ไวรัส bacteriophages: โครงสร้างและคำอธิบาย

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

บทความนี้ เช่นเดียวกับรายงานชีววิทยาชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 เกี่ยวกับไวรัสแบคเทอริโอฟาจ จะช่วยให้ผู้อ่านเรียนรู้ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับรูปแบบชีวิตนอกเซลล์เหล่านี้ ในที่นี้เราจะพิจารณาถึงตำแหน่งอนุกรมวิธาน ลักษณะของโครงสร้างและกิจกรรมในชีวิต การแสดงตัวเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับแบคทีเรีย ฯลฯ

แนะนำตัว

ทุกคนรู้ดีว่าตัวแทนสากลของหน่วยชีวิตบนดาวเคราะห์โลกคือเซลล์ อย่างไรก็ตาม ช่วงเปลี่ยนผ่านระหว่างศตวรรษที่ 19 และ 20 เป็นยุคที่มีการค้นพบโรคหลายชนิดที่ส่งผลกระทบต่อสัตว์ พืช หรือแม้แต่เชื้อรา จากการวิเคราะห์ปรากฏการณ์นี้และพิจารณาข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับโรคของมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่ามีสิ่งมีชีวิตที่อาจมีลักษณะที่ไม่ใช่เซลล์

สิ่งมีชีวิตดังกล่าวมีขนาดเล็กมาก จึงสามารถผ่านตัวกรองที่เล็กที่สุดได้โดยไม่หยุด โดยที่แม้แต่เซลล์ที่เล็กที่สุดก็สามารถหยุดได้ สิ่งนี้นำไปสู่การค้นพบไวรัส

ข้อมูลทั่วไป

ก่อนพิจารณาตัวแทนของไวรัส - แบคทีเรีย - มาทำความคุ้นเคยกับข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับอาณาจักรแห่งลำดับชั้นอนุกรมวิธานกันเถอะ

อนุภาคไวรัสมีขนาดเล็กที่สุด (20-300 นาโนเมตร) และมีโครงสร้างสมมาตร มันถูกสร้างขึ้นจากส่วนประกอบที่ทำซ้ำอย่างต่อเนื่อง สิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่มีลักษณะเป็นไวรัสคือชิ้นส่วนของ RNA หรือ DNA ที่อยู่ในเปลือกโปรตีนพิเศษที่เรียกว่าแคปซิด พวกเขาไม่มีความสามารถในการทำงานอย่างอิสระและคงไว้ซึ่งกิจกรรมที่สำคัญ โดยอยู่นอกเซลล์อื่น การสำแดงคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตนั้นมีอยู่ในพวกมันหลังจากถูกนำเข้าสู่สิ่งมีชีวิตอื่นแล้วเท่านั้น ในขณะที่ไวรัสเองจะใช้ทรัพยากรของเซลล์ที่จับได้เพื่อรักษาเสถียรภาพในสถานะของตัวเอง ตามมาด้วยว่าโดเมนของอนุกรมวิธานนี้ถูกนำเสนอในรูปแบบของสิ่งมีชีวิตภายในเซลล์ที่เป็นกาฝาก มีไวรัสที่บุกรุกส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์ที่พวกมันพัฒนาและมีชีวิตอยู่ พวกมันสร้างเปลือกอีกอันรอบสถานที่ดังกล่าว หุ้มแคปซิด

ตามกฎแล้วไวรัสจะสร้างพันธะกับพื้นผิวของเซลล์ที่พวกมันเป็นกาฝาก จากนั้นไวรัสก็เข้าไปข้างในและเริ่มค้นหาโครงสร้างเฉพาะที่สามารถโจมตีได้ ตัวอย่างเช่น สาเหตุเชิงสาเหตุของการทำงานของตับอักเสบและอาศัยอยู่เฉพาะในหน่วยเซลล์ของตับ ในขณะที่คางทูมพยายามเจาะเข้าไปในต่อมหู

DNA (RNA) ที่เป็นของไวรัส เมื่ออยู่ภายในเซลล์พาหะ เริ่มมีปฏิสัมพันธ์กับอุปกรณ์ของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมเพื่อให้เซลล์เริ่มกระบวนการสังเคราะห์ที่ควบคุมไม่ได้ชุดโปรตีนเฉพาะที่เข้ารหัสในกรดนิวคลีอิกของเชื้อโรคเอง ถัดไป การจำลองแบบเกิดขึ้นซึ่งดำเนินการโดยเซลล์โดยตรง ดังนั้นกระบวนการรวบรวมอนุภาคไวรัสตัวใหม่จึงเริ่มต้นขึ้น

แบคทีเรีย

ไวรัสแบคเทอริโอฟาจคือใคร? นี่คือสิ่งมีชีวิตรูปแบบพิเศษบนโลกที่เจาะเซลล์แบคทีเรียอย่างเฉพาะเจาะจง การสืบพันธุ์มักเกิดขึ้นภายในโฮสต์ และกระบวนการเองจะนำไปสู่การสลาย เมื่อพิจารณาถึงโครงสร้างของไวรัสโดยใช้ตัวอย่างของแบคทีเรีย เราสรุปได้ว่าพวกมันประกอบด้วยเปลือกที่เกิดจากโปรตีนและมีอุปกรณ์สำหรับการสืบพันธุ์ในรูปแบบของสาย RNA สายเดียวหรือสาย DNA สองสาย จำนวนแบคทีเรียทั้งหมดโดยประมาณนั้นสอดคล้องกับจำนวนแบคทีเรียทั้งหมด ไวรัสเหล่านี้มีส่วนสำคัญในการหมุนเวียนสารเคมีของสารและพลังงานในธรรมชาติ ทำให้เกิดอาการแสดงหลายอย่างในแบคทีเรียและจุลินทรีย์ที่พัฒนาหรือพัฒนาขึ้นในช่วงวิวัฒนาการ

ประวัติการค้นพบ

นักวิจัยด้านแบคทีเรีย F. Twort ได้สร้างคำอธิบายของโรคติดเชื้อ ซึ่งเขาเสนอในบทความที่ตีพิมพ์ในปี 1915 โรคนี้ส่งผลกระทบต่อ Staphylococci และสามารถผ่านตัวกรองใด ๆ และยังสามารถขนส่งจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้

F. D'Herelle นักจุลชีววิทยาที่เกิดในแคนาดา ค้นพบแบคทีเรียในเดือนกันยายน พ.ศ. 2460 การค้นพบของพวกเขาเกิดขึ้นโดยอิสระจากผลงานของ F. Tworot

ในปี พ.ศ. 2440 เอ็น.เอฟ.กามาเลยากลายเป็นผู้สังเกตการณ์ปรากฏการณ์การสลายแบคทีเรียที่ดำเนินการภายใต้อิทธิพลของกระบวนการปลูกถ่ายอวัยวะ

ไวรัสแบคทีเรียเป็นแบคทีเรียที่เป็นกาฝากที่มีบทบาทสำคัญในการก่อโรคของการติดเชื้อ พวกเขามีส่วนร่วมในการสร้างความมั่นใจในการฟื้นตัวของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จากโรคต่าง ๆ ดังนั้นจึงสร้างระบบภูมิคุ้มกันเฉพาะประเภท ครั้งแรกที่ D'Herelle กล่าวถึงเรื่องนี้ และต่อมาได้พัฒนาเป็นหลักคำสอน ตำแหน่งนี้ดึงดูดนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่เริ่มสำรวจพื้นที่นี้และพยายามค้นหาคำตอบสำหรับคำถามเช่น โครงสร้างเซลล์แบบใด (คริสตัล) แบคทีเรีย-ไวรัส bacteriophages มี? กระบวนการภายในของพวกเขาคืออะไร ชะตากรรมต่อไปและการพัฒนาของพวกเขาคืออะไร? ทั้งหมดนี้และอื่น ๆ ได้รับความสนใจจากนักวิจัยมากมาย

ความหมาย

โครงสร้างของไวรัสในตัวอย่างแบคทีเรียสามารถบอกเราได้มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการโต้ตอบกับข้อมูลอื่น ๆ ที่บุคคลมีเกี่ยวกับพวกเขา ตัวอย่างเช่นควรเป็นอนุภาคไวรัสที่เก่าแก่ที่สุด การวิเคราะห์เชิงปริมาณบอกเราว่าประชากรของพวกเขามีมากกว่า 10³⁰ อนุภาค

ในธรรมชาติ พวกมันสามารถพบได้ในที่เดียวกับที่แบคทีเรียอาศัยอยู่ ซึ่งพวกมันสามารถสัมผัสได้ถึงความรู้สึกไว เนื่องจากสิ่งมีชีวิตที่เป็นปัญหาถูกกำหนดโดยแหล่งที่อยู่อาศัย ตามความชอบของแบคทีเรียที่พวกมันติดเชื้อ แบคทีเรียในดินที่ละลาย (phages) จะอาศัยอยู่ในดิน ยิ่งมีจุลินทรีย์ในซับสเตรทมากเท่าใด ฟาจก็จะยิ่งมีความจำเป็นมากขึ้นเท่านั้น

ในความเป็นจริง แบคทีเรียทุกชนิดรวมเอาตัวเป็นๆหนึ่งในหน่วยพื้นฐานของการเคลื่อนย้ายทางพันธุกรรม การใช้ทรานส์ดักชันทำให้เกิดยีนใหม่ในสารพันธุกรรมของแบคทีเรีย ประมาณ 10²⁴ เซลล์แบคทีเรียสามารถติดเชื้อได้ต่อวินาที รูปแบบการตอบคำถามที่เรียกว่าไวรัสชนิดใดที่เรียกว่าแบคทีเรียอย่างเปิดเผยนี้แสดงให้เราเห็นถึงวิธีการกระจายข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างสิ่งมีชีวิตจากแบคทีเรียจากแหล่งที่อยู่อาศัยทั่วไป

สิ่งปลูกสร้าง

เมื่อตอบคำถามเกี่ยวกับโครงสร้างไวรัส bacteriophage เราสามารถสรุปได้ว่าพวกมันสามารถแยกแยะได้ตามโครงสร้างทางเคมี ชนิดของกรดนิวคลีอิก (n.c.) ข้อมูลทางสัณฐานวิทยา และรูปแบบของปฏิสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตจากแบคทีเรีย ขนาดของสิ่งมีชีวิตดังกล่าวอาจมีขนาดเล็กกว่าเซลล์จุลินทรีย์เองหลายพันเท่า ตัวแทนทั่วไปของฟาจประกอบด้วยหัวและหาง ความยาวของหางอาจมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของศีรษะได้สองถึงสี่เท่า ซึ่งอย่างไรก็ตาม ก็เป็นที่อยู่ของศักยภาพทางพันธุกรรม ซึ่งอยู่ในรูปของสายโซ่ DNA หรือ RNA นอกจากนี้ยังมีเอ็นไซม์ - ทรานสคริปเทส ซึ่งแช่อยู่ในสภาวะที่ไม่ใช้งานและล้อมรอบด้วยเปลือกของโปรตีนหรือไลโปโปรตีน เป็นตัวกำหนดการจัดเก็บจีโนมภายในเซลล์และเรียกว่าแคปซิด

ลักษณะโครงสร้างของไวรัสแบคเทอริโอฟาจกำหนดส่วนหางของมันว่าเป็นหลอดโปรตีน ซึ่งทำหน้าที่เป็นส่วนต่อของเปลือกที่ประกอบเป็นส่วนหัว ATPase ตั้งอยู่ในพื้นที่ของฐานส่วนท้าย ซึ่งสร้างแหล่งพลังงานใหม่ที่ใช้ในกระบวนการฉีดสารพันธุกรรม

ข้อมูลระบบ

แบคทีเรียเป็นไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรีย นี่คือวิธีที่นักอนุกรมวิธานจัดหมวดหมู่ไว้ในตารางลำดับชั้น การมอบหมายตำแหน่งให้กับพวกเขาในวิทยาศาสตร์นี้เกิดจากการค้นพบสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จำนวนมาก ปัญหาเหล่านี้กำลังได้รับการแก้ไขโดย ICTV ตามมาตรฐานสากลสำหรับการจำแนกประเภทและการกระจายของแท็กซ่าระหว่างไวรัส แบคทีเรียจะจำแนกตามชนิดของกรดนิวคลีอิกที่มีอยู่หรือลักษณะทางสัณฐานวิทยา

วันนี้สามารถแยกแยะความแตกต่างได้ 20 ตระกูล โดยมีเพียง 2 ตระกูลที่มี RNA และ 5 ตระกูลที่มีเปลือก ในบรรดาไวรัส DNA มีเพียง 2 ตระกูลเท่านั้นที่มีรูปแบบจีโนมแบบสายเดี่ยว ไวรัส 9 ตัวที่มี DNA (จีโนมดูเหมือนกับเราเป็นโมเลกุลวงกลมของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) และอีก 9 ตัวที่มีรูปร่างเป็นเส้นตรง 9 ตระกูลนั้นจำเพาะสำหรับแบคทีเรีย และอีก 9 ตระกูลนั้นจำเพาะสำหรับอาร์เคีย

อิทธิพลต่อเซลล์แบคทีเรีย

ไวรัสแบคทีเรีย ขึ้นอยู่กับลักษณะของปฏิสัมพันธ์กับเซลล์แบคทีเรีย อาจแตกต่างกันในฟาจชนิดรุนแรงและปานกลาง อดีตสามารถเพิ่มจำนวนได้โดยใช้วงจร lytic เท่านั้น กระบวนการที่เกิดอันตรกิริยาระหว่างฟาจที่เป็นพิษกับเซลล์ ประกอบไปด้วยการดูดซับบนผิวเซลล์ การแทรกซึมเข้าไปในโครงสร้างเซลล์ กระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพขององค์ประกอบของฟาจและการนำเข้าสู่สถานะการทำงาน รวมถึงการปลดปล่อยของ แบคทีเรียจากโฮสต์

ลองพิจารณาคำอธิบายของไวรัสแบคเทอริโอฟาจโดยพิจารณาจากการกระทำต่อไปในเซลล์กัน

แบคทีเรียมีโครงสร้างจำเพาะฟาจพิเศษบนพื้นผิวของมัน นำเสนอในรูปของตัวรับ ซึ่งอันที่จริงแล้ว แบคเทอริโอฟาจติดอยู่ การใช้หางทำให้ฟาจทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ในตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งโดยใช้เอ็นไซม์ที่บรรจุอยู่ที่ปลายของมัน นอกจากนี้การหดตัวของมันเกิดขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากการนำ DNA เข้าสู่เซลล์ "ร่างกาย" ของไวรัสแบคทีเรียที่มีชั้นเคลือบโปรตีนยังคงอยู่ภายนอก

การฉีดโดยฟาจทำให้เกิดการปรับโครงสร้างใหม่ของกระบวนการเผาผลาญทั้งหมด การสังเคราะห์โปรตีนจากแบคทีเรีย เช่นเดียวกับ RNA และ DNA เสร็จสมบูรณ์ และแบคทีเรียเองก็เริ่มกระบวนการถอดรหัสด้วยกิจกรรมของเอนไซม์ส่วนตัวที่เรียกว่า transcriptase ซึ่งกระตุ้นหลังจากเข้าสู่เซลล์แบคทีเรียเท่านั้น

อาร์เอ็นเอทั้งสายแรกและสายสุดท้ายจะถูกสังเคราะห์หลังจากพวกมันเข้าไปในไรโบโซมของเซลล์พาหะ กระบวนการสังเคราะห์โครงสร้างเช่น nuclease, ATPase, lysozyme, capsid, tail process และแม้แต่ DNA polymerase ก็เกิดขึ้นเช่นกัน กระบวนการจำลองแบบดำเนินไปตามกลไกกึ่งอนุรักษ์นิยมและดำเนินการเมื่อมีพอลิเมอเรสเท่านั้น โปรตีนตอนปลายจะเกิดขึ้นหลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการจำลองกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก หลังจากนี้ ระยะสุดท้ายของวัฏจักรจะเริ่มต้นขึ้น ซึ่งการเจริญเต็มที่ของฟาจจะเกิดขึ้น นอกจากนี้ยังสามารถรวมกับเปลือกโปรตีนและสร้างอนุภาคที่โตเต็มที่พร้อมสำหรับการติดเชื้อ

วงจรชีวิต

ไม่ว่าโครงสร้างของไวรัสแบคเทอริโอฟาจจะเป็นอย่างไร พวกมันทั้งหมดมีลักษณะทั่วไปของวงจรชีวิต ตามความพอประมาณหรือความรุนแรง สิ่งมีชีวิตทั้งสองประเภทมีความคล้ายคลึงกันในระยะเริ่มต้นของอิทธิพลต่อเซลล์ที่มีวัฏจักรเดียวกัน:

• กระบวนการดูดซับฟาจบนตัวรับจำเพาะ
• ฉีดกรดนิวคลีอิกให้เหยื่อ;
• เริ่มกระบวนการร่วมกันของการจำลองกรดนิวคลีอิก ทั้งฟาจและแบคทีเรีย
• กระบวนการแบ่งเซลล์
• การพัฒนาโดยวิธีไลโซเจนิคหรือไลติก

แบคทีเรียที่มีอุณหภูมิพอเหมาะจะรักษาโหมดการเผยพระวจนะตามวิถีไลโซเจนิก ตัวแทนที่มีความรุนแรงพัฒนาตามรูปแบบ lytic ซึ่งมีกระบวนการต่อเนื่องเป็นชุด:

• ทิศทางของการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกถูกกำหนดโดยเอนไซม์ฟาจ ซึ่งส่งผลต่ออุปกรณ์ที่รับผิดชอบในการสังเคราะห์โปรตีน ปรสิตเริ่มหยุดการทำงานของ RNA และ DNA ที่เป็นของโฮสต์และการกระทำของเอนไซม์ต่อไปจะนำไปสู่การแยกออกอย่างสมบูรณ์ ส่วนต่อไปของกระบวนการคือ "การอยู่ใต้บังคับบัญชา" ของอุปกรณ์เซลล์สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน
• เฟจ น. ผ่านการจำลองแบบและกำหนดทิศทางของการสังเคราะห์เปลือกโปรตีนใหม่ กระบวนการสร้างไลโซไซม์นั้นอยู่ภายใต้ phage RNA
• สลายเซลล์: การแตกของเซลล์ที่เกิดจากการทำงานของไลโซไซม์ เฟจใหม่จำนวนมากถูกปล่อยออกมา ซึ่งจะทำให้แบคทีเรียติดเชื้อต่อไป

วิธีดำเนินการ

ไวรัสแบคทีเรียพบว่ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการบำบัดด้วยยาต้านแบคทีเรียซึ่งทำหน้าที่เป็นทางเลือกแทนยาปฏิชีวนะ ในบรรดาสิ่งมีชีวิตที่อาจนำไปใช้ได้ สิ่งมีชีวิตที่จำแนกได้มากที่สุด ได้แก่ สเตรปโทคอกคัส สแตฟิโลคอคคัล เคล็บซิเอลลา โคไล โพรเตอุส ไพโอแบคทีเรียโอฟาจ โพลีโปรตีน และโรคบิด

ยาสิบสามชนิดจากฟาจได้รับการจดทะเบียนและนำไปใช้ในทางปฏิบัติในอาณาเขตของสหพันธรัฐรัสเซียเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ ตามกฎแล้ววิธีการดังกล่าวในการต่อสู้กับการติดเชื้อจะใช้เมื่อรูปแบบการรักษาแบบดั้งเดิมไม่นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญซึ่งเกิดจากความไวที่อ่อนแอของเชื้อโรคต่อยาปฏิชีวนะหรือการดื้อยาอย่างสมบูรณ์ ในทางปฏิบัติ การใช้แบคทีเรียทำให้เกิดผลสำเร็จอย่างรวดเร็วและมีคุณภาพสูง แต่ต้องมีเมมเบรนชีวภาพที่เคลือบด้วยโพลีแซ็กคาไรด์เป็นชั้นๆ ซึ่งยาปฏิชีวนะไม่สามารถเจาะทะลุได้

รูปแบบการรักษาของตัวแทน phage ไม่พบการสนับสนุนในตะวันตก อย่างไรก็ตาม มักใช้เพื่อต่อสู้กับแบคทีเรียที่ทำให้เกิดอาหารเป็นพิษ ประสบการณ์หลายปีในการศึกษากิจกรรมของแบคทีเรียแสดงให้เราเห็นว่าการมีอยู่ของเชื้อ ตัวอย่างเช่น โรคบิด phage ในพื้นที่ส่วนกลางของเมืองและหมู่บ้านทำให้เกิดการเปิดพื้นที่เพื่อมาตรการป้องกัน

วิศวกรพันธุศาสตร์ใช้ประโยชน์จากแบคทีเรียเป็นพาหะในการถ่ายโอนส่วนดีเอ็นเอ และด้วยการมีส่วนร่วมของพวกเขาการถ่ายโอนข้อมูลจีโนมก็เกิดขึ้นระหว่างเซลล์แบคทีเรียที่มีปฏิสัมพันธ์