Morfologia și structura virusurilor. Viruși

Morfologia și structura virusurilor sunt studiate cu ajutorul unui microscop electronic, deoarece dimensiunea lor este mică și comparabilă cu grosimea membranei bacteriene. Forma virionilor poate fi diferită: în formă de tijă (virusul mozaicului tutunului), în formă de glonț (virusul rabiei), sferică (virusurile poliomielitei, HIV), sub formă de spermatozoizi (mulți bacteriofagi).

Distingeți între virusurile simple (de exemplu, virusul poliomielitei) și cele complexe (de exemplu, gripa, rujeola). În virusurile aranjate simplu, acidul nucleic este legat de o înveliș proteic numit capsid (din latină capsa - teacă). Capsida este formată din subunități morfologice repetate - capsomere. Acidul nucleic și capsida interacționează între ele pentru a forma o nucleocapsidă. În virusurile complexe, capsida este înconjurată de o înveliș suplimentar de lipoproteină - supercapsidul (un derivat al structurilor membranei celulei gazdă), care are vârfuri. Virionii sunt caracterizați printr-un tip spiralat, cubic și complex de simetrie a capsidei. Tipul de simetrie spirală se datorează structurii elicoidale a nucleocapsidei, tipul cubic de simetrie se datorează formării unui corp izometric gol din capside care conține acid nucleic viral.

Capside și supercapside protejează virionii de influențele mediului, provoacă interacțiune selectivă (adsorbție) cu celulele și determină proprietățile antigenice și imunogene ale virionilor. Structurile interne ale virusurilor se numesc nucleu.În virologie se folosesc următoarele categorii taxonomice: familie (numele se termină în viridae), subfamilie (numele se termină în virinae), gen (numele se termină în virus).

Cu toate acestea, denumirile genurilor și mai ales ale subfamiliilor nu sunt formulate pentru toți virușii. Tipul de virus nu a primit un nume binom, ca în bacterii.

Clasificarea virușilor se bazează pe următoarele categorii:

§ tipul de acid nucleic (ADN sau ARN), structura acestuia, numărul de catene (una sau două),

§ caracteristici ale reproducerii genomului viral;

§ marimea si morfologia virionilor, numarul capsomerelor si tipul de simetrie;

§ prezenta unei supercapside;

§ sensibilitate la eter si deoxicolat;

§ locul de reproducere in cusca;

§ proprietăţi antigenice etc.

Virusurile infectează vertebratele și nevertebratele, precum și plantele și bacteriile. Fiind principalii agenți cauzali ai bolilor infecțioase umane, virusurile sunt implicate și în procesele de carcinogeneză, pot fi transmise în diverse moduri, inclusiv prin placentă (virusul rubeolei, citomegalovirusul etc.), afectând fătul uman. Ele pot duce la complicații post-infecțioase - dezvoltarea miocarditei, pancreatitei, imunodeficienței etc.

Pe lângă virusurile obișnuite, se cunosc așa-zișii virusuri non-canonice - prioni - particule infecțioase proteice care sunt agenți de natură proteică, sub formă de fibrile cu dimensiunea de 10,20x100,200 nm. Prionii, aparent, sunt atât inductori, cât și produși ai genei autonome ale oamenilor sau animalelor și provoacă encefalopatie la ei în condițiile unei infecții virale lente (boala Creutzfeldt, Jacob, Kuru etc.). Alți agenți neobișnuiți apropiați de viruși sunt viroizii, molecule mici de ARN circular, supercoiled, care nu conțin proteine care cauzează boli la plante.

capitolul 3

FIZIOLOGIA MICROORGANISMELOR

Fiziologia microorganismelor studiază activitatea vitală a celulelor microbiene, procesele de nutriție, respirație, creștere, reproducere a acestora și legile interacțiunii cu mediul.

Subiectul microbiologiei medicale este fiziologia microorganismelor patogene și oportuniste care pot provoca boli umane. Elucidarea fiziologiei acestor microorganisme este importantă pentru realizarea unui diagnostic microbiologic, înțelegerea patogenezei, tratarea și prevenirea bolilor infecțioase, reglarea relațiilor omului cu mediul etc.

Compoziția chimică a bacteriilor

Compoziția microorganismelor include apă, proteine, acizi nucleici, carbohidrați, lipide și minerale.

Apa este componenta principală a unei celule bacteriene, reprezentând aproximativ 80% din masa acesteia. Este într-o stare liberă sau legată de elementele structurale ale celulei. În litigii, cantitatea de apă se reduce la 18,20%. Apa este un solvent pentru multe substanțe și joacă, de asemenea, un rol mecanic în furnizarea turgenței. În timpul plasmolizei - pierderea apei de către celulă într-o soluție hipertonică - protoplasma este desprinsă de membrana celulară. Eliminarea apei din celulă, uscare, suspendarea proceselor metabolice. Majoritatea microorganismelor tolerează bine uscarea. În lipsa apei, microorganismele nu se înmulțesc. Uscarea în vid din starea înghețată (liofilizare) oprește reproducerea și promovează conservarea pe termen lung a specimenelor microbiene.

Proteinele (40,80% greutate uscată) determină cele mai importante proprietăți biologice ale bacteriilor și constau de obicei din combinații de 20 de aminoacizi. Bacteriile includ acid diaminopimelic (DAP), care este absent în celulele umane și animale. Bacteriile conțin peste 2000 de proteine diferite care se găsesc în componentele structurale și sunt implicate în procesele metabolice. Majoritatea proteinelor au activitate enzimatică. Proteinele celulei bacteriene determină antigenitatea și imunogenitatea, virulența și speciile de bacterii.

Acizii nucleici ai bacteriilor îndeplinesc funcții similare cu cele ale celulelor eucariote: o moleculă de ADN sub formă de cromozom este responsabilă de ereditate, acizii ribonucleici (informaționali, sau matrici, de transport și ribozomal) sunt implicați în biosinteza proteinelor.

Bacteriile pot fi caracterizate (taxonomic) prin conținutul sumei de guanină și citozină (GC) în procente molare (M%) din numărul total de baze ADN. O caracteristică mai precisă a microorganismelor este hibridizarea lor ADN. Baza metodei de hibridizare

ADN - capacitatea ADN-ului denaturat (monocatenar) de a fi renaturat, de ex. se conectează cu o catenă complementară de ADN și formează o moleculă de ADN dublu catenar.

Carbohidrații bacterieni sunt reprezentați de substanțe simple (mono- și dizaharide) și compuși complecși. Polizaharidele se găsesc adesea în capsule. Unele polizaharide intracelulare (amidon, glicogen etc.) sunt nutrienți de rezervă.

Lipidele fac în principal parte din membrana citoplasmatică și derivații acesteia, precum și din peretele celular al bacteriilor, de exemplu, membrana exterioară, unde, pe lângă stratul biomolecular de lipide, există LPS. Lipidele pot juca rolul de nutrienți de rezervă în citoplasmă. Lipidele bacteriene sunt reprezentate de fosfolipide, acizi grași și gliceride. Mycobacterium tuberculosis conține cea mai mare cantitate de lipide (până la 40%).

Substanțele minerale ale bacteriilor se găsesc în cenușă după arderea celulelor. Fosfor, potasiu, sodiu, sulf, fier, calciu, magneziu, precum și oligoelemente (zinc, cupru, cobalt, bariu, mangan, etc.) sunt detectate în cantități mari. Ele sunt implicate în reglarea presiunii osmotice, a pH-ului. al mediului, potențialul redox, enzimele de activare, fac parte din enzime, vitamine și componente structurale ale celulei microbiene.

Nutriția bacteriilor

Caracteristicile nutriționale ale unei celule bacteriene constau în aportul de substraturi nutritive pe întreaga sa suprafață, precum și într-un ritm ridicat de procese metabolice și de adaptare la condițiile de mediu în schimbare.

Tipuri de mâncare... Distribuția pe scară largă a bacteriilor este facilitată de o varietate de tipuri de alimente. Microorganismele au nevoie de carbohidrați, azot, sulf, fosfor, potasiu și alte elemente. În funcție de sursele de carbon pentru nutriție, bacteriile sunt împărțite în autotrofe (din grecescul autos - în sine, trophe - hrană), folosind dioxid de carbon CO2 și alți compuși anorganici pentru a-și construi celulele și heterotrofe (din grecescul heteros - altul, trofe). - alimente), hrănindu-se cu compuși organici gata preparati. Bacteriile autotrofe sunt bacterii nitrificatoare care se găsesc în sol; bacterii sulfuroase care trăiesc în apă cu hidrogen sulfurat; bacterii de fier care trăiesc în apă cu fier feros etc.

Microorganismele sunt împărțite în două grupe în funcție de substratul oxidabil, numite donor de electroni sau hidrogen. Microorganismele care folosesc compuși anorganici ca donatori de hidrogen sunt numite litotrofe (din grecescul lithos - piatră), iar microorganismele care folosesc compuși organici ca donatori de hidrogen sunt numite organotrofe.

Având în vedere sursa de energie, fototrofele se disting printre bacterii, adică. fotosintetice (de exemplu, alge albastre-verzi care folosesc energie luminoasă) și chimiotrofe, care necesită surse de energie chimică.

Factori de creștere... Pentru ca microorganismele să crească pe medii nutritive, sunt necesare anumite componente suplimentare, care se numesc factori de creștere. Factorii de creștere sunt compuși necesari microorganismelor pe care nu îi pot sintetiza singuri, de aceea trebuie adăugați în mediile nutritive. Dintre factorii de creștere se disting: aminoacizi necesari pentru construirea proteinelor; purine și pirimidine, care sunt necesare pentru formarea acizilor nucleici; vitamine care fac parte din unele enzime. Termenii „auxotrofe” și „prototrofe” sunt folosiți pentru a desemna raportul dintre microorganisme și factorii de creștere. Auxotrofele necesită unul sau mai mulți factori de creștere; prototrofele pot sintetiza ei înșiși compuși necesari creșterii. Sunt capabili să sintetizeze componente din săruri de glucoză și amoniu.

Mecanisme nutriționale. Pătrunderea diferitelor substanțe într-o celulă bacteriană depinde de mărimea și solubilitatea moleculelor acestora în lipide sau apă, pH-ul mediului, concentrația de substanțe, diverși factori ai permeabilității membranei etc. Peretele celular permite molecule și ioni mici. să treacă prin capcană macromoleculele cu o greutate mai mare de 600 D. Principalul regulator al aportului de substanțe celulară este membrana citoplasmatică. În mod convențional, pot fi distinse patru mecanisme pentru pătrunderea nutrienților într-o celulă bacteriană: acestea sunt difuzia simplă, difuzia facilitată, transportul activ și translocarea grupului. Cel mai simplu mecanism de intrare a substanțelor în celulă este difuzia simplă, în care mișcarea substanțelor are loc datorită diferenței de concentrație a acestora pe ambele părți ale membranei citoplasmatice. Substanțele trec prin partea lipidică a membranei citoplasmatice (molecule organice, medicamente) și, mai rar, prin canale umplute cu apă în membrana citoplasmatică. Difuzia pasivă are loc fără consum de energie.

Difuzia facilitată apare și ca urmare a unei diferențe de concentrație a substanțelor de pe ambele părți ale membranei citoplasmatice. Totuși, acest proces se realizează cu ajutorul moleculelor purtătoare localizate în membrana citoplasmatică și care posedă specificitate. Fiecare purtător transportă substanța corespunzătoare prin membrană sau se transferă către o altă componentă a membranei citoplasmatice - purtătorul însuși.

Proteinele purtătoare pot fi permeaze, al căror loc de sinteză este membrana citoplasmatică. Difuzia facilitată are loc fără consum de energie, substanțele trec de la o concentrație mai mare la una mai mică.

Transportul activ are loc cu ajutorul permeazelor și are ca scop transferul de substanțe de la o concentrație mai mică la una mai mare, adică. parcă împotriva curgerii, prin urmare, acest proces este însoțit de cheltuirea energiei metabolice (ATP), formată ca urmare a reacțiilor redox din celulă.

Transferul (translocarea) grupărilor este similar cu transportul activ, diferă prin faptul că molecula transferată este modificată în timpul transferului, de exemplu, este fosforilată. Eliberarea substanțelor din celulă se realizează prin difuzie și cu participarea sistemelor de transport - enzime ale bacteriilor. Enzimele recunosc metaboliții (substraturile) corespunzători, interacționează cu aceștia și accelerează reacțiile chimice. Enzimele sunt proteine care participă la procesele de anabolism (sinteză) și catabolism (dezintegrare), adică metabolism. Multe enzime sunt interconectate cu structurile celulei microbiene. De exemplu, în membrana citoplasmatică există enzime redox implicate în respirație și diviziunea celulară; enzime care furnizează hrana celulei, etc. Enzimele redox ale membranei citoplasmatice și derivații acesteia furnizează energie pentru procesele intensive de biosinteză a diferitelor structuri, inclusiv a peretelui celular. Enzimele asociate cu diviziunea celulară și autoliza se găsesc în peretele celular. Așa-numitele endozime catalizează metabolismul care are loc în interiorul celulei.

Exoenzimele sunt secretate de celulă în mediu, descompunând macromoleculele substraturilor nutritive în compuși simpli care sunt asimilați de celulă ca surse de energie, carbon etc. Unele exozime (penicilinaza etc.) inactivează antibioticele, îndeplinind o funcție de protecție. .

Distingeți între enzimele constitutive și inductibile. Enzimele constitutive includ enzime care sunt sintetizate de celulă în mod continuu, indiferent de prezența substraturilor în mediul nutritiv. Enzimele inductibile (adaptative) sunt sintetizate de către o celulă bacteriană numai dacă există un substrat al acestei enzime în mediu. De exemplu, p-galactozidaza de E. coli practic nu se formează pe un mediu cu glucoză, dar sinteza ei crește brusc atunci când este crescută pe un mediu cu lactoză sau altă p-galactozidoză.

Unele enzime (așa-numitele enzime de agresiune) distrug țesuturile și celulele, provocând microorganisme larg răspândite și toxinele acestora în țesutul infectat. Aceste enzime includ hialuronidaza, colagenaza, deoxiribonucleaza, neuraminidaza, lecitovitellaza, etc. Astfel, hialuronidaza streptococică, scindarea acidului hialuronic din țesutul conjunctiv, favorizează răspândirea streptococilor și a toxinelor acestora.

Sunt cunoscute peste 2000 de enzime. Ele sunt grupate în șase clase: oxidoreductaze - enzime redox (cuprind dehidrogenaze, oxidaze etc.); transferazele, care transferă radicali și atomi individuali de la un compus la altul; hidrolaze care accelerează reacțiile de hidroliză, adică scindarea substantelor in altele mai simple cu adaugarea de molecule de apa (esteraza, fosfataza, glucozidaza etc.); liazele care scindează grupările chimice din substraturi în mod nehidrolitic (carboxilaze etc.); izomerazele, care convertesc compușii organici în izomerii lor (fosfohexoizomeraza etc.); ligaze, sau sintetaze, care accelerează sinteza compușilor complecși din cei mai simpli (asparagin sintetaza, glutamin sintetaza etc.).

Diferențele în compoziția enzimatică sunt utilizate pentru a identifica microorganismele, deoarece acestea determină diferitele lor proprietăți biochimice: zaharolitice (descompunerea zaharurilor), proteolitice (descompunerea proteinelor) și altele, detectate prin produsele finale ale defalcării (formarea de alcaline, acizi, hidrogen sulfurat, amoniac etc.) ...

Enzimele microorganismelor sunt utilizate în inginerie genetică (enzime de restricție, ligaze etc.) pentru a obține compuși biologic activi, acizi acetici, lactici, citric și alți acizi, produse cu acid lactic, în vinificație și în alte industrii. Enzimele sunt folosite ca bioaditivi în pulberile de spălat („Oka”, etc.) pentru a distruge contaminanții proteici.

Respirația bacteriilor

Respirația sau oxidarea biologică se bazează pe reacții redox care duc la formarea ATP, un acumulator universal de energie chimică. Celula microbiană are nevoie de energie pentru activitatea sa vitală. În timpul respirației au loc procesele de oxidare și reducere: oxidarea este eliberarea de hidrogen sau electroni de către donatori (molecule sau atomi); reducerea - adăugarea de hidrogen sau electroni la un acceptor. Acceptorul hidrogenului sau electronilor poate fi oxigenul molecular (o astfel de respirație se numește aerobă) sau nitrat, sulfat, fumarat (o astfel de respirație se numește anaerobă - nitrat, sulfat, fumarat). Anaerobioza (din greaca aeg - aer + bios - viata) este o activitate vitala care are loc in lipsa oxigenului liber. Dacă compușii organici sunt donatori și acceptori de hidrogen, atunci acest proces se numește fermentație. În timpul fermentației, descompunerea enzimatică a compușilor organici, în principal carbohidraților, are loc în condiții anaerobe. Luând în considerare produsul final al defalcării carbohidraților, se disting alcoolul, acidul lactic, acidul acetic și alte tipuri de fermentație.

În raport cu oxigenul molecular, bacteriile pot fi împărțite în trei grupe principale: obligate, i.e. obligatoriu, aerobi, anaerobi obligatorii și anaerobi facultativi.

Aerobii obligați pot crește doar în prezența oxigenului. Anaerobii obligatorii (botulismul clostridiilor, gangrena gazoasă, tetanosul, bacterioizii etc.) cresc doar într-un mediu fără oxigen, care este toxic pentru ei. În prezența oxigenului, bacteriile formează radicali de peroxid de oxigen, inclusiv peroxid de hidrogen și anion superoxid de oxigen, care sunt toxici pentru bacteriile anarobe obligatorii, deoarece nu formează enzimele de inactivare corespunzătoare. Bacteriile aerobe inactivează peroxidul de hidrogen și anionul superoxid cu enzimele corespunzătoare (catalaza, peroxidază și superoxid dismutază). Anaerobii facultativi pot crește în prezența sau absența oxigenului, deoarece sunt capabili să treacă de la respirație în prezența oxigenului molecular la fermentație în absența acestuia. Anaerobii facultativi sunt capabili să efectueze respirație anaerobă, numită nitrat: nitratul, care este acceptor de hidrogen, se reduce la azot molecular și amoniac.Dintre anaerobii obligatorii se disting bacteriile aerotolerante, care persistă în prezența oxigenului molecular, dar nu foloseste-l.

Pentru cultivarea anaerobilor în laboratoarele bacteriologice se folosesc anaerostate - recipiente speciale în care aerul este înlocuit cu un amestec de gaze care nu conțin oxigen. Aerul poate fi îndepărtat din mediile de cultură prin fierbere, folosind adsorbanți chimici de oxigen plasați în anaerostate sau alte recipiente cu culturi.

Creșterea și reproducerea bacteriilor

Activitatea vitală a bacteriilor se caracterizează prin creștere - formarea componentelor structurale și funcționale ale celulei și o creștere a celulei bacteriene în sine, precum și reproducere - auto-reproducere, ceea ce duce la creșterea numărului de celule bacteriene în populatie.

Bacteriile se înmulțesc prin împărțire binară la jumătate, mai rar prin înmugurire.

Actinomicetele, ca și ciupercile, se pot înmulți prin spori. Actinomicetele, fiind bacterii ramificate, se inmultesc prin fragmentarea celulelor filamentoase. Bacteriile gram-pozitive se divid prin îngroșarea partițiilor de diviziune sintetizate în celulă, iar bacteriile gram-negative prin constricție, ca urmare a formării unor figuri în formă de gantere, din care se formează două celule identice.

Diviziunea celulară este precedată de replicarea cromozomului bacterian într-o manieră semi-conservativă (catena de ADN dublu catenară se deschide și fiecare catenă este completată cu o catenă complementară), ceea ce duce la o dublare a moleculelor de ADN ale nucleului bacterian - nucleoidul. Replicarea ADN-ului cromozomial se realizează din punctul de plecare ogi (din engleză, origine - început).

Cromozomul unei celule bacteriene este conectat în regiunea cu membrana citoplasmatică. Replicarea ADN-ului este catalizată de ADN polimeraze. În primul rând, are loc derularea (despiralizarea) catenei duble de ADN, rezultând formarea unei furci replicative (lanțuri ramificate); unul dintre lanțuri, completând construcția, leagă nucleotidele de la 5 "- până la capătul Z", celălalt este completat segment cu segment.

Replicarea ADN-ului are loc în trei etape: inițiere, alungire sau creștere în lanț și terminare. Cei doi cromozomi formați ca urmare a replicării diverg, ceea ce este facilitat de o creștere a dimensiunii celulei în creștere: cromozomii atașați la membrana citoplasmatică sau derivații acesteia (de exemplu, mezosomi) se îndepărtează unul de celălalt pe măsură ce volumul celulei. crește. Izolarea lor finală se termină cu formarea unei partiții de constrângere sau divizare. Celulele cu un sept de diviziune diverg ca urmare a acțiunii enzimelor autolitice care distrug miezul septului de diviziune. În acest caz, autoliza poate decurge neuniform: celulele care se divizează într-o zonă rămân conectate printr-o parte a peretelui celular din zona septului de diviziune. Astfel de celule sunt situate într-un unghi unul față de celălalt, ceea ce este caracteristic pentru corinebacteriile difterice.

Reproducerea bacteriilor într-un mediu nutritiv lichid. Bacteriile inoculate într-un anumit volum, neschimbat al mediului nutritiv, înmulțindu-se, consumă substanțe nutritive, ceea ce duce în continuare la epuizarea mediului nutritiv și la încetarea creșterii bacteriene. Cultivarea bacteriilor într-un astfel de sistem se numește cultură în loturi, iar cultura se numește cultură în loturi. Dacă condițiile de cultivare sunt menținute prin furnizarea continuă de mediu nutritiv proaspăt și scurgerea aceluiași volum de lichid de cultură, atunci o astfel de cultivare se numește continuă, iar cultura se numește continuă.

Când bacteriile sunt crescute pe un mediu nutritiv lichid, se observă o creștere a culturii de fund, difuză sau superficială (sub formă de film). Creșterea unei culturi discontinue de bacterii crescute pe un mediu nutritiv lichid este subdivizată în mai multe faze sau perioade:

§ faza de lag;

§ faza de crestere logaritmica;

§ faza de crestere stationara, sau concentratie maxima

§ bacterii;

§ faza de moarte a bacteriilor.

Aceste faze pot fi reprezentate grafic sub forma unor segmente ale curbei de creștere a bacteriilor, reflectând dependența logaritmului numărului de celule vii de momentul cultivării lor. Faza de întârziere (din engleză, lag - lag) - perioada dintre însămânțarea bacteriilor și începutul reproducerii. Durata fazei de întârziere este în medie de 4,5 ore, bacteriile cresc în dimensiune și se pregătesc pentru divizare; cantitatea de acizi nucleici, proteine și alte componente crește. Faza de creștere logaritmică (exponențială) este o perioadă de diviziune intensivă a bacteriilor.

Durata sa este de aproximativ 5,6 ore.În condiții optime de creștere, bacteriile se pot împărți la fiecare 20-40 de minute. În această fază, bacteriile sunt cele mai vulnerabile, ceea ce se explică prin sensibilitatea ridicată a componentelor metabolice ale unei celule în creștere intensivă la inhibitorii sintezei proteinelor, acizii nucleici etc. Durata sa este exprimată în ore și variază în funcție de tipul de bacterii, de caracteristicile acestora și de cultivare. Procesul de creștere bacteriană este finalizat de faza morții, caracterizată prin moartea bacteriilor în condiții de epuizare a surselor de mediu nutritiv și acumularea de produse ale metabolismului bacterian în acesta. Durata sa variază de la 10 ore la câteva săptămâni. Intensitatea creșterii și reproducerii bacteriilor depinde de mulți factori, printre care compoziția optimă a mediului nutritiv, potențialul redox, pH-ul, temperatura etc.

Reproducerea bacteriilor pe un mediu nutritiv dens. Bacteriile care cresc pe medii nutritive solide formează colonii izolate de formă rotunjită, cu margini netede sau inegale (în formă de S și R; vezi capitolul 5), de consistență și culoare variate, în funcție de pigmentul bacterian.

Pigmenții solubili în apă difuzează în mediul de cultură și îl colorează, de exemplu Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonas aeruginosa) colorează albastrul mediu. Un alt grup de pigmenți este insolubil în apă, dar solubil în solvenți organici. Așadar, coloniile „bățului miracol” au un pigment roșu sânge, solubil în alcool. Și, în sfârșit, există pigmenți care nu sunt solubili în apă sau în compuși organici.

Cei mai des întâlniți printre microorganisme sunt pigmenții precum carotenii, xantofilele și melaninele. Melaninele sunt pigmenți insolubili negri, maro sau roșii sintetizati din compuși fenolici. Melaninele, împreună cu catalaza, superoxid cismutază și peroxidazele, protejează microorganismele de efectele radicalilor toxici ai peroxidului de oxigen. Mulți pigmenți au efecte antimicrobiene, asemănătoare antibioticelor.

Tipul, forma, culoarea și alte caracteristici ale coloniilor pe un mediu nutritiv solid pot fi luate în considerare la identificarea bacteriilor, precum și la selectarea coloniilor pentru a obține culturi pure.

În condiții industriale, când se obține biomasă de microorganisme pentru prepararea de antibiotice, vaccinuri, preparate de diagnostic, eubiotice, cultivarea bacteriilor și ciupercilor se realizează în fermentatoare cu respectarea strictă a parametrilor optimi pentru creșterea și reproducerea culturilor (vezi Capitolul 6).

Microbiologie: note de curs Tkachenko Ksenia Viktorovna

1. Morfologia și structura virusurilor

Virușii sunt microorganismele care alcătuiesc regnul Vira.

Caracteristici:

2) nu au propriile sisteme energetice și de sinteză a proteinelor;

3) nu au o organizare celulară;

4) au un mod disjunctiv (deconectat) de reproducere (sinteza proteinelor și acizilor nucleici are loc în diferite locuri și în momente diferite);

6) virusurile trec prin filtre bacteriene.

Virușii pot exista sub două forme: extracelular (virion) și intracelular (virus).

În formă, virionii pot fi:

1) rotunjit;

2) în formă de tijă;

3) sub formă de poligoane regulate;

4) filiforme etc.

Dimensiunile lor variază de la 15-18 la 300-400 nm.

În centrul virionului se află un acid nucleic viral acoperit cu o înveliș proteic - o capsidă, care are o structură strict ordonată. Membrana capsidei este construita din capsomere. Acidul nucleic și învelișul capsidei formează nucleocapsidul.

Nucleocapsidul virionilor complecși este acoperit cu o înveliș exterioară - o supercapsidă, care poate include multe structuri de lipide, proteine și carbohidrați diferite funcțional.

Structura virusurilor ADN și ARN nu diferă fundamental de NK-ul altor microorganisme. Unii virusuri au uracil în ADN-ul lor.

ADN-ul poate fi:

1) dublu catenar;

2) monocatenar;

3) circulară;

4) dublu catenar, dar cu un lanț mai scurt;

5) dublu catenar, dar cu unul continuu, iar cu celălalt lanțuri fragmentate.

ARN poate fi:

1) monocatenar;

2) liniar dublu catenar;

3) liniar fragmentat;

4) circulară;

Proteinele virale sunt clasificate în:

1) genomic - nucleoproteine. Asigurarea proceselor de replicare a acidului nucleic viral și de reproducere virală. Acestea sunt enzime, din cauza cărora are loc o creștere a numărului de copii ale moleculei părinte, sau proteine, cu ajutorul cărora se sintetizează molecule pe matricea de acid nucleic care asigură implementarea informației genetice;

2) proteine ale membranei capsidei - proteine simple cu capacitatea de a se auto-asambla. Se însumează structuri geometrice regulate, în care se disting mai multe tipuri de simetrie: spirală, cubică (formă poligoane regulate, numărul de fețe este strict constant) sau mixtă;

3) proteinele membranei supercapside sunt proteine complexe cu funcții diverse. Datorită acestora, virușii interacționează cu o celulă sensibilă. Ei îndeplinesc funcții de protecție și de receptor.

Printre proteinele membranei supercapside se numără:

a) proteinele de ancorare (la un capăt sunt situate la suprafață, iar la celălalt capăt intră în adâncime; asigură contactul virionului cu celula);

b) enzime (pot distruge membranele);

c) hemaglutinine (provoacă hemaglutinare);

d) elemente ale celulei gazdă.

Din cartea Despre originea speciilor prin selecție naturală sau conservarea raselor favorizate în lupta pentru viață de Darwin Charles

Morfologie. Am văzut că membrii aceleiași clase, indiferent de stilul lor de viață, sunt similari între ei în planul general de organizare. Această asemănare este adesea exprimată prin termenul „unitate de tip” sau printr-o indicație că unele părți și organe din specii diferite ale aceluiași

Din cartea Fundamentals of Neurophysiology autorul Şulgovski Valeri Viktorovici

GLIA - MORFOLOGIE ȘI FUNȚIE Creierul uman este format din sute de miliarde de celule, iar celulele nervoase (neuronii) nu constituie majoritatea. Majoritatea volumului de țesut nervos (până la 9/10 în unele zone ale creierului) este ocupat de celule gliale (din greacă. A lipi). Adevărul este că

Din cartea Microbiologie: note de curs autorul Tkacenko Ksenia Viktorovna

2. Morfologia și ultrastructura bacteriilor 1. Caracteristicile structurii unei celule bacteriene. Organele principale și funcțiile lor Diferențele dintre bacterii și alte celule 1. Bacteriile sunt clasificate ca procariote, adică nu au un nucleu separat. 2. În peretele celular al bacteriilor

Din cartea Microbiologie autorul Tkacenko Ksenia Viktorovna

3.Cultivarea virusurilor Principalele metode de cultivare a virusurilor: 1) biologic - infectia animalelor de laborator. Când este infectat cu un virus, animalul se îmbolnăvește. Dacă boala nu se dezvoltă, atunci modificările patologice pot fi detectate la autopsie. La animale

Din cartea Ecologie generală autorul Chernova Nina Mihailovna

1. Morfologie şi proprietăţi culturale Agentul cauzal aparţine genului Carinobakterium, specia C. difteria.Sunt bastoane subţiri, drepte sau uşor curbate, gram-pozitive. Se caracterizează printr-un polimorfism pronunțat. La capete, îngroșările clavate sunt granule metacromatice de volutină.

Din cartea Biologie [Ghid complet de pregătire pentru examen] autorul Lerner Georgy Isaakovich

1. Morfologie și proprietăți culturale Agentul cauzal aparține genului Mycobakterium, specie de M. tuberculesis.Aceste tije subțiri, ușor curbate, nu formează spori și capsule. Peretele celular este înconjurat de un strat de glicopeptide numite micozide (microcapsule).

Din cartea Călătorie în țara microbilor autorul Betina Vladimir

4. Morfologia bacteriilor, principalele organe Dimensiunile bacteriilor variază de la 0,3-0,5 la 5-10 microni.După forma celulelor, bacteriile se împart în coci, bastonașe și sertizate.Într-o celulă bacteriană sunt: 1) organele principale: (nucleoid, citoplasmă, ribozomi, citoplasmă

Din cartea Cea mai nouă carte de fapte. Volumul 1. Astronomie și astrofizică. Geografie și alte științe ale pământului. Biologie și medicină autorul Kondrașov Anatoli Pavlovici

5. Morfologia bacteriilor, organele suplimentare Villi (pili, fimbriae) sunt excrescențe subțiri de proteine de pe suprafața peretelui celular. Komon-pili sunt responsabili pentru aderența bacteriilor la suprafața celulelor macroorganismului. Sunt caracteristice bacteriilor gram-pozitive.

Din cartea Clematidei autorul Beskaravaynaya Margarita Alekseevna

10. Morfologia virusurilor, tipuri de interactiune a virusului cu celula Virusurile sunt microorganisme care alcatuiesc regnul Virei.Virusii pot exista sub doua forme: extracelular (virion) si intracelular (virus).In forma, virionii pot fi: rotund, în formă de tijă, în formă

Din cartea Logica hazardului [Despre natura și originea evoluției biologice] autorul Kunin Evgheni Viktorovici

Capitolul 6. MORFOLOGIA ADAPTIVĂ A ORGANISMELOR Dintre adaptările animalelor și plantelor la mediu, un rol important joacă adaptările morfologice, adică astfel de trăsături ale structurii externe care contribuie la supraviețuirea și viața de succes a organismelor obișnuite.

Din cartea autorului

ARN infecțios și reconstrucția virusului Dovezile că ARN-ul virusurilor este material genetic ne-au fost furnizate de același TMV. În primul rând, oamenii de știință au reușit să schimbe particulele de TMV eliminând componenta proteică din compoziția lor. În această stare, viruși

Din cartea autorului

Amenințarea virușilor Una dintre cărțile despre viruși se numește corect „Virușii sunt dușmanii vieții”. Și nu numai virușii gripali, ci și alți viruși care infectează oamenii, „pe conștiința” a zeci de mii, și poate milioane de vieți.Rubeola ar trebui considerată o boală nesigură. Acest

Din cartea autorului

Morfologia și biologia Clematis Clematis? plante perene, copleșitor de foioase, mai rar plante veșnic verzi.Sistemul radicular. Clematitele adulte au două tipuri principale de sisteme radiculare: rădăcină și fibroasă. Cu udare limitată (în sud)

Din cartea autorului

Capitolul 10 Lumea virușilor și evoluția ei Per. G. Janusa Virusurile au fost descoperite ca ceva complet neremarcabil, și anume o varietate neobișnuită de agenți infecțioși și, posibil, un tip special de toxine care provoacă boli ale plantelor, cum ar fi mozaicul tutunului. Din moment ce aceşti agenţi

Cuprinsul subiectului „Tipuri de microorganisme. Viruși. Virion.”:
1. Microorganisme. Tipuri de microorganisme. Clasificarea microorganismelor. prionii.
2. Viruși. Virion. Morfologia virusurilor. Dimensiunea virusurilor. Acizii nucleici ai virusurilor.
3. Capside virusului. Funcțiile capside ale virusurilor. Capsomere. Nucleocapside virusurilor. Simetria spirală a nucleocapsidei. Simetria cubică a capsidei.
4. Supercapside virusului. Viruși îmbrăcați. Virușii gol. Proteinele matricei (proteine M) ale virusurilor. Reproducerea virusurilor.
5. Interacțiunea virusului cu celula. Natura interacțiunii virus-celulă. Interacțiune productivă. Virogenie. Interferența virusului.
6. Tipuri de infecție celulară cu viruși. Ciclul reproductiv al virusurilor. Principalele etape ale reproducerii virusurilor. Adsorbția virionului la celulă.
7. Pătrunderea virusului în celulă. Viropexis. Dezbracarea virusului. Faza de umbră (faza de eclipsă) a reproducerii virale. Formarea particulelor virale.
8. Transcrierea virusului în celulă. Difuzarea de viruși.
9. Replicarea virusului în celulă. Construiți viruși. Eliberarea virionilor fiice din celulă. Viruși. Virion. Morfologia virusurilor. Dimensiunea virusurilor. Acizii nucleici ai virusurilor.

forma extracelulara - virion- cuprinde toate elementele constitutive (capsidă, acid nucleic, proteine structurale, enzime etc.). forma intracelulara - virus- poate fi reprezentat de o singură moleculă de acid nucleic, întrucât, pătrunzând în celulă, virionul se descompune în elementele sale constitutive.

Morfologia virusurilor. Dimensiunea virusurilor.

Acizii nucleici ai virusurilor

Viruși conțin un singur tip de acid nucleic, DIC sau ARN, dar nu ambele tipuri în același timp. De exemplu, virușii variolei, herpes simplex, Epstein-Barr - care conțin ADN și togavirusuri, picornavirusuri - care conțin ARN. Genomul particulei virale este haploid. Cel mai simplu genom viral codifică 3-4 proteine, cel mai complex - mai mult de 50 de polipeptide. Acizii nucleici sunt reprezentați de molecule de ARN monocatenar (excluzând reovirusurile, în care genomul este format din două catene de ARN) sau de molecule de ADN dublu catenar (excluzând parvovirusurile, în care genomul este format dintr-o catenă de ADN). În virusul hepatitei B, catenele moleculei de ADN dublu catenar nu au aceeași lungime.

ADN viral formează structuri circulare, legate covalent, supracoilate (de exemplu, în papovavirusuri) sau liniare dublu catenare (de exemplu, în herpes și adenovirusuri). Greutatea lor moleculară este de 10-100 de ori mai mică decât cea a ADN-ului bacterian. Transcrierea ADN-ului viral (sinteza ARNm) se realizează în nucleul unei celule infectate cu virus. În ADN-ul viral, la capetele moleculei există secvențe de nucleotide care se repetă drepte sau inversate (desfășurate la 180"). Prezența lor asigură capacitatea moleculei de ADN de a se închide într-un inel. Aceste secvențe, prezente în mod simplu și dublu. moleculele de ADN catenar, sunt markeri particulari ai ADN-ului viral.

Orez. 2-1. Dimensiunile și morfologia principalilor agenți cauzali ai infecțiilor virale umane.

ARN viral sunt reprezentate de molecule monocatenar sau dublu. Moleculele monocatenar pot fi segmentate - de la 2 segmente în arenovirusuri la 11 în rotavirusuri. Prezența segmentelor duce la creșterea capacității de codare a genomului. ARN viral subdivizat în următoarele grupe: ARN cu catenă plus (+ ARN), ARN cu catenă minus (-ARN). La diferite virusuri, genomul poate forma catene + ARN sau -ARN, precum și catene duble, dintre care una este -ARN, cealaltă (complementară acestuia) - + ARN.

Plus catenă de ARN sunt reprezentate de lanțuri simple cu terminații caracteristice („caps”) pentru recunoașterea ribozomilor. Acest grup include ARN-uri care pot traduce direct informațiile genetice pe ribozomii unei celule infectate cu virus, adică îndeplinesc funcțiile ARNm. Catenele Plus îndeplinesc următoarele funcții: servesc ca ARNm pentru sinteza proteinelor structurale, o matrice pentru replicarea ARN și sunt împachetate într-o capsidă pentru a forma o populație fiică. Catenele minus de ARN nu sunt capabile să traducă informațiile genetice direct pe ribozomi, adică nu pot funcționa ca ARNm. Cu toate acestea, astfel de ARN servesc ca șablon pentru sinteza ARNm.

Infectivitate a acizilor nucleici virali

Mulți acizi nucleici virali infecțioase în sine, deoarece conțin toată informația genetică necesară pentru sinteza de noi particule virale. Această informație se realizează după pătrunderea virionului în celula sensibilă. Proprietățile infecțioase sunt arătate de acizii nucleici ai majorității virusurilor care conțin + ARN și ADN. ARN-urile dublu catenare și majoritatea -ARN-urile nu sunt infecțioase.

Ritmul rapid de dezvoltare a virologiei în a doua jumătate a secolului XX. a făcut posibilă obținerea celor mai importante informații despre structura și compoziția chimică a diferitelor virusuri, inclusiv genomul acestora, precum și despre natura interacțiunii cu celulele gazdă. Materialele obținute indică faptul că virusurile există în două forme calitativ diferite: extracelular - virion și intracelular - virus. Virionul celui mai simplu virus este o nucleoproteină, care include un genom viral protejat de o înveliș proteic - o capsidă. În același timp, virusul intracelular este o formă de auto-replicare care nu este capabilă de diviziune binară.

Astfel, în definiția unui virus, se stabilește o diferență fundamentală între forma celulară a microorganismelor care se înmulțesc prin fisiune binară și forma de replicare, care se reproduce numai din acidul nucleic viral. Cu toate acestea, diferența calitativă dintre virușii pro- și eucariote nu se limitează doar la această latură, ci include o serie de altele:

prezența unui tip de acid nucleic (ADN sau ARN);

lipsa structurii celulare și a sistemelor de sinteză a proteinelor;

capacitatea de a se integra în genomul celular și de a se replica sincron cu acesta.

În același timp, virusurile diferă de repliconii obișnuiți, care sunt moleculele de ADN ale tuturor microorganismelor și ale oricăror alte celule, precum și plasmidele și transpozonii, deoarece acești repliconi sunt biomolecule care nu pot fi clasificate ca materie vie.

Clasificarea și taxonomia virusurilor. Virușii alcătuiesc regnul Vira, care este subdivizat după tipul de acid nucleic în două subregii - ribovirusuri și deoxiribovirusuri. Subregatele sunt împărțite în familii, care la rândul lor sunt subdivizate în genuri. Conceptul tipului de viruși nu a fost încă formulat clar, precum și desemnarea diferitelor tipuri.

Ca caracteristici taxonomice, o importanță primordială este acordată tipului de acid nucleic și caracteristicilor sale biologice moleculare: dublu catenar, monocatenar, segmentat, nesegmentat, cu secvențe repetitive și inversate etc. Cu toate acestea, în munca practică, caracteristicile a virusurilor obținute în urma microscopiei electronice și a studiilor imunologice: morfologia, structura și dimensiunea virionului, prezența sau absența învelișului extern (supercapside), antigene, localizarea intranucleară sau citoplasmatică etc. Alături de semnele menționate, se tine cont de rezistenta la temperatura, pH, detergenti etc.

În prezent, virușii umani și animale sunt incluși în 18 familii. Apartenența virusurilor la anumite familii este determinată de tipul de acid nucleic, structura acestuia, precum și de prezența sau absența unui înveliș exterior. La determinarea apartenenței la familia de retrovirusuri, trebuie luată în considerare prezența transcriptazei inverse.

Morfologia și structura virionilor

Dimensiunile virionilor diferitelor virusuri variază foarte mult: de la 15-18 la 300-400 nm. Au o varietate de forme: în formă de baston, filamentos, paralelipiped sferic, spermatozoid (Fig. 5.1). Structura unui virion simplu - o nucleocapsidă - indică faptul că acidul nucleic viral - ADN sau ARN - este protejat în mod fiabil de o înveliș proteic - o capsidă. Acesta din urmă are o structură strict ordonată, care se bazează pe principiile simetriei spiralate sau cubice. Capsidele virionilor în formă de baston și filamentoși constau din subunități structurale dispuse în spirală în jurul unei axe. Cu această aranjare a subunităților, se formează un canal gol, în interiorul căruia molecula de acid nucleic viral este compactă. Lungimea sa poate fi de multe ori mai mare decât lungimea virionului în formă de tijă. De exemplu, lungimea virusului mozaic al tutunului (TMV) este de 300 nm, iar ARN-ul său ajunge la 4000 nm sau 4 μm. În acest caz, ARN-ul este atât de legat de capsidă încât nu poate fi eliberat fără deteriorarea acesteia din urmă. Capside similare se găsesc în unele virusuri bacteriene și în viruși umani (de exemplu, virusul gripal).

Structura sferică a virionilor este determinată de capside, construită după principiile simetriei cubice, care se bazează pe figura icosaedrului - unul cu douăzeci de laturi. Capsida este formată din subunități asimetrice (molecule polipeptidice), care sunt combinate în subunități morfologice - capsomere. Un capsomer conține 2, 3 sau 5 subunități situate de-a lungul axelor de simetrie corespunzătoare ale icosaedrului. În funcție de tipul de rearanjare și de numărul de subunități, numărul de capsomere va fi de 30, 20 sau 12. În fig. 5.1 prezintă tipurile posibile de virioni simpli, formați dintr-un anumit număr de capsomeri, reprezentați sub formă de bile, precum și capsomeri cu volum crescător.

Virionii cu o capsidă complexă construită din mai mult de 60 de subunități structurale conțin grupuri de 5 subunități - pentameri, sau de 6 subunități - hexameri. Nucleocapsidul virionilor complecși, numit „miez”, este acoperit cu o înveliș exterioară - o supercapsidă.

Compoziția chimică a virionilor

Virionii simpli conțin un tip de acid nucleic - ARN sau ADN - și proteine. În virionii complecși, învelișul exterior conține lipide și polizaharide, primele sunt obținute din celulele gazdă, cele din urmă sunt codificate în genomul virusului sub formă de glicoproteine.

ADN viral. Greutatea moleculară a ADN-ului diferiților virusuri variază foarte mult (1 * 106-1 * 108). Este de aproximativ 10-100 de ori mai mică decât greutatea moleculară a ADN-ului bacterian. Genomul virusurilor conține până la câteva sute de gene. În ceea ce privește structura lor, ADN-urile virale sunt caracterizate printr-o serie de trăsături, ceea ce face posibilă subdivizarea lor în mai multe tipuri. Acestea includ ADN-ul dublu și simplu catenar, care poate fi liniar sau circular.

Deși secvențele de nucleotide apar o singură dată în fiecare catenă de ADN, există repetări drepte sau inversate (rotate cu 180 °) la capete. Ele sunt reprezentate de aceleași nucleotide care se află în regiunea inițială a ADN-ului. Repetările de nucleotide, inerente atât ADN-ului viral monocatenar, cât și dublu catenar, sunt un fel de markeri care disting ADN-ul viral de cel celular. Semnificația funcțională a acestor repetări este capacitatea de a se închide într-un inel. În această formă, este replicat, transcris, devine rezistent la endonucleaze și poate fi încorporat în genomul celular.

ARN viral.În virusurile ARN, informația genetică este codificată în ARN de același cod ca și în ADN-ul tuturor celorlalți virusuri și organisme celulare. În ceea ce privește compoziția lor chimică, ARN-urile virale nu diferă de ARN-urile de origine celulară, dar se caracterizează printr-o structură diferită. În plus față de ARN-ul monocatenar tipic, un număr de virusuri au ARN dublu catenar. În plus, poate fi liniar și circular. Ca parte a ARN-urilor monocatenar, există regiuni elicoidale, cum ar fi o dublă helix de ADN, formată ca rezultat al împerecherii bazelor azotate complementare. ARN-urile monocatenar, în funcție de funcțiile pe care le îndeplinesc, sunt împărțite în două grupe.

Morfologia și structura virusurilor sunt studiate cu ajutorul unui microscop electronic, deoarece dimensiunea lor este mică și comparabilă cu grosimea membranei bacteriene.

Forma virionilor poate fi diferită: în formă de baston (virusul mozaic al tutunului), în formă de glonț (virusul rabiei), sferică (virusurile poliomielitei, HIV), sub formă de spermatozoid (mulți bacteriofagi) (Fig. 8).

Orez. 8. Forme de virioni:

1 virus variolei; 2 virus herpes; 3 adenovirus; 4 papovavirus; 5 hepadnavirus; 6 paramixovirus; 7 virus gripal; 8 coronavirus; 9 arenavirus; 10 retrovirus;

Dimensiunile virusurilor sunt determinate cu ajutorul microscopiei electronice, prin ultrafiltrare prin filtre cu diametru cunoscut al porilor, prin ultracentrifugare. Unele dintre cele mai mici virusuri sunt poliomielita și febra aftoasă (aproximativ 20 nm), circovirusurile (16 nm), cel mai mare virus variolic (aproximativ 350 nm). Virușii au un genom unic, deoarece conțin fie ADN, fie ARN. Prin urmare, se face o distincție între virusurile care conțin ADN și cele care conțin ARN. De obicei sunt haploide, adică au un singur set de gene. Genomul virusurilor este reprezentat de diverse tipuri de acizi nucleici: dublu catenar, monocatenar, linear, circular, fragmentat.

Distingeți între virusurile simple (de exemplu, virusul poliomielitei) și cele complexe (de exemplu, gripa, rujeola). În virusurile aranjate simplu, acidul nucleic este legat de o membrană proteică numită capsidă (din latinescul capsa sheath). Capsida este formată din subunități morfologice repetate ale capsomerelor. Acidul nucleic și capsida interacționează între ele pentru a forma o nucleocapsidă. În virusurile complexe, capsida este înconjurată de un înveliș suplimentar de lipoproteină, o supercapsidă (un derivat al structurilor membranare ale celulei gazdă), care are vârfuri. Capside și supercapside protejează virionii de influențele mediului, provoacă interacțiune selectivă (adsorbție) cu celulele și determină proprietățile antigenice și imunogene ale virionilor. Structurile interne ale virușilor se numesc nucleu.

Virionii sunt caracterizați prin tipuri de simetrie spirală, cubică și complexe de capside. Tipul de simetrie spirală se datorează structurii elicoidale a nucleocapsidei, formării cubice a unui corp gol izometric dintr-o capsidă care conține acid nucleic viral.

În plus față de virușii obișnuiți, așa-numiții viruși non-canonici, prionii, sunt particule infecțioase proteice sub formă de fibrile cu dimensiunea de 10–20 x 100–200 nm. Prionii, aparent, sunt atât inductori, cât și produși ai genei autonome umane sau animale și provoacă encefalopatie la ei în condițiile unei infecții virale lente (boala Creutzfeldt Jakob, kuru etc.). Alți agenți neobișnuiți apropiați de viruși sunt viroizii, molecule mici de ARN circular, supercoiled, care nu conțin proteine, care provoacă boli la plante.