La morfología y estructura de los virus se estudia con un microscopio electrónico, ya que su tamaño es pequeño y comparable al grosor de la cubierta bacteriana. La forma de los viriones puede ser diferente: en forma de bastón (virus del mosaico del tabaco), en forma de bala (virus de la rabia), esféricos (virus de la poliomielitis, VIH), en forma de espermatozoide (muchos bacteriófagos).

El tamaño de los virus se determina mediante microscopía electrónica, ultrafiltración a través de filtros con un diámetro de poro conocido, ultracentrifugación. Uno de los virus más pequeños es el virus de la poliomielitis (alrededor de 20 nm), el más grande es el de la viruela (alrededor de 350 nm).

Hay virus de disposición simple (por ejemplo, el virus de la poliomielitis) y virus de disposición compleja (por ejemplo, virus de la gripe, virus del sarampión). En los virus de disposición simple, el ácido nucleico está asociado con una cubierta de proteína llamada cápside (del latín capsa - caso). La cápside consta de subunidades morfológicas repetidas: capsómeros. El ácido nucleico y la cápside, interactuando entre sí, forman una nucleocápside. En los virus complejos, la cápside está rodeada por una capa de lipoproteína adicional: la supercápside (un derivado de las estructuras de membrana de la célula huésped), que tiene "picos". Los viriones se caracterizan por un tipo de simetría de cápside helicoidal, cúbica y compleja. El tipo de simetría espiral se debe a la estructura helicoidal de la nucleocápside, el tipo de simetría cúbica se debe a la formación de un cuerpo hueco isométrico a partir de la cápside que contiene el ácido nucleico viral.

La cápside y la supercápside protegen a los viriones de las influencias ambientales, determinan la interacción selectiva (adsorción) con las células y determinan las propiedades antigénicas e inmunogénicas de los viriones. Las estructuras internas de los virus se denominan núcleo. En virología, se utilizan las siguientes categorías taxonómicas: familia (el nombre termina en viridae), subfamilia (el nombre termina en virinae), género (el nombre termina en virus).

Sin embargo, los nombres de los géneros y especialmente de las subfamilias no están formulados para todos los virus. El tipo de virus no ha recibido un nombre binomial, como bacteria.

La clasificación de los virus se basa en las siguientes categorías:

§ tipo de ácido nucleico (ADN o ARN), su estructura, número de cadenas (una o dos),

§ características de la reproducción del genoma viral;

§ el tamaño y la morfología de los viriones, el número de capsómeros y el tipo de simetría;

§ la presencia de una supercápside;

§ sensibilidad al éter y desoxicolato;

§ lugar de reproducción en la celda;

§ propiedades antigénicas, etc.

Los virus infectan a vertebrados e invertebrados, así como a plantas y bacterias. Siendo los principales agentes causales de las enfermedades infecciosas humanas, los virus también participan en los procesos de carcinogénesis, pueden transmitirse de diversas formas, incluso a través de la placenta (virus de la rubéola, citomegalovirus, etc.), afectando al feto humano. Pueden provocar complicaciones posinfecciosas: el desarrollo de miocarditis, pancreatitis, inmunodeficiencia, etc.

Además de los virus comunes, también existen los llamados virus no canónicos, priones, partículas infecciosas de proteínas, que son agentes de naturaleza proteica que tienen la forma de fibrillas con un tamaño de 10.20x100.200 nm. Los priones, aparentemente, son tanto inductores como productos de un gen humano o animal autónomo y les causan encefalopatía en condiciones de una infección viral lenta (enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, kuru, etc.). Otros agentes inusuales cercanos a los virus son los viroides, pequeñas moléculas de ARN superenrolladas, circulares y sin proteínas que causan enfermedades en las plantas.

Capítulo 3

FISIOLOGÍA DE LOS MICROORGANISMOS

La fisiología de los microorganismos estudia la actividad vital de las células microbianas, los procesos de su nutrición, respiración, crecimiento, reproducción, patrones de interacción con el medio ambiente.

El objeto de la microbiología médica es la fisiología de los microorganismos patógenos y oportunistas capaces de causar enfermedades humanas. El esclarecimiento de la fisiología de estos microorganismos es importante para realizar un diagnóstico microbiológico, comprender la patogenia, tratar y prevenir enfermedades infecciosas, regular la relación de la persona con el medio, etc.

La composición química de las bacterias.

La composición de los microorganismos incluye agua, proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos, minerales.

El agua es el componente principal de una célula bacteriana y representa alrededor del 80% de su masa. Se encuentra en estado libre o ligado con los elementos estructurales de la célula. En las esporas, la cantidad de agua se reduce al 18,20%. El agua es un solvente para muchas sustancias y también juega un papel mecánico proporcionando turgencia. Durante la plasmólisis, la pérdida de agua por parte de la célula en una solución hipertónica, se produce la exfoliación del protoplasma de la membrana celular. Eliminación de agua de la célula, el secado suspende los procesos de metabolismo. La mayoría de los microorganismos toleran bien el secado. Con falta de agua, los microorganismos no se multiplican. El secado al vacío desde un estado congelado (liofilización) detiene la reproducción y promueve la conservación a largo plazo de las especies microbianas.

Las proteínas (40,80% del peso seco) determinan las propiedades biológicas más importantes de las bacterias y suelen consistir en combinaciones de 20 aminoácidos. Las bacterias contienen ácido diaminopimélico (DAP), que está ausente en las células humanas y animales. Las bacterias contienen más de 2000 proteínas diferentes que se encuentran en componentes estructurales y están involucradas en procesos metabólicos. La mayoría de las proteínas tienen actividad enzimática. Las proteínas de una célula bacteriana determinan la antigenicidad e inmunogenicidad, la virulencia y las especies de bacterias.

Los ácidos nucleicos de las bacterias realizan funciones similares a los ácidos nucleicos de las células eucariotas: una molécula de ADN en forma de cromosoma es responsable de la herencia, los ácidos ribonucleicos (información, o matriz, transporte y ribosomal) están involucrados en la biosíntesis de proteínas.

Las bacterias se pueden caracterizar (taxonómicamente) por el contenido de la suma de guanina y citosina (GC) en porcentaje molar (M%) del número total de bases de ADN. Una caracterización más precisa de los microorganismos es la hibridación de su ADN. La base del método de hibridación.

ADN: la capacidad del ADN desnaturalizado (monocatenario) para renaturalizarse, es decir, se combinan con una cadena complementaria de ADN para formar una molécula de ADN de doble cadena.

Los carbohidratos bacterianos están representados por sustancias simples (mono y disacáridos) y compuestos complejos. Los polisacáridos se encuentran a menudo en cápsulas. Algunos polisacáridos intracelulares (almidón, glucógeno, etc.) son nutrientes de reserva.

Los lípidos forman parte principalmente de la membrana citoplasmática y sus derivados, así como de la pared celular bacteriana, por ejemplo, la membrana externa, donde además de la capa biomolecular de lípidos se encuentra el LPS. Los lípidos pueden actuar como nutrientes de reserva en el citoplasma. Los lípidos bacterianos están representados por fosfolípidos, ácidos grasos y glicéridos. Mycobacterium tuberculosis contiene la mayor cantidad de lípidos (hasta un 40%).

Los minerales bacterianos se encuentran en las cenizas después de quemar las células. Fósforo, potasio, sodio, azufre, hierro, calcio, magnesio, así como oligoelementos (zinc, cobre, cobalto, bario, manganeso, etc.) se detectan en grandes cantidades e intervienen en la regulación de la presión osmótica, pH , potencial redox , activan enzimas, forman parte de enzimas, vitaminas y componentes estructurales de las células microbianas.

Nutrición de bacterias

Las características de la nutrición de una célula bacteriana consisten en la ingesta de sustratos de nutrientes en el interior a través de toda su superficie, así como en la alta tasa de procesos metabólicos y la adaptación a las condiciones ambientales cambiantes.

tipos de alimentos. La amplia distribución de bacterias se ve facilitada por una variedad de tipos de nutrición. Los microorganismos necesitan carbohidratos, nitrógeno, azufre, fósforo, potasio y otros elementos. Dependiendo de las fuentes de carbono para la nutrición, las bacterias se dividen en autótrofos (del griego autos - en sí mismo, trophe - alimento), que utilizan dióxido de carbono CO 2 y otros compuestos inorgánicos para construir sus células, y heterótrofos (del griego heteros - otro , trofe - comida), alimentándose de compuestos orgánicos preparados. Las bacterias autótrofas son bacterias nitrificantes que se encuentran en el suelo; bacterias de azufre que viven en agua con sulfuro de hidrógeno; bacterias del hierro que viven en agua con hierro ferroso, etc.

Dependiendo del sustrato oxidable, llamado donador de electrones o de hidrógeno, los microorganismos se dividen en dos grupos. Los microorganismos que utilizan compuestos inorgánicos como donantes de hidrógeno se denominan litotróficos (del griego lithos - piedra), y los microorganismos que utilizan compuestos orgánicos como donantes de hidrógeno se denominan organótrofos.

Teniendo en cuenta la fuente de energía, los fotótrofos se distinguen entre las bacterias, es decir. fotosintéticos (por ejemplo, algas verdeazuladas que usan la energía de la luz) y quimiotrofos que necesitan fuentes de energía química.

factores de crecimiento. Los microorganismos para crecer en medios nutritivos requieren ciertos componentes adicionales, que se denominan factores de crecimiento. Los factores de crecimiento son compuestos necesarios para los microorganismos que ellos mismos no pueden sintetizar, por lo que deben agregarse a los medios nutritivos. Entre los factores de crecimiento se encuentran: aminoácidos necesarios para la construcción de proteínas; purinas y pirimidinas, que son necesarias para la formación de ácidos nucleicos; vitaminas que forman parte de algunas enzimas. Para indicar la relación de los microorganismos con los factores de crecimiento, se utilizan los términos "auxótrofos" y "protótrofos". Los auxótrofos necesitan uno o más factores de crecimiento; los protótrofos pueden sintetizar los compuestos necesarios para el crecimiento por sí mismos. Son capaces de sintetizar componentes a partir de glucosa y sales de amonio.

Mecanismos de poder. La entrada de diversas sustancias en una célula bacteriana depende del tamaño y la solubilidad de sus moléculas en lípidos o agua, el pH del medio, la concentración de sustancias, diversos factores de permeabilidad de la membrana, etc. La pared celular permite la entrada de pequeñas moléculas e iones. atraviesan, reteniendo macromoléculas que pesan más de 600 D. El principal regulador de la entrada de sustancias en el interior de la célula es la membrana citoplasmática. Convencionalmente, se pueden distinguir cuatro mecanismos de penetración de nutrientes en una célula bacteriana: estos son difusión simple, difusión facilitada, transporte activo y translocación de grupo. El mecanismo más sencillo para la entrada de sustancias a la célula es la difusión simple, en la que el movimiento de las sustancias se produce por la diferencia de su concentración a ambos lados de la membrana citoplasmática. Las sustancias pasan a través de la parte lipídica de la membrana citoplasmática (moléculas orgánicas, fármacos) y, con menos frecuencia, a través de canales llenos de agua en la membrana citoplasmática. La difusión pasiva se realiza sin consumo de energía.

La difusión facilitada también ocurre como resultado de la diferencia en la concentración de sustancias en ambos lados de la membrana citoplasmática. Sin embargo, este proceso se lleva a cabo con la ayuda de moléculas transportadoras localizadas en la membrana citoplasmática y que poseen especificidad. Cada transportador transporta la sustancia correspondiente a través de la membrana o la transfiere a otro componente de la membrana citoplasmática: el transportador mismo.

Las proteínas transportadoras pueden ser permeasas, cuyo sitio de síntesis es la membrana citoplasmática. La difusión facilitada procede sin gasto de energía, las sustancias se mueven de una concentración más alta a una más baja.

El transporte activo ocurre con la ayuda de permeasas y tiene como objetivo la transferencia de sustancias de una concentración más baja a una más alta, es decir. como a contracorriente, por lo tanto, este proceso va acompañado del gasto de energía metabólica (ATP), que se forma como resultado de reacciones redox en la célula.

La transferencia (translocación) de grupos es similar al transporte activo, diferenciándose en que la molécula transferida se modifica durante la transferencia, por ejemplo, se fosforila. La salida de sustancias de la célula se realiza por difusión y con la participación de sistemas de transporte-enzimas de bacterias. Las enzimas reconocen sus respectivos metabolitos (sustratos), interactúan con ellos y aceleran las reacciones químicas. Las enzimas son proteínas involucradas en los procesos de anabolismo (síntesis) y catabolismo (descomposición), es decir, metabolismo. Muchas enzimas están interconectadas con las estructuras de la célula microbiana. Por ejemplo, en la membrana citoplasmática existen enzimas redox involucradas en la respiración y la división celular; enzimas que proporcionan nutrición celular, etc. Las enzimas redox de la membrana citoplasmática y sus derivados proporcionan energía para procesos intensivos de biosíntesis de diversas estructuras, incluida la pared celular. Las enzimas asociadas con la división celular y la autólisis se encuentran en la pared celular. Las llamadas endoenzimas catalizan el metabolismo que tiene lugar en el interior de la célula.

Las exoenzimas son secretadas por la célula al medio ambiente, descomponiendo las macromoléculas de los sustratos de nutrientes en compuestos simples que son absorbidos por la célula como fuentes de energía, carbono, etc. Algunas exoenzimas (penicilinasa, etc.) inactivan los antibióticos, realizando una función protectora.

Hay enzimas constitutivas e inducibles. Las enzimas constitutivas incluyen enzimas que la célula sintetiza continuamente, independientemente de la presencia de sustratos en el medio nutritivo. Las enzimas inducibles (adaptativas) son sintetizadas por una célula bacteriana solo si hay un sustrato para esta enzima en el medio. Por ejemplo, Escherichia coli prácticamente no forma p-galactosidasa en un medio con glucosa, pero su síntesis aumenta bruscamente cuando se cultiva en un medio con lactosa u otra p-galactosidosis.

Algunas enzimas (las llamadas enzimas de agresión) destruyen tejidos y células, provocando una amplia distribución de microorganismos y sus toxinas en el tejido infectado. Estas enzimas incluyen hialuronidasa, colagenasa, desoxirribonucleasa, neuraminidasa, lecitovitellasa, etc. Por lo tanto, la hialuronidasa estreptocócica, al dividir el ácido hialurónico del tejido conjuntivo, promueve la propagación de estreptococos y sus toxinas.

Se conocen más de 2000 enzimas. Se combinan en seis clases: oxidorreductasas - enzimas redox (incluyen deshidrogenasas, oxidasas, etc.); transferasas que transfieren radicales y átomos individuales de un compuesto a otro; hidrolasas que aceleran las reacciones de hidrólisis, es decir, dividir sustancias en otras más simples con la adición de moléculas de agua (esterasas, fosfatasa, glucosidasa, etc.); liasas que escinden grupos químicos de sustratos de forma no hidrolítica (carboxilasas, etc.); isomerasas que convierten compuestos orgánicos en sus isómeros (fosfohexoisomerasa, etc.); ligasas, o sintetasas, que aceleran la síntesis de compuestos complejos a partir de compuestos más simples (asparagina sintetasa, glutamina sintetasa, etc.).

Las diferencias en la composición enzimática se utilizan para identificar microorganismos, ya que determinan sus diversas propiedades bioquímicas: sacarolítica (descomposición de azúcares), proteolítica (descomposición de proteínas) y otras, identificadas por los productos finales de degradación (formación de álcalis, ácidos, sulfuro de hidrógeno , amoníaco, etc.) .

Las enzimas de microorganismos se utilizan en ingeniería genética (enzimas de restricción, ligasas, etc.) para obtener compuestos biológicamente activos, ácidos acético, láctico, cítrico y otros, productos de ácido láctico, en vinificación y otras industrias. Las enzimas se utilizan como bioaditivos en detergentes en polvo (Oka, etc.) para destruir la contaminación por proteínas.

bacterias del aliento

La respiración, u oxidación biológica, se basa en reacciones redox que tienen lugar con la formación de ATP, el acumulador universal de energía química. La energía es necesaria para una célula microbiana para su actividad vital. Al respirar, ocurren los procesos de oxidación y reducción: oxidación: el retorno de hidrógeno o electrones por donantes (moléculas o átomos); reducción - la adición de hidrógeno o electrones a un aceptor. El aceptor de hidrógeno o electrones puede ser oxígeno molecular (esta respiración se llama aeróbica) o nitrato, sulfato, fumarato (esta respiración se llama anaeróbica - nitrato, sulfato, fumarato). Anaerobiosis (del griego aeg - aire + bios - vida) - actividad vital que ocurre en ausencia de oxígeno libre. Si los donantes y aceptores de hidrógeno son compuestos orgánicos, entonces este proceso se llama fermentación. Durante la fermentación, la descomposición enzimática de compuestos orgánicos, principalmente carbohidratos, ocurre en condiciones anaeróbicas. Teniendo en cuenta el producto final de la descomposición de los carbohidratos, se distinguen el alcohol, el ácido láctico, el ácido acético y otros tipos de fermentación.

En relación con el oxígeno molecular, las bacterias se pueden dividir en tres grupos principales: obligadas, es decir, aerobios obligatorios, anaerobios obligados y anaerobios facultativos.

Los aerobios obligados solo pueden crecer en presencia de oxígeno. Los anaerobios obligados (clostridios del botulismo, gangrena gaseosa, tétanos, bacteroides, etc.) crecen solo en un ambiente sin oxígeno, que es tóxico para ellos. En presencia de oxígeno, las bacterias forman radicales de peróxido de oxígeno, incluidos el peróxido de hidrógeno y el anión de oxígeno superóxido, que son tóxicos para obligar a las bacterias anabólicas porque no forman las enzimas inactivadoras correspondientes. Las bacterias aeróbicas inactivan el peróxido de hidrógeno y el anión superóxido con las enzimas correspondientes (catalasa, peroxidasa y superóxido dismutasa). Los anaerobios facultativos pueden crecer tanto en presencia como en ausencia de oxígeno, ya que pueden pasar de la respiración en presencia de oxígeno molecular a la fermentación en su ausencia. Los anaerobios facultativos son capaces de realizar una respiración anaeróbica, denominada nitrato: el nitrato, que es un aceptor de hidrógeno, se reduce a nitrógeno molecular y amoníaco.Entre los anaerobios obligados se distinguen las bacterias aerotolerantes que persisten en presencia de oxígeno molecular, pero no úsalo

Para el cultivo de anaerobios en laboratorios bacteriológicos, se utilizan anaerostatos, recipientes especiales en los que el aire se reemplaza por una mezcla de gases que no contienen oxígeno. El aire se puede eliminar de los medios nutritivos hirviéndolos, utilizando adsorbentes químicos de oxígeno colocados en globos anaeróbicos u otros recipientes con cultivos.

Crecimiento y reproducción de bacterias.

La actividad vital de las bacterias se caracteriza por el crecimiento: la formación de componentes estructurales y funcionales de la célula y el aumento de la célula bacteriana en sí, así como la reproducción: la autorreproducción, lo que lleva a un aumento en el número de células bacterianas en el población.

Las bacterias se reproducen por fisión binaria por la mitad, con menos frecuencia por gemación.

Los actinomicetos, como los hongos, pueden reproducirse por esporas. Los actinomicetos, al ser bacterias ramificadas, se multiplican por fragmentación de células filamentosas. Las bacterias grampositivas se dividen por crecimiento interno de las particiones de división sintetizadas en la célula, y las bacterias gramnegativas se dividen por constricción, como resultado de la formación de figuras en forma de pesas, a partir de las cuales se forman dos células idénticas.

La división celular está precedida por la replicación del cromosoma bacteriano según un tipo semiconservador (la cadena de ADN de doble cadena se abre y cada cadena se completa con una cadena complementaria), lo que lleva a la duplicación de las moléculas de ADN del núcleo bacteriano. el nucleoide. La replicación del ADN cromosómico se lleva a cabo desde el punto de partida ori (del inglés, origen - el principio).

El cromosoma de una célula bacteriana está conectado en la región de ori con la membrana citoplasmática. La replicación del ADN es catalizada por ADN polimerasas. En primer lugar, se produce el desenrollado (desespiralización) de la doble cadena de ADN, lo que da como resultado la formación de una horquilla de replicación (cadenas ramificadas); una de las cadenas, una vez completada, une nucleótidos desde el extremo 5 "- hasta el extremo 3", la otra se completa segmento por segmento.

La replicación del ADN ocurre en tres etapas: iniciación, elongación o crecimiento de la cadena y terminación. Los dos cromosomas formados como resultado de la replicación divergen, lo que se ve facilitado por un aumento en el tamaño de la célula en crecimiento: los cromosomas adheridos a la membrana citoplasmática o sus derivados (por ejemplo, los mesosomas) se alejan entre sí a medida que aumenta el volumen celular. aumenta Su aislamiento final termina con la formación de un tabique de constricción o división. Las células con un tabique de división divergen como resultado de la acción de enzimas autolíticas que destruyen el núcleo del tabique de división. En este caso, la autólisis puede proceder de manera desigual: las células que se dividen en un área permanecen conectadas por una parte de la pared celular en la región del tabique de división. Dichas células están ubicadas en ángulo entre sí, lo cual es típico de la difteria corinebacteria.

Reproducción de bacterias en un medio nutritivo líquido. Las bacterias sembradas en un cierto volumen invariable del medio nutritivo, al multiplicarse, consumen nutrientes, lo que posteriormente conduce al agotamiento del medio nutritivo y al cese del crecimiento bacteriano. El cultivo de bacterias en dicho sistema se llama cultivo periódico, y el cultivo se llama periódico. Si las condiciones de cultivo se mantienen mediante el suministro continuo de medio nutritivo fresco y la salida del mismo volumen de fluido de cultivo, entonces dicho cultivo se denomina continuo y el cultivo se denomina continuo.

Cuando se cultivan bacterias en un medio nutritivo líquido, se observa un crecimiento de cultivo cerca del fondo, difuso o superficial (en forma de película). El crecimiento de un cultivo periódico de bacterias cultivadas en un medio nutritivo líquido se divide en varias fases o períodos:

§ fase de latencia;

§ fase de crecimiento logarítmico;

§ fase de crecimiento estacionario, o máxima concentración

§ bacterias;

§ Fase de muerte bacteriana.

Estas fases se pueden representar gráficamente como segmentos de la curva de reproducción bacteriana, lo que refleja la dependencia del logaritmo del número de células vivas en el momento de su cultivo. Fase de retraso (del inglés, lag - delay): el período entre la siembra de bacterias y el comienzo de la reproducción. La duración media de la fase de latencia es de 4,5 horas.Las bacterias aumentan de tamaño y se preparan para la división; aumenta la cantidad de ácidos nucleicos, proteínas y otros componentes. La fase de crecimiento logarítmico (exponencial) es un período de división intensiva de bacterias.

Su duración es de unas 5,6 horas.En condiciones óptimas de crecimiento, las bacterias pueden dividirse cada 20-40 minutos. Durante esta fase, las bacterias son las más vulnerables, lo que se explica por la alta sensibilidad de los componentes metabólicos de una célula de rápido crecimiento a los inhibidores de la síntesis de proteínas, ácidos nucleicos, etc. Luego, comienza la fase de crecimiento estacionario, en la que el número de las células viables permanece sin cambios, constituyendo el nivel máximo (concentración M) . Su duración se expresa en horas y varía según el tipo de bacteria, sus características y cultivo. El proceso de crecimiento bacteriano se completa con la fase de muerte, que se caracteriza por la muerte de las bacterias en condiciones de agotamiento de las fuentes de nutrientes y la acumulación de productos metabólicos bacterianos en ella. Su duración varía desde 10 horas hasta varias semanas. La intensidad del crecimiento y la reproducción de las bacterias depende de muchos factores, incluida la composición óptima del medio nutritivo, el potencial redox, el pH, la temperatura, etc.

Reproducción de bacterias en un medio nutritivo denso. Las bacterias que crecen en medios nutritivos sólidos forman colonias redondas aisladas con bordes lisos o desiguales (formas de S y R; véase el Capítulo 5), de consistencia y color variables, según el pigmento de la bacteria.

Los pigmentos solubles en agua se difunden en el medio nutritivo y lo tiñen, por ejemplo, Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) tiñe el medio de azul. Otro grupo de pigmentos es insoluble en agua pero soluble en solventes orgánicos. Por lo tanto, las colonias del "palo maravilloso" tienen un pigmento rojo sangre que es soluble en alcohol. Y, finalmente, hay pigmentos que no son insolubles ni en agua ni en compuestos orgánicos.

Los pigmentos más comunes entre los microorganismos son los carotenos, las xantofilas y las melaninas. Las melaninas son pigmentos insolubles de color negro, marrón o rojo sintetizados a partir de compuestos fenólicos. Las melaninas, junto con la catalasa, la superóxido cismutasa y las peroxidasas, protegen a los microorganismos de los efectos de los radicales peróxido de oxígeno tóxicos. Muchos pigmentos tienen efectos antimicrobianos similares a los antibióticos.

La apariencia, forma, color y otras características de las colonias en un medio nutritivo denso se pueden tener en cuenta al identificar bacterias, así como al seleccionar colonias para obtener cultivos puros.

En condiciones industriales, al obtener la biomasa de microorganismos para la preparación de antibióticos, vacunas, diagnósticos, eubióticos, el cultivo de bacterias y hongos se lleva a cabo en fermentadores con estricta observancia de los parámetros óptimos para el crecimiento y reproducción de cultivos (ver Capítulo 6).

Microbiología: apuntes de clase Tkachenko Ksenia Viktorovna

1. Morfología y estructura de los virus

Los virus son microorganismos que componen el reino de Vira.

Características:

2) no tienen sus propios sistemas de síntesis de proteínas y energía;

3) no tienen organización celular;

4) tener un modo de reproducción disyuntivo (separado) (la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos ocurre en diferentes lugares y en diferentes momentos);

6) los virus pasan a través de filtros bacterianos.

Los virus pueden existir en dos formas: extracelular (virión) e intracelular (virus).

La forma de los viriones puede ser:

1) redondeado;

2) en forma de varilla;

3) en forma de polígonos regulares;

4) filiforme, etc.

Sus tamaños varían de 15 a 18 a 300 a 400 nm.

En el centro del virión hay un ácido nucleico viral cubierto con una cubierta de proteína, una cápside, que tiene una estructura estrictamente ordenada. La cápside está formada por capsómeros. El ácido nucleico y la cápside forman la nucleocápside.

La nucleocápside de los viriones organizados de manera compleja está cubierta por una capa externa, la supercápside, que puede incluir muchas estructuras de lípidos, proteínas y carbohidratos funcionalmente diferentes.

La estructura de los virus de ADN y ARN no difiere fundamentalmente de las NC de otros microorganismos. Algunos virus tienen uracilo en su ADN.

El ADN puede ser:

1) de doble cadena;

2) monocatenario;

3) anillo;

4) de doble cadena, pero con una cadena más corta;

5) de doble cadena, pero con una cadena continua y la otra fragmentada.

El ARN puede ser:

1) monocatenario;

2) doble hebra lineal;

3) lineal fragmentado;

4) anillo;

Las proteínas virales se dividen en:

1) genómico - nucleoproteínas. Proporcionar replicación de ácidos nucleicos virales y procesos de reproducción de virus. Estas son enzimas, por lo que hay un aumento en el número de copias de la molécula original, o proteínas, con la ayuda de las cuales se sintetizan moléculas en la matriz de ácido nucleico que aseguran la implementación de la información genética;

2) proteínas de la cubierta de la cápside: proteínas simples con la capacidad de autoensamblarse. Se suman a estructuras geométricamente regulares, en las que se distinguen varios tipos de simetría: espiral, cúbica (forman polígonos regulares, el número de caras es estrictamente constante) o mixta;

3) las proteínas de la cubierta de la supercápside son proteínas complejas, de función diversa. Debido a ellos, se produce la interacción de los virus con una célula sensible. Realizan funciones protectoras y receptoras.

Entre las proteínas de la cubierta de la supercápside, se encuentran:

a) proteínas de anclaje (en un extremo se ubican en la superficie, mientras que en el otro se adentran en la profundidad; facilitan el contacto del virión con la célula);

b) enzimas (pueden destruir membranas);

c) hemaglutininas (causan la hemaglutinación);

d) elementos de la célula huésped.

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4. Morfología de las bacterias, órganos principales Los tamaños de las bacterias oscilan entre 0,3-0,5 y 5-10 micras. Según la forma de las células, las bacterias se dividen en cocos, bastones y contorneadas. En una célula bacteriana hay: 1 ) los organelos principales: (nucleoide, citoplasma, ribosoma, citoplasma

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10. Morfología de los virus, tipos de interacción de un virus con una célula Los virus son microorganismos que componen el reino Vira. Los virus pueden existir en dos formas: extracelular (virión) e intracelular (virus). En forma, los viriones pueden ser: redondos , en forma de varilla, en forma

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Índice de materias de la asignatura "Tipos de Microorganismos. Virus. Virión.":
1. Microorganismos. Tipos de microorganismos. Clasificación de los microorganismos. Priones.
2. Virus. Virión. Morfología de los virus. Tamaños de virus. ácidos nucleicos de los virus.
3. Cápside del virus. Funciones de la cápside de los virus. capsómeros. nucleocápside viral. Simetría helicoidal de la nucleocápside. Simetría cúbica de la cápside.
4. Supercápside de virus. Virus disfrazados. Virus desnudos. Proteínas de matriz (proteínas M) de virus. reproducción de virus.
5. Interacción de un virus con una célula. La naturaleza de la interacción virus-célula. Interacción productiva. Virogenia. Interferencia de virus.
6. Tipos de infección celular por virus. El ciclo reproductivo de los virus. Las principales etapas de la reproducción de virus. Adsorción del virión a la célula.
7. Penetración del virus en la célula. Viropexis. Desnudándose del virus. Fase de sombra (fase de eclipse) de la reproducción del virus. La formación de partículas virales.
8. Transcripción del virus en la célula. Traducción de virus.
9. Replicación del virus en la célula. Colección de virus. Liberación de la progenie de viriones de la célula.

virus Virión. Morfología de los virus. Tamaños de virus. ácidos nucleicos de los virus.

forma extracelular - virión- incluye todos los elementos constituyentes (cápside, ácido nucleico, proteínas estructurales, enzimas, etc.). forma intracelular - virus- puede estar representado por una sola molécula de ácido nucleico, ya que, cuando ingresa a la célula, el virión se descompone en sus elementos constituyentes.

Morfología de los virus. Tamaños de virus.

Ácidos nucleicos de virus

virus contienen solo un tipo de ácido nucleico, DIC o RNA, pero no ambos tipos al mismo tiempo. Por ejemplo, la viruela, el herpes simple, los virus de Epstein-Barr contienen ADN, y los togavirus y los picornavirus contienen ARN. El genoma de la partícula viral es haploide. El genoma viral más simple codifica 3-4 proteínas, el más complejo, más de 50 polipéptidos. Los ácidos nucleicos están representados por moléculas de ARN de cadena sencilla (excluyendo los reovirus, en los que el genoma está formado por dos cadenas de ARN) o moléculas de ADN de doble cadena (excluyendo los parvovirus, en los que el genoma está formado por una cadena de ADN). En el virus de la hepatitis B, las cadenas de la molécula de ADN de doble cadena tienen una longitud desigual.

ADN viral forman estructuras circulares superenrolladas unidas covalentemente (por ejemplo, en papovavirus) o lineales de doble cadena (por ejemplo, en herpes y adenovirus). Su peso molecular es de 10 a 100 veces menor que la masa del ADN bacteriano. La transcripción del ADN viral (síntesis de ARNm) se lleva a cabo en el núcleo de una célula infectada por virus. En el ADN viral, en los extremos de la molécula, hay secuencias de nucleótidos repetitivas rectas o invertidas (desplegadas en 180"). Su presencia asegura la capacidad de la molécula de ADN para cerrarse en un anillo. Estas secuencias, presentes en simples y dobles -moléculas de ADN de cadena, son un tipo de marcadores de ADN viral.

Arroz. 2-1. Tamaños y morfología de los principales agentes causales de infecciones virales humanas.

ARN viral representados por moléculas de cadena simple o doble. Las moléculas monocatenarias se pueden segmentar, desde 2 segmentos en arenavirus hasta 11 segmentos en rotavirus. La presencia de segmentos conduce a un aumento de la capacidad de codificación del genoma. ARN viral se subdivide en los siguientes grupos: cadenas positivas de ARN (+ARN), cadenas negativas de ARN (-ARN). En varios virus, el genoma puede formar cadenas +RNA o -RNA, así como cadenas dobles, una de las cuales es -RNA, la otra (complementaria) - +RNA.

ARN de cadena positiva están representados por cadenas simples con terminaciones características ("tapas") para el reconocimiento de ribosomas. Este grupo incluye los ARN que pueden traducir directamente la información genética en los ribosomas de una célula infectada por virus, es decir, realizar las funciones del ARNm. Las hebras positivas realizan las siguientes funciones: sirven como ARNm para la síntesis de proteínas estructurales, como molde para la replicación del ARN y se empaquetan en una cápside para formar una población hija. Las hebras negativas de ARN no pueden traducir la información genética directamente en los ribosomas, lo que significa que no pueden funcionar como ARNm. Sin embargo, tales ARN sirven como moldes para la síntesis de ARNm.

Infectividad de los ácidos nucleicos de los virus

Muchos ácidos nucleicos virales son infecciosos en sí mismos, ya que contienen toda la información genética necesaria para la síntesis de nuevas partículas virales. Esta información se realiza después de la penetración del virión en la célula sensible. Los ácidos nucleicos de la mayoría de los virus que contienen +ARN y ADN exhiben propiedades infecciosas. Los ARN de doble cadena y la mayoría de los ARN no son infecciosos.

El rápido ritmo de desarrollo de la virología en la segunda mitad del siglo XX. hizo posible obtener la información más importante sobre la estructura y composición química de varios virus, incluido su genoma, así como la naturaleza de la interacción con las células huésped. Los materiales obtenidos indican que los virus existen en dos formas cualitativamente diferentes: extracelular - virión e intracelular - virus. El virión del virus más simple es una nucleoproteína, que incluye el genoma viral, protegido por una cubierta de proteína: la cápside. Al mismo tiempo, un virus intracelular es una forma autorreplicante que no es capaz de fisión binaria.

Así, la definición de virus introduce una diferencia fundamental entre la forma celular de los microorganismos que se reproducen por fisión binaria y la forma replicante que se reproduce únicamente a partir del ácido nucleico viral. Sin embargo, la diferencia cualitativa entre virus y pro y eucariotas no se limita a este lado, sino que incluye varios otros:

la presencia de un tipo de ácido nucleico (ADN o ARN);

falta de estructura celular y sistemas de síntesis de proteínas;

la posibilidad de integración en el genoma celular y la replicación sincrónica.

Al mismo tiempo, los virus se diferencian de los replicones ordinarios, que son las moléculas de ADN de todos los microorganismos y de cualquier otra célula, así como los plásmidos y los transposones, ya que dichos replicones son biomoléculas que no pueden atribuirse a la materia viva.

Clasificación y taxonomía de los virus. Los virus forman el reino Vira, que se subdivide por tipo de ácido nucleico en dos sub-reinos: ribovirus y desoxirribovirus. Los sub-reinos se dividen en familias, que a su vez se subdividen en géneros. El concepto del tipo de virus aún no ha sido formulado claramente, así como la designación de los diferentes tipos.

Como características taxonómicas, se concede una importancia primordial al tipo de ácido nucleico y sus características biológicas moleculares: bicatenario, monocatenario, segmentado, no segmentado, con secuencias repetidas e invertidas, etc. Sin embargo, en la práctica, las características de virus obtenidos como resultado de microscopía electrónica y estudios inmunológicos: morfología, estructura y tamaño del virión, presencia o ausencia de capa externa (supercápside), antígenos, localización intranuclear o citoplasmática, etc. Junto a las características anteriores, la resistencia se tiene en cuenta la temperatura, el pH, los detergentes, etc.

Actualmente, los virus humanos y animales se incluyen en 18 familias. La pertenencia de los virus a ciertas familias está determinada por el tipo de ácido nucleico, su estructura y la presencia o ausencia de una cubierta externa. A la hora de determinar la pertenencia a la familia de los retrovirus, necesariamente se tiene en cuenta la presencia de transcriptasa inversa.

Morfología y estructura de los viriones.

Los tamaños de los viriones de varios virus varían ampliamente: de 15 a 18 a 300 a 400 nm. Tienen una variedad de formas: en forma de varilla, filamentosos, paralelepípedos esféricos, espermatozoides (Fig. 5.1). La estructura de un virión simple, la nucleocápside, indica que el ácido nucleico viral, el ADN o el ARN, está protegido de manera confiable por una cubierta de proteína, la cápside. Este último tiene una estructura estrictamente ordenada basada en los principios de simetría helicoidal o cúbica. Las cápsides de los viriones en forma de bastón y filamentosos consisten en subunidades estructurales dispuestas en espiral alrededor de un eje. Con esta disposición de subunidades, se forma un canal hueco, dentro del cual se empaqueta de forma compacta la molécula de ácido nucleico viral. Su longitud puede ser muchas veces mayor que la longitud del virión en forma de bastón. Por ejemplo, la longitud del virus del mosaico del tabaco (TMV) es de 300 nm y su ARN alcanza un valor de 4000 nm o 4 micras. Al mismo tiempo, el ARN está tan unido a la cápside que no puede liberarse sin dañar esta última. Se encuentran cápsides similares en algunos virus bacterianos y en virus humanos (por ejemplo, el virus de la influenza).

La estructura esférica de los viriones está determinada por la cápside, construida según los principios de la simetría cúbica, que se basa en la figura del icosaedro, de veinte lados. La cápside consta de subunidades asimétricas (moléculas polipeptídicas), que se combinan en subunidades morfológicas: capsómeros. Un capsómero contiene 2, 3 o 5 subunidades ubicadas a lo largo de los ejes de simetría correspondientes del icosaedro. Según el tipo de reordenamiento y el número de subunidades, el número de capsómeros será de 30, 20 o 12. 5.1 muestra los posibles tipos de viriones simples, que consisten en un cierto número de capsómeros, representados en forma de bolas, así como capsómeros de volumen creciente.

Los viriones con una cápside compleja formada por más de 60 subunidades estructurales contienen grupos de 5 subunidades, pentámeros, o grupos de 6 subunidades, hexámeros. La nucleocápside de los viriones de organización compleja, llamada "núcleo", está cubierta por una capa exterior: la supercápside.

La composición química de los viriones.

La composición de los viriones simples incluye un tipo de ácido nucleico, ARN o ADN, y proteínas. En los viriones complejos, la capa exterior contiene lípidos y polisacáridos, los primeros se obtienen de las células huésped, los últimos se codifican en el genoma del virus en forma de glicoproteínas.

ADN viral. El peso molecular del ADN de diferentes virus varía ampliamente (1 * 106 - 1 * 108). Es aproximadamente 10-100 veces menor que el peso molecular del ADN bacteriano. El genoma de los virus contiene hasta varios cientos de genes. Según su estructura, el ADN viral se caracteriza por una serie de rasgos, lo que permite subdividirlo en varios tipos. Estos incluyen ADN de doble cadena y de cadena sencilla, que puede ser lineal o circular.

Aunque las secuencias de nucleótidos ocurren una vez en cada hebra de ADN, existen repeticiones directas o invertidas (giradas 180°) en sus extremos. Están representados por los mismos nucleótidos que se encuentran en la sección inicial del ADN. Las repeticiones de nucleótidos, inherentes tanto al ADN viral monocatenario como al bicatenario, son un tipo de marcadores que permiten distinguir el ADN viral del ADN celular. El significado funcional de estas repeticiones es la capacidad de cerrarse en un anillo. De esta forma, se replica, se transcribe, adquiere resistencia a las endonucleasas y puede integrarse en el genoma celular.

ARN viral. En los virus de ARN, la información genética está codificada en el ARN con el mismo código que en el ADN de todos los demás virus y organismos celulares. Los ARN virales no difieren en su composición química de los ARN de origen celular, pero se caracterizan por una estructura diferente. Junto con el típico ARN monocatenario, varios virus tienen ARN bicatenario. Además, puede ser lineal y circular. En la composición del ARN monocatenario existen secciones helicoidales como la doble hélice del ADN, que se forman como resultado del apareamiento de bases nitrogenadas complementarias. Los ARN monocatenarios se dividen en dos grupos según las funciones que realizan.

La morfología y estructura de los virus se estudia con un microscopio electrónico, ya que su tamaño es pequeño y comparable al grosor de la cubierta bacteriana.

La forma de los viriones puede ser diferente: en forma de bastón (virus del mosaico del tabaco), en forma de bala (virus de la rabia), esféricos (virus de la poliomielitis, VIH), en forma de espermatozoide (muchos bacteriófagos) (Fig. 8).

Arroz. 8. Formas de viriones:

1 virus de la viruela; 2 virus del herpes; 3 adenovirus; 4 papovirus; 5 hepadnavirus; 6 paramixovirus; 7 virus de la gripe; 8 coronavirus; 9 arenavirus; 10 retrovirus;

El tamaño de los virus se determina mediante microscopía electrónica, ultrafiltración a través de filtros con un diámetro de poro conocido, ultracentrifugación. Algunos de los virus más pequeños son los virus de la poliomielitis y la fiebre aftosa (alrededor de 20 nm), los circovirus (16 nm), el virus variólico más grande (alrededor de 350 nm). Los virus tienen un genoma único porque contienen ADN o ARN. Por lo tanto, se hace una distinción entre virus que contienen ADN y virus que contienen ARN. Por lo general, son haploides, lo que significa que tienen un conjunto de genes. El genoma de los virus está representado por varios tipos de ácidos nucleicos: bicatenario, monocatenario, lineal, circular, fragmentado.

Hay virus de disposición simple (por ejemplo, el virus de la poliomielitis) y virus de disposición compleja (por ejemplo, virus de la gripe, virus del sarampión). En los virus de disposición simple, el ácido nucleico está asociado con una cubierta de proteína llamada cápside (del latín capsa case). La cápside está compuesta por subunidades capsómeras morfológicas repetidas. El ácido nucleico y la cápside, interactuando entre sí, forman una nucleocápside. En los virus complejos, la cápside está rodeada por una cubierta de lipoproteína adicional con una supercápside (un derivado de las estructuras de membrana de la célula huésped), que tiene "picos". La cápside y la supercápside protegen a los viriones de las influencias ambientales, determinan la interacción selectiva (adsorción) con las células y determinan las propiedades antigénicas e inmunogénicas de los viriones. Las estructuras internas de los virus se denominan núcleo.

Los viriones se caracterizan por tipos helicoidales, cúbicos y complejos de simetría de la cápside. El tipo de simetría en espiral se debe a la estructura helicoidal de la nucleocápside, la formación cúbica de un cuerpo hueco isométrico a partir de la cápside que contiene el ácido nucleico viral.

Además de los virus ordinarios, se sabe que los llamados virus no canónicos, priones, son partículas proteicas infecciosas en forma de fibrillas con un tamaño de 10-20 x 100-200 nm. Los priones, aparentemente, son tanto inductores como productos de un gen humano o animal autónomo y les causan encefalopatía en condiciones de una infección viral lenta (enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, kuru, etc.). Otros agentes inusuales que están cerca de los virus son los viroides, pequeñas moléculas de ARN superenrolladas circulares sin proteínas que causan enfermedades en las plantas.