Место вирусов в биосфере

Живая природа вирусов:

· способность к самовоспроизведению и размножению;

· наследственность;

· изменчивость;

· способность адаптироваться к условиям окружающей среды;

· имеют определенный круг хозяев;

· занимают определенную экологическую нишу;

· подчинение всем законам эволюции;

· способны вызывать инфекционный процесс у человека и животных.

Неживая природа вирусов:

· малые размеры;

· неклеточное строение;

· простое строение;

· наличие лишь одной из нуклеиновых кислот;

· отсутствие собственных белок-синтезирующих систем;

· отсутствие собственных энергообеспечивающих систем;

· абсолютный внутриклеточный паразитизм;

· паразитизм на молекулярно-генетическом уровне;

· способность интеграции в геном клетки хозяина;

· размножение-репродукция путем воспроизведения себя из собственной нуклеиновой кислоты;

· дизъюнктивный метод размножения (разобщенный) – синтез фрагментов; вириона осуществляется независимо друг от друга, как в пространстве, так и во времени;

· не способность к росту и размножению бинарным делением;

· наличие фрагментированного генома – в клетке хозяина фрагменты соединяются.

Клетка ни когда не возникает de novo – она всегда образуется из предшествующей клетки в результате ее роста и размножения (деления).

Микроорганизмы, изучаемые микробиологией, чаще являются одноклеточными (бактерии, простейшие, водоросли, грибы), но имеются и более сложные – многоклеточные (морские водоросли).

Самое первое представление (старое как мир), что планета населена живыми организмами двух типов – растения (Plantae) и животные (Animals) – два царства. По мере изучения мира микробов их периодически относили, то к одному, то к другому из царств.

В 1866 году, последователь Дарвина, Эрнест Геккель (Хеккель) нашел очевидны выход из положения – признать существование третьего царства – царства протистов (от греч. первейшие) – включающего простейшие, водоросли, грибы и бактерии. Всех их отличает более простое, чем у животных и растений строение клетки.

Примерно в 1950 году, в результате развития электронной микроскопии, было выявлено, что в мире живых организмов существует два существенно различных типа клеток. Эукариотическая – более сложная, характерная для растений, многоклеточных животных, простейших, грибов и водорослей (кроме одной группы). Прокариотическая – структурная единица бактерий и сине-зеленых водорослей.

Протистами же теперь стали называть группу, относительно простых, эукариот, куда входят простейшие, грибы и водоросли (Р. Стейниер, Э.Эдельберг, Д.Ингрэм, 1979).

Прокариоты, т.е. собственно бактерии – это одиночные или простые ассоциации сходных клеток, образующие группу, которая характеризуется клеточными, но не организменными свойствами. Нуклеоид (аналог ядра) никогда не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной, что характерно для эукариотических клеток. Клеточное деление не сопровождается циклическими изменениями в консистенции или в способности к окрашиванию. Цитоплазматическая мембрана часто отличается сложным строением и образует инвагинации в цитоплазму. Процессы дыхания и фотосинтеза у тех представителей, которые обладают этими физиологическими функциями, связаны с системой цитоплазматической мембраны. Рибосомы имеют константу седиментации - 70S, рассеяны в цитоплазме; эндоплазматический ретикулум с прикрепленными к нему рибосомами отсутствует. Цитоплазма неподвижна. Питательные вещества поглощаются в молекулярной форме. У большинства представителей клетка окружена клеточной стенкой, не универсальной по составу и строению. Клетки могут быть неподвижны или обладать способностью к «плаванию» (обеспечиваемой жгутиками бактериального типа) либо к скользящему движению по поверхности (отличия по Берджи).

Мир бактерий чрезвычайно велик и разнообразен. По мере их открытия и изучения они были разделены на следующие группы:

1. Бактерии – Schizomycetes – грибы-дробянки (от лат. schizo-расщепляю, mycetes-грибы)

2. Лучистые грибы – Actinomycetes (от лат. actin-луч)

3. Нитчатые грибы – Trichomycetes (от греч. trichos-волос)

4. Дрожжевые грибы – Blastomycetes (от греч. blastos-почка, разможаются почкованием)

5. Синезеленые водоросли (Cyanophyta), они же цианобактерии (Cyanobacteria)

6. Спирохеты – Spirochaeta (от греч. speira-спираль, chaite-волос)

7. Простейшие – Protozoa

8. Риккетсии – Rickettsia

9. Микоплазмы – Mycoplasma

10. Вирусы

Единственное, что их всех объединяет – это микроскопические размеры. Однако между собой они различаются по многим признакам, по уровню организации генома, наличию и составу белоксинтезирующих систем и клеточному строению.

В соответствии с этим все они делятся на царства:

Прокариоты – объединяют эубактерии и архебактерии: бактерии, синезеленые водоросли, спирохеты, актиномицеты, риккетсии, микоплазмы.

Эукариоты: простейшие, дрожжи и нитчатые грибы.

Вирусы (Vira) – неклеточные формы жизни, геном которых представлен либо ДНК, либо РНК, отсутствует характерное клеточное строение и собственные белоксинтезирующие системы.

По новому высшему уровню в иерархии классификации среди клеточных форм жизни различают 3 домена - домены («империи») – эубактерии, архебактерии и эукариоты. (В 80-х годах 20 века были исследованы новые признаки – изучались гены (или их продукты), выполняющие одну и ту же функцию у разных классов микроорганизмов и были выявлены три высшие таксономические группы).

Воробьев Анатолий Андреевич (2004) систематизирует микроорганизмы следующим образом:

Микроорганизмы представлены доклеточными формами (вирусы) и клеточными формами (бактерии, архебактерии, грибы и простейшие). Среди клеточных форм жизни различают 3 домена:

1. домен «Bacteria» - прокариоты, представленные настоящими бактериями (эубактерии)

2. домен «Archaea» - прокариоты, представленные архебактериями

3. домен «Eukarya» - эукариоты, клетки которых имеют ядро с ядерной оболочкой и ядрышком, а цитоплазма состоит из высокоорганизованных органелл – митохондрий, аппарата Гольджи и др. Домен эукариот включает царства грибы, простейшие и растения.

Международное признание получил определитель бактерий, изданный группой авторов во главе с Д.Берджи. Первый определитель был издан в 1923 году, затем многократно перерабатывался и переиздавался и включает следующие отделы:

Gracillicutes (тонкостенные) – грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточные стенки.

Firmicutes (толстостенные) – грамположительные эубактерии, имеющие клеточные стенки.

Tenericutes – эубактерии, лишенные клеточной стенки (микоплазмы).

Mendosicutes – архебактерии – преимущественно почвенные или водные микробы (метаногенные, сульфатредукторы, экстремально галофильные, термофильные).

В первый отдел входят 16 групп, во второй – группы с 17 по 21 и с 22 по 29 – актиномицеты, в третью – 30 группа – микоплазмы, в четвертую – 31-35 группы: метаногены, сульфатредуцирующие археи, экстремально галофильные архебактерии (галобактерии), архебактерии, лишенные клеточной стенки, экстремальные термофилы и гипертермофилы, метаболизирующие серу.

В настоящее время микроорганизмы систематизированы по сходству, различиям и взаимоотношению между собой. Этим занимается наука – систематика. Она включает три части – классификацию, таксономию, идентификацию. В основу таксономии (taxis (греч.) – расположение, порядок) микроорганизмов положены их морфологические, физиологические, биохимические и молекулярно-биологические свойства.

Таксономические категории:

Основная таксономическая категория – это вид.

Вид – группа или совокупность близких между собой организмов, которые имеют общий корень происхождения, на данном этапе эволюции характеризуются определенными морфологическими, биохимическими и физиологическими признаками, обособлены отбором от других видов и приспособлены к определенной среде обитания (Н.А. Красильников, 1949).

Вид – совокупность микроорганизмов, имеющих общее происхождение, сходный генотип (степень гомологии ДНК 60% и выше, близкое суммарное содержание пар Г+Ц) и максимально близкие фенотипические признаки (Коротяев А.И., 2002).

Вид – совокупность особей, объединенных по близким свойствам, но отличающихся от других представителей рода (Воробьев).

Для систематики и идентификации бактерий так же применяется следующие критерии:

1. Морфологические признаки – величина, форма, взаиморасположение.

2. Тинкториальные свойства – способность воспринимать красители. Особенно важным признаком является отношение к окраске по Граму, которое зависит от структуры и химического состава клеточной стенки бактерий. По этому признаку бактерии делятся на грамположительные и грамотрицательные.

3. Культуральные свойства – особенности роста на питательных средах. В микробиологии широко используются такие специфические термины, как «колония» - видимая простым глазом изолированная структура, образовавшаяся в результате роста и размножения одной бактериальной клеткой (или нескольких идентичных клеток) за определенный срок инкубации на плотной питательной среде; «чистая культура» - совокупность бактерий, одного вида, выросших на питательной среде; «штамм» - конкретный образец данного вида; штаммы одного и того же вида бактерий, различающиеся по антигенному строению называют серотипами (сероварами, серовариантами), по чувствительности к бактериофагу – фаготипами (фаговарами), по биохимическим и культуральным свойствам – биотипами (биоварами) и т.д. Штамм можно считать низшей таксономической единицей бактерий.

4. Подвижность – различают подвижные и неподвижные бактерии.

5. Способность к спорообразованию – форма и характер расположения споры в клетке.

6. Физиологическая активность – способы углеродного (аутотрофы, гетеротрофы), азотного (аминоавтотрофы, аминогетеротрофы) питания; тип дыхания (аэробы, факультативные анаэробы, строгие анаэробы, микроаэрофилы).

7. Биохимическая активность – способность ферментировать различные углеводы, протеолитическая активность, образование индола, сероводорода, наличие уреазы и других ферментов.

8. Антигенные свойства.

9. Чувствительность к специфическим бактериофагам.

10. Химический состав.

11. Генетические свойства.

Название микроорганизмов регламентируется Международным кодексом номенклатуры и содержит род и вид микроба (пример).

Основные методы микробиологической диагностики в микробиологии:

1. Микроскопический метод – определение вида возбудителя по его форме, взаиморасположению клеток в мазке-препарате и тинкториальным свойствам микроорганизма.

2. Бактериологический метод - основан на выделение чистой культуры возбудителя с последующей ее идентификацией по морфологическим, культуральным, биохимическим и антигенным свойствам и определением чувствительности к антибиотикам.

3. Серологический метод – определение в крови больных или переболевших специфических антител к соответствующему возбудителю с помощью серологических реакций – агглютинации, преципитации, связывания комплемента и других. Серологические реакции также используются для идентификации микроорганизмов по антигенным свойствам и обнаружения антигенов в исследуемом материале.

4. Биологический метод – заражение восприимчивых экспериментальных животных с целью выделения чистой культуры и/или воспроизведения инфекционного процесса с последующим выделением возбудителя.

5. Аллергические пробы – обнаружение повышенной чувствительности макроорганизма к определенным возбудителям или продуктам их жизнедеятельности. Аллергические реакции характеризуются антигенной специфичностью, для их выявления применяют препараты, называемые аллергенами.

6. Молекулярно-генетические методы – определение фрагментов генетического материала в исследуемом материале с помощью ПЦР и метода ДНК-зондов.