Streszczenie wątku

Wirusy

Wirusy są bezkomórkowymi czynnikami zakaźnymi. Nie mają budowy komórkowej, nie prowadzą samodzielnego metabolizmu i nie mogą namnażać się poza komórką gospodarza.

Budowa wirusów 

Kompletna cząstka wirusowa znajdująca się poza komórką to wirion. Wirion zawiera:

• genom w postaci DNA albo RNA (może być jedno- lub dwuniciowy, liniowy lub kolisty);

• kapsyd zbudowany z białek;

• u części wirusów osłonkę lipidową;

• niekiedy enzymy potrzebne do rozpoczęcia cyklu replikacyjnego.

Kapsyd chroni materiał genetyczny i uczestniczy w rozpoznawaniu gospodarza. Jest zbudowany z podjednostek białkowych określanych jako kapsomery.

Osłonka lipidowa pochodzi z błon zakażonej komórki, ale zawiera wirusowe białka. Niektóre białka osłonki wiążą się z receptorami komórki gospodarza i uczestniczą we wnikaniu wirusa.

Ze względu na kształt i formę kapsydu wyróżnia się wirusy:

• pałeczkowate (helikalne);

• bryłowate (wielościenne);

• kuliste (z otoczką lipidową);

• o budowie złożonej (w typowej postaci mają wielościenną główkę, ogonek i włókna ogonkowe).

R1PGxwUkuf3Ca

Schemat ukazuje rodzaje wirusów. Po lewej stronie znajduje się wirus mozaiki tytoniu. Ma on pionowy, walcowaty kształt. W środku znajduje się zwinięty, zrolowany materiał genetyczny. Ściany wirusa pokryte są białkowym płaszczem w postaci rzędów regularnie ułożonych wypustek. W środku znajduje się wirus grypy. Ma on okrągły kształt. W środku znajduje się zwinięty materiał genetyczny w postaci splątanych, pofalowanych, pomarańczowych linii, a wewnętrzna warstwa to białkowy płaszcz. Na zewnątrz znajduje się osłonka zewnętrzna, na której widoczne są podobne do zapałek wraz z główkami liczne białka powierzchniowe wirusa. Z prawej strony znajduje się bakteriofag. W jego górnej części znajduje się fragment z materiałem genetycznym w środku w postaci przestrzennej figury geometrycznej . Od zewnątrz pokryta jest ona białkowym płaszczem z licznymi punktami na powierzchni. W dół odchodzi walcowaty kształt, a na samym dole znajdują się cienkie włókna podobne do odnóży, umożliwiające przyczepianie się do komórki bakterii.

Namnażanie się wirusów i cykle infekcyjne 

Typowy cykl namnażania obejmuje:

1. adsorpcję, czyli przyłączenie wirusa do receptora;

2. penetrację, czyli wniknięciewirusa lub jego genomu do  komórki; 

3. powielanie, obejmującego replikację wirusowego kwasu nukleinowego i syntezę białek wirusowych;

4. dojrzewanie, obejmujące składanie nowych wirionów;

5. uwalnianie wirionów z komórki. 

Większość wirusów DNA zakażających eukarionty replikuje genom w jądrze, korzystając z enzymów gospodarza lub z własnych enzymów. 

Komórki człowieka i innych zwierząt nie mają enzymu replikującego RNA na matrycy RNA. Dlatego wirusy RNA kodują polimerazę RNA zależną od RNA lub wykorzystują lub – w przypadku retrowirusów – odwrotną transkryptazę, która syntetyzuje DNA na matrycy wirusowego RNA**.** Wytworzone dwuniciowe DNA, jest następnie wprowadzane do jądra. Dalsze etapy procesu ekspresji genetycznej retrowirusa przebiegają tak samo jak w przypadku wirusów DNA

R1XNPNNTEMUB1

Na schemacie zilustrowany jest jest proces ekspresji genów w zależności od tego, czy wirusy zawierają materiał genetyczny w postaci DNA czy RNA. Na ilustracji po lewej stronie znajduje się niebieski okrąg z napisem DNA. Po jego lewej stronie widnieje półokrągła strzałka prowadząca w dół z napisem: replikacja. Od okręgu prowadzi strzałka podpisana: transkrypcja do kolejnego okręgu z napisem RNA. Pod tą strzałką równolegle umieszczono strzałkę skierowaną w drugą stronę z napisem: odwrotna transkrypcja. Nad okręgiem symbolizującym RNA znajduje się półokrągła strzałka z podpisem: replikacja RNA. Od tego okręgu w prawo prowadzi kolejna strzałka z napisem: translacja do okręgu podpisanego jako białko.

Cykl lityczny i lizogenny to dwa dwa sposoby przebiegu infekcji wirusowej, opisywane u bakteriofagów. 

W cyklu litycznym:

• fag rozpoznaje komórkę bakteryjną;

• genom wirusa dostaje się do komórki;

• następuje replikacja genomu i synteza białek wirusowych;

• składane są potomne wiriony; 

• komórka ulega lizie; 

• nowe fagi zostają uwolnione.

Skutkiem cyklu jest śmierć zakażonej komórki.

W cyklu lizogenicznym:

• fag rozpoznaje komórkę bakteryjną; 

• genom wirusa dostaje się do komórki; 

• DNA wirusa integruje się z chromosomem bakterii i tworzy profaga;

• profag jest kopiowany wraz z DNA gospodarza podczas podziałów komórki;

• profag jest przekazywany komórkom potomnym;

• pod wpływem określonych bodźców profag może zostać wycięty z genomu gospodarza;

• wirus przechodzi do cyklu litycznego.

Znaczenie wirusów w przyrodzie i dla człowieka

Wirusy zakażają komórki prokariotyczne i eukariotyczne.  W ekosystemach:

• ograniczają liczebność populacji gospodarzy;

• uczestniczą w obiegu materii przez lizę komórek;

• wpływają na skład zespołów organizmów;

• uczestniczą w poziomym przenoszeniu genów;

• działają jako czynnik selekcyjny w ewolucji gospodarzy.

Wybrane choroby wirusowe człowieka, zwierząt i roślin

Do ważnych chorób i zakażeń wirusowych człowieka należą odra, świnka, różyczka, choroba Heinego‑Medina (poliomyelitis), wirusowe zapalenie wątroby typu B, AIDS, grypa, opryszczka pospolita, wścieklizna, COVID-19 oraz zakażenia wirusami HPV i rotawirusami.

Do chorób wirusowych zwierząt należą m.in. wścieklizna, parwowiroza, grypa, nosówka, kleszczowe zapalenie mózgu, pryszczyca. Część z tych chorób występuje również u ludzi (wścieklizna, grypa, kleszczowe zapalenie mózgu).

Do chorób wirusowych roślin należą, np. chloroza nerwów liści maliny, ospowatość śliwy, smugowatość ziemniaka i żółtaczka buraka.

Wykorzystanie wirusów przez człowieka

Fagoterapia - wykorzystuje bakteriofagi do zwalczania bakterii. Zaletą jest możliwość działania na określony szczep bakterii. 

Wektory wirusowe - zmodyfikowane wirusy służą do wprowadzania materiału genetycznego do komórek. Zależnie od wektora materiał może integrować się z chromosomem lub pozostawać poza nim. Wektory wirusowe wykorzystuje się w części terapii genowych i badań biologicznych.

Wirusy onkolityczne - zakażają i niszczą komórki nowotworowe bardziej wybiórczo niż komórki prawidłowe. Mogą działać przez bezpośrednią lizę oraz pobudzanie odpowiedzi immunologicznej przeciw nowotworowi.

Organizmy prokariotyczne

Bakterie i archeowce

Prokarionty obejmują dwie domeny życia: Bacteria, czyli bakterie, oraz Archaea, czyli archeowce. Występują praktycznie we wszystkich środowiskach, także w organizmach innych istot żywych i w siedliskach o skrajnych warunkach. Są organizmami komórkowymi, których materiał genetyczny nie jest zamknięty w jądrze komórkowym. Ich komórki są zwykle mniejsze od komórek eukariotycznych i nie zawierają większości organelli otoczonych błonami.

Bakterie i archeowce różnią się jednak m.in. składem błon oraz przebiegiem części procesów molekularnych, dlatego tworzą dwie odrębne domeny życia.

Budowa komórki bakteryjnej

Komórka bakteryjna jest otoczona błoną komórkową zbudowaną głównie z lipidów i białek. Znajdują się w niej między innymi białka łańcucha oddechowego. U bakterii fotosyntetyzujących występują ponadto wyspecjalizowane błony zawierające barwniki i białka fotosyntetyczne.

Na zewnątrz błony większości bakterii znajduje się ściana komórkowa zawierająca mureinę, czyli peptydoglikan. Nadaje ona komórce kształt i chroni ją przed pęknięciem wskutek napływu wody. U bakterii Gram‑dodatnich jest wiele warstw mureiny i zawiera kwasy tejchojowe. U bakterii Gram‑ujemnych warstwa mureiny jest cieńka i znajduje się pomiędzy błoną komórkową a błoną zewnętrzną. Błona zewnętrzna zawiera lipopolisacharydy i ogranicza przenikanie części substancji.

Różnice w budowie osłon komórkowych stanowią podstawę barwienia metodą Grama:

• Bakterie Gram‑dodatnie pozostają fioletowe. 

• Bakterie Gram‑ujemne odbarwiają się alkoholem, a następnie przyjmują różową lub czerwoną barwę barwnika kontrastowego. 

Wynik barwienia pomaga w rozpoznawaniu bakterii i może ułatwiać wstępny dobór postępowania diagnostycznego.Kapsyd chroni materiał genetyczny i uczestniczy w rozpoznawaniu gospodarza. Jest zbudowany z podjednostek białkowych określanych jako kapsomery.

Osłonka lipidowa pochodzi z błon zakażonej komórki, ale zawiera wirusowe białka lub glikoproteiny. Białka te wiążą się z receptorami komórki gospodarza i uczestniczą we wnikaniu wirusa.

Kapsyd chroni materiał genetyczny i uczestniczy w rozpoznawaniu gospodarza. Jest zbudowany z podjednostek białkowych określanych jako kapsomery.

Osłonka lipidowa pochodzi z błon zakażonej komórki, ale zawiera wirusowe białka lub glikoproteiny. Białka te wiążą się z receptorami komórki gospodarza i uczestniczą we wnikaniu wirusa.

Materiał genetyczny, rybosomy

W cytoplazmie zachodzą liczne reakcje metaboliczne. Znajdują się w niej rybosomy 70S. Główna część informacji genetycznej jest zwykle zawarta w jednym chromosomie bakteryjnym(genoforze), najczęściej zbudowanym z kolistej cząsteczki dwuniciowego DNA. Chromosom leży w nukleoidzie, który nie jest otoczony błoną. DNA bakterii nie tworzy chromatyny typowej dla komórki eukariotycznej.

Genomy bakterii są na ogół zwarte i bardzo rzadko zawierają sekwencje niekodujące. Poza chromosomem w komórkach mogą występować plazmidy — niewielkie cząsteczki DNA replikujące się niezależnie. Plazmidy mogą zawierać geny zwiększające zdolność przystosowania bakterii, np. geny oporności na antybiotyki. Nie wszystkie bakterie mają plazmidy, a obecność określonego plazmidu nie jest konieczna do podstawowego funkcjonowania komórki.

Struktury powierzchniowe i ruch bakterii

Na powierzchni części bakterii występuje warstwa substancji wydzielanych przez komórkę. Często ma ona postać dobrze zorganizowanej otoczki śluzowej.  Ułatwia ona przyleganie komórek do powierzchni, ogranicza utratę wody, a u niektórych bakterii chorobotwórczych utrudnia ich usuwanie przez układ odpornościowy gospodarza.

Fimbrie są krótkimi strukturami białkowymi umożliwiającymi przyleganie do podłoża lub komórek innych organizmów. Pile mogą pełnić różne funkcje; niektóre uczestniczą w przekazywaniu DNA podczas koniugacji.

Wiele bakterii porusza się dzięki wiciom. Są zbudowane z flagelliny i połączone z układem białek tworzących motor obrotowy. Kierunkową reakcję ruchową bakterii na bodziec nazywa się taksją.

Bakterie i archeowce

Archeowce, podobnie jak bakterie, mają rybosomy 70S i DNA położone w nukleoidzie. Ich błony zawierają jednak lipidy o innej budowie chemicznej niż błony bakterii, a ściany komórkowe nie są zbudowane z mureiny. Niektóre mechanizmy związane z kopiowaniem i odczytywaniem informacji genetycznej wykazują u archeowców większe podobieństwo do mechanizmów eukariotycznych niż bakteryjnych. 

Część archeowców jest przystosowana do wysokiej temperatury, silnego zasolenia, skrajnego pH lub braku tlenu, jednak liczne występują także w glebach, wodach i organizmach o umiarkowanych warunkach życia.

Kształty i układy komórek bakteryjnych

Komórki bakterii mogą mieć kształt kulisty, pałeczkowaty lub spiralny. Kształt i układ komórek pomagają w ich rozpoznawaniu, lecz same nie wystarczają do ustalenia przynależności gatunkowej.W cytoplazmie zachodzą liczne reakcje metaboliczne.

Formy spoczynkowe

Niektóre bakterie wytwarzają formy umożliwiające przetrwanie trudnych warunków:

• endospory - powstają podczas sporulacji, po asymetrycznym podziale komórki; wokół jednej kopii DNA powstają liczne warstwy ochronne, a dojrzała endospora uwalnia się po rozpadzie komórki macierzystej;

• cysty - powstają przez odwodnienie cytoplazmy i otoczenie grubą ścianą komórkową błony komórkowej, genoforu i rybosomów.

Czynności życiowe bakterii

Sposoby odżywiania bakterii

Heterotrofy pobierają gotowe związki organiczne. Należą do nich:

• saprotrofy rozkładające martwą materię, 

• symbionty pozostające w korzystnych związkach z innymi organizmami,

• bakterie chorobotwórcze wykorzystujące zasoby gospodarza.

Fotoautotrofy wykorzystują energię światła i pobierają węgiel głównie z dwutlenku węgla. Sinice przeprowadzają fotosyntezę oksygeniczną, podczas której uwalniany jest tlen, a niektóre inne bakterie prowadzą fotosyntezę anoksygeniczną, podczas której nie jest on uwalniany.

Chemoautotrofy uzyskują energię z utleniania substancji nieorganicznych (m.in. amoniaku, azotynów), którą wykorzystują do syntezy własnych związków organicznych z dwutlenku węgla.

Oddychanie

Bakterie mogą uzyskiwać energię w oddychaniu tlenowym, oddychaniu beztlenowym lub fermentacji. 

Bakterie tlenowe nazywane są aerobami, a beztlenowe - anaerobami. Bakterie beztlenowe mogą być bezwzględnymi lub względnymi beztlenowcami.

Rozmnażanie i zmienność genetyczna

Bakterie rozmnażają się bezpłciowo, najczęściej przez podział komórki na dwie komórki potomne. W sprzyjających warunkach liczebność populacji może szybko rosnąć.

Nowe warianty genetyczne powstają wskutek mutacji i poziomego transferu genów:

• transformacja - polega na pobraniu DNA ze środowiska, 

• transdukcja - DNA jest przenoszone przez bakteriofaga,

• koniugacja - DNA jest przekazywane bezpośrednio z komórki dawcy do komórki biorcy. 

Procesy te nie zwiększają liczby komórek, ale mogą prowadzić do szybkiego rozpowszechniania cech, takich jak oporność na antybiotyki.

Znaczenie bakterii w przyrodzie i gospodarce człowieka

• Bakterie rozkładają martwą materię organiczną i mineralizują zawarte w niej związki, dzięki czemu uczestniczą w obiegu węgla, azotu, siarki i innych pierwiastków.

• Bakterie brodawkowe żyjące w symbiozie z roślinami bobowatymi przekształcają azot cząsteczkowy w związki dostępne dla rośliny, otrzymując w zamian związki organiczne. 

• Bakterie pozostają również w związkach z organizmami zwierząt, np. bakterie jelitowe u człowieka czy w komorach fermentacyjnych niektórych roślinożerców.

• Niekontrolowany rozwój sinic może prowadzić do zakwitu wód, a część z nich wytwarza toksyny.

• Bakterie są wykorzystywane w produkcji jogurtów, serów, kiszonych warzyw, octu i innych produktów spożywczych.

• W biotechnologii bakterie służą do wytwarzania m.in. enzymów, antybiotyków, hormonów, białek otrzymywanych metodami inżynierii genetycznej.

• W oczyszczaniu ścieków i w bioremediacji zespoły bakterii wykorzystuje się do usuwania lub przekształcania zanieczyszczeń obecnych w wodzie i glebie.

• Negatywne znaczenie bakterii wiąże się z wywoływaniem chorób, psuciem żywności, wytwarzaniem toksyn i rozwojem antybiotykooporności.

Bakterie chorobotwórcze

Niektóre bakterie wywołują choroby roślin, zwierząt i człowieka. Mogą uszkadzać tkanki, zaburzać funkcjonowanie organizmu albo wytwarzać toksyny.

Do najważniejszych chorób człowieka należą: gruźlica, tężec, borelioza, salmonelloza, kiła, rzeżączka.

 Ryzyko zakażeń zmniejszają m.in.:

• szczepienia, 

• higiena, 

• bezpieczne przygotowywanie żywności, 

• dezynfekcja, 

• sterylizacja.

Antybiotyki hamują wzrost bakterii lub powodują ich śmierć. Nie działają na wirusy.

Wrażliwość wyizolowanych bakterii na leki można oceniać za pomocą antybiogramu. Nadużywanie i niewłaściwe stosowanie antybiotyków sprzyja przeżywaniu oraz rozprzestrzenianiu się antybiotykooporności. Dlatego antybiotyki należy stosować wyłącznie w uzasadnionych przypadkach i zgodnie z zaleceniami lekarza