В каких биотехнологиях используют вирусы

Обновлено: 24.04.2024

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.

Бактерии и вирусы широко используются в различных биотехнологиях. Бактерии применяют в производстве молочнокислых продуктов, витаминов, растворителей, органических кислот и др.

Бактерии, усваивающие атмосферный азот и фосфор. В биотехнологиях используют способность некоторых бактерий усваивать атмосферный азот (например клубеньковые бактерии, живущие на корнях растений семейства бобовых). Сейчас активно ведутся исследования по созданию новых растений, способных вступать в симбиоз (совместное взаимовыгодное сосуществование) с этими бактериями. Успех исследований помог бы повысить продуктивность растений без использования азотных удобрений.

Существуют свободноживущие бактерии, способные усваивать азот из воздуха. На основе этих бактерий созданы специальные бактериальные удобрения, содержащие культуры этих микроорганизмов.

Бактерии при очистке сточных вод. Бактерии активно используются в биотехнологической очистке сточных вод. Бактерии рода псевдомонады способны перерабатывать токсичные для человека органические соединения. Они утилизируют нафталин, толуол, алканы (углеводородные соединения в виде цепочек), камфару, перерабатывают инсектициды и гербициды, которые всё чаще попадают в сточные воды в результате обработки сельскохозяйственных культур. Выделены и культивированы бактерии, способные разлагать компоненты нефти в загрязнённых водах, и т. д.

Молочнокислые бактерии способны перерабатывать сахар в молочную кислоту. Этот процесс издавна применялся людьми для консервации продуктов питания, приготовления кормов (силоса), изготовления разнообразных молочных продуктов и вина.

Основой биотехнологии молочных продуктов является молоко. Молоко является уникальной естественной питательной средой для молочнокислых бактерий. Оно содержит белки (альбумин, казеин), жиры, углеводы (лактоза) и др.

Для получения молочнокислых продуктов стерилизованное молоко или сливки сквашивают путём внесения заквасок. Закваски готовят на основе микроорганизмов. В зависимости от типа закваски получают разные продукты. Например, для производства кефира и кумыса применяют закваски, обеспечивающие молочнокислое и спиртовое брожение.

При добавлении в молоко специальной бактерии получают йогурт. В производстве сыров на первом этапе используют молочнокислые бактерии, обеспечивая сворачивание казеина, затем используют другие микроорганизмы для получения сырной массы.

Молочнокислые бактерии применяются при изготовлении колбас сортов салями, сервелата и других изделий. Молочная кислота ускоряет процесс консервирования и придаёт продуктам ценные вкусовые качества.

Биотехнологическое консервирование овощей и фруктов происходит также под воздействием молочнокислых бактерий. Углеводы, содержащиеся в растениях, превращаются в молочную и уксусную кислоты, которые являются прекрасными консервантами. Так получают квашеную капусту и квашеные огурцы, мочёные яблоки, помидоры и др. В нарезанной и хорошо утрамбованной капусте с небольшим добавлением соли начинается спонтанный процесс брожения, в котором принимают участие молочнокислые бактерии.

Биотехнология силосования корма для животных является лучшим способом заготовки и сохранения зелёной массы для корма скота в зимнее время.

Для создания необходимых условий исходное сырьё (траву, ботву и стебли кукурузы) укладывают в специальные силосные ямы или силосные башни (рис. 9.2), тщательно утрамбовывают и накрывают чем-либо.

Создаются условия, в которых основная часть других бактерий погибает, а молочнокислые бактерии перерабатывают углеводы, находящиеся в травяной массе, до тех пор, пока концентрация молочной кислоты не составит 60 % и кислотность силоса не достигнет нужного уровня.

Кислотность характеризует активность ионов водорода в растворе. Кроме молочной, в силосе накапливается и уксусная кислота. Для завершения процесса требуется около одного месяца.

Вирусы в биотехнологиях. Из-за того что вирусы обладают способностью легко проникать внутрь клетки, их используют в различных биотехнологиях.

Проникая в клетку, вирусы могут внедрять в неё чужеродный генетический материал.

Такую биотехнологию применяют при лечении наследственных заболеваний. Вирусы-бактериофаги используют в лабораторной диагностике бактериальных инфекций.

На основе бактериофагов разрабатывают и производят медицинские препараты для лечения бактериальных заболеваний.

Проверьте себя:

1. В чём значение бактерий, усваивающих атмосферный азот?

2. Почему при очистке сточных вод важно использовать бактерии псевдомонады?

3. Какую роль выполняют кисломолочные бактерии при производстве кисломолочных продуктов?

4*. В каких биотехнологиях используют вирусы?

* Разберитесь, почему квашеная капуста приобретает кислый вкус, которого нет у свежей капусты.

Использование вирусов и бактериофагов в биотехнологии.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Онлайн
формат
Диплом
гособразца
Помощь в трудоустройстве

Описание презентации по отдельным слайдам:

Объекты биотехнологии
вирусы, бактерии, водоросли, лишайники

Биотехнология
это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве.
БИОТЕХНОЛОГИИ ПОЗВОЛЯЮТ МИРУ СТАТЬ ЛУЧШЕ!

БИО-
ТЕХНОЛОГИИ
Создание продуктов, полезных человеку
Получение новых эффективных лекарств
Применение микроорганизмов для очистки окружающей среды
Борьба с болезнями растений и животных