Полезность невидимого
На Земле практически у каждого типа живых организмов можно обнаружить каких-либо паразитов. Среди последних особенное место занимают вирусы. На фотографии, полученной с помощью электронного микроскопа (Рис. 4), представлен типичный представитель одной из групп вирусов, довольно неоднородной, но, тем не менее, объединённой в единую систематическую категорию. Представители многих подгрупп в данной группе вирусов имеют строение вириона, схожее с представленным на микрофотографии, хотя те или иные структуры в его составе, могут быть выражены у них в разной степени или вообще отсутствовать.
В клетках, на которых паразитирует данная группа вирусов присутствуют различные молекулярные (ферментативные) системы противодействия им. Среди таких систем называют эндонуклеазы рестрикции (рестриктазы). Другой пример - система CRISPR/Cas.
В настоящее время эти вирусы пытаются использовать и используют в различных отраслях человеческой деятельности - медицине, санитарии и пр. Крайне высокая специфичность некоторых из представителей позволяет использовать их в определённых научных лабораториях для идентификации клеток, на которых эти вирусы паразитируют (фаготипирование).
Задание 1. Приведите общее название этой группы. В клетках каких организмов паразитируют эти вирусы?
А) Бактериофаги. Б) В бактериальные клетках.
Задание 2. Какая структура в составе вириона этих вирусов является обязательной для большинства подгрупп (представители одной из подгрупп лишены её, являясь нитевидными)? Какая компонента вириона присутствует обязательно абсолютно у всех подгрупп?
А) Гексагональная головка, представляющая собой капсид бактериофага. Б) генетический материал бактериофага - ДНК или РНК.
Задание 3. Каковы два основных компонента химического состава вириона (на уровне молекул)? Какие функциональные классы этих компонентов включены в вирион?
А) Вирионы бактериофагов почти исключительно состоят из нуклеиновых кислот и белков (примерно пополам). Б) Нуклеиновые кислоты представлены в составе генома вируса, тогда как белки формируют все структуры вириона (капсид, стебель, если он имеется и прочее). Также могут присутствовать белки - ферменты: транскриптаза, АТФаза, лизоцим.
Задание 4. Назовите два основных варианта существования (жизненных циклов) таких вирусов внутри бактериальной клетки.
А) Лизогения: геном умеренного фага встраивается в геном бактерии и реплицируется совместно с последним, не вызывая гибели хозяина.
Б) Литический путь: фаг полностью "подчиняет" метаболизм клетки, перестраивая его под нужды собственной репродукции, с разрушением бактериальной клетки и выходом всего накопившегося "зрелого" вирусного потомства на конечном этапе.
Задание 5. Назовите принцип действия защитной системы, связанной с рестриктазами. Почему данная система действует специфично в отношении вируса-агрессора, но не вредит клетке?
А) Рестриктазы разрезают чужеродные нуклеиновые кислоты при наличии в них «сайтов узнавания» - определённых последовательностей нуклеотидных остатков, специфических для каждой (имеются исключения) рестриктазы.
Б) Бактериальные клетки содержат те рестриктазы, сайты узнавания которых либо отсутствуют/редки у этих бактерий, либо защищены от разрезания метилированием.
Задание 6. Вирусы этой группы сыграли важную роль в определении роли ДНК в передаче наследственной информации в середине прошлого века. Опишите, в чем суть тех работ.
А) В 1952 году Херши и Чейз показали, что наследственная информация представителей данной группы вирусов закодирована не в белках, как тогда многие полагали, а в молекулах ДНК. Выяснилось, что, после инфицирования, в бактериальную клетку поступает только вирусная ДНК. Соответственно, только она необходима для репродукции вируса.
Б) В том же году другие исследователи Ледерберг и Циндлер установили, что эти вирусы способны включать в свой состав участки генома бактерий и переносить их в новые бактериальные клетки, придавая им, соответственно, новые фенотипические свойства.
Задание 7. Поясните, в чем суть вышеупомянутого метода фаготипирования? Приведите пример использования метода.
А) Высокая специфичность некоторых фагов (они способны различать отдельные варианты внутри вида бактерий) позволяет использовать их для внутривидовой идентификации бактерий, определения источника инфекции и пр.
Б) Важный и широко распространённый пример - фаготипирование стафилококков.
Задание 8. Назовите основные области применения этой группы вирусов вне научных лабораторий (с пояснением, для чего именно они применяются).
А) В медицине и ветеринарии - для борьбы с возбудителями инфекционных заболеваний, в том числе в ЖКТ, и местных инфекционных процессов (например, при хирургических операциях), при гнойно-воспалительных поражениях. В растениеводстве - для борьбы с возбудителями инфекционных заболеваний культурных растений.
Б) Для уничтожения бактерий во внешней среде - например, при борьбе с внутрибольничными инфекциями, снижение бактериального обсеменения при вспышках некоторых инфекционных заболеваний и пр. Для индикации патогенных бактерий во внешней среде.
Задание 9. Приведите два примера ситуаций, когда наличие этих вирусов крайне нежелательно и может приводить к серьёзным потерям, в том числе финансовым.
Крайне нежелательно присутствие бактериофагов в производственных процессах, в которых используются культуры бактерий. Примерами могут служить, например, А) производство кисломолочных продуктов Б) различные биопроизводства, где, в качестве продуцентов, используют бактериальные клетки и пр.
Задание 10. Какие преимущества могут иметь вирусы данной группы перед стандартными средствами, выполняющими схожие функции, в медицинском применении? Какие недостатки?
А) Бактериофаги, обладая высокой специфичностью в отношении хозяина, способны эффективно бороться даже со штаммами бактерий, имеющими различные устойчивости к антибиотикам, не поражая при этом, в отличие от последних, нормальную микрофлору. В свою очередь, развитие устойчивости к фагам затруднено. Б) Недостатки являются следствием тех же факторов, что и преимущества - высокая специфичность применяемых фагов приводит к невозможности (либо задержке) их использования для терапии в случае, когда инфекционный агент недостаточно точно идентифицирован.