АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

В медицине

Одной из областей использования бактериофагов является антибактериальная терапия, альтернативная приёму антибиотиков. Например, применяются бактериофаги: стрептококковый, стафилококковый, клебсиеллёзный, дизентерийныйполивалентный, пиобактериофаг, коли, протейный и колипротейный и другие. В настоящее время их применяют для лечения бактериальных инфекций, которые не чувствительны к традиционному лечению антибиотиками, особенно в республикеГрузия^[20][21][22]. Обычно, применение бактериофагов сопровождается большим, чем антибиотики, успехом там, где присутствуют биологические мембраны, покрытые полисахаридами, через которые антибиотики обычно не проникают^[23]. В настоящее время терапевтическое применение бактериофагов не получило одобрения на Западе, хотя и применяются фаги для уничтожения бактерий, вызывающих пищевые отравления, таких, как Листерии^[24]. В многолетнем опыте в объёме крупного города и сельской местности доказана необычайно высокая лечебная и профилактическая эффективность дизентерийного бактериофага (П. М. Лернер, 2010)^{[ источник не указан 361 день ]}.

В биологии [править | править исходный текст]

Бактериофаги применяются в генной инженерии в качестве векторов, переносящих участки ДНК, возможна также естественная передача генов между бактериями посредством некоторых фагов (трансдукция).

Фаговые векторы обычно создают на базе умеренного бактериофага λ, содержащего двухцепочечную линейную молекулу ДНК. Левое и правое плечи фага имеют все гены, необходимые для литического цикла (репликации, размножения). Средняя часть генома бактериофага λ (содержит гены, контролирующие лизогению, то есть его интеграцию в ДНК бактериальной клетки) не существенна для его размножения и составляет примерно 25 тысяч пар нуклеотидов. Данная часть может быть заменена на чужеродный фрагмент ДНК. Такие модифицированные фаги проходят литический цикл, но лизогения не происходит. Векторы на основе бактериофага λ используют для клонирования фрагментов ДНК эукариот (то есть более крупных генов) размером до 23 тысяч пар нуклеотидов (т.п.н). Причём, фаги без вставок — менее 38 т.п.н или, напротив, со слишком большими вставками — более 52 т.п.н. не развиваются и не поражают бактерии^[25].

Бактериофаги M13, фаг Т4, T7 и фаг λ используют для изучения белок-белковых, белок-пептидных и ДНК-белковых взаимодействий методом фагового дисплея.

Поскольку размножение бактериофага возможно только в живых клетках, бактериофаги могут быть использованы для определения жизнеспособности бактерий. Данное направление имеет большие перспективы, поскольку, одним из основных вопросов при разных биотехнологических процессах является определение жизнеспособности используемых культур. С помощью метода электрооптического анализа клеточных суспензий была показана возможность изучения этапов взаимодействия фаг-микробная клетка^[26].

29. Вирусы растений напоминают по форме палочки или многогранники (полиэдры) и имеют, в основном, геномы РНК (+). Интересно, что геномы некоторых вирусов растений не могут реплицироваться, пока в клетку не попадет два различных вируса, каждый из которых несет часть генома. Этот тип вирусов называется вирусами с фрагментированными геномами.

Существуют содержащие ДНК вирусы растений, например вирус табачной мозаики, у которых геном расположен в полиэдрическом капсиде. Есть также вирусы-близнецы с парой соединенных друг с другом капсидов, каждый из которых несет кольцевую однонитевую молекулу ДНК длиной в 2500 нуклеотидов. У некоторых вирусов-близнецов парные молекулы ДНК идентичны, в то время как у других они кардинально отличаются.

И, наконец, есть еще вироиды. Это маленькие кольцевые однонитевые геномы, состоящие из РНК размером от 270 до 380 нуклеотидов — слишком маленькие, чтобы кодировать любые известные белки. Как и вирусы, которые в сотни и тысячи раз меньше клеток, заражаемых ими, вироиды в тысячи раз меньше вирусов. Они полностью полагаются на ферменты хозяйской клетки в обеспечении репликации своих геномов. Несмотря на маленькие размеры, вироиды вызывают болезни растений, поскольку некоторые фрагменты их генома нарушают механизм трансляции в клетке.

По способу внедрения возбудителя в организм хозяина все вирусные болезни растений относятся к раневым инфекциям. Исключение составляет инфицирование растений-паразитов, куда вирус проникает в ткани при объединении проводящих путей растения-паразита и инфицированного хозяина. Вирусы распространяются в организме растения от клетки к клетке по плазмодесмам при участии элементов цитоскелета со скоростью примерно 1 мм в день, иногда еще медленнее. Когда вирус попадает в проводящие ткани, то может переноситься по растению со скоростью 2,5 см в минуту. В принципе, вирусы могут распространяться по всему растению, причем степень генерализации процесса зависит как от свойств вируса, так и от свойств растения-хозяина. В связи с этим, вирусные инфекции растения могут быть локальными или системными.

Реакция клеток хозяина на вирусную инфекцию варьирует. Одним из крайних проявлений инфекции является некроз. В этом случае клетки отмирают столь быстро, что не успевают передать вирус соседним клеткам. При некротических вирусных инфекциях в тканях листа увеличивается синтез полифенолоксидазы и, соответственно, токсичных полифенолов и хинонов, что, по всей вероятности, и лежит в основе механизма, ведущего к локальному некрозу тканей растения. Другое крайнее проявление реакции растения на вирусную инфекцию — бессимптомное вирусоносительство, при котором клетки растения сохраняют способность к делению. Наличие вируса в теле кажущегося здоровым растения обнаруживается по эффекту проявления инфекции у другого вида растения (растение-индикатор) в случае передачи вируса.

Как правило, инфицирование растений вирусами сопровождается мозаичностью, пятнистостью, полосатостью листьев, их скрученностью, отставанием растения в развитии (карликовостью), аспермией (бессемянностью). Одной из характерных особенностей многих фитопатогенных вирусов является их агрегация в виде аморфных кристаллических включений, наблюдаемых в ядре, цитоплазме и хлоропластах. Накопление вирусных включений в хлоропластах, приводящее к потере или изменению пигментации, называют хлорозом. Размножение вирусов, в большинстве случаев, приводит к лизису клеток и может вызывать гибель растения.
Несмотря на то, что проявление симптомов варьирует в зависимости от возбудителя, генотипа растения, климатических и других факторов, первым методом диагностики вирусных заболеваний растений является метод оценки по внешним признакам. Данные, полученные при визуальном обследовании растения, позволяют сделать вывод о природе заболевания. В сомнительных случаях, а также при диагностике латентных инфекций, применяют метод растений-индикаторов и методы иммунологической диагностики — латекс-тест, метод двойной диффузии в агаровом геле, иммуноферментный анализ и иммуноэлектронную микроскопию.

Вирусы растений могут иметь узкий, ограниченный или широкий круг хозяев. Например, тенуивирусы поражают только однодольные растения семейства злаковых, представители рода каулимовирусов имеют круг хозяев, ограниченный несколькими семействами однодольных растений, баднавирусы поражают широкий круг хозяев.

Вирусы, имеющие широкий круг хозяев и специфичных переносчиков, способны формировать у растений природные очаги вирусных инфекций. Для формирования природного очага необходимо наличие многих растений-резерваторов (многолетние сорные и дикорастущие растения, которые служат источником инфекции) и нескольких видов специфических переносчиков вируса. Миграция инфицированных насекомых-переносчиков с дикорастущих растений на культурные происходит при изменении условий среды обитания переносчика. В частности, при высокой температуре и засухе дикорастущие растения становятся непригодными для питания насекомых, что заставляет их мигрировать на культурные растения. В таких крайних случаях вирусное заболевание растений может приобретать характер ЭПИФИТОТИИ (массовое инфекционное заболевание растений).

Инфицирование растений теми или иными вирусами может не иметь никакого экономического значения (потивирусы, томбусвирусы). В то же время, целый ряд других вирусов наносят огромный вред сельскохозяйственным культурам. В связи с этим, вирусные болезни растений представляют собой важную проблему фитопатологии., поскольку наносят большой ущерб сельскому хозяйству. Эти болезни поражают плодовые, ягодные культуры и виноград, бахчевые и зерновые культуры, наносят вред тепличному производству и плантациям. Ущерб, наносимый вирусами растений в США, исчисляется биллионами долларов.

Урожаю риса наносят вред вирус карликовости риса (фитореовирус) и вирус стерильной карликовости риса (тенуивирус). Картофель наиболее часто страдает от вируса карликовости картофеля (нуклеорабдовирус), вируса X картофеля (потексвирус), вируса Y картофеля (потивирус). Плодово-ягодные культуры преимущественно поражаются альфамо- и иларвирусами; тепличные культуры и плодовые деревья — кри-нивирусами; вирус мозаики цветной капусты (каулимовирус) наносит огромный вред урожаю капусты в Китае. Вирус табачной мозаики (тобамовирус) является причиной потерь не только табака, но и томатов, перцев и бахчевых культур, у которых он вызывает внутренний некроз плодов.

Для борьбы с вирусными заболеваниями растений применяют различные подходы, разработанные как на уровне обычных сельскохозяйственных, так и современных наукоемких подходов:
— проведение профилактической дезинфекции инвентаря, пропаривание почвы и субстратов в теплицах, или их замена;
— термотерапия посадочного материала. Вирионы многих вирусов растений (но не всех) термолабильны. Это их свойство лежит в основе термотерапии ряда вирусных болезней. Так, основным способом освобождения картофеля от вируса скручивания листьев и X-вируса картофеля является его погружение на несколько минут в воду, прогретую до 50-60 °C; вирус бронзовости томатов инактивируется при 40-48 °C в течение 10 минут. Для освобождения от вируса карликовости тростника термотерапия является производственным приемом;
— борьба с естественными переносчиками фитопатогенных вирусов;
— хемотерапия с использованием вироцидов;
— получение и сохранение свободных от вирусов клонов растений, базирующееся на методе апикальной культуры меристемы;
— создание трансгенных растений, устойчивых к вирусным инфекциям, основанное на технологии рекомбинантных ДНК.

В естественных условиях наиболее важную роль в передаче вирусов от одного растения к другому играют животные, питающиеся на этих растениях. Способность насекомого переносить тот или иной вирус контролируется генетически и может определяться различием в одном гене, который контролирует проницаемость кишечника для вируса. В пользу такой точки зрения говорит тот факт, что после пункции брюшка насекомое, неспособное передавать вирус, приобретает эту способность.

Принимая во внимание тесные связи между насекомыми и растениями, которыми они питаются, можно предположить, что вирусы в ходе эволюции распространились от одного класса хозяев к другому и оказались избирательно адаптированными к “двойному” образу жизни. Существенный этап инфекции такого рода представляет проникновение в клетку вирусной нуклеиновой кислоты, генетические потенции которой, объединенные с генетическими потенциями клетки, и определяют возможность размножения вируса.

Основными переносчиками вирусов растений служат членистоногие, особенно насекомые, но иногда также и клещи. Есть много общего между взаимоотношениями некоторых вирусов растений с их членистоногими - переносчиками и взаимоотношениями арбавирусов животных (переносимых членистоногими) с их переносчиками. Членистоногие - переносчики с колющим хоботком, высасывающие сок растений, весьма эффективно переносят вирусы, поскольку они обладают способностью вводить вирус в относительно глубоко расположенную ткань растения - флоэму. Небольшое число вирусов попадает в ксилему, значительно большее их число встречается во флоэме. Наиболее широк спектр вирусов растений, переносимых тлями.

30. Вирусы животных и человека обычно бывают спиралевидными или икосаэдрическими, они могут быть непокрытыми («голыми») или оболочечными. У непокрытого вируса есть только капсид, как у фага. У оболочечного вируса тоже есть капсид, но, кроме него, присутствует и липидная оболочка, состоящая из части мембраны хозяйской клетки, которую вирус захватывает при выходе из клетки.

Вирусный геном определяет продукцию специфических глико-протеинов, которые вставляются в мембрану. Капсид вириона прикрепляется к концам этих гликопротеинов на цитоплазматической стороне мембраны, что вызывает связывание части мембраны с вирионом. В таком «конверте» он может отщепиться от клеточной мембраны в результате процесса, называемого почкованием, не оставляя в ней отверстия.

Вирион прикрепляется к специфическому рецептору на клеточной мембране, чтобы заразить клетку. Рецептор, как ключ к замку, подходит к капсиду непокрытого вируса или гликопротеину липидной оболочки оболочечного вируса. В клетке капсид, или конверт, удаляется и освобождает вирусный геном, который может состоять из ДНК или РНК, однонитевой или двунитевой, линейной или кольцевой (если это ДНК, так как вирусные геномы, состоящие из кольцевой РНК, неизвестны). Вирусные геномы, состоящие из ДНК, реплицируются в ядре хозяйской клетки, в то время как геномы, состоящие из РНК, остаются в цитоплазме клетки.

Вирусы вызывают четыре типа инфекции у животных:

1. Острая, или литическая. Вирусы проходят литический цикл (описанный выше в разделе о фагах) и быстро убивают хозяйскую клетку, вызывая ее разрушение и выход потомства вирионов.

2. Латентная. Соответствует лизогенному циклу бактериофагов. Вирус заражает клетку, но остается неактивным до наступления определенных условий.

3. Персистирующая. Новые вирионы медленно освобождаются с поверхности клетки, но клетка остается живой. В результате продуцируются упакованные вирусы.

4. Трансформирующая. Хозяйская клетка не только продуцирует вирионы, но и трансформируется из нормальной в раковую за счет вставки онкогена, принесенного вирусом.

ДНК или РНК содержащие вирусы, имеют различные пути репликации, транскрипции и трансляции, когда заражают животные клетки.

Типичные вирусы, содержащие двунитевую ДНК, прикрепляются к поверхности клетки, проникают внутрь и затем освобождаются от капсида (процесс называется распаковкой). Ферменты хозяйской клетки реплицируют вирусную ДНК и транскрибируют ее в мРНК, которую рибосомы хозяйской клетки транслируют в белки вирусного капсида или (иногда) в ферменты, обеспечивающие преимущество репликации вирусной ДНК перед репликацией собственной ДНК хозяйской клетки. Белки капсида — капсомеры — образуют капсид вокруг реплицирующейся вирусной ДНК, а затем освобождаются при разрушении клетки или почковании (когда продуцируются упакованные в липидную оболочку вибрионы, описанные выше). Однонитевая ДНК вируса следует по такому же пути, вот только сначала достраивается вторая нить из нуклеотидов клетки, а уж потом полученная двунитевая ДНК транскрибируется и транслируется.

Жизненный цикл РНК содержащих более сложен, чем циклы жизни ДНК содержащих вирусов. Большинство хозяйских клеток не могут реплицировать или репарировать РНК, потому что в клетке нет для этого нужных ферментов. В результате РНК, содержащие вирусы больше подвержены мутациям. Вирусные геномы, состоящие из РНК, должны включать гены, кодирующие ферменты собственной репликации, или вирусы должны уже нести с собой эти ферменты при проникновении в хозяйскую клетку.

Вирусные геномы, состоящие из однонитевых РНК, метятся или (+), или (—). РНК (+) нить служит в хозяйской клетке в качестве мРНК, кодируя (по минимуму) белки капсида и ферменты для репликации вирусной РНК. РНК (—) нить комплементарна нити мРНК, кодирующей все эти белки, и должна нести с собой фермент, который может синтезировать нить (+) по нити (—), после чего начинается синтез необходимых белков и ферментов.

Двунитевые РНК-геномы реплицируются более-менее сходно с двунитевыми ДНК-геномами, используя фермент, названный РНК-репликазой. И, наконец, ретровирусы несут с собой обратную транскриптазу — фермент, который копирует РНК их геномов в ДНК. Полученная ДНК может встраиваться в геном хозяйской клетки или использоваться для транскрипции. Как отмечено в главе 8, некоторые ретровирусы несут онкогены, превращая хозяйские клетки в раковые. Другим примером ретровирусов, встраивающих в хозяйский геном опасные гены, является вирус ВИЧ-1, вызывающий СПИД. Это самый сложный из существующих вирусов, потому что он содержит по крайней мере шесть дополнительных генов.

Болезни, вызываемые вирусами