Использование вирусов и одноклеточных водорослей в биотехнологиях

Водоросли широко используются в биотехнологии.

С целью практического использования почвенных водорослей осуществляют регулирование динамики развития водорослей в почве для увеличения численности водорослей и увеличения накопления органического вещества в почве.

Сильными стимуляторами развития водорослей являются минеральные удобрения, действующие избирательно: азотные удобрения способствуют развитию зеленых и большинства синезеленых водорослей; фосфор и калий увеличивают численность азотфиксирующих синезеленых; калий стимулирует развитие диатомовых и иногда синезеленых водорослей.

Известкование кислых почв приводит к резкому возрастанию численности и разнообразия диатомей и азотфиксирующих синезеленых водорослей.

Альголизацию почвы проводят водорослями, выращенными в массовых количествах в специальных емкостях в производственных условиях.

С целью стимуляции роста корневой системы высших растений и повышения урожайности проводят предпосевную обработку культурами водорослей.

Водоросли используют как компоненты бактериальных удобрений и как биологические индикаторы. Водоросли могут быть использованы как индикаторы степени обсеменения среды бактериями и грибами различного систематического положения.

Микроскопические водоросли способны к синтезу веществ, обладающих стимулирующими или ингибирующими свойствами по отношению не только к другим видам водорослей или иных микроорганизмов, но и по отношению к высшим растениям.

Хлорелла синтезирует 13 витаминов из групп А, В, С, Д, К, никотиновую, пантеоновую, фолиевую кислоты, лейкофорин и биотин. При этом, витамина С в ее клетках (в весовых отношениях) содержится почти столько же, сколько в лимонах.

Кроме получения витаминов, водоросли в биотехнологии используются и как источники белков, незаменимых аминокислот, антибиотиков.

Синезеленые водоросли в водных культурах оказывают стимулирующее действие на рост хлопчатника. Так, живые клетки Nostoc punctiphorme и автолизированные клетки Anabaena oscillarioides более чем в 1,5 раза усиливают рост этих растений.

Водоросли могут оказывать влияние на плодородие почвы и через стимуляцию полезной спонтанной микрофлоры.

В ризосфере растений обнаруживается гораздо больше живых водорослей, чем вне зоны ее корней. Внесение водорослей, особенно совместно с азотбактеринеом, вызывает усиление развития олигонитофилов, аммонификаторов и других групп микроорганизмов. Усиливается развитие гетеротрофных азотфиксаторов.

Во многих случаях применение водорослей в качестве живого микроудобрения способствует прибавлению урожая и повышает плодородие почвы.

Водоросли составляют начало пищевых цепей, являясь пищей гетеротрофных микроорганизмов.

Органическое вещество водорослей прямо или косвенно пополняет запасы органического вещества почвы – происходит увеличение гумуса за счет деятельности водорослей. Слизистые вещества водорослей влияют на физические и химические свойства почвы. Способность водорослей к образованию биологически активных веществ позволяет предположить прямое влияние водорослей на высшие растения и особенно прорастающие семена.

Установлено, что зеленые водоросли Chlorella vulgaris, Scenedesmus obliguus и их метаболиты, внесенные в почву, повышают активность сапрофитной микрофлоры, в частности грибов. Одновременно при этом снижается количество патогенных микроорганизмов, вызывающих болезни растений.

Зеленая водоросль хлорелла оказывает влияние на численность микроорганизмов. Под влиянием внесенной культуры хлореллы происходит перераспределение разных групп почвенных микроорганизмов.

Являясь постоянным источником веществ и энергии для почвенных гетеротрофов (бактерий, простейших, коловраток, нематод, дождевых червей и пр.), водоросли тем самым являются стимуляторами биологической активности почвы и должны рассматриваться как важный фактор процесса почвообразования и самоочистки почвы.

В биотехнологии такие водоросли, как хлорелла и протококковые, используются как биостимуляторы роста животных и птиц.

Внесение в почву, загрязненную нефтью, накопительной культуры микроорганизмов в сочетании с водорослями, а также с простейшими, стимулирует дыхание почвы, способствует повышению численности актиномицетов и микроорганизмов, использующих азот в органических и минеральных соединениях, разлагающих целлюлозу и окисляющих нефть, способствует ускорению самоочищения почвы от нефти.

Синезеленые водоросли и, несколько в меньшей степени, диатомовые водоросли играют существенную роль в обогащении пойменных почв органическим веществом. Водоросли создают вокруг себя среду чрезвычайно насыщенную разнообразными органическими веществами, многие из которых способны поглощать и удерживать большое количество воды и становятся ценообразователями.

Внесение в почву синезеленых водорослей, как правило, сопровождается усиленным развитием почвенной микрофлоры, в частности азотобактера, клостридий, олигонитрофилов, нитрофикаторов. Постоянными спутниками синезеленых водорослей в природных условиях являются не только бактерии, но и грибы.

Массовое культивирование азотфиксирующих синезеленых водорослей проводится для повышения плодородия почвы.

В настоящее время в биотехнологии массовое культивирование одноклеточных зеленых водорослей проводится с целью получения продуктов питания, кормов, органических веществ и биологической очистки сточных вод.

Биологический метод очистки сточных вод имеет большое преимущество, по сравнению с химическим и механическим методами.

Биологический метод с применением водорослей и высших водных растений ускоряет очистку сточных вод и сильно снижает концентрацию органо – минеральных веществ путем их поглощения. Сточные воды после биологической очистки оздоровляются, их санитарно – биологическое состояние улучшается в связи с появлением биологически активных веществ.

После биологической очистки в сточных водах исчезают различные патогенные микроорганизмы, появляются гидробионты (бактерии, фито- и зоопланктон, зообентос), в дальнейшем играющие главную роль в процессах самоочищения воды.

При применении биологического метода огромное количество сточных вод очищается, обеззараживается и становится возможным спуск воды в открытые водоемы.

Биологический метод очистки сточных вод охраняет открытые водоемы от загрязнения промышленными, коммунальными и бытовыми сточными водами.

Симбиотическое размножение одноклеточных зеленых водорослей и аэробных бактерий осуществляется для обеззараживания бытовых и промышленных вод с дальнейшим использованием растительного планктона.

В настоящее время для биологической очистки сточных вод стали применять протококковые водоросли. Эффект очистки достигается благодаря своеобразным симбиотическим взаимоотношениям между гетеротрофными бактериями (в процессе жизнедеятельности которых разрушается органическое вещество) и автотрофными водорослями, которые в процессе фотосинтеза из продуктов минерализации органических веществ загрязнения, вновь создают для себя органические вещества.

Водоросли успешно выращиваются на стоках дрожжевых, спиртовых и пивоваренных заводов, заводов по производству искусственного волокна, на сточных водах угольных шахт, предприятий первичной обработки шерсти, молочных заводов, целлюлозо – бумажного производства, крахмало – паточных и сахарных заводов, а также стоков многих других предприятий.

В сточных водах одноклеточные водоросли питаются гетеротрофно, миксотрофно и автотрофно. Водоросли извлекают из окружающей среды необходимые питательные вещества всей поверхностью своего тела.

Источником углерода для них в процессе фотосинтеза является углекислота. Водоросли могут использовать хлористый аммоний1, углекислый аммоний, способны также утилизировать некоторые органические соединения азота (мочевину, аспарагин, глютамин, пептон, альбумин и др.). Зеленые водоросли интенсивнее развиваются на органическом азоте, чем на минеральном.

Хорошие результаты получены при использовании симбиотической смеси, содержащей водоросли и активный ил. При доминировании в такой смеси Chlorella, Scenedesmus, Anaboena, Oscilatoria загрязнение снижается до 80 – 90%. Симбиотический активный ил более полно, чем бактериальный, извлекает биогенные элементы.

Культуральные штаммы Chlorella и Scenedesmus добавленные в водоем, загрязненный нефтью, удаляют нефтепродукты, устраняют запах керосина.

Эти водоросли способствуют очищению воды от кишечной микрофлоры и обогащают воду кислородом.

Предполагают, что гибель бактерий может быть связана с тем, что в процессе жизнедеятельности водоросли выделяют в среду метаболиты токсичные для бактерий. Гибель бактерий может быть связана и с высоким окислительно – восстановительным потенциалом, устанавливающимся в зоне интенсивно развивающихся водорослей.

Применение смеси водорослей (хлорелла, сценедесмус, синезеленые, диатомовые) с бактериями, жгутиковыми и инфузориями в количестве нескольких миллионов клеток на один литр сточной воды ускоряет очистку в контактных биопрудах в 1,5 – 2,0 раза.

Водоросли не толь активно поглощают различные примеси, содержащиеся в сточных водах, но и способствуют их интенсивному окислению и минерализации, выделяя большое количество кислорода при фотосинтезе.

Chlorella и Scenedesmus хорошо развиваются и очищают воду открытых водоемов при наличии фенола в количестве в десятки раз превосходящем предельно допустимые концентрации.

В зависимости от происхождения и состава загрязненных вод с целью очистки их возможно использование и нитчатых зеленых водорослей.

Доочистку сточных вод от минеральных и органических веществ можно производить применяя культиваторы зеленых нитчатых водорослей, которые обеспечивают максимальную эффективность очистки воды, проходящей через биопоглотитель. Изъятая после этого биомасса зеленых нитчатых водорослей может быть использована как дополнительный источник содержащего белок корма, богатого каротином и витаминами группы В.

Такой способ целесообразен на животноводческих фермах.

Второй способ использования зеленых нитчатых водорослей при очистке водя связан с непосредственным их культивированием в водоеме. Зеленые нитчатые водоросли, особенно Cladophora facta, активно поглощают калий, серу, кальций, кобальт, цинк, кадмий, стронций, рубидий, свинец и др.

Поглощение этих веществ нитчатыми водорослями осуществляется более интенсивно, чем одноклеточными Поглощение органических веществ нитчатыми водорослями связано с их гетеротрофным типом питания.

Простейшие в биотехнологии

Простейшие относятся к числу нетрадиционных объектов биотехнологии. До недавнего времени они использовались лишь как компонент активного ила при биологической очистке сточных вод. В настоящее время они привлекли внимание исследователей как продуценты биологически активных веществ.

В этом качестве рациональнее использовать свободноживущих простейших, обладающих разнообразными биосинтетическими возможностями и потому широко распространенными в природе.

Особую экологическую нишу занимают простейшие, обитающие в рубце жвачных животных. Они обладают ферментом целлюлазой, способствующей разложению клетчатки в желудке жвачных. Простейшие рубца могут быть источником этого ценного фермента

Возбудитель южноамериканского трипаносомоза — Trypanosoma (Schizotrypanum cruzi) стала первым продуцентом противоопухолевого препарата круцина (СССР) и его аналога—трипанозы (Франция). Изучая механизм действия этих препаратов, советские ученые (Г. И. Роскин, Н. Г. Клюева и их сотрудники), а также их французские коллеги (Ж. Кудер, Ж. Мишель-Брэн и др.) пришли к выводу, что эти препараты оказывают цитотоксический эффект при прямом контакте с опухолью и ингибируют ее опосредованно, путем стимуляции ретикулоэндотелиальной системы. Выяснилось, что ингибирующее действие связано с жирнокислотными фракциями.

Водоросли используются, в основном, для получения белка. Весьма перспективны в этом отношении и культуры одноклеточных водорослей, в частности высокопродуктивных штаммов рода Chlorella и Scenedesmus. Их биомасса после соответствующей обработки используется в качестве добавки в рационы скота, а также в пищевых целях.

Одноклеточные водоросли выращивают в условиях мягкого теплого климата (Средняя Азия, Крым) в открытых бассейнах со специальной питательной средой. К примеру, за теплый период года (6—8 месяцев) можно получить 50—60 т биомассы хлореллы с 1 га, тогда как одна из самых высокопродуктивных трав — люцерна дает с той же площади только 15— 20 т урожая.

Хлорелла содержит около 50 % белка, а люцерна — лишь 18 %. В целом в пересчете на 1 га хлорелла образует 20—30 т чистого белка, а люцерна — 2—3,5 т. Кроме того, хлорелла содержит 40 % углеводов, 7—10 % жиров, витамины А (в 20 раз больше), B2, К, РР и многие микроэлементы. Варьируя состав питательной среды, можно процессы биосинтеза в клетках хлореллы сдвинуть в сторону накопления либо белков, либо углеводов, а также активировать образование тех или иных витаминов.

При завоевании племен майя миссионерами описывался случай, когда испанцы около полутора лет осаждали крепость на вершине горы. Естественно, что все продукты давно должны были кончиться, однако крепость не сдавалась. Когда же она была наконец взята, то испанцы с удивлением увидели в ней небольшие пруды, где культивировались одноклеточные водоросли, из которых индейцы готовили особый сыр. Испанцы попробовали его и нашли весьма приятным на вкус. Однако это было уже после того, как испанцы уничтожили абсолютно всех защитников и секрет племени был утерян. В наше время делались попытки определить этот вид водорослей, из которых готовился сыр, но они не увенчались успехом.

В пищу употребляют около 100 видов макрофитных водорослей

В целом ряде стран водоросли используют как весьма полезную витаминную добавку к кормам для сельскохозяйственных животных.

Наряду с кормами водоросли давно применяют в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Биомасса обогащает почву фосфором, калием, йодом и значительным количеством микроэлементов, пополняет также ее бактериальную, в том числе азотфиксирующую, микрофлору. При этом в почве водоросли разлагаются быстрее, чем навозные удобрения, и не засоряют ее семенами сорняков, личинками вредных насекомых, спорами фитопатогенных грибов.

Одним из самых ценных продуктов, получаемых из красных водорослей, является агар — полисахарид, присутствующий в их оболочках и состоящий из агарозы и агаропектина. Количество его доходит до 30—40 % от веса водорослей (водоросли лауренция и грацилярия, гелидиум). Водоросли — единственный источник получения агара, агароидов, каррагинина, альгинатов. В мире ежегодно получается более 16 тыс. т агара.

Бурые водоросли являются единственным источником получения одних из самых ценных веществ водорослей — солей альгиновой кислоты, альгинатов. Альгиновая кислота — линейный гетерополисахарид, построенный из связанных остатков (3 — Д-маннуроновой и α — L-гиулуроновой кислот.

Альгинаты исключительно широко применяются в народном хозяйстве. Это изготовление высококачественных смазок для трущихся деталей машин, медицинские и парфюмерные мази и кремы, синтетические волокна и пластики, стойкие к любой погоде лакокрасочные покрытия, не выцветающие со временем ткани, производство шелка, клеящих веществ исключительно сильного действия, строительных материалов, пищевые продукты отличного качества — фруктовые соки, консервы, мороженое, стабилизаторы растворов, брикетирование топлива, литейное производство и многое другое. Альгинат натрия — наиболее используемое соединение — способен поглощать до 300 весовых единиц воды, образуя при этом вязкие растворы.

Бурые водоросли богаты также весьма полезным соединением — шестиатомным спиртом маннитом, который с успехом применяют в пищевой промышленности, фармацевтике, при производстве бумаги, красок, взрывчатки и др.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО БИОТЕХНОЛОГИИ Вариант № 8

студент группы 03031052

заочной формы обучения

Распопова марина Александровна

Белгород 2015 г.

Вариант №8

Вопрос №1: Вирусы и бактериофаги. Использование в биотехнологии.

Вирусы – это группа ультрамикроскопических облегантных (строгих) внутриклеточных паразитов, способных размножаться только в клетках живых организмов: многоклеточных и одноклеточных.

Среди микробов вирусы характеризуются наименьшей величиной – они измеряются в нанометрах (нм), и облигатным паразитизмом. Последний признак положен в основу классификации их на вирусы бактерий, или бактериофаги, вирусы растений и вирусы животных; имеются также и вирусы грибов.

Каждый вирион в очищенном виде представляет собой истинный кристалл, который построен из нуклеиновой кислоты и белка, не связанных друг с другом ковалентными связями. Понятие "вирион" относится к интактной вирусной частице (от лат. intactus – нетронутый, неповрежденный), способный к инфицированию или заражению.

Нуклеиновые кислоты – вещества наследственности вирусов. По типу нуклеиновой кислоты их подразделяют на РНК-содержащие вирусы и ДНК-содержащие вирусы. К первым относят все вирусы растений, ко вторым – большинство бактериофагов, ряд вирусов человека и животных (аденовирусы, вирусы герпеса, осповакцины и др.).

Белок структурируется вокруг вирусной нуклеиновой кислоты (генома) в виде оболочки и называется капсидом. Форма вириона определяется его капсидом. Вместе с нуклеиновой кислотой капсид образует нуклеокапсид.

Примерный перечень вирусов включает 17 семейств вирусов позвоночных и 7 семейств вирусов беспозвоночных животных, 10 семейств вирусов бактерий. Описаны 20 родов вирусов растений и 5 родов вирусов грибов. Классификационные схемы вирусов до конца еще не устоявшиеся, к тому же открывают новые для науки вирусы (пример с вирусами эбола, иммунодефицита человека). Представителями ДНК-содержащих вирусов являются вирусы контагиозного моллюска, оспы, герпеса, большинство фагов бактерий; РНК-содержащими являются вирусы растений, вирусы гриппа человека, бешенства, полиомиелита и др.

Вироиды. По молекулярной структуре вироиды представляют собой одноцепочечные, ковалентно замкнутые, кольцевые молекулы РНК, лишенные капсидов. Число нуклеотидов в таких РНК находится в пределах 240-400. По форме вироиды могут быть линейные и кольцевидные, они способны принимать шпилечную, квазидвухцепочечную конформацию (от лат. quasi – якобы, как-будто, почти, близко; conformatio – форма, расположение). Каждый тип вироида содержит уникальный, только ему присущий, особый вид низкомолекулярной РНК. Размеры вироидов находятся в пределах 15 нм. В чувствительных клетках растений-хозяев они сосредоточиваются в ядре, ассоциируясь с ядрышком в виде белково-нуклеинового комплекса, и реплицируются автономно целиком при помощи предшествующих или активированных ферментов хозяина. Вироиды не транслируются. Это подтверждается структурным сходством их между собой и отсутствием у ряда вироидов кодонов-инициаторов. В то же время репликация происходит благодаря транскрипции последовательностей вироидных РНК с РНК-матриц при участии РНК-полимераз.

Бактериофаги переводятся с греческого языка как "пожиратель бактерий". Они относятся к особым представителям царства вирусов, однако в отличие от других видов, бактериофаги умеют использовать бактериальные клетки для размножения.Бактериофаги очень мелкие, неклеточные организмы. Средняя величина одного экземпляра 0,1-0,2 миллимикрона, а проще говоря, миллионные доли миллиметра, что составляет 1/100 часть от клетки обычной бактерии размером около пяти микрон. Внешний вид бактериофагов тоже непривычный. Среди них есть роскошные кристаллы, с четкими гранями, расположенные на ножках, словно космические корабли. Их стенки состоят из белковых молекул, а внутри расположена бесценная генная информация - дезоксирибонуклеиновая кислота и рибонуклеиновая кислота, или же ДНК и РНК. Среда обитания, как и морфология, бактериофагов очень разнообразна. Их можно встретить везде, где обитают бактерии - в земле, воздухе, воде, в атмосферных осадках, на предметах, одежде и еде, на шерсти животных и коже, а также внутри нашего организма.Словом, там, где много микроорганизмов, можно встретить много бактериофагов. Самым излюбленным местом обитания фагов является вода и почва с органическими удобрениями и чернозем.

Использование вирусов и бактериофагов в биотехнологии.

ВНИМАНИЕ! САЙТ ЛЕКЦИИ.ОРГ проводит недельный опрос. ПРИМИТЕ УЧАСТИЕ. ВСЕГО 1 МИНУТА.

Вирусы являются паразитами и могут размножаться только в клетках других организмов. Вне клеток вирусы представляют собой комплексы нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) с белком. Они не являются организмами в полном смысле слова, так как не имеют свойственных клеткам органелл, не обладают собственным обменом веществ и живут и размножаются в клетках животных, человека, растений, бактерий, используя для своей жизнедеятельности ресурсы и обменные процессы этих клеток.

Бактерии являются доядерными организмами (прокариотами), так как у них имеется примитивное ядро без оболочки, ядрышка, гистонов, а в цитоплазме отсутствуют высокоорганизованные органеллы <митохондрии, лизосомы, аппарат Гольджи и др.)

К растениям относятся водоросли, являющиеся водными организмами, и высшие растения, обитающие преимущественно на суше. Водоросли не имеют органов и тканей и состоят из недифференцированных (одинаковых) клеток. Высшие растения являются многоклеточными организмами, имеющими специализированные органы - корни, стебли, листья. Они состоят из тканей, образованных специализированными клетками. Растения служат поставщиками питательных веществ для других организмов.

Грибы сочетают в себе черты клеток растений и животных. Они имеют клеточное ядро и, как у растений, прочную клеточную стенку. Как клетки животных, они способны синтезировать полисахариды - хитин и гликоген и нуждаются в некоторых витаминах. Особенно интересны для биотехнологии микроскопические грибы - дрожжи, плесневые и другие микроорганизмы, применяемые в хлебопекарной, пивоваренной и молочной промышленности, а также для получения органических кислот, спиртов, антибиотиков, кормового белка, различных биологически активных веществ.

Животные состоят из двух основных групп: простейших (одноклеточных) и высших (многоклеточных). Их клетки, как и клетки растений, являются ядерными. Поскольку многие простейшие являются паразитами и возбудителями болезней высших животных и человека, культивирование их на искусственных средах затруднено. Они используются в основном в токсикологических исследованиях.

Основными технологическими принципами, используемыми в биотехнологии, являются:

а) брожение (ферментация);

б) биоконверсия (превращение одного вещества в другое);

в) культивирование бактерий, вирусов, растительных и животных клеток;

г) генетическая инженерия.

Простейшим способом получения биотехнологической продукции является использование животных и их органов и тканей. Ткани высших животных являются источниками белка, липидов, некоторых витаминов. Например, иммунные сывороточные препараты получают из крови иммунизированных животных (лошадей, кроликов); гормон инсулин - из поджелудочных желез крупного рогатого скота и свиней. Гормон роста получают из гипофиза умерших людей; для получения препаратов крови используют донорскую, плацентарную и абортную кровь.

Сырье животного происхождения является наиболее дорогим. В связи с этим в настоящее время все чаще используются культуры клеток животных или человека, выращиваемых на искусственных средах. Примером такой технологии является получение противовирусного препарата интерферона, применяющегося для профилактики и лечения гриппа и других вирусных инфекций. Наиболее перспективным способом производства биологически активных веществ является генная инженерия. В частности, так получают человеческий инсулин - гормон белковой природы.

Для получения многих лекарственных средств (сердечных, мочегонных, противовоспалительных и т.д.) используют растения. Несмотря на то, что традиционные методы извлечения физиологически активных и лекарственных соединений из растений (экстракция, перегонка, фильтрация) по-прежнему широко используются, все большее значение приобретают технологии получения биологически активных веществ из клеточных культур, а также производство продуктов из генетически модифицированных растений.

Из водорослей получают агар-агар и альгинаты - полисахариды, используемые в пищевой промышленности, а также для изготовления микробиологических сред.

Бактерии наиболее часто используются в биотехнологических процессах. Из биомассы бактерий получают различные органические вещества - аминокислоты, белки, в том числе ферменты. Бактерии являются удобным объектом для генетических исследований. Наиболее изученной и широко применяемой в генноинженерных исследованиях является кишечная палочка Escherichia coli (Е. coli), обитающая в толстом кишечнике человека.

Открытие вирусов

В 1892 году Д.И. Ивановский (см. Рис. 1), изучая мозаичную болезнь табака (см. Рис. 2), установил, что причиной заболевания является некое инфекционное начало, содержащееся в листьях больных растений, которое проходит через фильтр, задерживающий обыкновенные бактерии. Если профильтрованный сок внести в листья здоровых растений, то они также заболевают мозаичной болезнью.

Рис. 1. Д.И. Ивановский

Рис. 2. Мозаичная болезнь табака

В 1898 году независимо от Ивановского аналогичные результаты получил голландский микробиолог М. Бейеринк. Однако он предположил, что мозаичную болезнь табака вызывают не мельчайшие бактерии, а некое жидкое заразное начало, которое он назвал фильтрующим вирусом.

Размеры вирусов определяются нанометрами (20-200 нм), поэтому их изучение началось после открытия электронного микроскопа. В настоящее время описаны вирусы практически всех групп живых организмов.

Строение вирусов

Вирусы – неклеточные формы жизни. Они состоят (см. Рис. 3) из фрагмента генетического материала (РНК или ДНК), составляющего сердцевину вируса, и защитной оболочки, которая называется капсид. У некоторых вирусов (герпес, грипп) есть дополнительная липопротеидная оболочка – суперкапсид, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина.

Рис. 3. Строение вируса

Вирусы не способны к самостоятельной жизнедеятельности. Они могут проявлять свойства живого, только попав в клетку-хозяина. Они используют потенциал и энергию этой клетки для создания своих новых вирусных частиц, следовательно, вирусы являются внутриклеточными паразитами.

Размножение вирусов

Обычно вирус связывается с поверхностью клетки-хозяина и проникает внутрь. Каждый вирус ищет своего хозяина, то есть клетки строго определенного вида. Например, вирус – возбудитель гепатита (желтуха) проникает и размножается только в клетках печени, а вирус эпидемического паротита (свинка) – только в клетках околоушных слюнных желез человека.

Проникнув внутрь клетки-хозяина, вирусная ДНК или РНК начинает взаимодействовать с ее генетическим аппаратом таким образом, что клетка начинает синтезировать белки, свойственные вирусу (см. Рис. 4).

Рис. 4. Схема репродукции вируса

При заражении ретровирусом (например, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ)), у которого в качестве генетического материала используется молекула РНК, наблюдается другая картина. При попадании ретровируса в клетку-хозяина происходит обратная транскрипция. То есть на основе вирусной РНК синтезируется вирусная ДНК, которая встраивается в ДНК человека. Такой тип взаимодействия вируса с клеткой называется интегративным, а встроенная в состав хромосомы клетки ДНК вируса называется провирусом. Далее провирус реплицируется (удваивается) в составе хромосомы и переходит в геном дочерних клеток. Однако под влиянием некоторых физических и химических факторов провирус может выщепляться из хромосомы клетки и переходить к продуктивному типу взаимодействия, то есть синтезировать новые вирусные частицы.

При заражении ВИЧ человек чувствует себя здоровым, пока вирусный генетический материал встроен в хромосому человека. Однако при выщеплении этого вирусного генетического материала из клетки она начинает образовывать новые вирусные частицы, вследствие чего развивается смертельное заболевание – синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД).

Вирусы являются возбудителями большого количества заболеваний человека: корь, грипп, оспа, краснуха, энцефалит, свинка, гепатиты, СПИД. Известен также целый ряд заболеваний растений, вызываемых вирусами, например мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов или скручивание листьев картофеля. Всего описано около 500 видов вирусов, поражающих клетки позвоночных животных, и около 300 вирусов растений. Некоторые вирусы участвуют в злокачественном перерождении клеток и тем самым провоцируют онкологические заболевания.

ДНК- и РНК-содержащие вирусы

В зависимости от содержащегося генетического материала вирусы подразделяются на ДНК-содержащие и РНК-содержащие.

Одноцепочные РНК-содержащие вирусы подразделяются на:

1. Плюс-нитевые (положительные). Плюс-нить РНК этих вирусов вы­полняет наследственную (геномную) функцию и функцию информационной РНК (иРНК).

2. Минус-нитевые (отрицательные). Минус-нить РНК этих вирусов выпол­няет только наследственную функцию.

К РНК-содержащим вирусам относятся более
вирусов, вызывающих респираторные заболевания, а также вирус гриппа, кори, краснухи, свинки, ВИЧ. Также существует специфическая группа вирусов – арбовирусы, которые переносятся членистоногими.

Двухцепочные ДНК-содержащие вирусы вызывают такие заболевания, как папиллома человека или герпес, гепатит В (гепатит А и гепатит С вызывается РНК-содержащими вирусами).

ДНК-содержащие вирусы поражают также растения. Они вызывают, например, золотую мозаику бобов или полосатость у кукурузы.

Вирус гепатита С

По своему строению вирус гепатита С – это РНК-содержащий вирус, имеющий сферическую форму, сложно устроенный (см. Рис. 5).

В качестве генетического материала такой вирус содержит линейную однонитчатую молекулу РНК.

Рис. 5. Гепатит С

Вопреки бытующим предрассудкам, подцепить вирус гепатита C невозможно через социальные контакты (поцелуи, объятия), через продукты или воду, через грудное молоко. Вы ничем не рискнете, если разделите с носителем вируса трапезу или напитки. Заразиться гепатитом C можно при контакте с кровью инфицированного человека либо половым путем.

В настоящее время для лечения гепатита С используют два препарата: Интерферон альфа и Рибавирин.

Бактериофаги

Рис. 6. Бактериофаг (Источник)

Особую группу вирусов составляют бактериофаги (или просто фаги), которые заражают бактериальные клетки (см. Рис. 6). Фаг укрепляется на поверхности бактерии при помощи специальных ножек и вводит в ее цитоплазму полый стержень, через который проталкивает внутрь клетки свою ДНК или РНК. Таким образом, генетический материал фага попадает внутрь бактериальной клетки, а капсид остается снаружи. В цитоплазме начинается репликация генетического материала фага, синтез его белков, построение капсида и сборка новых фагов. Уже через 10 мин после заражения в бактерии формируются новые фаги, а через полчаса бактериальная клетка разрушается, и из нее выходят около 200 заново сформированных вирусов – фагов, способных заражать другие бактериальные клетки (см. Рис. 7). Некоторые фаги используются человеком для борьбы с болезнетворными бактериями, вызывающими холеру, дизентерию, брюшной тиф.

Рис. 7. Схема размножения бактериофага (Источник)

Список литературы

1. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10-11 класс Дрофа, 2005.
2. Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
3. Беляев Д.К. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
4. Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Домашнее задание

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.