این مقاله، مانند یک گزارش زیست شناسی کلاس پنجم در مورد ویروس های باکتریوفاژ، به خواننده کمک می کند تا اطلاعات اولیه در مورد این اشکال حیات خارج سلولی را بیاموزد. در اینجا ما موقعیت طبقه بندی آنها، ویژگی های ساختار و فعالیت زندگی، تجلی آنها در تعامل با باکتری ها و غیره را در نظر خواهیم گرفت.
مقدمه
همه می دانند که نماینده جهانی یک واحد حیات در سیاره زمین یک سلول است. با این حال، چرخش بین قرن نوزدهم و بیستم، دورانی بود که طی آن تعدادی بیماری کشف شد که حیوانات، گیاهان و حتی قارچ‌ها را تحت تأثیر قرار می‌داد. با تجزیه و تحلیل این پدیده و در نظر گرفتن اطلاعات کلی در مورد بیماری های انسانی، دانشمندان دریافتند که موجوداتی وجود دارند که می توانند ماهیت غیر سلولی داشته باشند.
چنین موجوداتی بسیار کوچک هستند و بنابراین می توانند از کوچکترین فیلتر بدون توقف در جایی که حتی کوچکترین سلول می تواند متوقف شود عبور کنند. این منجر به کشف ویروس‌ها شد.
اطلاعات عمومی
قبلنمایندگان ویروس ها - باکتریوفاژها - بیایید با اطلاعات کلی در مورد این پادشاهی از سلسله مراتب طبقه بندی آشنا شویم.
ذره ویروس دارای کوچکترین ابعاد (20-300 نانومتر) و ساختار متقارن است. از اجزایی که دائماً تکرار می شوند ساخته شده است. همه موجودات با ماهیت ویروسی قطعه ای از RNA یا DNA هستند که در پوسته پروتئینی خاصی به نام کپسید محصور شده اند. آنها توانایی عملکرد مستقل و حفظ فعالیت حیاتی را ندارند، زیرا خارج از سلول دیگری هستند. تجلی خواص موجودات زنده تنها پس از وارد شدن به ارگانیسم دیگر در آنها ذاتی است، در حالی که خود ویروس از منابع سلولی که گرفته است برای حفظ ثبات در حالت خود استفاده می کند. نتیجه این است که این حوزه از طبقه بندی به عنوان یک شکل حیات انگلی و درون سلولی ارائه می شود. ویروس‌هایی وجود دارند که به بخش‌هایی از غشای سلولی که در آن رشد کرده و زندگی می‌کنند حمله می‌کنند. آنها پوسته دیگری را در اطراف چنین مکانهایی تشکیل می دهند و کپسید را می پوشانند.
به عنوان یک قاعده، ویروس ها با سطح سلولی که در آن انگلی می شوند پیوند ایجاد می کنند. سپس ویروس داخل می شود و شروع به جستجو برای ساختار خاصی می کند که بتواند به آن ضربه بزند. به عنوان مثال، عوامل ایجاد کننده هپاتیت فقط در واحدهای سلولی کبد زندگی می کنند، در حالی که اوریون سعی می کند به غدد پاروتید نفوذ کند.
DNA (RNA) متعلق به ویروس، هنگامی که در داخل سلول حامل قرار می گیرد، شروع به تعامل با دستگاه وراثت ژنتیکی می کند به طوری که خود سلول یک فرآیند سنتز کنترل نشده را آغاز می کند.یک سری پروتئین خاص که در اسید نوکلئیک خود پاتوژن رمزگذاری شده است. در مرحله بعد، همانندسازی صورت می‌گیرد که مستقیماً توسط خود سلول انجام می‌شود و به این ترتیب فرآیند مونتاژ یک ذره ویروسی جدید آغاز می‌شود.
باکتریوفاژ
ویروس های باکتریوفاژ چه کسانی هستند؟ این شکل خاصی از حیات روی زمین است که به طور انتخابی به سلول های باکتری نفوذ می کند. تولیدمثل اغلب در میزبان اتفاق می افتد و خود این فرآیند منجر به لیز می شود. با توجه به ساختار ویروس ها با استفاده از مثال باکتریوفاژها، می توان نتیجه گرفت که آنها از پوسته هایی تشکیل شده اند که توسط پروتئین ها تشکیل شده اند و دارای دستگاهی برای بازتولید وراثت در قالب یک زنجیره RNA یا دو زنجیره DNA هستند. تعداد کل باکتریوفاژها تقریباً با تعداد کل موجودات باکتریایی مطابقت دارد. این ویروس ها در گردش شیمیایی مواد و انرژی در طبیعت نقش فعالی دارند. باعث تظاهرات بسیاری از علائم در باکتری ها و میکروب های ایجاد شده یا توسعه یافته در سیر تکامل شود.
تاریخچه کشف
ف. توورت محقق باکتری شناسی شرحی از یک بیماری عفونی ارائه کرد که در مقاله ای منتشر شده در سال 1915 ارائه کرد. این بیماری استافیلوکوک ها را تحت تأثیر قرار می دهد و می تواند از هر فیلتری عبور کند و همچنین می تواند از یک کلنی سلولی به کلنی دیگر منتقل شود.
F. D'Herelle، میکروبیولوژیست متولد کانادا، در سپتامبر 1917 باکتریوفاژها را کشف کرد. کشف آنها مستقل از کار F. Tworot انجام شد.
در سال 1897، N. F. Gamaleya ناظر پدیده لیز شد.باکتری هایی که تحت تأثیر فرآیند عامل پیوند پیش رفتند.
ویروس های باکتریایی باکتریوفاژهای انگلی هستند که نقش زیادی در پاتوژنز عفونت ها دارند. آنها درگیر تضمین بازیابی نوع چند سلولی ارگانیسم از بسیاری از بیماری ها هستند و بنابراین نوع خاصی از سیستم ایمنی را تشکیل می دهند. D'Herelle ابتدا در مورد این صحبت کرد و بعداً آن را به یک دکترین تبدیل کرد. این موقعیت دانشمندان بسیاری را به خود جذب کرد که شروع به کاوش در این منطقه کردند و سعی در یافتن پاسخ سوالاتی از قبیل: باکتریوفاژهای باکتری-ویروس چه نوع ساختار سلولی (کریستال) دارند؟ فرآیندهای درون آنها، سرنوشت و توسعه بیشتر آنها چیست؟ همه اینها و موارد دیگر توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است.
معنا
ساختار ویروس ها به عنوان مثال یک باکتریوفاژ می تواند چیزهای زیادی به ما بگوید، به ویژه برای تعامل با سایر اطلاعاتی که فرد در مورد آنها دارد. به عنوان مثال، ظاهراً آنها قدیمی ترین شکل ذرات ویروس هستند. تجزیه و تحلیل کمی به ما نشان می دهد که جمعیت آنها بیش از 10 30 ذره دارد.
در طبیعت، آنها را می توان در همان مکانی که باکتری ها در آن زندگی می کنند، یافت که می توانند به آن حساس باشند. از آنجایی که ارگانیسم‌های مورد بحث بر اساس زیستگاهشان تعریف می‌شوند، ترجیحات باکتری‌هایی که آنها را آلوده می‌کنند، نتیجه می‌شود که باکتری‌های لیز کننده خاک (فاژها) در خاک زندگی می‌کنند. هرچه میکروارگانیسم‌های بیشتری در بستر وجود داشته باشد، فاژهای لازم بیشتری وجود دارد.
در واقعیت، هر باکتریوفاژی مظهر استیکی از واحدهای اساسی تحرک ژنتیکی است. آنها با استفاده از ترانسداکشن باعث پیدایش ژن های جدید در ماده ارثی باکتری می شوند. حدود 1024 سلول باکتریایی را می توان در هر ثانیه آلوده کرد. این شکل از پاسخ به این سوال که کدام ویروس‌ها را باکتریوفاژ می‌نامند، آشکارا راه‌هایی را به ما نشان می‌دهد که در آن اطلاعات ارثی بین موجودات باکتریایی از یک زیستگاه مشترک توزیع می‌شود.
ویژگی های ساختمان
در پاسخ به این سوال که ویروس باکتریوفاژ دارای چه ساختاری است، می توان نتیجه گرفت که آنها را می توان بر اساس ساختار شیمیایی، نوع اسید نوکلئیک (n.c.)، داده های مورفولوژیکی و شکل برهمکنش با ارگانیسم های باکتریایی تشخیص داد. اندازه چنین موجودی می تواند چندین هزار بار کوچکتر از خود سلول میکروبی باشد. یک نماینده معمولی فاژها توسط یک سر و یک دم تشکیل می شود. طول دم می تواند دو تا چهار برابر قطر سر باشد که اتفاقاً پتانسیل ژنتیکی را در خود جای داده است که به شکل زنجیره DNA یا RNA درآمده است. همچنین یک آنزیم - ترانس کریپتاز وجود دارد که در حالت غیر فعال غوطه ور شده و توسط پوسته ای از پروتئین ها یا لیپوپروتئین ها احاطه شده است. ذخیره ژنوم را در داخل سلول تعیین می کند و کپسید نامیده می شود.
ویژگی های ساختاری ویروس باکتریوفاژ، محفظه دم آن را به عنوان لوله ای از پروتئین تعریف می کند که به عنوان ادامه پوسته ای که سر را تشکیل می دهد عمل می کند. ATPase در ناحیه قاعده دم قرار دارد که منابع انرژی صرف شده در فرآیند تزریق را بازسازی می کند.ماده ژنتیکی.
داده های سیستماتیک
باکتریوفاژ ویروسی است که باکتری ها را آلوده می کند. طبقه‌شناس اینگونه آن را در جدول ترتیب سلسله مراتبی طبقه‌بندی می‌کند. اعطای عنوانی به آنها در این علم به دلیل کشف حجم عظیمی از این موجودات بود. این مسائل در حال حاضر توسط ICTV در حال رسیدگی است. مطابق با استانداردهای بین المللی برای طبقه بندی و توزیع گونه ها در بین ویروس ها، باکتریوفاژها بر اساس نوع اسید نوکلئیک موجود در آنها یا ویژگی های مورفولوژیکی متمایز می شوند.
امروزه 20 خانواده را می توان تشخیص داد که از این میان تنها 2 خانواده حاوی RNA و 5 خانواده دارای پوسته هستند. در بین ویروس های DNA، تنها 2 خانواده دارای فرم تک رشته ای از ژنوم هستند. 9 ویروس حاوی DNA (ژنوم به عنوان یک مولکول دایره ای از اسید دئوکسی ریبونوکلئیک به نظر می رسد) و 9 ویروس دیگر با شکل خطی. 9 خانواده مخصوص باکتری ها هستند و 9 خانواده دیگر مخصوص باستانی ها هستند.
تاثیر بر سلول باکتری
ویروس های باکتریوفاژ بسته به ماهیت برهمکنش با یک سلول باکتریایی، می توانند در نوع فاژهای بدخیم و متوسط متفاوت باشند. اولین ها فقط با کمک چرخه های لیتیک قادر به افزایش تعداد خود هستند. فرآیندهایی که در آن برهمکنش فاژ خطرناک و سلول رخ می دهد، شامل جذب سطحی سلول، نفوذ به ساختار سلول، فرآیندهای بیوسنتز عناصر فاژ و تبدیل آنها به حالت عملکردی و همچنین آزادسازی باکتریوفاژ از میزبان.
بیایید شرح ویروس های باکتریوفاژ را بر اساس عملکرد بیشتر آنها در سلول در نظر بگیریم.
باکتری ها بر روی سطح خود ساختارهای خاص فاژی دارند که به شکل گیرنده هایی ارائه می شوند که در واقع باکتریوفاژ به آنها متصل است. فاژ با استفاده از دم، با استفاده از آنزیم های موجود در انتهای خود، غشا را در محل خاصی از سلول از بین می برد. علاوه بر این، انقباض آن رخ می دهد، در نتیجه DNA وارد سلول می شود. "بدن" ویروس باکتریوفاژ با پوشش پروتئینی آن در خارج باقی می ماند.
تزریق ساخته شده توسط فاژ باعث بازسازی کامل کلیه فرآیندهای متابولیک می شود. سنتز پروتئین های باکتریایی و همچنین RNA و DNA تکمیل می شود و خود باکتریوفاژ به لطف فعالیت یک آنزیم شخصی به نام ترانس کریپتاز که تنها پس از ورود به سلول باکتری فعال می شود، فرآیند رونویسی را آغاز می کند.
هر دو زنجیره اولیه و دیررس RNA پیام رسان پس از ورود به ریبوزوم سلول حامل سنتز می شوند. فرآیند سنتز ساختارهایی مانند نوکلئاز، ATPase، لیزوزیم، کپسید، فرآیند دم و حتی DNA پلیمراز نیز در آنجا انجام می شود. فرآیند تکثیر طبق یک مکانیسم نیمه محافظه کار پیش می رود و فقط در حضور یک پلیمراز انجام می شود. پروتئین های دیررس پس از تکمیل فرآیندهای همانندسازی اسید دئوکسی ریبونوکلئیک تشکیل می شوند. پس از این مرحله نهایی چرخه شروع می شود که در آن بلوغ فاژ اتفاق می افتد. همچنین می تواند با پوسته پروتئین ترکیب شود و ذرات بالغ آماده برای عفونت را تشکیل دهد.
چرخه های زندگی
صرف نظر از ساختار ویروس باکتریوفاژ، همه آنها یک ویژگی مشترک در چرخه زندگی دارند. مطابق با اعتدال یا حدت، هر دو نوع موجودات زنده در مراحل اولیه تأثیر بر سلول با یک چرخه مشابه یکدیگر هستند:
- فرایند جذب فاژ بر روی یک گیرنده خاص؛
- تزریق نوکلئیک اسید به قربانی؛
- آغاز فرآیند مشترک تکثیر اسیدهای نوکلئیک، هم فاژ و هم باکتری؛
- فرایند تقسیم سلولی؛
- توسعه به روش لیزوژنیک یا لیتیک.
باکتریوفاژ معتدل حالت پروفاژ را حفظ می کند و مسیر لیزوژنیک را دنبال می کند. نمایندگان ویروسی مطابق با مدل لیتیک توسعه می یابند که در آن یک سری فرآیندهای متوالی وجود دارد:
- جهت سنتز اسید نوکلئیک توسط آنزیم های فاژ تعیین می شود که بر دستگاه مسئول سنتز پروتئین تأثیر می گذارد. انگل شروع به غیرفعال کردن RNA و DNA متعلق به میزبان می کند و فعالیت آنزیمی بیشتر به طور کامل منجر به شکافتن آن می شود. بخش بعدی این فرآیند، "فرعیت" دستگاه سلولی برای سنتز پروتئین است.
- فاژ n. to. تحت تکثیر قرار می گیرد و جهت سنتز پوسته های پروتئینی جدید را تعیین می کند. فرآیند تشکیل لیزوزیم تابع RNA فاژ است.
- لیز سلولی: پارگی سلول ناشی از فعالیت لیزوزیم است. تعداد زیادی فاژ جدید آزاد می شوند که ارگانیسم های باکتریایی را بیشتر آلوده می کنند.
روش عمل
ویروس هاباکتریوفاژها کاربرد وسیع خود را در درمان نوع آنتی باکتریال پیدا می کنند که به عنوان جایگزینی برای آنتی بیوتیک ها عمل می کند. در میان ارگانیسم هایی که ممکن است قابل استفاده باشند، متمایزترین آنها عبارتند از: استرپتوکوک، استافیلوکوک، کلبسیلا، کولی، پروتئوس، پیوباکتریوفاژها، پلی پروتئین ها و اسهال خونی.
سیزده ماده دارویی مبتنی بر فاژها در قلمرو فدراسیون روسیه در عمل برای اهداف پزشکی ثبت و استفاده می شود. به عنوان یک قاعده، چنین روش هایی برای مبارزه با عفونت ها زمانی استفاده می شود که شکل سنتی درمان منجر به تغییرات قابل توجهی نمی شود، که ناشی از حساسیت ضعیف پاتوژن به خود آنتی بیوتیک یا مقاومت کامل است. در عمل، استفاده از باکتریوفاژها منجر به دستیابی سریع و با کیفیت به موفقیت مطلوب می شود، اما این امر مستلزم وجود یک غشای بیولوژیکی پوشیده شده با لایه ای از پلی ساکاریدها است که آنتی بیوتیک ها نمی توانند از طریق آن نفوذ کنند.
نوع کاربرد درمانی نمایندگان فاژ در غرب پشتیبانی نمی کند. با این حال، اغلب برای مبارزه با باکتری هایی که باعث مسمومیت غذایی می شوند، استفاده می شود. تجربه چندین ساله در مطالعه فعالیت باکتریوفاژها به ما نشان می دهد که وجود مثلاً فاژ اسهال خونی در فضای مشترک شهرها و روستاها باعث قرار گرفتن فضا در معرض اقدامات پیشگیرانه می شود.
مهندسان ژنتیک از باکتریوفاژها به عنوان ناقل برای انتقال بخش های DNA استفاده می کنند. و همچنین با مشارکت آنها انتقال اطلاعات ژنومی صورت می گیردبین سلول های باکتریایی در حال تعامل.
