Особенности генетики вирусов

Модификации.Ненаследуемые изменения у многих вирусов про­исходят в результате включения в состав их внешней оболочки липидов и углеводов клеток хозяина, в которых вирус репродуцируется.

Мутации.Спонтанные мутации возникают в результате ошибок при репликации генома вируса. Индуцированные мутации происхо­дят под действием мутагенов. Одни из них (азотистая кислота) влияют на внеклеточный вирион, другие (акридин, аналоги азотистых осно­ваний) - на процесс репликации вирусной нуклеиновой кислоты в клет­ке. Мутанты отличаются от исходных вирусов по строению и величине бляшек, которые они образуют в культуре клеток, по антигенам, по чувствительности к температуре.

Рекомбинации.При одновременном паразитировании двух виру­сов в одной клетке хозяина возможен обмен генетическим материалом между ними. В результате генетической рекомбинации происходит об­мен участками HK между разными вирусами, и образуются рекомбинанты, обладающие генами двух исходных вирусов. Вирус гриппа имеет геном, состоящий из восьми фрагментов РНК. При одновремен­ной репродукции в одной клетке двух разных вирусов гриппа между ними может происходить обмен генами. Образовавшинеся рекомби-нанты будут представлять собой новый тип вируса гриппа.

При одновременном паразитировании двух видов вируса в одной клетке в момент формирования зрелых вирионов возможно фенотипическое смешивание, когда геном одного вируса одевается капсидом другого вируса (феномен транскапсидации). Так, например, известны случаи, когда геном вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) оказыва­ется включенным в белковый капсид другого вируса. В результате та­кой вирус приобретает способность поражать такие виды клеток, ко­торые были нечувствительны к исходному вирусу.

Практическое значение учения о генетике микробов

При микробиологической диагностике инфекционных заболева­ний возникают затруднения в определении вида атипичных микробов, например, бактерий дизентерии, не агглютинирующихся сыворотка­ми. Для их идентификации приходится применять другие методы.

В процессе лечения больных инфекционными болезнями создают­ся препятствия в виде устойчивости возбудителей к антибиотикам, и требуются специальные методы для преодоления лекарственной ус­тойчивости. Селекция в условиях стационаров штаммов микроорга­низмов, обладающих множественной лекарственной устойчивостью и высокой вирулентностью для человека, привело к формированию так называемых «госпитальных» штаммов, вызывающих внутрибольничныс инфекции. Такие штаммы известны среди стафилококков, а также среди сальмонелл и других грамотрицательных палочек.

Методами направленной мутации и селекции получены живые вак­цины, с успехом применяющиеся для профилактики инфекционных бо­лезней.

Достижения молекулярной генетики используются для современ­ных методов идентификации микробов: методы индикации нуклеино­вых кислот, полимеразная цепная реакция (ПЦР). Полимеразная цеп­ная реакция является высокочувствительной реакцией, т.к. позволяет увеличить число копий исследуемой цепи ДНК в сотни тысяч раз за несколько часов. ПЦР может быть использована особенно тогда, ког­да в исследуемом материале имеется очень малые концентрации воз­будителя или трудно выделить чистую культуру, а также при его высо­кой антигенной изменчивости.

Генетическая инженерия

Генетическая инженерия основана на создании рекомбинантных организмов, содержащих встроенные в их хромосому гены, кодирую­щие продукцию необходимых для производства соединений.

Последовательные этапы рекомбинации:

1) получение ДНК. Участки ДНК, то есть гены, кодирующие син­тез необходимого вещества, выделяют из хромосомы путем разреза­ния ферментами (рестриктазами). В некоторых случаях удается по­лучить методом химического синтеза небольшие гены, аналогичные природным;

2) полученный ген (отрезок ДНК) с помощью ферментов (лигаз) соединяют ("сшивают") с другим отрезком ДНК, который будет слу­жить вектором для встраивания гибридного гена в клетку. В качестве вектора можно использовать плазмиды, бактериофаги, вирусы;

3) вектор, несущий встроенный в него ген, встраивается в бакте­риальную или животную клетку, которая приобретает способность продуцировать не свойственное этой клетке вещество. В качестве та­ких реципиентов используют клетки Е. coli, P. aeruginosa, дрожжи, ви­рус осповакцины. Подбирая подходящего реципиента, учитывают вы­раженность синтеза необходимого вещества. Некоторые штаммы бак­терий, получивших чужой ген, способны переключать половину свое­го потенциала на синтез соединения, кодируемого этим геном. Учиты­вается также возможность секреции вещества в окружающую среду, возможность культивирования в промышленных масштабах, экологи­ческая безопасность.

Биологические препараты, полученные методом генетической инжене­рии:интерфероны, интерлейкины, инсулин, гормон роста, вакцина про­тив гепатита В, антигены ВИЧ для диагностики и другие препараты.

Методы генетической инженерии перспективны:

- для получения антигенов с целью диагностики заболеваний, воз­будители которых или не культивируются на питательных средах (си­филис, малярия) или опасны для культивирования;

- для получения препаратов, сырье для которых дорогостоящее или дефицитное: интерфероны, инсулин, гормон роста, интерлейкины и дру­гие цитокины, регулирующие иммунитет, а также антитела.

ГЛАВА11. АНТИБИОТИКИ

По современной классификации, термин «антибиотики» объедин­яет все лекарственные препараты, избирательно подавляющие мик­роорганизмы и не повреждающие органы и клетки человека. Их раз­деляют на следующие группы:

а) природные - продуцируемые живыми организмами;

б) полусинтетические - полученные в результате модификации структуры природных антибиотиков;

в) синтетические - полученные методом синтеза (прежнее их на­звание - химиотерапевтические средства).

Исторически сложилось так, что вначале были получены синте­тические препараты, получившие название химиотерапевтических, а лечение этими препаратами - химиотерапии. Основоположником хими­отерапии является немецкий химик Пауль Эрлих (1854-1915), который установил возможность создания химических соединений, изби­рательно действующих на определенные виды микробов. Первыми химиотерапевтическими средствами, синтезированными Эрлихом, были

сальварсан и неосальварсан, обладающие противосифилитическим действием. Эрлих сформулировал основные положения химиотерапии, понятие об этиотропном лечении (греч. aitia - причина), направленном против возбудителей заболевания, а также впервые обнаружил явле­ние лекарственной устойчивости микробов.

В 1932 г. Г. Домагк синтезировал первый сульфаниламидный пре­парат - стрептоцид. В дальнейшем были получены препараты биоло­гического происхождения, по своей антимикробной активности на не­сколько порядков превосходящие синтетические препараты. Их дей­ствие основано на антагонизме микробов. Чаще всего антагонизм на­блюдается среди почвенных микробов. Еще в 1887 г. Л. Пастер обна­ружил подавление роста бацилл сибирской язвы гнилостными бакте­риями при совместном их выращивании. Идея об антагонизме микро­бов нашла практическое применение в трудах И.И. Мечникова, пред­ложившего использовать антагонистическое действие молочнокислых бактерий на гнилостные микробы кишечника и путем введения лакто-бактерий изменять кишечную флору. Идея И.И. Мечникова о возмож­ности и целесообразности направленного изменения кишечной мик­рофлоры и об использовании с этой целью микробов-антагонистов лежит в основе бактериотераиии (лечения живыми микробами) п со­временного учения об антибиотиках.

В 1929 г. английский микробиолог А. Флеминг обнаружил на чаш­ках Петри лизис колоний золотистого стафилококка вблизи плесени Penicillium notatum и показал, что фильтрат бульонной культуры этой плесени обладал антибактериальным действием в отношении грампо-ложительных бактерий. Однако препарат пенициллина получили лишь в 1941 г. Г.У. Флори и Э. Чейн. В Советском Союзе пенициллин был получен З.В. Ермольевой в 1942 г. из плесени Penicillium crustosum.

Вслед за получением пенициллина начались и продолжаются в на­стоящее время широкие поиски новых антибиотических веществ природ­ного происхождения и получение высокоактивных синтетических препа­ратов. Синтезированные в последнее время фторхинолоны по своей ак­тивности приближаются к антибиотикам природного происхождения.

Для оценки пригодности антибиотика к применению служит химиотерапевтический индекс. Величина индекса определяется по формуле:

Максимально переносимая доза (Dosis tolerantia)

ХТИ = -------------------------------------------------------------

Минимальная терапевтическая доза (Dosis curavita)

ХТИ должен быть не менее 3.