеют сферическую форму (0,3 мкм), метаболически неактивны и называются элементарными тельцами. В клеточной стенке элементарных телец имеется главный белок наружной мембраны и белок, содержащий большое количество цистеина. Хламидии размножаются только в живых клетках, их рассматривают как энергетических паразитов.

Элементарные тельца попадают к эпителиальную клетку путем эндоцитоза с формированием внутриклеточной вакуоли. Внутри клетки они увеличиваются и превращаются в делящиеся ретикулярные тельца, образуя скопления в вакуолях (включения). Из ретикулярных телец образуются элементарные тельца, которые выходят из клеток путем экзоцитоза или лизиса клетки.

Микоплазмы - мелкие бактерии (0,15 - 1,0 мкм), окруженные цитоплазматической мембраной и не имеющие клеточной стенки. Из-за отсутствия клеточной стенки микоплазмы осмотически чувствительны. Имеют разнообразную форму: кокковидную, нитевидную, колбовидную. Эти формы видны при фазово-контрастной микроскопии чистых культур микоплазм. Патогенные микоплазмы вызывают хронические инфекции - микоплазмозы.

Актиномицеты - ветвящиеся, нитевидные или палочковидные грамположительные бактерии. Свое название (от греч. actis - луч, mykes - гриб) они получили всвязи с образованием в пораженных тканях друз - гранул из плотно переплетенных нитей в виде лучей, отходящих от центра и заканчивающихся колбовидными утолщениями. Актиномицеты могут делиться путем фрагментации мицелия на клетки, похожие на палочковидные и кокковидные бактерии. На воздушных гифах актиномицетов могут образовываться споры, служащие для размножения. Споры актиномицетов обычно нетермостойки.

Общую филогенетическую ветвь с актиномицетами образуют так называемые нокарднеподобные (нокардиоформные) актиномицеты — собирательная группа палочковидных, неправильной формы бактерий. Их отдельные представители образуют ветвящиеся формы. К ним относят бактерии родов Corynebacterium, bdycobacterium, Hocardia и др.

Нокардиоподобные актиномицеты отличаются наличием в клеточной стенке Сахаров арабинозы, галактозы, а также миколовых кислот и больших количеств жирных кислот. Миколовые кислоты и липиды клеточных стенок обусловливают кислотоустойчивость бактерий, в частности, микобактерий туберкулеза и лепры (при окраске по Цилю-Нельсену они имеют красный цвет, а некислотоустойчивые бактерии и элементы ткани, мокроты - синий цвет).

Извитые формы - спиралевидные бактерии, например спириллы, имеющие вид штопорообразно извитых клеток. К патогенным спириллам относится возбудитель содоку (болезнь укуса крыс). К извитым также относятся кампилобактеры, хеликобактеры, имеющие изгибы как у крыла летящей чайки; близки к ним и такие бактерии, как спирохеты.

Спирохеты — тонкие, длинные, извитые (спиралевидной формы) бактерии, отличающиеся от спирилл подвижностью, обусловленной сгибательными изменениями клеток. Спирохеты имеют наружную мембрану клеточной стенки, окружающую протоплазматический цилиндр с цитоплазматической мембраной. Под наружной мембраной клеточной стенки (в периплазме) расположены периплазматические фибриллы (жгутики), которые как бы закручиваясь вокруг протоплазматического цилиндра спирохеты, придают ей винтообразную форму (первичные завитки спирохет). Фибриллы прикреплены к концам клетки и направлены навстречу друг другу. Другой конец фибрилл свободен. Число и расположение фибрилл варьируют у разных видов. Фибриллы участвуют в передвижении спирохет, придавая клеткам вращательное, сгибательное и поступательное движение. При этом спирохеты образуют петли, завитки, изгибы, которые названы вторичными завитками.

Спирохеты плохо воспринимают красители. Их окрашивают по методу Романовского—Гимзы или серебрением, а в живом виде исследуют с помощью разово-контрастнои или темнопольнои микроскопии.

Лептоспиры (род Leptospira) имеют завитки неглубокие и частые — в виде закрученной веревки. Концы этих спирохет изогнуты наподобие крючков с утолщениями на концах. Образуя вторичные завитки, они приобретают вид букв S или С; имеют 2 осевые нити. Патогенный представитель L. interrogates вызывает лептоспироз.

Грамотрицательные бактерии:

прокариоты, клетки не окрашиваются по методу Грама. В совр. литературе к Г. б. относят бактерии отдела (Gracilicutes) с т. н. грамотрицательным типом строения клеточных стенок, для которых характерны: наличие наруж. мембраны, зоны периплазмы, устойчивость к ряду антибиотиков, некоторые особенности состава и строения мембранного аппарата, состава рибосомальных белков, РНК-полимеразы, способность к фототрофии, внутриклеточному симбиозу или паразитизму в клетках животных, растений, подвижность путём скольжения, образование плодовых тел, аксиальных нитей и др. Более 180 родов. К Г. б. относятся ряд фототрофных прокариот, многие хемоавтотрофные и хемоорганотрофные аэробные, факультативно и облигатно анаэробные бактерии.

Грамположительные бактерии:

прокариоты, клетки которых окрашиваются положительно по методу Грама (способны связывать оси. красители — метиленовый синий, генциановый фиолетовый и др., а после обработки йодом, затем спиртом или ацетоном сохранять комплекс йод-краситель). В совр. литературе к Г. б. относят бактерии отдела (Firmicutes) с т. н. грамположительным типом строения клеточных стенок. Для Г. б. характерны: чувствительность к нек-рым антибиотикам (не действующим на грамотрицат. бактерии), некоторые особенности состава и строения мембранного аппарата, состава рибосомальных белков, РНК-полимеразы, способность образовывать эндоспоры, истинный мицелий и др. свойства. Более 80 родов хемоавтотрофных и хемоорганотрофных аэробных, факультативно анаэробных и облигатно анаэробных бактерий.

10 вопрос:

Основной чертой вирусов является то, что они могут размножаться, только паразитируя в клетках зараженного организма. Вирусы не обладают собственным аппаратом для синтеза органических молекул, поэтому для самовоспроизведения они используют ресурсы клетки хозяина.

Чаще всего размножение вирусов в клетках приводит к гибели последних, таким образом, паразитируя в более высших живых организмах, вирусы вызывают различные заболевания, которые могут закончиться гибелью организма. Однако, роль вирусов в живой природе этим не исчерпывается. Вирусы являются важным фактором эволюции мира живых организмов. Это стало возможным благодаря тому, что вирусы способны изменять генетическую информацию пораженного организма. Попадая в клетку, вирус высвобождает свою генетическую информацию, которая включается в генетический код хозяина, тем самым изменяя его. Также, вирусы способны переносить гены или группы генов между организмами, перекрест которых в природе невозможен. Циркулируя в природе вирусы постоянно претерпевают различные изменения и мутации, в результате которых появляются новые виды вирусов. Под давлением естественного отбора закрепляются только самые стойкие формы вирусов.

Важно заметить, что живой организм может быть заражен сразу несколькими вирусами. В таких случаях возможно генетическое взаимодействие между вирусами и появление новой рекомбинантной формы вируса. Так, например, объясняют возникновение пандемических штаммов вируса гриппа, которые образуются в организме свиней, зараженных одновременно человеческой и птичьей формой вируса гриппа.

Клинические аспекты вирусных заболеваний человека

Вирусы играют важную роль в жизни человека, так как могут вызывать заболевания различной степени тяжести. размножение вируса в организме приводит к развитию того или иного вирусного заболевания. Однако негативное воздействие вирусов на организм человека этим не исчерпывается. В ряде случаев вирусы становятся причиной возникновения заболеваний совершенно другой природы.

11 вопрос:

Фирмикуты (лат. Firmicutes) — отдел домена бактерии, представители которого характеризуются низким содержанием пар нуклеотидов Г+Ц (меньше 50%) и строением клеточной стенки, характерным для грамположительных бактерий (хотя представители класса микоплазмы и не имеют клеточной стенки и окрашиваются по методу Грама отрицательно, они не имеют внешней мембраны, а поэтому не могут называться грамотрицательными организмами).

Классификация

Отдел включает и патогенные для человека и животных организмы (Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus thuringiensis, Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus, Clostridium tetani, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens), так и представителей нормальной микробиоты человека (представители рода Lactobacillus например), так и важные промышленные микроорганизмы (молочнокислые бактерии, Paenibacillus polymyxa — продуцент полипептидного антибиотика полимиксина, представители рода Clostridium — возбудители ацетонобутилового брожения).

«Группы бактерий отдела Firmicutes 1. Группа молочнокислых бактерий. 2. Пропионовокислые бактерии. 3. Коринеформные бактерии. 4. Спорообразующие бактерии. 5. Микобактерии 6. Актиномицеты

Дополнение: