Лабораторно- практическое занятие № 4

Тема: Морфология вирусов.

Цель работы:Ознакомить студентов со строением и размножением вирусов и бактериофагов.

Название вирус (в переводе означающее «яд») применяли сна­чала для обозначения различных малоизученных болезнетворных агентов. Позднее оно закрепилось за группой возбудителей, откры­тых Ивановским в 1892 году, которые оказались способными про­ходить через бактериальные фильтры. Их стали называть «филь­трующимися вирусами» или просто «вирусами». Вирусы отли­чаются от микроорганизмов еще более малыми размерами: они не задерживаются бактериальными фильтрами, не оседают при цент­рифугировании в обычной центрифуге (а только в ультрацентри­фуге) и их нельзя разглядеть в обычный световой микроскоп.

Еще важнее, однако, другие признаки, отличающие вирусы от всех организмов: 1) вирусы содержат нуклеиновые кислоты только какого-нибудь одного типа, ДНК или РНК; 2) для их репродукции необходима только нуклеиновая кислота и 3) они не обладают способностью к росту вне клетки-хозяина и к размножению деле­нием. Таким образом, вирусы не являются самостоятельными ор­ганизмами; для их репродукции необходимы живые клетки.

Вирусы размножаются в клетке-хозяине, вызывают ее гибель, затем поражают соседние здоровые клетки и таким образом раз­рушают целые комплексы клеток. Именно по таким очагам пора­жений в тканях (некрозы), а также по зонам лизиса (пятна, или бляшки) в культуре ткани и на бактериальном газоне распозна­ют присутствие вирусов.

Вирусы, поражающие растения, попадают внутрь растительных клеток через повреждения, а не в результате активного внедрения. Вирусы, патогенные для животных, вызывают у человека и животных ряд болезней: натуральную и ветряную оспу, корь, бешенство, полиомиелит, грипп, ящур и т. д.

Размножение вируса в клетке-хозяине — весьма сложный про­цесс. Отдельные этапы этого процесса — от заражения клетки-хо­зяина до освобождения зрелых вирусных частиц, способных в свою очередь произвести заражение — довольно хорошо изучены с био­химической, генетической и морфологической стороны. Подобно другим вирусам, фаги неподвижны. При смешивании суспензии свободных фагов с суспензией бактерий фаговые час­тицы в результате случайных столкновений с клетками прикрепля­ются к поверхности этих последних (адсорбция) и вводят в клетку свою ДНК (инъекция). После некоторого периода, на протяжении которого происходят процессы синтеза и созревания, клетки лизируются и новообразованные фаговые частицы выходят наружу.

Не всякий фаг адсорбируется на всякой бактерии. Специфичность фага в отношении хозяина определяется специфич­ностью адсорбции, которая зависит от рецепторов, имеющихся в клеточной стенке; рецепторы для одних фагов содержатся в липопротеидном слое, для других — в липополисахаридном. Устойчи­вость некоторых бактерий к фагам зависит, вероятно, оттого, что в их клеточной стенке рецепторные вещества вообще отсутст­вуют. При избытке фага на одной клетке может адсорбироваться 200 - 300 фаговых частиц.

За адсорбцией следует инъек­ция, введение ДНК в клетку. У фага при этом базальная плас­тинка фиксируется на клетке, чехол отростка сокращается и по­лый стержень (благодаря этому сокращению) входит в клетку. В клетку по­падает только нуклеиновая кислота, а белковая оболочка остается снаружи. Если отделить эту оболочку от зараженной клетки, раз­множение фага не нарушится. Фаговая ДНК прежде всего вызывает полную перестройку обмена веществ инфицированной клетки. Тотчас же после заражения прекращается синтез бакте­риальной ДНК. Через несколько минут прекращается также син­тез бактериальной РНК и бактериального белка, хотя общее содержание белка продолжает непрерывно увеличиваться. Затем синтез ДНК возобновляется, причем с повышенной скоростью. Сначала фаговая ДНК образуется за счет распавшейся бактериальной. Необходимые для синтеза фаговой ДНК ферменты образуются вскоре после заражения. Это так называемые «ранние белки». К «поздним белкам» относятся белки оболочки фага и фаговый лизоцим, или эндолизин; «поздние белки» образуются лишь во второй половине скрытого периода. Заключительный процесс — созревание — состоит в соединении фаговой ДНК с белком оболочки и образовании зрелых инфекци­онных фаговых частиц.

Бактериофаги неизменно лизируют заражен­ные ими бактерии, и потому их называют вирулентными. Некото­рые фаги, однако, заражают бактерий-хозяев, но не размножаются в них автономно и не вызывают лизиса. Такие фаги называются умеренными. Видимо, их размножение происходит синхронно с размножением бактерии. Фаг в неинфекционном состоянии, передающийся от клетки к клетке, называют профагом. Подобно другим признакам бактерий наличие профага наследуется. Поскольку все потомство лизогенной клетки также лизогенно, очевидно, профаг реплицируется синхронно с хромосомой клетки-хозяина.

Лизогенные бактерии иммунны к заражению теми фагами, которые присутствуют в них в виде профага. Обеспечиваемый профагами иммунитет основывается не на отсутствии адсорбции (как при устойчивости к вирулентным фагам), а на образовании особого цитоплазматического репрессорного вещества, препятст­вующего размножению вегетативного фага. Это же репрессорное ве­щество препятствует возврату профага в вегетативное состояние и подавляет синтез фаговых белков. Возникновение лизогенного состояния связано, таким образом, с образованием репрессора.

Спонтанно, без воздействия извне, лизогенные бактерии лизируются редко. Однако целый ряд факторов (ультрафиолетовые лучи и другие мутагенные агенты) может индуцировать в каждой клетке развитие профага, ведущее к образованию и выделению инфекционного фага. Успех такой индукции зависит от генетиче­ской конституции профага, физиологического состояния хозяина и условий культивирования. Умеренные фаги могут также переходить в вирулентное состоя­ние в результате мутации

Фаги, как правило, проявляют специфичность в отношении хо­зяина. Определенный фаг поражает только один штамм бактерий или ограниченное число родственных штаммов, видов или родов; только в их клетках он способен размножаться. Такого рода спе­цифичность обусловливается в первую очередь рецепторными свойствами поверхности бактериальной клетки.Однако, помимо этого, бактерии располагают и еще одной си­стемой для распознавания фагов. Это распознавание зависит от фаговой ДНК. Речь идет о так называемой модификации фаговой ДНК, т. е. о незначительном ее изменении путем метилирования или гликозилирования пиримидиновых или пуриновых колец. Эти процессы происходят уже после образования фаговой ДНК в клет­ке-хозяине. Незначительное изменение ДНК никак не отражается на заключенной в ней генетической информации. Оно только поз­воляет клеткам «узнавать» ДНК. Это означает, что судьба такой ДНК в клетках разных бактериальных штаммов оказывается раз­личной: в одних клетках эта ДНК разрушается, а в других — не разрушается и может реплицироваться. Разрушение фаговой ДНК нуклеазами зараженной клетки называют рестрикцией.

Контрольные вопросы:

1. Что такое вирус?

2. Отличие вирусов от других микроорганизмов.

3. Что такое вирулентный фаг?

4. Каково воздействие фагов на лизогенные бактерии?

5. В чем заключается специфичность фагов при адсорбции на бактериях?

6. Какие изменения происходят в бактериальной клетке при попадании в нее фага?

7. Вирусные заболевания растений и животных.