Морфология и структура на вирусите. вируси

Морфологията и структурата на вирусите се изследват с електронен микроскоп, тъй като размерът им е малък и сравним с дебелината на бактериалната обвивка. Формата на вирионите може да бъде различна: пръчковидна (вирус на тютюнева мозайка), форма на куршум (вирус на бяс), сферична (вируси на полиомиелит, ХИВ), под формата на сперматозоид (много бактериофаги).

Размерът на вирусите се определя с помощта на електронна микроскопия, ултрафилтрация през филтри с известен диаметър на порите, ултрацентрофугиране. Един от най-малките вируси е вирусът на полиомиелит (около 20 nm), най-големият е едра шарка (около 350 nm).

Има просто подредени (например вирусът на полиомиелит) и сложно подредени (например вируси на грип, морбили) вируси. При просто подредените вируси нуклеиновата киселина е свързана с протеинова обвивка, наречена капсид (от лат. capsa - случай). Капсидът се състои от повтарящи се морфологични субединици - капсомери. Нуклеинова киселина и капсид, взаимодействайки един с друг, образуват нуклеокапсид. При сложните вируси капсидът е заобиколен от допълнителна липопротеинова обвивка - суперкапсид (производно на мембранните структури на клетката гостоприемник), който има "шипове". Вирионите се характеризират със спираловидна, кубична и сложен тип капсидна симетрия. Спираловият тип симетрия се дължи на спиралната структура на нуклеокапсида, кубичният тип на симетрия се дължи на образуването на изометрично кухо тяло от капсида, съдържащ вирусната нуклеинова киселина.

Капсидът и суперкапсидът предпазват вирионите от влиянието на околната среда, определят селективното взаимодействие (адсорбция) с клетките и определят антигенните и имуногенните свойства на вирионите. Вътрешните структури на вирусите се наричат ядро.В вирусологията се използват следните таксономични категории: семейство (името завършва с viridae), подсемейство (името завършва с virinae), род (името завършва с virus).

Въпреки това, имената на родовете и особено на подсемействата не са формулирани за всички вируси. Типът вирус не е получил биномно име, подобно на бактериите.

Класификацията на вирусите се основава на следните категории:

§ вид нуклеинова киселина (ДНК или РНК), нейната структура, брой нишки (една или две),

§ особености на репродукцията на вирусния геном;

§ размера и морфологията на вирионите, броя на капсомерите и вида на симетрия;

§ наличие на суперкапсид;

§ чувствителност към етер и дезоксихолат;

§ място на размножаване в клетката;

§ антигенни свойства и др.

Вирусите заразяват гръбначни и безгръбначни животни, както и растения и бактерии. Като основни причинители на човешки инфекциозни заболявания, вирусите участват и в процесите на канцерогенеза, могат да се предават по различни начини, включително през плацентата (вирус на рубеола, цитомегаловирус и др.), засягайки човешкия плод. Те могат да доведат до постинфекциозни усложнения – развитие на миокардит, панкреатит, имунодефицит и др.

В допълнение към обикновените вируси съществуват и така наречените неканонични вируси - приони - протеинови инфекциозни частици, които са агенти от протеинова природа, имащи формата на фибрили с размер 10,20x100,200 nm. Прионите, очевидно, са едновременно индуктори и продукти на автономен човешки или животински ген и причиняват енцефалопатия при тях при условия на бавна вирусна инфекция (болест на Кройцфелд. Якоб, куру и др.). Други необичайни агенти, които са близки до вирусите, са вироидите, малки кръгови, свръхнавити РНК молекули без протеин, които причиняват болести в растенията.

Глава 3

ФИЗИОЛОГИЯ НА МИКРООРГАНИЗМИТЕ

Физиологията на микроорганизмите изучава жизнената активност на микробните клетки, процесите на тяхното хранене, дишане, растеж, размножаване, модели на взаимодействие с околната среда.

Предмет на медицинската микробиология е физиологията на патогенните и опортюнистични микроорганизми, способни да причиняват заболявания при хората. Изясняването на физиологията на тези микроорганизми е важно за поставяне на микробиологична диагноза, разбиране на патогенезата, лечение и профилактика на инфекциозни заболявания, регулиране на взаимоотношенията между човек и околната среда и др.

Химичният състав на бактериите

Съставът на микроорганизмите включва вода, протеини, нуклеинови киселини, въглехидрати, липиди, минерали.

Водата е основният компонент на бактериалната клетка, която представлява около 80% от нейната маса. Той е в свободно или свързано състояние със структурните елементи на клетката. При спорите количеството вода намалява до 18,20%. Водата е разтворител за много вещества, а също така играе механична роля в осигуряването на тургор. По време на плазмолизата - загубата на вода от клетката в хипертоничен разтвор - настъпва ексфолиране на протоплазмата от клетъчната мембрана. Отстраняването на водата от клетката, сушенето спират процесите на метаболизъм. Повечето микроорганизми понасят добре изсушаването. При липса на вода микроорганизмите не се размножават. Сушенето във вакуум от замразено състояние (лиофилизация) спира размножаването и насърчава дългосрочното запазване на микробните видове.

Протеините (40,80% сухо тегло) определят най-важните биологични свойства на бактериите и обикновено се състоят от комбинации от 20 аминокиселини. Бактериите съдържат диаминопимелова киселина (DAP), която липсва в човешките и животинските клетки. Бактериите съдържат повече от 2000 различни протеина, които са в структурни компоненти и участват в метаболитните процеси. Повечето протеини имат ензимна активност. Протеините на бактериална клетка определят антигенността и имуногенността, вирулентността и видовете бактерии.

Нуклеиновите киселини на бактериите изпълняват функции, подобни на нуклеиновите киселини на еукариотните клетки: ДНК молекула под формата на хромозома е отговорна за наследствеността, рибонуклеиновите киселини (информационни или матрични, транспортни и рибозомни) участват в биосинтеза на протеини.

Бактериите могат да се характеризират (таксономично) със съдържанието на сумата от гуанин и цитозин (GC) в молни проценти (M%) от общия брой на ДНК бази. По-точна характеристика на микроорганизмите е хибридизацията на тяхната ДНК. Основата на метода на хибридизация

ДНК – способността на денатурираната (едноверижна) ДНК да ренатурира, т.е. се комбинират с комплементарна верига от ДНК, за да образуват двуверижна ДНК молекула.

Бактериалните въглехидрати са представени от прости вещества (моно- и дизахариди) и сложни съединения. Полизахаридите често се намират в капсули. Някои вътреклетъчни полизахариди (нишесте, гликоген и др.) са резервни хранителни вещества.

Липидите са основно част от цитоплазмената мембрана и нейните производни, както и от бактериалната клетъчна стена, например външната мембрана, където освен биомолекулния слой от липиди има LPS. Липидите могат да действат като резервни хранителни вещества в цитоплазмата. Бактериалните липиди са представени от фосфолипиди, мастни киселини и глицериди. Mycobacterium tuberculosis съдържа най-голямо количество липиди (до 40%).

Бактериалните минерали се намират в пепелта след изгаряне на клетките. В големи количества се откриват фосфор, калий, натрий, сяра, желязо, калций, магнезий, както и микроелементи (цинк, мед, кобалт, барий, манган и др.) Те участват в регулирането на осмотичното налягане, pH , редокс потенциал , активират ензими, са част от ензими, витамини и структурни компоненти на микробните клетки.

Хранене на бактерии

Характеристиките на храненето на бактериалната клетка се състоят в приемането на хранителни субстрати вътре през цялата й повърхност, както и във високата скорост на метаболитни процеси и адаптация към променящите се условия на околната среда.

Видове храни. Широкото разпространение на бактериите се улеснява от различни видове храни. Микроорганизмите се нуждаят от въглехидрати, азот, сяра, фосфор, калий и други елементи. В зависимост от източниците на въглерод за хранене, бактериите се делят на автотрофи (от гръцкото autos - себе си, trophe - храна), които използват въглероден диоксид CO 2 и други неорганични съединения за изграждане на клетките си, и хетеротрофи (от гръцки heteros - друг , трофе - храна), хранене с готови органични съединения. Автотрофните бактерии са нитрифициращи бактерии, намиращи се в почвата; сярни бактерии, живеещи във вода със сероводород; железни бактерии, живеещи във вода с двувалентно желязо и др.

В зависимост от окисляемия субстрат, наречен донор на електрони или водород, микроорганизмите се разделят на две групи. Микроорганизмите, които използват неорганични съединения като донори на водород, се наричат литотрофни (от гръцки lithos - камък), а микроорганизмите, които използват органични съединения като донори на водород, се наричат органотрофи.

Като се има предвид източникът на енергия, фототрофите се разграничават сред бактериите, т.е. фотосинтезиращи (например синьо-зелени водорасли, които използват енергията на светлината) и хемотрофи, които се нуждаят от химически източници на енергия.

растежни фактори. Микроорганизмите за растеж върху хранителни среди изискват определени допълнителни компоненти, които се наричат растежни фактори. Растежните фактори са съединения, необходими на микроорганизмите, които те самите не могат да синтезират, така че трябва да се добавят към хранителни среди. Сред растежните фактори има: аминокиселини, необходими за изграждането на протеини; пурини и пиримидини, които са необходими за образуването на нуклеинови киселини; витамини, които са част от някои ензими. За да се обозначи връзката на микроорганизмите с растежните фактори, се използват термините "ауксотрофи" и "прототрофи". Ауксотрофите се нуждаят от един или повече растежни фактори; прототрофите могат сами да синтезират съединенията, необходими за растежа. Те са в състояние да синтезират компоненти от глюкозни и амониеви соли.

Силови механизми.Навлизането на различни вещества в бактериална клетка зависи от размера и разтворимостта на техните молекули в липиди или вода, рН на средата, концентрацията на веществата, различни фактори на пропускливост на мембраната и др. Клетъчната стена позволява на малки молекули и йони да преминават, задържайки макромолекули с тегло над 600 D. Основният регулатор на приема на вещества вътре в клетката е цитоплазмената мембрана. Обикновено могат да се разграничат четири механизма на проникване на хранителни вещества в бактериална клетка: това са проста дифузия, улеснена дифузия, активен транспорт и групова транслокация. Най-простият механизъм за навлизане на вещества в клетката е простата дифузия, при която движението на веществата се осъществява поради разликата в концентрацията им от двете страни на цитоплазмената мембрана. Веществата преминават през липидната част на цитоплазмената мембрана (органични молекули, лекарства) и по-рядко през пълни с вода канали в цитоплазмената мембрана. Пасивната дифузия се осъществява без консумация на енергия.

Улеснена дифузия се получава и в резултат на разликата в концентрацията на веществата от двете страни на цитоплазмената мембрана. Този процес обаче се осъществява с помощта на молекули носители, локализирани в цитоплазмената мембрана и притежаващи специфичност. Всеки носител транспортира съответното вещество през мембраната или го прехвърля към друг компонент на цитоплазмената мембрана – самия носител.

Протеините носители могат да бъдат пермеази, чието място на синтез е цитоплазмената мембрана. Улеснената дифузия протича без разход на енергия, веществата преминават от по-висока концентрация към по-ниска.

Активният транспорт се осъществява с помощта на пермеазите и е насочен към прехвърляне на вещества от по-ниска концентрация към по-висока, т.е. сякаш срещу течението, следователно този процес е придружен от изразходване на метаболитна енергия (АТФ), която се образува в резултат на редокс реакции в клетката.

Трансферът (транслокацията) на групи е подобен на активния транспорт, който се различава по това, че пренесената молекула се модифицира в процеса на трансфер, например, тя се фосфорилира. Излизането на вещества от клетката се осъществява поради дифузия и с участието на транспортни системи-ензими на бактерии. Ензимите разпознават съответните си метаболити (субстрати), взаимодействат с тях и ускоряват химичните реакции. Ензимите са протеини, участващи в процесите на анаболизъм (синтез) и катаболизъм (разпад), т.е. метаболизъм. Много ензими са взаимосвързани със структурите на микробната клетка. Например, в цитоплазмената мембрана има редокс ензими, участващи в дишането и клетъчното делене; ензими, които осигуряват храненето на клетките и др. Редокс ензими на цитоплазмената мембрана и нейните производни осигуряват енергия за интензивни процеси на биосинтеза на различни структури, включително и на клетъчната стена. В клетъчната стена се намират ензими, свързани с клетъчното делене и автолиза. Така наречените ендоензими катализират метаболизма, който се извършва вътре в клетката.

Екзоензимите се секретират от клетката в околната среда, разграждайки макромолекулите на хранителните субстрати до прости съединения, които се усвояват от клетката като източници на енергия, въглерод и т.н. Някои екзоензими (пеницилиназа и др.) инактивират антибиотиците, изпълнявайки защитна функция.

Има конститутивни и индуцируеми ензими. Конститутивните ензими включват ензими, които се синтезират от клетката непрекъснато, независимо от наличието на субстрати в хранителната среда. Индуцируемите (адаптивни) ензими се синтезират от бактериална клетка само ако в средата има субстрат за този ензим. Например, р-галактозидазата практически не се образува от Escherichia coli в среда с глюкоза, но нейният синтез се увеличава рязко, когато се отглежда в среда с лактоза или друга р-галактозидоза.

Някои ензими (т.нар. ензими за агресия) разрушават тъканите и клетките, причинявайки широко разпространение на микроорганизми и техните токсини в инфектираната тъкан. Тези ензими включват хиалуронидаза, колагеназа, дезоксирибонуклеаза, невраминидаза, лецитовителаза и др. Така стрептококовата хиалуронидаза, разцепвайки хиалуроновата киселина на съединителната тъкан, насърчава разпространението на стрептококите и техните токсини.

Известни са повече от 2000 ензими. Те са обединени в шест класа: оксидоредуктази - редокс ензими (те включват дехидрогенази, оксидази и др.); трансферази, които пренасят отделни радикали и атоми от едно съединение в друго; хидролази, които ускоряват реакциите на хидролиза, т.е. разделяне на вещества на по-прости с добавяне на водни молекули (естерази, фосфатаза, гликозидаза и др.); лиази, които отцепват химически групи от субстрати по нехидролитичен начин (карбоксилази и др.); изомерази, които превръщат органичните съединения в техните изомери (фосфохексоизомераза и др.); лигази или синтетази, ускоряващи синтеза на сложни съединения от по-прости (аспарагин синтетаза, глутамин синтетаза и др.).

Различията в ензимния състав се използват за идентифициране на микроорганизми, тъй като те определят техните различни биохимични свойства: захаролитични (разграждане на захари), протеолитични (разграждане на протеини) и други, идентифицирани по крайните продукти на разграждане (образуване на алкали, киселини, сероводород , амоняк и др.).

Ензимите на микроорганизмите се използват в генното инженерство (рестриктивни ензими, лигази и др.) за получаване на биологично активни съединения, оцетна, млечна, лимонена и други киселини, млечнокисели продукти, във винопроизводството и други индустрии. Ензимите се използват като биодобавки в праховете за пране (Oka и др.) за унищожаване на протеиновото замърсяване.

Дихателни бактерии

Дишането или биологичното окисляване се основава на редокс реакции, които протичат с образуването на АТФ, универсалният акумулатор на химическа енергия. Енергията е необходима на микробната клетка за нейната жизнена дейност. При дишане протичат процесите на окисление и редукция: окисление - връщането на водород или електрони от донори (молекули или атоми); редукция - добавяне на водород или електрони към акцептор. Акцепторът на водород или електрони може да бъде молекулен кислород (такова дишане се нарича аеробно) или нитрат, сулфат, фумарат (такова дишане се нарича анаеробно - нитрат, сулфат, фумарат). Анаеробиоза (от гръцки aeg - въздух + биос - живот) - жизненоважна дейност, която протича при липса на свободен кислород. Ако донорите и акцепторите на водорода са органични съединения, тогава този процес се нарича ферментация. По време на ферментацията ензимното разграждане на органични съединения, главно въглехидрати, се извършва при анаеробни условия. Като се вземе предвид крайният продукт от разграждането на въглехидратите, се разграничават алкохол, млечна киселина, оцетна киселина и други видове ферментация.

По отношение на молекулярния кислород бактериите могат да бъдат разделени на три основни групи: облигатни, т.е. задължителни, аероби, задължителни анаероби и факултативни анаероби.

Задължителните аероби могат да растат само в присъствието на кислород. Облигатните анаероби (клостридии на ботулизъм, газова гангрена, тетанус, бактероиди и др.) растат само в среда без кислород, който е токсичен за тях. В присъствието на кислород бактериите образуват радикали на кислороден пероксид, включително водороден пероксид и супероксиден кислороден анион, които са токсични за задължаване на анаболните бактерии, тъй като не образуват съответните инактивиращи ензими. Аеробните бактерии инактивират водородния пероксид и супероксидния анион със съответните ензими (каталаза, пероксидаза и супероксид дисмутаза). Факултативните анаероби могат да растат както в присъствието, така и в отсъствието на кислород, тъй като те са в състояние да преминат от дишане в присъствието на молекулен кислород към ферментация в негово отсъствие. Факултативните анаероби са в състояние да извършват анаеробно дишане, наречено нитрат: нитратът, който е акцептор на водород, се редуцира до молекулен азот и амоняк.Сред задължителните анаероби се разграничават аеротолерантни бактерии, които продължават да съществуват в присъствието на молекулен кислород, но не използваи го.

За култивирането на анаероби в бактериологични лаборатории се използват аеростати - специални контейнери, в които въздухът се заменя със смес от газове, които не съдържат кислород. Въздухът може да бъде отстранен от хранителните среди чрез кипене, като се използват химически кислородни адсорбенти, поставени в анаеробни балони или други контейнери с култури.

Растеж и размножаване на бактерии

Жизнената активност на бактериите се характеризира с растеж - образуване на структурни и функционални компоненти на клетката и увеличаване на самата бактериална клетка, както и размножаване - самовъзпроизвеждане, което води до увеличаване на броя на бактериалните клетки в население.

Бактериите се възпроизвеждат чрез бинарно делене наполовина, по-рядко чрез пъпкуване.

Актиномицетите, подобно на гъбичките, могат да се възпроизвеждат чрез спори. Актиномицетите, които са разклонени бактерии, се размножават чрез фрагментиране на нишковидни клетки. Грам-положителните бактерии се делят чрез врастване на синтезираните разделителни прегради в клетката, а грам-отрицателните бактерии се делят чрез свиване, в резултат на образуването на фигури с форма на дъмбели, от които се образуват две еднакви клетки.

Клетъчното делене се предшества от репликация на бактериалната хромозома според полуконсервативен тип (двуверижната ДНК верига се отваря и всяка верига е завършена от комплементарна верига), което води до удвояване на ДНК молекулите на бактериалното ядро - нуклеоидът. Репликацията на хромозомната ДНК се извършва от началната точка ori (от английски, origin - началото).

Хромозомата на бактериална клетка е свързана в областта на ori с цитоплазмената мембрана. Репликацията на ДНК се катализира от ДНК полимерази. Първо, настъпва размотаване (деспирализация) на двойната верига на ДНК, което води до образуването на репликационна вилица (разклонени вериги); една от веригите, като е завършена, свързва нуклеотиди от 5 "- до 3"-края, другата се завършва сегмент по сегмент.

Репликацията на ДНК протича на три етапа: иницииране, удължаване или растеж на веригата и прекратяване. Двете хромозоми, образувани в резултат на репликация, се разминават, което се улеснява от увеличаване на размера на растящата клетка: хромозомите, прикрепени към цитоплазмената мембрана или нейните производни (например мезозоми), се отдалечават една от друга с обема на клетката се увеличава. Окончателното им изолиране завършва с образуването на свиване или разделителна преграда. Клетките с разделителна преграда се разминават в резултат на действието на автолитични ензими, които разрушават сърцевината на разделителната преграда. В този случай автолизата може да се извърши неравномерно: делящите се клетки в една област остават свързани с част от клетъчната стена в областта на разделителната преграда. Такива клетки са разположени под ъгъл една спрямо друга, което е типично за дифтерийните коринебактерии.

Размножаване на бактерии в течна хранителна среда. Бактериите, засети в определен, непроменен обем на хранителната среда, размножавайки се, консумират хранителни вещества, което впоследствие води до изчерпване на хранителната среда и спиране на растежа на бактериите. Култивирането на бактерии в такава система се нарича периодично култивиране, а културата се нарича периодична. Ако условията на култивиране се поддържат чрез непрекъснато подаване на прясна хранителна среда и изтичане на същия обем културална течност, тогава такова култивиране се нарича непрекъснато, а културата се нарича непрекъсната.

При отглеждане на бактерии върху течна хранителна среда се наблюдава растеж на културата близо до дъно, дифузно или повърхностно (под формата на филм). Растежът на периодична култура от бактерии, отглеждани върху течна хранителна среда, се разделя на няколко фази или периоди:

§ фаза на закъснение;

§ фаза на логаритмичен растеж;

§ фаза на стационарен растеж, или максимална концентрация

§ бактерии;

§ фаза на бактериална смърт.

Тези фази могат да бъдат изобразени графично като сегменти от кривата на бактериална репродукция, която отразява зависимостта на логаритъма на броя на живите клетки от времето на тяхното култивиране. Лаг фаза (от английски, lag - забавяне) - периодът между засяването на бактериите и началото на размножаването. Средната продължителност на лаг фазата е 4,5 ч. Бактериите се увеличават по размер и се подготвят за делене; количеството нуклеинови киселини, протеини и други компоненти се увеличава. Фазата на логаритмичен (експоненциален) растеж е период на интензивно делене на бактериите.

Продължителността му е около 5,6 ч. При оптимални условия на растеж бактериите могат да се делят на всеки 20-40 минути. През тази фаза бактериите са най-уязвими, което се обяснява с високата чувствителност на метаболитните компоненти на бързо растящата клетка към инхибитори на протеиновия синтез, нуклеинови киселини и др. След това започва стационарната фаза на растеж, в която броят на жизнеспособните клетки остават непроменени, което представлява максималното ниво (М-концентрация). Продължителността му се изразява в часове и варира в зависимост от вида на бактериите, техните характеристики и култивиране. Процесът на бактериален растеж се завършва от фазата на смъртта, която се характеризира със смъртта на бактериите в условия на изчерпване на хранителните източници и натрупване на бактериални метаболитни продукти в нея. Продължителността му варира от 10 часа до няколко седмици. Интензитетът на растеж и размножаване на бактериите зависи от много фактори, включително оптималния състав на хранителната среда, редокс потенциал, pH, температура и др.

Размножаване на бактерии върху плътна хранителна среда. Бактериите, растящи върху твърди хранителни среди, образуват изолирани колонии с кръгла форма с гладки или неравни ръбове (S- и R-форми; вижте Глава 5), с различна консистенция и цвят, в зависимост от пигмента на бактериите.

Водоразтворимите пигменти дифундират в хранителната среда и я оцветяват, например Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) оцветява средата в синьо. Друга група пигменти е неразтворима във вода, но разтворима в органични разтворители. Така колониите на "чудесната пръчка" имат кървавочервен пигмент, който е разтворим в алкохол. И накрая, има пигменти, които не са неразтворими нито във вода, нито в органични съединения.

Най-често срещаните пигменти сред микроорганизмите са каротините, ксантофилите и меланините. Меланините са неразтворими черни, кафяви или червени пигменти, синтезирани от фенолни съединения. Меланините, заедно с каталазата, супероксидната цисмутаза и пероксидазите, предпазват микроорганизмите от въздействието на токсичните радикали на кислородния пероксид. Много пигменти имат антимикробни, подобни на антибиотици ефекти.

Външният вид, форма, цвят и други характеристики на колониите върху плътна хранителна среда могат да бъдат взети предвид при идентифицирането на бактериите, както и при избора на колонии за получаване на чисти култури.

При промишлени условия при получаване на биомаса от микроорганизми за приготвяне на антибиотици, ваксини, диагностика, еубиотици, култивирането на бактерии и гъбички се извършва във ферментатори при стриктно спазване на оптималните параметри за растеж и размножаване на културите (вж. 6).

Микробиология: бележки от лекциите Ткаченко Ксения Викторовна

1. Морфология и структура на вирусите

Вирусите са микроорганизми, които съставляват царството на Вира.

Характеристика:

2) нямат собствени протеин-синтезиращи и енергийни системи;

3) нямат клетъчна организация;

4) имат дизюнктивен (разделен) начин на възпроизвеждане (синтезът на протеини и нуклеинови киселини се извършва на различни места и по различно време);

6) вирусите преминават през бактериални филтри.

Вирусите могат да съществуват в две форми: извънклетъчна (вирион) и вътреклетъчна (вирус).

Формата на вирионите може да бъде:

1) закръглени;

2) пръчковидни;

3) под формата на правилни многоъгълници;

4) нишковидни и др.

Размерите им варират от 15–18 до 300–400 nm.

В центъра на вириона е вирусна нуклеинова киселина, покрита с протеинова обвивка - капсид, който има строго подредена структура. Капсидът е изграден от капсомери. Нуклеинова киселина и капсид съставляват нуклеокапсида.

Нуклеокапсидът на сложно организираните вириони е покрит с външна обвивка, суперкапсид, която може да включва много функционално различни липидни, протеинови и въглехидратни структури.

Структурата на ДНК и РНК вирусите не се различава фундаментално от НК на други микроорганизми. Някои вируси имат урацил в своята ДНК.

ДНК може да бъде:

1) двуверижни;

2) едноверижни;

3) пръстен;

4) двуверижни, но с една по-къса верига;

5) двуверижни, но с една непрекъсната, а другата фрагментирана вериги.

РНК може да бъде:

1) едноверижни;

2) линейна двуверижна;

3) линейно фрагментиран;

4) пръстен;

Вирусните протеини се делят на:

1) геномни - нуклеопротеини. Осигурява репликация на вирусни нуклеинови киселини и процеси на репродукция на вируса. Това са ензими, поради които се увеличава броят на копията на родителската молекула, или протеини, с помощта на които се синтезират молекули върху матрицата на нуклеиновата киселина, които осигуряват прилагането на генетична информация;

2) протеини на капсидната обвивка - прости протеини със способността да се самосглобяват. Те се събират в геометрично правилни структури, в които се разграничават няколко вида симетрия: спираловидна, кубична (образуват правилни многоъгълници, броят на лицата е строго постоянен) или смесен;

3) протеините на суперкапсидната обвивка са сложни протеини, разнообразни по функция. Благодарение на тях се получава взаимодействието на вируси с чувствителна клетка. Те изпълняват защитни и рецепторни функции.

Сред протеините на суперкапсидната обвивка има:

а) закотвящи протеини (от единия край са разположени на повърхността, а в другия отиват в дълбочина; осигуряват контакт на вириона с клетката);

б) ензими (могат да разрушат мембраните);

в) хемаглутинини (причиняват хемаглутинация);

г) елементи на клетката гостоприемник.

От книгата За произхода на видовете чрез естествен подбор или опазването на предпочитаните породи в борбата за живот автор Дарвин Чарлз

Морфология. Видяхме, че членовете на една и съща класа, независимо от начина им на живот, са сходни един с друг в общия план на организация. Това сходство често се изразява с термина "единство на типа" или чрез индикация, че някои части и органи в различни видове от едно и също

От книгата Основи на неврофизиологията автор Шулговски Валерий Викторович

GLIA – МОРФОЛОГИЯ И ФУНКЦИЯ Човешкият мозък се състои от стотици милиарди клетки, а нервните клетки (невроните) не съставляват мнозинството. По-голямата част от обема на нервната тъкан (до 9/10 в някои области на мозъка) е заета от глиални клетки (от гръцки до лепило). Факт е, че

От книгата Микробиология: бележки от лекцията автор Ткаченко Ксения Викторовна

ЛЕКЦИЯ № 2. Морфология и ултраструктура на бактериите 1. Структурни особености на бактериална клетка. Основни органели и техните функции Разлики на бактериите от другите клетки1. Бактериите са прокариоти, тоест нямат отделно ядро.2. В клетъчната стена на бактериите

От книгата Микробиология автор Ткаченко Ксения Викторовна

3. Култивиране на вируси Основните методи за култивиране на вируси: 1) биологични - заразяване на лабораторни животни. При заразяване с вирус животното се разболява. Ако болестта не се развие, патологични промени могат да бъдат открити при аутопсия. Животни

От книгата Обща екология автор Чернова Нина Михайловна

1. Морфология и културни свойства Причинителят принадлежи към рода Carinobacterium, вид C. difteria.Това са тънки пръчици, прави или леко извити, грам-положителни. Те се характеризират с подчертан полиморфизъм. Буловидните удебеления в краищата са метахроматични зърна от волютин.

От книгата Биология [Пълно ръководство за подготовка за изпита] автор Лернер Георги Исаакович

1. Морфология и културни свойства Причинителят принадлежи към род Mycobacterium, вид M. tuberculesis.Това са тънки пръчици, леко извити, не образуват спори или капсули. Клетъчната стена е заобиколена от слой от гликопептиди, наречени микозиди (микрокапсули).Туберкулозен бацил

От книгата Пътуване в страната на микробите автор Бетина Владимир

4. Морфология на бактериите, основни органи Размерите на бактериите варират от 0,3-0,5 до 5-10 микрона Според формата на клетките бактериите се делят на коки, пръчици и извити.В бактериална клетка има: 1 ) основните органели: (нуклеоид, цитоплазма, рибозома, цитоплазма

От книгата Най-новата книга с факти. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и други науки за Земята. Биология и медицина автор Кондрашов Анатолий Павлович

5. Морфология на бактериите, допълнителни органели Вили (пили, фимбрии) са тънки белтъчни израстъци на повърхността на клетъчната стена. Komon pili са отговорни за адхезията на бактериите към повърхността на клетките гостоприемници. Те са характерни за грам-положителните бактерии.

От книгата на Клематис автор Бескаравайна Маргарита Алексеевна

10. Морфология на вирусите, видове взаимодействие на вируса с клетката Вирусите са микроорганизми, които съставляват царството Вира Вирусите могат да съществуват в две форми: извънклетъчна (вирион) и вътреклетъчна (вирус).По форма вирионите могат да бъдат: кръгли , пръчковидна, във формата

От книгата Логиката на случайността [За природата и произхода на биологичната еволюция] автор Кунин Евгений Викторович

Глава 6

От книгата на автора

Инфекциозна РНК и реконструкция на вируси Доказателство, че РНК на вирусите е генетичният материал, ни предостави същия TMV. На първо място, учените успяха да променят TMV частиците, като премахнаха протеиновия компонент от състава им. В това състояние вируси

От книгата на автора

Заплахата от вируси Една от книгите за вирусите е много подходящо озаглавена „Вирусите са враговете на живота“. И не само грипните вируси, но и други вируси, които заразяват хората, „на съвестта“ на десетки хиляди, а може би и милиони животи.Рубелата трябва да се счита за опасно заболяване. Това

От книгата на автора

Морфология и биология на клематис Клематис? многогодишни, предимно широколистни, рядко вечнозелени растения Коренова система. Възрастните клематиси имат два основни типа коренова система: коренова и влакнеста. С ограничено поливане (на юг)

От книгата на автора

Глава 10 Светът на вирусите и неговата еволюция Пер. G. Janus Вирусите са открити като нещо напълно незабележимо, а именно необичайно разнообразие от инфекциозни агенти и вероятно специален вид токсини, които причиняват болести по растенията, като тютюнева мозайка. Тъй като тези агенти

Съдържание на темата "Видове микроорганизми. Вируси. Вирион.":
1. Микроорганизми. Видове микроорганизми. Класификация на микроорганизмите. Приони.
2. Вируси. Вирион. Морфология на вирусите. Размери на вируса. нуклеинови киселини на вируси.
3. Капсид на вируса. Функции на капсида на вирусите. Капсомери. Вирусен нуклеокапсид. Спирална симетрия на нуклеокапсида. Кубична симетрия на капсида.
4. Вирусен суперкапсид. Облечени вируси. Голи вируси. Матрични протеини (М-протеини) на вируси. възпроизвеждане на вируси.
5. Взаимодействие на вирус с клетка. Естеството на взаимодействието вирус-клетка. Продуктивно взаимодействие. Вирогения. Вирусна намеса.
6. Видове клетъчна инфекция от вируси. Репродуктивният цикъл на вирусите. Основните етапи на възпроизвеждане на вируси. Адсорбция на вириона към клетката.
7. Проникване на вируса в клетката. Виропексис. Събличане на вируса. Фаза на сянка (фаза на затъмнение) на репродукцията на вируса. Образуването на вирусни частици.
8. Транскрипция на вируса в клетката. Превод на вируси.
9. Репликация на вируса в клетката. Колекция от вируси. Освобождаване на потомствени вириони от клетката. вируси. Вирион. Морфология на вирусите. Размери на вируса. нуклеинови киселини на вируси.

Извънклетъчна форма - вирион- включва всички съставни елементи (капсид, нуклеинова киселина, структурни протеини, ензими и др.). Вътреклетъчна форма - вирус- може да бъде представен само от една молекула нуклеинова киселина, тъй като, когато влезе в клетката, вирионът се разпада на съставните си елементи.

Морфология на вирусите. Размери на вируса.

Нуклеинови киселини на вируси

вирусисъдържат само един вид нуклеинова киселина, DIC или РНК, но не и двата вида едновременно. Например, вирусите на едра шарка, херпес симплекс, Epstein-Barr съдържат ДНК, а тогавирусите, пикорнавирусите са РНК-съдържащи. Геномът на вирусната частица е хаплоиден. Най-простият вирусен геном кодира 3-4 протеина, най-сложният - повече от 50 полипептида. Нуклеиновите киселини са представени от едноверижни РНК молекули (с изключение на реовирусите, при които геномът е образуван от две вериги на РНК) или двуверижни ДНК молекули (с изключение на парвовирусите, при които геномът е образуван от една верига ДНК). При вируса на хепатит В нишките на двуверижната ДНК молекула са с неравна дължина.

Вирусна ДНКобразуват кръгови, ковалентно свързани супернавита (например при паповавируси) или линейни двойноверижни структури (например при херпес и аденовируси). Молекулното им тегло е 10-100 пъти по-малко от масата на бактериалната ДНК. Транскрипцията на вирусна ДНК (синтез на иРНК) се извършва в ядрото на клетка, заразена с вирус. Във вирусната ДНК в краищата на молекулата има прави или обърнати (разгънати на 180") повтарящи се нуклеотидни последователности. Тяхното присъствие осигурява способността на ДНК молекулата да се затваря в пръстен. Тези последователности, присъстващи в единични и двойни -верижни ДНК молекули, са вид вирусни ДНК маркери.

Ориз. 2-1. Размери и морфология на основните причинители на човешки вирусни инфекции.

Вирусна РНКпредставени от едноверижни или двуверижни молекули. Едноверижните молекули могат да бъдат сегментирани – от 2 сегмента при аренавирусите до 11 сегмента при ротавирусите. Наличието на сегменти води до увеличаване на кодиращия капацитет на генома. Вирусна РНКсе подразделят на следните групи: плюс вериги РНК (+РНК), минус вериги РНК (-РНК). При различните вируси геномът може да образува +РНК или -РНК вериги, както и двойни вериги, едната от които е -РНК, другата (комплементарна към нея) - +РНК.

Плюс-верижна РНКса представени от единични вериги с характерни краища („капачки“) за разпознаване на рибозоми. Тази група включва РНК, които могат директно да превеждат генетична информация върху рибозомите на клетка, заразена с вирус, тоест изпълняват функциите на иРНК. Плюс вериги изпълняват следните функции: те служат като иРНК за синтеза на структурни протеини, като шаблон за репликация на РНК и се пакетират в капсид, за да образуват дъщерна популация. РНК минус вериги не са в състояние да превеждат генетична информация директно върху рибозомите, което означава, че не могат да функционират като иРНК. Въпреки това, такива РНК служат като шаблони за синтез на иРНК.

Инфекциозност на нуклеиновите киселини на вирусите

много вирусни нуклеинови киселиниса инфекциозни сами по себе си, тъй като съдържат цялата генетична информация, необходима за синтеза на нови вирусни частици. Тази информация се реализира след проникването на вириона в чувствителната клетка. Нуклеиновите киселини на повечето +РНК- и ДНК-съдържащи вируси проявяват инфекциозни свойства. Двуверижните РНК и повечето РНК не са инфекциозни.

Бързият темп на развитие на вирусологията през втората половина на XX век. направи възможно получаването на най-важната информация за структурата и химичния състав на различни вируси, включително техния геном, както и естеството на взаимодействието с клетките гостоприемници. Получените материали показват, че вирусите съществуват в две качествено различни форми: извънклетъчен - вирион и вътреклетъчен - вирус. Вирионът на най-простия вирус е нуклеопротеин, който включва вирусния геном, защитен от протеинова обвивка - капсид. В същото време вътреклетъчният вирус е самовъзпроизвеждаща се форма, която не е способна на бинарно делене.

Така дефиницията на вирус въвежда фундаментална разлика между клетъчната форма на микроорганизмите, които се възпроизвеждат чрез бинарно делене, и репликиращата форма, която се възпроизвежда само от вирусната нуклеинова киселина. Въпреки това, качествената разлика между вирусите и про- и еукариотите не се ограничава само до тази една страна, а включва редица други:

наличието на един вид нуклеинова киселина (ДНК или РНК);

липса на клетъчна структура и протеин-синтезиращи системи;

възможността за интегриране в клетъчния геном и синхронна репликация.

В същото време вирусите се различават от обикновените репликони, които са ДНК молекули на всички микроорганизми и всякакви други клетки, както и плазмиди и транспозони, тъй като споменатите репликони са биомолекули, които не могат да бъдат приписани на живата материя.

Класификация и таксономия на вирусите.Вирусите съставляват царството Vira, което е подразделено по тип нуклеинова киселина на две подцарства - рибовируси и дезоксирибовируси. Подцарствата са разделени на семейства, които от своя страна се подразделят на родове. Концепцията за вида на вирусите все още не е ясно формулирана, както и обозначението на различните видове.

Като таксономични характеристики първостепенно значение се придава на типа нуклеинова киселина и нейните молекулярно-биологични характеристики: двуверижна, едноверижна, сегментирана, несегментирана, с повтарящи се и обърнати последователности и т.н. Въпреки това, в практическата работа характеристиките на вируси, получени в резултат на електронна микроскопия и имунологични изследвания: морфология, структура и размер на вириона, наличие или отсъствие на външна обвивка (суперкапсид), антигени, интрануклеарна или цитоплазмена локализация и др. Наред с горните характеристики, резистентност отчита се температура, pH, перилни препарати и др.

В момента човешките и животинските вируси са включени в 18 семейства. Принадлежността на вирусите към определени семейства се определя от вида на нуклеиновата киселина, нейната структура и наличието или отсъствието на външна обвивка. При определяне на принадлежността към семейството на ретровирусите задължително се взема предвид наличието на обратна транскриптаза.

Морфология и структура на вирионите

Размерите на вирионите на различни вируси варират в широки граници: от 15-18 до 300-400 nm. Те имат разнообразни форми: пръчковидна, нишковидна, сферичен паралелепипед, сперма (фиг. 5.1). Структурата на обикновен вирион - нуклеокапсидът - показва, че вирусната нуклеинова киселина - ДНК или РНК - е надеждно защитена от протеинова обвивка - капсида. Последният има строго подредена структура, базирана на принципите на спираловидна или кубична симетрия. Капсидите на пръчковидни и нишковидни вириони се състоят от структурни субединици, подредени в спирала около ос. При това подреждане на субединиците се образува кух канал, вътре в който е компактно опакована молекулата на вирусната нуклеинова киселина. Дължината му може да бъде многократно по-голяма от дължината на пръчковиден вирион. Например, дължината на вируса на тютюневата мозайка (TMV) е 300 nm, а неговата РНК достига стойност от 4000 nm, или 4 микрона. В същото време РНК е толкова свързана с капсида, че не може да се освободи, без да увреди последния. Подобни капсиди се намират в някои бактериални вируси и в човешки вируси (например грипния вирус).

Сферичната структура на вирионите се определя от капсида, изграден по принципите на кубичната симетрия, който се основава на фигурата на икосаедъра – двадесетстранен. Капсидът се състои от асиметрични субединици (полипептидни молекули), които са обединени в морфологични субединици - капсомери. Един капсомер съдържа 2, 3 или 5 субединици, разположени по протежение на съответните оси на симетрия на икосаедъра. В зависимост от вида на пренареждането и броя на субединиците, броят на капсомерите ще бъде 30, 20 или 12. 5.1 показва възможните типове прости вириони, състоящи се от определен брой капсомери, изобразени под формата на топки, както и капсомери с нарастващ обем.

Вирионите със сложен капсид, изграден от повече от 60 структурни субединици, съдържат групи от 5 субединици – пентамери, или групи от 6 субединици – хексамери. Нуклеокапсидът на сложно организираните вириони, наречен "ядро", е покрит с външна обвивка - суперкапсид.

Химичният състав на вирионите

Съставът на простите вириони включва един вид нуклеинова киселина - РНК или ДНК - и протеини. В сложните вириони външната обвивка съдържа липиди и полизахариди, първите се получават от клетки-гостоприемници, а вторите са кодирани в генома на вируса под формата на гликопротеини.

Вирусна ДНК.Молекулното тегло на ДНК на различните вируси варира в широки граници (1 * 106 - 1 * 108). Това е около 10-100 пъти по-малко от молекулното тегло на бактериалната ДНК. Геномът на вирусите съдържа до няколкостотин гена. Според структурата си вирусната ДНК се характеризира с редица характеристики, което позволява да се разделят на няколко типа. Те включват двуверижна и едноверижна ДНК, която може да бъде линейна или кръгла.

Въпреки че нуклеотидните последователности се срещат веднъж във всяка верига на ДНК, има директни или обърнати (завъртени на 180 °) повторения в нейните краища. Те са представени от същите нуклеотиди, които се намират в началния участък на ДНК. Нуклеотидните повторения, присъщи както на едноверижната, така и на двуверижната вирусна ДНК, са вид маркери, които правят възможно разграничаването на вирусна ДНК от клетъчна ДНК. Функционалното значение на тези повторения е способността да се затварят в пръстен. В тази форма той се репликира, транскрибира, придобива резистентност към ендонуклеази и може да бъде интегриран в клетъчния геном.

Вирусна РНК.При РНК вирусите генетичната информация е кодирана в РНК със същия код като в ДНК на всички други вируси и клетъчни организми. Вирусните РНК не се различават по своя химичен състав от РНК с клетъчен произход, но се характеризират с различна структура. Наред с типичната едноверижна РНК, редица вируси имат двуверижна РНК. Освен това може да бъде линейна и кръгла. В състава на едноверижната РНК има спираловидни участъци като двойната спирала на ДНК, които се образуват в резултат на сдвояването на комплементарни азотни бази. Едноверижните РНК са разделени на две групи в зависимост от функциите, които изпълняват.

Морфологията и структурата на вирусите се изследват с електронен микроскоп, тъй като размерът им е малък и сравним с дебелината на бактериалната обвивка.

Формата на вирионите може да бъде различна: пръчковидна (вирус на тютюневата мозайка), форма на куршум (вирус на бяс), сферична (вируси на полиомиелит, HIV), под формата на сперматозоид (много бактериофаги) (фиг. 8).

Ориз. 8. Форми на вириони:

1 вирус на едра шарка; 2 херпес вирус; 3 аденовирус; 4 паповавирус; 5 хепаднавирус; 6 парамиксовирус; 7 грипен вирус; 8 коронавирус; 9 аренавирус; 10 ретровирус;

Размерът на вирусите се определя с помощта на електронна микроскопия, ултрафилтрация през филтри с известен диаметър на порите, ултрацентрофугиране. Някои от най-малките вируси са вирусите на полиомиелит и шап (около 20 nm), цирковирусите (16 nm), най-големият вирус на вариола (около 350 nm). Вирусите имат уникален геном, защото съдържат ДНК или РНК. Поради това се прави разлика между ДНК-съдържащи и РНК-съдържащи вируси. Те обикновено са хаплоидни, което означава, че имат един набор от гени. Геномът на вирусите е представен от различни видове нуклеинови киселини: двуверижни, едноверижни, линейни, кръгови, фрагментирани.

Има просто подредени (например вирусът на полиомиелит) и сложно подредени (например вируси на грип, морбили) вируси. В просто подредените вируси нуклеиновата киселина е свързана с протеинова обвивка, наречена капсид (от латински capsa case). Капсидът е съставен от повтарящи се морфологични капсомерни субединици. Нуклеинова киселина и капсид, взаимодействайки един с друг, образуват нуклеокапсид. При сложните вируси капсидът е заобиколен от допълнителна липопротеинова обвивка със суперкапсид (производно на мембранните структури на клетката гостоприемник), който има "шипове". Капсидът и суперкапсидът предпазват вирионите от влиянието на околната среда, определят селективното взаимодействие (адсорбция) с клетките и определят антигенните и имуногенните свойства на вирионите. Вътрешните структури на вирусите се наричат ядро.

Вирионите се характеризират със спираловидни, кубични и сложни типове капсидна симетрия. Спираловият тип симетрия се дължи на спиралната структура на нуклеокапсида, кубичното образуване на изометрично кухо тяло от капсида, съдържащ вирусната нуклеинова киселина.

В допълнение към обикновените вируси, така наречените неканонични вируси, приони, са известни като инфекциозни протеинови частици, които изглеждат като фибрили с размери 10-20 x 100-200 nm. Прионите, очевидно, са едновременно индуктори и продукти на автономен човешки или животински ген и причиняват енцефалопатия при тях при условия на бавна вирусна инфекция (болест на Кройцфелд-Якоб, куру и др.). Други необичайни агенти, които са близки до вирусите, са вироидите, малки кръгови, свръхнавити РНК молекули без протеин, които причиняват болести в растенията.