На тему вирусы биология

1. Вирусы.

Вирусы (лат. яд)мельчайшие возбудители многочисленных инфекционных заболеваний человека, животных, растений и бактерий. Являются внутриклеточными паразитами, не способные к жизнедеятельности живых клеток. Это неклеточная форма жизни.

Первооткрыватель вирусов Д. И. Ивановский выявил два их основных свойства они столь малы, что проходят через фильтры, задерживающие бактерии, и их невозможно, в отличие от клеток, выращивать на искусственных питательных средах. Лишь с помощью электронного микроскопа удалось увидеть эти мельчайшие из живых существ и оценить многообразие их форм.

Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному существованию. Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной и внутриклеточной. Вне клеток вирионы (вирусные частицы) не обнаруживают признаков жизни. Попав в организм, они проникают в чувствительные к ним клетки и переходят из покоящейся формы в размножающуюся.

Начинается сложное и многообразное взаимодействие вирусов и клетки, заканчивающееся образованием и выходом в окружающую среду дочерних вирионов.

В зависимости от длительности пребывания вируса в клетке и характера изменения её функционирования различают три типа вирусной инфекции. Если образующиеся вирусы одновременно покидают клетку, то она разрывается и гибнет. Вышедшие из неё вирусы поражают новые клетки. Так развивается литическая(разрушение, растворение) инфекция. При вирусной инфекции другого типа, называемой персистентной(стойкой) , новые вирусы покидают клетку хозяина постепенно. Клетка продолжает жить и делится, производя новые вирусы, хотя её функционирование может измениться.

Третий тип инфекции называется латентным(скрытым). Генетический материал вируса встраивается в хромосомы клетки и при её делении воспроизводится и передаётся дочерними клетками. При определённых условиях в некоторых из заражённых клеток латентный вирус активируется, размножается, и его потомки покидают клетки. Инфекция развивается по литическому или персистентному типу. Болезни, которые вызываются вирусами, легко передаются от больных здоровым и быстро распространяются. Долгое время полагали, что вирусы вызывают острые массовые заболевания. К настоящему времени накоплено много доказательств того, что вирусы являются причиной и различных хронических болезней длящихся годами и даже десятилетиями. Разработка методов изучения вирусов, открытие вирусов (теперь их известно около полутора тысяч), определение диапазона их болезнетворных проявлений и попытки борьбы с ними были основным содержанием вирусологии первый половины нашего столетия. Именно негативные свойства вирусов, точнее способность вызывать болезни, послужили вначале главным стимулом к их изучению. Но в процессе этой работы были обнаружены многие положительные свойства вирусов ,благодаря которым во второй половине 20 в. они стали замечательной моделью для исследования фундаментальных проблем биологии. С их помощью были сделаны такие выдающиеся открытия, как расшифровка генетического кода и строение генетических нуклеиновых кислот, установлены закономерности синтеза белков. Вирусы оказались основным инструментом генетической инженерии. Теперь мы знаем что по своему строению и свойствам вирусы занимают промежуточное место между сложнейшими химическими веществами (полимерами, макромолекулами) и простейшими организмами (бактериями).

1.1Строение и химический состав вирионов.

Самые крупные вирусы (вирусы оспы) приближаются по размерам к небольшим размерам бактерий, самые мелкие (возбудители энцефалита, полиомиелита, ящура)к крупным белковым молекулам, направленных к молекулам гемоглобина крови. Иными словами, среди вирусов есть свои великаны и карлики. Для измерения вирусов используют условную величину, называемую нанометром (я1нм ). Один нм составляет миллионную долю миллиметра. Размеры разных вирусов варьируют от 20 до нескольких сотеня1 нм.

Простые вирусы состоят из белка и нуклеиновый кислоты. Наиболее важная часть вирусной частицы нуклеиновая кислота является носителем генетической информации. Если клетки человека, животных, растений и бактерий всегда содержат два типа нуклеиновых кислот дезоксирибонуклеиновую кислоту ДНК и рибонуклеиновую РНК, то у разных вирусов обнаружен лишь один тип или ДНК, или РНК, что положено в основу их классификации. Второй обязательный компонент вириона белки отличаются у разных вирусов, что позволяет распознавать их с помощью иммунологических реакций.

Более сложные по структуре вирусы, кроме белков и нуклеиновых кислот, содержат углеводы, липиды. Для каждой группы вирусов характерен свой набор белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Некоторые вирусы содержат в своём составе ферменты. Каждый компонент вирионов имеет определённые функции: белковая оболочка защищает их от неблагоприятных воздействий, нуклеиновая кислота отвечает за наследственные и инфекционные свойства и играет ведущую роль в изменчивости вирусов, а ферменты участвуют в их размножении. Обычно нуклеиновая кислота находится в центре вириона и окружена белковой оболочкой (капсидом), как бы одета в неё.

Капсид состоит из определённым образом уложенных однотипных белковых молекул (капсомеров), которые образуют симметричные геометрические формы в месте с нуклеиновой кислотой вирусы (нуклеокапсид). В случае кубической симметрии нуклеокапсида нить нуклеиновой кислоты свёрнута в клубок, а капсомеры плотно уложены вокруг неё. Так устроены вирусы полиомиелита, ящура и др.

При спиральной (палочковидной) симметрии нуклеокапсида нить вируса закручена в виде спирали, каждый её виток покрыт капсомерами, темно прилегающими друг к другу. Структуру капсомеров и внешний вид вирионов можно наблюдать с помощью электронной микроскопии.

Большая часть вирусов, вызывающих инфекции у человека и животных, имеет кубический тип симметрии. Капсид почти всегда имеет форму икосаэдра правильного двадцатигранника с двенадцатью вершинами и с гранями из равносторонних треугольников.

Многие вирусы помимо белкового капсида имеют внешнюю оболочку. Кроме вирусных белков и гликопротеинов она содержит ещё и липиды, позаимствованные у плазматической мембраны клетки хозяина. Вирус гриппа пример спирального вириона в оболочке с кубическим типом симметрии.

Современная классификация вирусов основана на виде и формы их нуклеиновой кислоты, типе симметрии и наличии или отсутствие внешней оболочки.

1.2Размножение вирусов.

Размножение вирусов происходит особым, ни с чем не сравнимым способом. Сначала вирионы проникают внутрь клетки, и освобождаются вирусные нуклеиновые кислоты. Затем "заготавливаются" детали будущих вирионов. Размножение заканчивается сборкой новых вирионов и выходом их в окружающую среду.

Рассмотрим простейший способ размножения вирусов. Представим себе некий обобщённый вариант вирусной частицы, состоящей из двух основных компонентов нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), заключённой в белковой чехол (оболочку). Встреча вирусов с клетками начинается с его адсорбции, то есть прикрепления к клеточной стенки, плазматической мембране клетки. Причём каждый вирион способен прикрепляться лишь к определённым клеткам, имеющие специальные рецепторы. На одной клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирионов. Затем начинается внедрение или проникновение вириона в клетку, которое осуществляет она сама. Этот процесс называется виропексисом.

Клетка как бы "втягивает" прикрепившихся вирионов внутрь. Более просто устроены бактерии не способны сами захватывать вирионы из окружающей среды. Этим, по видимому, и можно объяснить наличие у поражающих их вирусов сложного и совершенного аппарата, подобно шприцу, впрыскивающего нуклеиновые кислоты.

В зараженной клетке бактериальные ферменты репликации синтезируют комплиментарную ей цепь, которая служит матрицей для образования фаговых ДНК. Они соединяются с фаговыми белками, также синтезированные бактериальными ферментами, и новые фаги покидают клетку хозяина.

Разнообразие видов и форм вирусов нуклеиновых кислот определяет и разнообразие способов их репликации. Бактериофаг (вирус, который поселяется в клетках бактерий) Т4 имеет одну двухцепочечную линейную молекулу, состоящую из 160x10 пар нуклеотидов. В ней закодировано более 150 различных белков, в том числе более 30 белков, участвующих в репликации фаговой ДНК. Обезьяний вирус SV40 имеет двухцепочечную кольцевую ДНК. Репликация у вирусов с двухцепочечной ДНК принципиально не отличается от репликации бактериальной и или эукариотической ДНК.

Многие вирусы растений содержат одну линейную молекулу РНК, например первый из описанных вирус табачной мозаики (ВТМ). Молекула РНК ВТМ заключена в белковый капсид, состоящий из 2130 идентичных полипептидных субъединиц.

Репликация РНК вируса табачной мозаики осуществляется ферментом, называемым РНК зависимой РНК полимеразой , закодированной в геноме вируса. Сначала этот фермент строит комплиментарную РНК, а затем по ней, как по матрице, синтезирует множество вирусных РНК.

Поразительно, как вирусы, которые в десятки и даже сотни раз меньше клеток, умело и уверенно распоряжаются клеточным хозяйством. Для построения себе подобных они используют клеточные материалы и энергию. Размножаясь, они истощают клеточные ресурсы и глубоко, часто необратимо, нарушают обмен веществ, что в конечном счёте является причиной гибели клеток.

1.3Болезнетворные свойства вирусов.

Диапазон патологических процессов, вызываемых вирусами, очень широк. Здесь и так называемые генерализованные инфекции (грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и др.), и местные поражения кожи и слизистых оболочек (герпес, бородавки), и болезни отдельных органов и тканей (миокардиты, гепатиты, лейкозы), и, наконец, злокачественные образования (рак, саркома у животных). Распространенными заболеваниями остаются грипп и острые респираторные заболевания, корь, вирусный гепатит, тропические лихорадки, герпес и другие вирусные болезни. В природе существует мало чисто человеческих вирусов; все они близки и аналогичны соответствующим вирусам животным.

Какова вероятность встречи с вирусами? С возбудителями гриппа, кори, свинки, герпеса, цитомегалии, гастроэнтерита и различных ОРЗ контакты практически неизбежны (90 00%); с вирусами вызывающими гепатит, краснуху, бешенство, везикулярный стоматит, полиомиелит, миокардиты, встреч можно избежать. Так или иначе, но человек на протяжении всей жизни подвергается опасности заразиться и заболеть какой ибо вирусной инфекцией, хотя существует определённая возрастная чувствительность к вирусам.

Ещё не родившемуся плоду человека грозят два вируса краснухи и цитомегалии, которые передаются внутриутробно и очень опасны. Новорождённые и грудные младенцы ещё более уязвимы: им угрожают вирусы герпеса 1го и 2го типа и вирус гепатита. Также подстерегают их новые опасности грипп, различные ОРЗ, полиомиелит, острые гастроэнтериты.

Итак, вирусы являются постоянными спутниками человека от рождения вплоть до глубокой старости. Считается, что при средней продолжительности жизни 70 лет около 7 лет человек болеет вирусными заболеваниями. Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с 2 и более вирусными инфекциями, а всего за жизнь вирусы до 200 раз проникают в его организм. К счастью, далеко не все встречи заканчиваются болезнями, так как в процессе эволюции человеческий организм научился успешно справляться со многими вирусами.

1.4Полезные вирусы.

Существуют и полезные вирусы. Сначала были выделены и испытаны вирусы пожиратели бактерий (бактериофаги). Однако последовали неудачи. Это было связано с тем, что в организме человека бактериофаги действовали на бактерии не так активно, как в пробирке. Кроме того, бактерии очень быстро приспосабливались к бактериофагам и становились не чувствительными к их действию. После открытия антибиотиков бактериофаги как лекарство отступили на задний план.

Полезными оказались вирусы поражающие позвоночных животных и насекомых. В 50годах 20 века в Австралии остро встала проблема с дикими кроликами, которые быстрей саранчи уничтожали посевы сельскохозяйственных культур и приносили огромный экономический ущерб. Для борьбы с ними использовали вирус миксоматоза. Вирус полиэдроза и гранулеза уничтожает гусениц и жуков, которые поедают полезные листья.

1.5Лечение вирусных инфекций.

Существуют три основных способа борьбы с вирусными заболеваниями вакцинация, применение интерферона и химиотерапия. Каждый из них действует по своему: вакцины включают систему иммунитета, интерферон подавляет размножение вирусов, проникших внутрь клеток, а химиопрепараты вступают с вирусами в единоборство и приостанавливают начавшееся заболевание.

Первый способ вакцинация . Суть его сводится к простой формуле "Бей врага его же оружием". Вирус здесь вступает против вируса. В 1796 году английский врач Э. Дженнер попробовал привить оспу коров (вакцину) здоровым людям, после этой процедуры они не заболевали оспой. Тогда от оспы ежегодно умирали миллионы людей, и открытие Дженнера было чрезвычайно важным.

В 1885 году французский учёный Л. Пастер изобрёл вакцину против бешенства. После открытия вирусов вакцины из убитых или ослабленных вирусов стали в промышленном масштабе. При введении в организм такие вирусы не вызывают заболевания, но создают активный иммунитет к данному вирусу.

Второй способ химиотерапия . В отличие от вакцинации, её конечной целью является не предупреждение, а лечение. Основная трудность, с которой сталкиваются при разработке химиотерапии вирусных инфекций, заключается в том, что вирусы размножаются внутри клеток, используя их системы, в силу чего любое воздействие на синтез вирусов приводит к нарушению обмена веществ клеток. В связи с этим большинство препаратов, подавляющих размножение вирусов, параллельно угнетают жизнедеятельность клетки хозяина. Поэтому широко известные антибиотики и антиметаболиты, обладающие выраженной способностью подавлять развитие вирусов в пробирке, малоэффективны в условиях организма.

Третий способ интерферон . В отличие от вакцинации и от химиопрепаратов, интерферон обладает универсально широким спектром действия и активен практически против всех вирусов, он действует по принципу стоп сигнала и подавляет размножение вирусов, уже проникших внутрь клеток. Ряд факторов показывает, что, если интерферон вырабатывается организмом плохо, вирусные заболевания протекают тяжелее. Клинические испытания интерферона показали, что он активен при острых респираторных заболеваниях, особенно вызываемых риновирусами, то есть как раз в тех случаях, когда вакцинация мало перспективна.

2.Бактерии.

Бактерии широко распространённая в природе группа одноклеточных микроорганизмов с примитивной формой клеточной организации. Интенсивное изучение биологических свойств бактерий и их роли в биосфере началось в середине 19 в., когда появились работы французского учёного Л. Пастера, немецкого учёного Р. Коха и английского учёного Д. Листера.

Большинство бактерий не имеют хлорофилла, то есть они не используют солнечную энергию в процессе обмена веществ, а получают энергию в результате химических превращений неорганических или органических соединений, имеющихся в среде их обитания. Бактерии широко распространены в природе: их находят в почве, в воде, в растениях, в организме человека и животных. Они могут существовать в самых разных условиях, часто неблагоприятных для жизни других организмов. Бактерии играют огромную роль в формировании биосферы, в поддержании жизни на нашей планеты, участвуя в круговороте энергии и веществ в природе.

Среди бактерий имеется относительно небольшое видов, способных вызывать болезни человека, животных и растений. Потенциальная способность бактерий вызывать инфекционные заболевания называется болезнетворностью, или патогенностью. Некоторые бактерии являются условно патогенными, так как их болезнетворность зависит от ряда условий, в первую очередь от сопротивляемости организма, в котором эти бактерии находятся.

2.1 Строение бактерий.

По форме бактерии делятся на три группы: шаровидные (кокки), палочковидные (бактерии и бациллы) и извитые (вибрионы, спириллы). Размеры палочковидных бактерий могут быть от 1 до 8 микрометров (мкм) в длину и от 0,5 до 2 мкм в ширину; средний диаметр шаровидных 0,5мкм (1 мкм равен тысячной доле миллиметра). Основные структурные элементы бактериальной клетки: оболочка, цитоплазма, нуклеоид (рис. 4). Содержимое её телапротоплазма представляет собой желеобразный, вязкий раствор, в котором растворены различные органические и неорганические соединения и находится множество мелких гранул.

Протоплазма, окруженная тонкой эластичной мембраной, образует протопласт. Толщина мембраны 7 0 нанометров (1 нм равен миллионной доли миллиметра). Её основной компонент сложные вещества, состоящие из белков и жиров. Цитоплазматическая мембрана выполняет функцию молекулярного "сита": пропуская воду и небольшие молекулы некоторых жирорастворимых веществ, она не пропускает другие низкомолекулярные соединения, что поддерживает стабильность химического состава протоплазмы и защищает бактериальную клетку от попадания в неё вредных веществ.

Снаружи цитоплазматическая мембрана окружена клеточной стенкой, обеспечивающей постоянство форы бактерии. Эта стенка толще мембраны (10 5 нм) и значительно прочнее её. Она имеет эластичные поры диаметром 1 нм, через которые свободно протекают относительно крупные молекулы. Целостность клеточной стенки обеспечивает нормальную жизнедеятельность бактерии. Её ослабление или разрушение приводит к проникновению в бактериальную клетку воды из окружающей среды, её набуханию, а затем к разрыву цитоплазматической мембраны и вытеканию содержимого протоплазмы. Этот процесс разрушения бактерии называется лизисом. Основной компонент стенки сложное соединение пептидогликан, молекулы которого связаны друг с другом с помощью белковых мостиков и образуют полимерную структуру.

Кроме цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, многие бактерии окружены капсулой толщиной 0,2 мкм, представляющей собой относительно плотный, желатинообразный материал, непосредственно прилегающей к клеточной стенки. Главный химический компонент капсулы полисахарид. Есть основание считать, что капсула защищает клетку от действия антибактериальных агентов, способных повредить её стенку. У некоторых патогенных бактерий (возбудителей сибирской язвы и чумы) капсула содержит вещества, защищающие бактериальную клетку от фагоцитоза. Следовательно, капсулу у некоторых бактерий можно рассматривать как один из факторов, определяющих их болезнетворность. В отличие от клеток высших организмов в бактериальной клетке отсутствует дифференцируемое ядро, отделённое от цитоплазмы ядерной мембраной. Его функции осуществляет находящийся в протоплазме нуклеоид, представляющий собой замкнутую в кольцо двунитчатую спираль молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты ДНК, свёрнутую в виде клубка. Функция молекулы ДНК бактерий аналогична функции хромосомы клеток высших организмов, то есть в ней сосредоточена генетическая информация данной бактерии. Ядерное вещество легко обнаруживается при электронной микроскопии ультратонких срезов бактерий. В цитоплазме бактерии находится до 10 тысяч рибосом, представляющих собой мелкие гранулы диаметром около 20 нм, с помощью которых в бактериальной клетке осуществляется синтез белка. В ней содержатся также различные включения (жиры, крахмал, гликоген, сера)запас питательных веществ, используемых бактерией.

Многие бактерии способны активно двигаться с помощью жгутиков, своеобразных органов движения. Число жгутиков на поверхности клетки колеблется от 1 до нескольких десятков. Способность бактерий к активному движению, вероятно, помогает им быстрее поглощать вещества в жидкой среде обитания. Есть доказательства, что многие бактерии двигаются в сторону тех участков среды, где имеются наиболее благоприятные условия для их существования, и удаляются от участков, в которых находятся вещества, вредно действующие на них. Подвижные бактерии нуждаются в кислороде , двигаются к поверхности среды месту наивысшей концентрации растворимого кислорода. Можно предположить, что активное движение помогает патогенным бактериям проникать через вязкие, слизистые секреты, эпителиальные барьеры и распространяться в жидкостях и тканях организма.

2.2Размножение бактерий.

Большинство бактерий размножаются путём деления, которому предшествует рост бактерии, то есть увеличение массы её клетки. Обычно палочковидные бактерии в длину увеличиваются в двое, и после достижения ими определённого размера посередине клетки возникает поперечная перегородка, состоящая из цитоплазматической мембраны и клеточной стенки. Такой способ деления называется поперечным. Образовавшиеся дочерние клетки по своим свойствам полностью подобны материнской клетке, из которой они возникли.

Для того чтобы бактерии могли расти и размножатся, среда их обитания должна содержать необходимые источники углерода, азота, энергии, определённой солевой набор, иметь оптимальную температуру. Для большинства патогенных бактерий она равна 37я5о . В лабораторных условиях для выращивания бактерий используют искусственные субстраты, так называемые питательные среды. Скорость размножения бактерий в этих средах очень велика. Примерно каждые 20 минут бактерия делится, давая две дочерние клетки. Следовательно, из одной клетки, культивируемой в хорошей питательной среде, через 10 часов образуется 1 млд. потомков. Если бы процесс размножения в питательной среде не был ограничен, то через 24 часа число потомков одной бактерии равнялось 10я521клеток, а их масса составила бы примерно 4000 тонн. В действительности же в питательной среде высокая скорость деления клеток наблюдается лишь небольшой период времени с момента внесения в неё бактерии. Это происходит потому, что очень быстро истощаются питательные вещества среды и в ней накапливаются продукты обмена, неблагоприятно действующие на бактерии. Скорость размножения патогенных бактерий в организме значительно меньше, чем в искусственной питательной среде.

2.3 Физиология бактерий.

По химическому составу бактерии не отличаются от клеток других организмов. Бактериальная клетка содержит 70 5% воды. Около 90% сухого остатка составляют высокомолекулярные соединения: нуклеиновые кислоты (10%), белки (40%), полисахариды (15%), пептидогликан (10%) и липиды (15%); остальные 10% приходятся на моносахара, аминокислоты, азотистые основания, неорганические соли и другие низкомолекулярные соединения. Во всех процессах жизнедеятельность бактерий, как и других организмов, участвуют многочисленные ферменты. Одни из них (эндоферменты) функционируют только внутри клетки, обеспечивая процессы синтеза, дыхания и тому подобное. Другие (экзоферменты) выделяются бактериями в окружающую среду. Необходимые бактериям высокомолекулярные соединения синтезируются из небольших молекул, проникающих в клетку через цитоплазматическую. мембрану Белки, полисахариды, липиды могут быть использованы бактерией как источник питания лишь после их расщепления экзоферментамидо аминокислот, моносахаров и др.

Для нормальной жизнедеятельности бактерия должна быть обеспечена источниками углерода и азота. Одни виды бактерий (афтотрофы) используют неорганический углерод, другие (гетеротрофы), в число которых входят и патогенные бактерии, используют органические соединения. Гетеротрофные бактерии в свою очередь разделяются на сапрофитов, питающихся органическими соединениями внешней среды, и паразитов, живущих за счёт другого организма. Различные бактерии неодинаково относятся к наличию или отсутствию свободного кислорода. По этому признаку они делятся на три группы: аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Строгие аэробы, например синегнойная палочка, могут развиваться лишь при наличии свободного кислорода. Анаэробы, например возбудители газовой гангрены, столбняка, развиваются без доступа свободного кислорода, присутствие которого угнетает их жизнедеятельность. Наконец, факультативные анаэробы, например возбудители кишечных инфекций, развиваются как в кислородной, так и в бескислородной среде. Аэробность или анаэробность бактерий обусловливается способом получения ими энергии, необходимой для обеспечения процессов жизнедеятельности. Некоторые бактерии (фотосинтезирующие) способны, подобно растениям, использовать непосредственно энергию солнечного света. остальные (хемосинтезирующие) получают энергию в ходе различных химических реакций. Существуют бактерии (хемоафтотрофы), окисляющие неорганические вещества (аммиак, соединения серы и железа и др.). Но для большинства бактерий источником энергии служат превращения органических соединений: углеводов, белков, жиров и др. Аэробы используют реакции биологического окисления с участием свободного кислорода (дыхание), в результате которых органические соединения окисляются до углекислого газа и воды. Анаэробные получают энергию при расщеплении органических соединений без участия свободного кислорода. Такой процесс называется брожением. При брожении, кроме углекислого газа, образуются различные соединения, например спирты, ацетон и др. В процессе жизнедеятельности бактерии образуют биологически активные вещества ферменты, антибиотики, пигменты, летучие ароматические соединения, токсины и др.

2.4 Антибактериальные химиотерапевтические агенты.

Химические соединения, используемые для дезинфекции, хотя и обладают высокой антибактериальной активностью, не могут из а их токсичности применяться в лечебных целях. Для этого пригодны антибактериальные химиотерапевтические средства. Они способны убивать бактерий или угнетать их жизнедеятельность, не оказывая при определённых дозах токсического влияния на ткани или организм в целом, то есть действие их должно быть изобретательным, направленным против бактерии или другого микроорганизма.

Кроме химических соединений, мощными антибактериальными средствами являютсяя1 антибиотики химиотерапевтические препараты естественного происхождения, синтезируемые микроорганизмами. Теоретические основы химиотерапии и вопросы её практического использования при лечении инфекционных заболеваний были разработаны в начале века немецким учёным П. Эрлихом, который открыл органические соединения мышьяка, активные при лечении сифилиса. Однако долгие годы не удавалось найти химиотерапевтические средства для лечения для лечения бактериальных инфекций. Дальнейшее развитие химиотерапии связано с открытием сульфаниламидов. Применение сульфаниламидов не только обогатило медицину новыми по тому времени химиотерапевтическими средствами, но и вызвало к жизни новое направление поиска антибактериальных химиотерапевтических средств. Это направление возникло в результате изучения механизма действия сульфаниламидов на бактериальную клетку. Было установлено, что по химической структуре сульфаниламид подобен парааминобензойной кислоте одному из важных промежуточных продуктов (метаболитов), участвующих в синтезе нуклеиновых кислот. Из а химического подобия сульфаниламид действует как антиметаболит парааминобензойной кислоты: включаясь вместо неё в биохимические процессы, но не заменяя её, сульфаниламид нарушает синтез нуклеиновых кислот в бактериальной клетке. Исходя из этих данных, было сформулировано положение, что среди антиметаболитов других биохимических процессов окажутся лечащие антибактериальные средства.

Однако проблема получения новых лекарственных средств против бактериальных инфекций, принцип действия которых основан на конкуренции метаболита с важным для клетки метаболитом, оказалось значительно сложней, чем предполагалось. Это связано с тем, что синтезированные антиметаболиты подавали обмен веществ не только у бактерий, но и в тканях организма. Таким образом, проблема свелась к поиску реакций обмена веществ, специфичных для бактерий и отсутствующих в клетках организма человека или животного.

Биохимические реакции, присущи лишь бактериям, были обнаружены в процессе синтеза клеточной стенки, в частности при образовании пептидогликана. Некоторые антибиотики (пенициллин, циклосерин) эффективные как антибактериальные средства, воздействуют на процесс формирования клеточной стенки, нарушая синтез пептидогликана, входящего в его состав, что приводит к лизису бактерий. Другие бактерии тетрациклин, левомицетин, стрептомицин и другие способны нарушать синтез белков в бактериальных клетках. Первым препаратом этой группы, нашедшим применение в клинике, был стрептомицин. Оказалось, что он способен изобретательно объединяться с рибосомами клеток организма хозяина. В результате "точность" рибосом бактерии в процессе синтеза белка нарушается, что приводит к "порче" синтезируемых белков и гибели бактерии. Неомицин, канамицин, левомицетин и эритромицин также взаимодействуют с рибосомами бактериальной клетки. Тетрациклин нарушает присоединение информационной РНК к рибосомам. Лечащее действие упомянутых антибиотиков определяется их специфичностью, то есть относительно низкой способностью влиять на эти же процессы в клетках высших организмов.

2.5 Устойчивость бактерий к факторам окружающей среды.

На жизнедеятельность бактерий влияют температура, влажность, ультрафиолетовое излучение. К низким температурам бактерии устойчивы, некоторые выживают даже при 90 , а споры при 53 . К высоким температурам бактерии высокочувствительные. Не спорообразующие бактерии погибают при температуре 60, спорообразующие при прогреве выше 100. Разные виды бактерий по разному переносят высушивание: одни (например гонококки) очень быстро погибают, другие в этих же условиях выживают. Так, палочка дизентерии при высушивании остаётся жизнеспособной 7 суток, дифтерии30 суток, брюшного тифа70 суток, туберкулёза90 суток, споры бацилл сибирской язвы до 10 лет.

Бактерии чувствительны к ультрафиолетовому излучению и прямому солнечному свету.

2.6 Болезнетворность бактерий.

Из огромного количества бактерий, обнаруженных в природе, лишь небольшое число видов являются патогенными. Болезнетворность бактерий определяется их способностью преодолевать защитные барьеры организма, внедрятся в его ткани и выделять токсические вещества. При ряде заболеваний (дифтерия, столбняк и др.) общее тяжёлое поражение организма не сопровождается распространением бактерий возбудителей из места их первичного внедрения. Например, при дифтерии возбудитель обнаруживается в носоглотке и трахее, а поражёнными оказываются сердечная мышца, нервы, надпочечники. Изучение причины этого явления привело к заключению, что токсин, вырабатываемый возбудителем болезни, всасывается в кровь и транспортируется в разные органы и ткани. В питательной среде или в организме бактерия в период её активного роста выделяется в среду обитания токсинэкзотоксин. Кроме дифтерийной палочки, экзотоксины образуются возбудителями столбняка, газовой гангрены, одним из возбудителей дизентерии и др. Экзотоксины представляют собой чувствительные к нагреванию белки с высоким молекулярным весом. Они очень ядовиты, способны отравить более 5 миллионов литров воды.

Действие токсинов как биологически активных веществ подобно действию ферментов, и некоторые экзотоксины в самом деле являются бактериальными ферментами, а другие могут взаимодействовать с ферментами клеток. Нейротоксин, синтезируемый дизентерийный бактерией, первично поражает мелкие сосуды головного и спинного мозга, что ведёт к нарушению функций центральной нервной системы. Холерный экзотоксин вызывает повышенную секрецию жидкости в тонкой кишке. Важное практическое значение имеет установление факта, что под действием формальдегида, не влияющего на антигенность, экзотоксины теряют ядовитость. В результате токсин превращается токсоид, который применяют для иммунизации организма с целью создания в нём невосприимчивости к данному токсину. Ряд бактерий (кишечные палочки, большинство возбудителей дизентерии, гонококки и др.) не синтезируют экзотоксины, и отравляющее действие этих бактерий на организм связано с эндотоксинами сложными соединениями, в молекулу которых входят фосфолипид, полисахарид и белок.

Фактором болезнетворности некоторых бактерий (палочек сибирской язвы, чумы, коклюша и др.) оказалась капсула. Разрушение её путём обработками ферментов или другими соединениями, а также в результате соответствующих мутаций, приводящих к нарушению синтеза капсулы, резко снижает болезнь. Это выражается в том, что для развития смертельного заболевания у подопытного животного ему необходимо ввести во много тысяч раз больше бескапсульных бактерий, чем бактерий, имеющих капсулу. Капсула защищает бактерию от фагоцитоза, но механизм её защитного действия не совсем ясен. Предполагают, что электрический заряд поверхности капсулы препятствует возникновению физического контакта фагоцита с бактерией.

Кроме токсинов и капсулы, у некоторых бактерий обнаружены и другие факторы, определяющие их болезнетворность. К их числу относится фермент гиалуронидаза, продуцируемый гноеродным стрептококком и растворяющий основное вещество соединительной ткани гиалуроновую кислоту, что облегчает распространения бактерий в тканях. Патогенные стафилококки синтезируют другой фермент коагулазу, который, вероятно, является одним из факторов болезнетворности этих бактерий. Коагулаза действует подобно тромбину вызывая образование сетки фибрина вокруг стафилококка препятствует таким образом фагоцитозу.

3. Проблемы СПИДа.

СПИД синдром приобретенного иммунодефицита. Существуют несколько вирусов иммунодефицита человека: ВИЧ , обнаруженный у людей в большинстве стран мира, и ВИЧ , обнаруженный в Западной Африке. СПИД вызывает вирус, идентифицированный как ВИЧ вирус иммунодефицита чело века.

История возникновения СПИДа говорит о том, что сегодняшняя эпидемия новая. Возможно и раньше встречались отдельные случаи СПИДа. В начале 80врачи в США, Европе и Африке стали замечать особую комбинацию симптомов и течение болезней, ранее не встречавшихся. Это их удивляло, потому что:серьезные заболевания, от которых люди умирали, возникали раньше только у тех, у которых была ослаблена иммунная система, например у больных раком или страдающих хроническим недоеданием; симптомы обычно легко протекающих заболеваний, таких как герпес или обычные стоматиты и молочницы, приобретали очень серьезный характер, поражали все тело и часто встречались в необычных комбинациях; заболевание поражало ранее здоровых, сильных и молодых людей.

Специалисты заметили, что на Западе такие проявления заболеваний встречались преимущественно у гомосексуалистов, в Африке и у мужчин и у женщин. Затем болезнь проявлялась у тех, кому делали переливание крови и внутривенные вливания, а также у младенцев, родившихся у матерей, заболевших СПИДом. Это навело на мысль, что заболевание вызвано каким о вирусом, циркулирующим в крови, а также передающимся половым путем.

Начались поиски этого вируса и был обнаружен ВИЧ. ВИЧ был найден у зараженных людей в крови, сперме, выделениях из влагалища. Это белые кровяные тельца лимфоциты и макрофаги. Лимфоциты ВИЧ разрушает, а заражённые макрофаги не погибают, но становятся резервуарами инфекции. Она начинается, кода вирус прилипает к белку рецептору, расположенному на поверхности клеток мишеней. Особенности ретро вирусов (к этому классу относится ВИЧ) заключается в том, что их гены закодированы в РНК, а не в ДНК, как обычно. Вирусная РНК, попадая в клетку жертву, с помощью особого фермента трансформируется в ДНК (провирус). Вирусная генетическая информация в форме двух цепочек ДНК, то есть в той же, в какой хранят клетки мишени свои гены, включается в их ДНК. Теперь каждый раз, когда клетка будет делится, вирусная ДНК будет дублироваться. Так инфекция становится постоянной. Но даже если клетка не производит вирусных частиц, она всегда остаётся банком "спящих" генов ретро вирусов. Число заболевших СПИДом стало увеличиваться с 1980 года каждые 8 месяцев в два раза в тех странах, где был впервые обнаружен этот вирус. Болезнь распространилась практически во все страны мира. Ранние исследования говорят о том, что вирус возник в Центральной Африке, затем перебрался на Гаити, и через гомосексуалистов был привезен в США. Эта версия была зафиксирована в официальных документах, хотя позже было установлено, что это необоснованно. Число людей, впервые заболевших СПИДом в Африке, вначале было преувеличено, так как тесты на наличие вируса часто давали ложные результаты.

Не установлено, откуда пришел ВИЧ. Предполагают, что самый ранний случай появления ВИЧ был зарегистрирован в 1969 году в США у мальчика, умершего от иммунодефицита. Исследования его законсервированной крови и тканей показало наличие антител к ВИЧ.

3.1 Заражение ВИЧем.

Не так о просто заразиться ВИЧ. ВИЧ не разносится по воздуху и не может проникнуть в наш организм капельным путем, как в кровь.

Существует четыре основных пути передачи ВИЧ:

при половом акте с человеком, зараженным ВИЧ;

при переливании крови, зараженной ВИЧ;

внутриутробно от зараженной матери к ребёнку;

при наличии зараженной крови на медицинских инструментах, в шприцах и т.д.

Наибольшее количество ВИЧ находится в крови, сперме и влагалищном секрете. От зараженного человека ВИЧ проникает в лейкоциты пока еще здорового человека. Человек может заразится ВИЧ только в том случае, если инфицированная кровь, сперма и влагалищный секрет попадают непосредственно в кровь или на слизистые оболочки здорового человека. Причем заражение вирусом, попавшем на кожу и слизистые, произойдет только в том случае, если на них есть повреждения (царапины, порезы, потёртости).

3.2 Клинические симптомы СПИДа.

Заражение здорового человека ВИЧ не всегда проявляется клиническими симптомами и, как правило, человек долго чувствует себя практически здоровым, оставаясь вирусоносителем.

Примерно через три месяца у людей, зараженных ВИЧ, уже можно лабораторно определить антитела к вирусу.

Клинические проявления СПИДа появляются после заражения через 6 месяцев или даже несколько лет. Однако эти симптомы характерны не только для СПИДа, а присущи многим заболеваниям: рак, пневмония, диарея и т.д.

После исключения этих заболеваний врач может поставить диагноз СПИДа, если у пациента проявляется два и более основных симптомов и как минимум один второстепенный.

Основные клинические симптомы СПИДа:

потеря веса более, чем на 10% от прежнего веса;

лихорадка, длящаяся более месяца;

понос, длящийся более месяца (с перерывами или постоянно);

сильная утомляемость и слабость.

Второстепенные клинические симптомы:

кашель, продолжающийся более одного месяца;

стоматит;

язвенные поражения кожи;

опоясывающий лишай;

увеличение лимфоузлов одной или нескольких групп (исключая паховые) в течение трех месяцев.

В конечной стадии болезни иммунная система человека окончательно разрушается. Организм становится восприимчивым к различным заболеваниям, которые, как правило, имеют летальный исход. К ним относятся следующие заболевания:

легочные заболевания;

инфекционные заболевания головного мозга, сопровождающиеся нарушениями интеллекта и сильными головными болями;

кишечные инфекции, которые сопровождаются длительной диареей;

рак, особенно рак кожи, который называется саркомой Капоши.

Около половины людей, у которых диагностирован СПИД, умирает через два года после постановки клинического диагноза. По данным США, 15% больных прожили только до 5 лет.

Через какое время человек, зараженный ВИЧ, может заболеть СПИДом?

Некоторые люди, зараженные ВИЧ, могут вообще никогда не заболеть

СПИДом. С 1980 года, когда был обнаружен СПИД, еще не установлен процент людей, у которых развилась болезнь за 10 или 20 лет. Можно отметить, что каждый год у 12% людей, зараженных ВИЧ, проявляются лишь симптомы заражения, а у 2 % развивается СПИД. Люди, зараженные ВИЧ, заболевают СПИДом в среднем через 8 лет.

3.3 Препараты для борьбы против СПИДа.

Американские исследователи обнаружили, что ВИЧ может активизироваться, если повреждается его ДНК, включённая в геноме клетки мишени. Повреждающими агентами были ультрафиолет, некоторые препараты, то есть они могут разбудить дремлющую в организме инфекцию.

По мнению учёных, именно способность генома ВИЧ проникать в хромосомы клетки хозяина делает невозможным создание вакцины с использованием полного вируса. Скорее всего в такой вакцине должны быть части вируса в определённой комбинации, но опыта создания подобных препаратов в мире практически нет.

Несмотря на регулярно появляющиеся сообщения, что лекарство от СПИДа найдено, они, как правило, оказываются мыльными пузырями.

Единственное действующее средство, позволяющее поддерживать больных, продлевать им жизнь, это АЗТ (азидотимидин, препарат, созданный как антираковый). Потом японские учёные обнаружили, что в сочетании с декстран ульфатом действие АЗТ усиливается.

Новые препараты для борьбы против СПИДа разработала южнокорейская компания "Сонген индастриз".

На создание препаратов химических компонентов, получивших кодовые наименования Эс ей й 1694, 1695, 1703, 1723, ушло около 1,3 млн долларов и два года исследований фармацевтической группы во главе с доктором Ким Дэ Ги. Лабораторные испытания показали способность препаратов замедлять развитие не излечимого пока заболевания в организме человека в большей степени, чем при применении азидотимидина наиболее широко используемого средства против СПИДа. "Сонген индастриз" уже запатентовала полученные ею химикаты, которые могут быть использованы в производстве лекарств в 20 странах мира, включая США и Японию, надеясь выбросить их на международный рынок к 1998 году. По словам представителей компании, до того, как будет налажен массовый выпуск медикаментов, на их испытаниях на инфицированных пациентах уйдёт три года.

В Южной Корее это уже не первая попытка найти панацею от "чумы XX века". В прошлом году здешние специалисты предложили использовать для лечения больных СПИДом порошок из красного женьшеня разновидности "корня жизни", произрастающего в диком виде в Центральных районах Корейского полуострова. Ученые Государственного института здравоохранения Республики Корея установили возможность замедления развития синдрома иммунодефицита с помощью комбинированного использования этого средства с азидотимидином.

На тему вирусы биология

Похожие курсовые работы