Каковы особенности размножения вирусов и фагов
Обновлено: 24.04.2024
На нашей планете существуют не только одноклеточные и многоклеточные организмы, но и такие организмы, у которых вообще нет клеток. К ним относятся вирусы, которые считаются переходной формой между живой и неживой природой.
Начало вирусологии было положено российским ботаником Д. И. Ивановским, который в 1852 году впервые получил экстракт из растений табака: они были поражены мозаичной болезнью. После того как экстракт был пропущен через фильтр, задерживающий бактерий, получили отфильтрованную жидкость — она сохранила инфекционные свойства.
В ходе дальнейших исследований ученые пришли к выводу, что с учетом химической природы вирусы можно считать нуклеопротеидами. Но так как размеры вирусов были слишком маленькие, то их нельзя было увидеть в световой микроскоп. По этой причине вирусы начали изучать систематически только в 30-е годы 20 века — это было связано с изобретением электронного микроскопа.
Вирусы отличаются простотой строения. Каждая вирусная частица включает РНК или ДНК, которые являются сердцевиной вируса и содержат наследственную информацию о вирусном строении, а также такого компонента как защитная белковая оболочка (капсида).
Вирион — это полностью сформированная инфекционная частичка.
У отдельных вирусов, таких как вирус герпеса или гриппа, есть дополнительная оболочка, образованная с помощью плазматической мембраны клетки-хозяина.
Еще одна особенность вирусов заключается в способности жить и размножаться только в клетках других организмов. Вне клеток других организмов вирусы жить не могут.
У большинства вирусов внешняя форма напоминает кристалл. Размеры вирусов варьируются от 20 до 300 нм.
Наилучшим образом изучен вирус табачной мозаики. Он отличается палочкообразной формой и является пустотелым цилиндром. Стенки этого вируса образованы при помощи белковых молекул, а внутри находится спираль молекулы РНК. Белковая оболочка выполняет защитную функцию — она защищает нуклеиновую кислоту от неблагоприятного внешнего воздействия и препятствует проникновению ферментов клетки-хозяина к РНК для ее расщепления.
Молекулы вирусной РНК могут самовоспроизводиться. Хотя в основном этот процесс свойственен ДНК. РНК вируса — источник генетической информации, поэтому выполняет и функции иРНК.
В результате в зараженной клетке по программе нуклеиновой кислоты вируса рибосома клетки-хозяина осуществляет синтез специфических вирусных белков. Затем вирусные белки и нуклеиновая кислота самостоятельно собираются в новые вирусные частицы. Происходит истощение и гибель клетки.
Бактериофаги
Вирусы бактерий или бактериофаги — особая группа вирусов, представители которых могут проникать внутрь бактериальной клетки и приводить к ее разрушению.
Тело фага кишечной палочки образует головка: от нее отходит полый стержень, окруженный чехлом в виде сократительного белка. На конце стержня находится базальная пластинка, на которой размещается 6 нитей. В головке содержится ДНК.
К поверхности кишечной палочки бактериофаг прикрепляется за счет отростков. В том месте, где он с этой поверхностью соединяется, он растворяет клеточную оболочку бактерии при помощи фермента. Благодаря тому, что головка сокращается, молекула ДНК проходит через канал стержня в клетку.
Под влиянием ДНК всего через 10-15 минут происходит перестройка метаболизма бактериальной клетки. В результате начинается синтез ДНК бактериофага, а не ДНК клетки. Кроме того, также осуществляется синтез фагового белка. В итоге образуется от 200 до 1000 новых фаговых частиц, а клетка бактерии погибает.
Отдельные фаги не реплицируются в клетке хозяина. Этот процесс заменяется образованием единой молекулы при помощи встраивания нуклеиновой кислоты фагов в ДНК хозяина. Такие фаги называют умеренными.
Значение вирусов
Вирусы, проникающие в клетки живых организмов, становятся причинами различных опасных заболеваний. Это касается и сельскохозяйственных растений и животных, и обитающих в дикой природе.
К таким болезням относятся:
- у растений — мозаическая болезнь томатов, табака, огурцов; скручивание листьев, желтуха, карликовость и др;
- у животных — чума птиц и свиней, бешенство, ящур инфекционная анемия лошадей и др.
Результатом таких болезней являются снижение урожайности культур и гибель животных.
У человека вирусы также вызывают различные опасные заболевания: грипп, корь, оспу, бешенство, полиомиелит, гепатит, паротит и др.
В число опасных заболеваний, вызванных вирусами, входит также СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита. Это заболевание является эпидемическим, поражающим по большей части иммунную систему человека, основная функция которой — защита организма от различных болезнетворных агентов.
В результате поражения системы клеточного иммунитета развиваются прогрессирующие инфекционные заболевания и злокачественные новообразования. Микроорганизмы, которые раньше не вызывали никаких заболеваний, становятся опасными.
В 1983 году ученые выяснили, что вирус СПИДа (ВИЧ) относится к семейству ретровирусов. Он состоит из только ему свойственного фермента, а именно — оборотной транскрпптазы (РНК-зависимая ДНК-полимераза или ревертаза). Все представители ретровирусов имеют в своем составе этот фермент. Открытие этого вируса считается революционным в биологии.
Важно, что передача генетической информации может осуществляться не только по стандартной схеме ДНК-РНК-белок, но и при помощи обратной транскрипции от РНК к ДНК.
В зависимости от формы зрелых фаговых частиц существуют различные типы фагов:
II — с аналогами отростка;
/7/ — с коротким отростком.
IV — с длинным несокращающимся отростком;
V — с отростком сложного строения, чехол которого способен к сокращению.
Общая характеристика мицелиальных грибов. Клеточное и мицелиальное строение. Краткая характеристика оомицетов и хитридиомицетов.
Вегетативное тело гриба представлено мицелием, или грибницей, состоящей из сильно разветвленных нитей — гиф. Такое строение позволяет грибам максимально оккупировать субстрат для извлечения из него питательных веществ. Гифы грибов бывают одноклеточными с большим числом ядер, представляющих одну гигантскую клетку, и многоклеточными, или септированными, т. е. разделенными перегородками — септами — на отдельные клетки, содержащие от одного до множества ядер. Гифы растут апикально, т.е. верхушкой. Грибная гифа аналогична вывернутой наизнанку кишке.
Клеточная стенка – полисахариды, хитин.
Цитоплазматическая мембрана – 3 слоя.
Цитоплазма – вместилище органелл.
Митохондрии – располагаются ферменты.
Эндоплазматическая сеть – синтез липидов, углеводов.
Аппарат Гольджи – транспортирование, удаление веществ.
Рибосомы – синтез белка.
Лизосомы – расщепляют, переваривают белки, углеводы, липиды.
Вакуоль – запасные питательные вещества.
Ядро – содержания ДНК.
У оомицетов мицелий хорошо развит и является неклеточным. Для этого класса грибов характерно бесполое размножение при помощи зооспор с двумя жгутиками. Половой процесс представлен оогамией. Клеточные стенки содержат целлюлозу и глюканы.
Фитофтора - поражает клубни и ботву картофеля. Мицелий гриба находится в ткани хозяина, шаровидные зооспорангии на концах высовываются из устьиц, образуя с нижней стороны пораженного листа белый или грязновато-фиолетовый налет. Зооспорангий целиком отрывается от спорангиеносца и разносится ветром или дождевыми брызгами. Попадая в каплю воды, он прорастает.
Изменение способа прорастания — замечательная адаптация к условиям жизни: при повышенной температуре капли воды на листьях быстро высыхают, в результате чего зооспоры могут не успеть инцистироваться и прорасти. Поэтому при прямом прорастании спорангия уменьшается энергия размножения, но увеличивается вероятность выживания.
Плазмопара вызывает болезнь винограда — милдью, или ложномучнистую росу. Гриб поражает листья, побеги, усики, ягоды. Заражение происходит только через устьица. Зараженные ягоды винограда сморщиваются и опадают. При повышенной температуре и влажности гриб развивается быстрее. В конце вегетации образуются ооспоры, зимующие в отмершей ткани. Споры могут сохраняться жизнеспособными в течение нескольких лет.
Хитридиомицеты:
У грибов этого класса мицелий развит слабо, вегетативное тело представляет собой одиночную, иногда лишенную стенки клетку. Бесполое размножение осуществляется при помощи зооспор с одним бичевидным задним жгутиком. Половой процесс представлен гаметогамией разных типов. В клеточных стенках содержатся хитин и глюканы. Многие хитридиомицеты являются внутриклеточными паразитами растений. Важнейшим представителем этого класса является гриб синхитриум — возбудитель рака клубней картофеля. В разросшихся частях клубня картофеля содержится большое число зооспор возбудителя. При разрушении ткани клубня зооспоры высвобождаются и заражают другие клубни. В течение лета этот процесс может повториться многократно. Осенью в клубнях образуются цисты (покоящиеся формы), сохраняющиеся в почве много лет.
В зависимости от формы зрелых фаговых частиц существуют различные типы фагов:
II — с аналогами отростка;
/7/ — с коротким отростком.
IV — с длинным несокращающимся отростком;
V — с отростком сложного строения, чехол которого способен к сокращению.
Общая характеристика мицелиальных грибов. Клеточное и мицелиальное строение. Краткая характеристика оомицетов и хитридиомицетов.
Вегетативное тело гриба представлено мицелием, или грибницей, состоящей из сильно разветвленных нитей — гиф. Такое строение позволяет грибам максимально оккупировать субстрат для извлечения из него питательных веществ. Гифы грибов бывают одноклеточными с большим числом ядер, представляющих одну гигантскую клетку, и многоклеточными, или септированными, т. е. разделенными перегородками — септами — на отдельные клетки, содержащие от одного до множества ядер. Гифы растут апикально, т.е. верхушкой. Грибная гифа аналогична вывернутой наизнанку кишке.
Клеточная стенка – полисахариды, хитин.
Цитоплазматическая мембрана – 3 слоя.
Цитоплазма – вместилище органелл.
Митохондрии – располагаются ферменты.
Эндоплазматическая сеть – синтез липидов, углеводов.
Аппарат Гольджи – транспортирование, удаление веществ.
Рибосомы – синтез белка.
Лизосомы – расщепляют, переваривают белки, углеводы, липиды.
Вакуоль – запасные питательные вещества.
Ядро – содержания ДНК.
У оомицетов мицелий хорошо развит и является неклеточным. Для этого класса грибов характерно бесполое размножение при помощи зооспор с двумя жгутиками. Половой процесс представлен оогамией. Клеточные стенки содержат целлюлозу и глюканы.
Фитофтора - поражает клубни и ботву картофеля. Мицелий гриба находится в ткани хозяина, шаровидные зооспорангии на концах высовываются из устьиц, образуя с нижней стороны пораженного листа белый или грязновато-фиолетовый налет. Зооспорангий целиком отрывается от спорангиеносца и разносится ветром или дождевыми брызгами. Попадая в каплю воды, он прорастает.
Изменение способа прорастания — замечательная адаптация к условиям жизни: при повышенной температуре капли воды на листьях быстро высыхают, в результате чего зооспоры могут не успеть инцистироваться и прорасти. Поэтому при прямом прорастании спорангия уменьшается энергия размножения, но увеличивается вероятность выживания.
Плазмопара вызывает болезнь винограда — милдью, или ложномучнистую росу. Гриб поражает листья, побеги, усики, ягоды. Заражение происходит только через устьица. Зараженные ягоды винограда сморщиваются и опадают. При повышенной температуре и влажности гриб развивается быстрее. В конце вегетации образуются ооспоры, зимующие в отмершей ткани. Споры могут сохраняться жизнеспособными в течение нескольких лет.
Хитридиомицеты:
У грибов этого класса мицелий развит слабо, вегетативное тело представляет собой одиночную, иногда лишенную стенки клетку. Бесполое размножение осуществляется при помощи зооспор с одним бичевидным задним жгутиком. Половой процесс представлен гаметогамией разных типов. В клеточных стенках содержатся хитин и глюканы. Многие хитридиомицеты являются внутриклеточными паразитами растений. Важнейшим представителем этого класса является гриб синхитриум — возбудитель рака клубней картофеля. В разросшихся частях клубня картофеля содержится большое число зооспор возбудителя. При разрушении ткани клубня зооспоры высвобождаются и заражают другие клубни. В течение лета этот процесс может повториться многократно. Осенью в клубнях образуются цисты (покоящиеся формы), сохраняющиеся в почве много лет.
Вирус (лат. – virus – яд) – это особая группа организмов меньших размеров и более простой организации, чем бактерии. Человек встречается с вирусами прежде всего как с возбудителями наиболее распространенных болезней, поражающих человека, животных, растения и даже одноклеточные организмы – бактерии, грибы и простейшие.
Вирусы не имеют клеточного строения. Они бывают шарообразной, палочковидной и сперматозоидной формы. Вирусная частица называется вирионом. Она состоит из двух нуклеиновых кислот и белка глобулина. Если она содержит ДНК, то такие вирусы паразитируют у человека и животных. РНК содержится в вирусах растений. Из белка построена одно-двухслойная оболочка, в которой заключена ДНК или РНК.
Вирусы являются внутриклеточными паразитами и размножаются только в живых клетках. Всю работу по производству молекул для вирусного потомства выполняет сама клетка-хозяин, которая предоставляет вирусу все свои возможности для синтеза вирусных белков и нуклеиновых кислот – сырье, ферменты, хорошо отлаженный аппарат для синтеза белка, механизмы транспорта. С зараженной клеткой происходит удивительная метаморфоза: она перестает работать по своей информации и узнавать свои собственные молекулы информационной РНК. Вместо этого клеточные рибосомы связывают вирусные информационные РНК и по их программе синтезируют вирусные белки.
Вирусы обладают разной устойчивостью к внешним воздействиям. Многие инактивируются при температуре 60ºС в течении 30 минут, другие выдерживают температуру 90ºС до 10 минут. Вирусы легко переносят высушивание и низкие температуры, но малоустойчивы ко многим антисептикам, УФЛ, радиоактивным излучениям.
Вирусы бактерий называют бактериофагами или фагами, вирусы грибов – микофагами, актиномицетов – актинофагами.
Размеры фагов колеблются от 40 до 140 нм. Проникая в клетки, бактериофаги вызывают их лизис – растворение клеточной стенки.
Бактериофаги наносят большой вред в молочной промышленности (производстве сыров, творога, сметаны) и в производстве маргарина. Они поражают в основном молочнокислые стрептококки заквасок, используемых для получения этих продуктов. В антибиотической промышленности актинофаги лизируют производственную культуру актиномицетов – продуцентов антибиотиков.
Некоторые фаги применяют в медицинской практике для профилактики или лечения заболеваний (дизентерии, холеры).
Контрольные вопросы
1.Какую группу микроорганизмов невозможно разглядеть обычным световым микроскопом? Что они вызывают?
Читайте также: