Virusurile. Bacteriofagul. Caractere morfobiologice. Utilizarea practic a bacteriofagilor

Particularitile virusurilorReprezint structuri acelulare cu potenial infeciosDimensiuni de rangul nm (20-400 nm)Genomul viral este constituit dintr-un singur tip de AN (ADN sau ARN)Sunt lipsite de metabolism propriu, fiind parazii obligai intracelulariNu cresc i nu se divid, se reproduc n celule vii Nu pot fi cultivate pe medii artificialeRezisten natural la antibiotice

CLASIFICAREA VIRUSURILORDup tipul AN (cu genom ARN/ADN)Dup dimensiuni (mici 20-50 nm, medii 50-150 nm, mari peste 150 nm)Dup tipul de simetrie a capsidei (helicoidal, cubic, mixt)Dup compozitia chimic (simple, complexe) Dup gazd (om, animal, insect, bacterie)Dup sensibilitatea n mediul extern, substane chimice, etc

Ordin (-virales) Familie (-viridae) Subfamilie (-virinae) Gen (-virus) Specie (Virusul gripal, poliomielitic, al hepatitei B, etc)

COMPOZIIA CHIMIC I STRUCTURA VIRIONULUIVirion unitate structural infecioas a virusului Virusurile simple acid nucleic (AN) i nveli proteic capsida (ansamblu numit nucleocapsid)Virusurile complexe nucleocapsid i un nveli extern, lipoglicoproteic (supercapsid, peplos)

Acidul Nucleic ADN sau ARN, mono- sau bicatenar, liniar, circular sau fragmentat.ARN monocatenar : ARN+ (caten cu sens, funcie de ARNm) sau ARN- (caten fr sens, este necesar prezena enzimei polimeraza)Funcia AN asigurarea replicrii AN i expresia genomului pentru sinteza proteinelor virale

Capsida format din uniti proteice, capsomere, aranjate simetric.Simetrie helicoidal capsomerele se fixeaz pe catena de AN, form de bastonaSimetrie cubic (icosaedric) capsomerele se aranjeaz n jurul AN, formnd un icosaedru (poliedru regulat cu 20 fee triunghiulare i 12 vrfuri), eikos=20Simetrie mixt (bacteriofagii, poxvirusurile)Funcia capsidei protecia AN, rol antigenic, adeziune

Supercapsida structur glucido-lipido-proteic, derivat din membrana celulei gazd. Lipidele provin din membrana celular, iar glicoproteinele sunt de origine viral (ex.: hemaglutinina, neuraminidaza)Funcie protecie, antigene de suprafa, adeziuneUnele virusuri conin enzime polimeraze, transcriptaze, etc. Aciunea factorilor fizici, chimiciVirusurile sunt foarte sensibile la cldur, desicare, raze UV. Detergenii i solvenii inactiveaz virusurile cu supercapsid. Pot fi conservate prin liofilizare sau la -80C

Proprietatile biologice ale bacteriofagului

Bacteriofagii sunt virusuri ce infecteaz bacteriile. Este un microorganism (o unitate genetic) care nu are structur celular, nu posed metabolism propriu i este capabil s se reproduc doar n celula-gazd.

Bacteriofagii sunt parazii intracelulari obligatorii ale celulelor bacteriene. Toate bacteriile pot fi infectate de ctre bacteriofagi. In majoritatea cazurilor, un fag anume infecteaz doar celulele unui singur gen, unei anumite specii sau a unei tulpini (specificitatea fagului). Aceast specificitate de infecie este determinat de prezena receptorilor pentru acest fag la suprafaa bacteriei-gazd.

STRUCTURA BACTERIOFAGULUIStructura fagilor corespunde regulilor generale ce se refer la structura virusurilor. Acid nucleic (ADN sau ARN, mai frecvent dublucatenar, liniar sau circular).Inveli proteic numit capsid, cu rol de protecie a materialului genetic. Prin receptorii de la suprafa contribuie la infecia gazdei. Unii fagi pot conine i enzime (ex.: lizozim, endolizina).

Capsida este constituit din subuniti proteice, capsomere, aranjate simetric n ordine distinct, conferind forma fagului. Exist 3 forme morfologice principale de fagi:Fag icosaedric: are form sferic constituit din 20 fee triungiulare, 30 muchii i 12 vrfuri (simetrie cubic a capsidei). Fag cilindric: reprezint bastonae proteice formate din capsomere, asamblate ntr-o structur tubular (simetrie helicoidal a capsidei).

Fag complex: constituit din cap icosaedric ataat la o coad helicoidal. Coada este format din doua tuburi concentrice : un tub intern rigid - canalul axial, inconjurat de teaca cozii, un manon contractil. Gulerul cozii (colul) se afl la jonciunea capului cu coada. La partea distal a cozii se afl o plac hexagonal, placa bazal, la fiecare apex fiind ancorate cte un croet i o fibr. Ele reprezent sistemul de fixare a fagului pe bacteria receptoare i contribuie la injecia materialului genetic n celul.Nu toi fagii au o astfel de morfologie. Unii au coad lunga i non-contractila, alii - coada scurt, sau far coad. Exist i fagi filamentoi.

Interaciunea dintre bacteriofag i celula-gazd

Bacteriofagii exist n stare de virioni extracelulari, iar la infectarea unei bacterii ei pot duce la doua tipuri de infecii:Infecie litic: determinat de fagii viruleni. La finele ciclului de multiplicare bacteria infectat este lizat elibernd fagii nou-formati. Infectie nelitica sau lizogen: determinat de fagii temperai (moderai). Ei infecteaz bacteriile fr a le distruge.

INFECTIA LITIC (ciclul biologic al fagului virulent)Adsorbia. Dupa o ciocnire intmpltoare, fagul se fixeaz prin intermediul plcii bazale (la inceput prin fibrele sale, apoi prin croete) de un receptor specific la nivelul peretelui celular bacterian (uneori pili).

Penetrarea. Dup fixarea ireversibil a fagului pe peretele bacterian, n urma aciunii unei enzime (ex. lizozim) care perforeaz peretele, are loc contracia manonului care apropie capul de placa bazal, canalul axial penetreaz membrana citoplasmic a bacteriei i ADN fagic este injectat in bacterie.

Expresia genomului viral (biosinteza componentelor fagice, maturizarea). Dup penetrarea ADN viral n bacterie (fag vegetativ), timp de aproximativ 12 minute, virionul nu este depistat n bacteria infectat. Aceasta este faza de eclips. Ea coincide cu sinteza enzimelor virale care vor asigura ulterior: replicarea ADN fagic; sinteza proteinelor fagice; asamblarea acestor elemente.

Asamblarea fagilor. Odat ce compuii capsidei i acizii nucleici se sintetizeaz n cantiti suficiente, are loc asamblarea spontan a particulelor noi de fagi, prin incorporarea acidului nucleic n capsid.Eliberarea. Majoritatea fagilor, dup maturizare, sunt eliberai n urma lizei peretelui bacterian cu enzime ale bacteriofagului (endolizina)Timpul dintre infectie i eliberare (ciclul de reproducere) este de 20-60 minute la 37C, fagii sunt eliberai n valuri de 50-1000 fagi per celul.

INFECTIA NON LITIC SAU LIZOGEN : FAGII TEMPERAI

Fagii temperai (moderai) atunci cand infecteaz o bacterie pot:sau induce un ciclu complet de multiplicare, ce duce la liza bacteriei, sau, mai frecvent, dup injectarea ADN-ului, s integreze acest ADN n cromozomul bacterian prin recombinare specific (lizogenizare), formnd un profagsau sa ramn n citoplasm sub form de plasmid. In ultimele dou cazuri bacteria nu moare i, multiplicndu-se, replic genomul viral concomitent cu propriul su genom: bacteria (cultura) este numit lizogen. Ea posed i transmite descendenilor capacitatea de a produce fagi n absena infeciei.

Proprietile culturilor lizogene

1. Inducia ciclului litic. Profagul pstreaz virulena potenial. Meninerea strii de lizogenie implic sinteza unui represor proteic, codificat de fag. Dispariia lui duce la inducia ciclului litic. Inducia se poate declana spontan la un numar limitat de celule sau poate fi provocat la majoritatea celulelor, de ex., la aciunea unor mutageni, ca razele ultraviolete sau mitomicina C.

Ca urmare, cnd sistemul SOS este activat, proteina RecA scindeaza represorul proteic al fagului, permind expresia ciclului litic. Pentru aceasta profagul trebuie sa fie excizat - operaie invers integrrii. Excizia este efectuat de ctre proteina xis, codificat de fag. Urmeaz replicarea genomului, sinteza componentelor fagului i fagii asamblai sunt eliberai prin liza celulei (profagul - gen potenial letal!).

n timpul replicrii fagului moderat fragmente de ADN bacterian pot fi ntroduse din eroare n particulele virale. Aceti fagi pot n continuare ntroduce n cromosomul altor bacterii ADN bacterian capturat proces de transfer genetic numit transducie.Natura genelor bacteriene transferate poate fi diferit: gene din apropierea locului de inserie a fagului (transducie specific) sau fragmente de ADN bacterian ntroduse din ntmplare n capsida fagului (transducie generalizat)

2. Imunitate contra suprainfectiei. Bacteriile lizogene sunt imune la fagul virulent omolog profagului gzduit. Acest fag se adsoarbe, injecteaza ADNul, dar fr a se replica sau provoca liza.3. Conversie fagic (modificarea fenotipului celulei cauzat de genele profagului). Bacteriile infectate cu un fag pot prezenta unele caractere absente la celulele neinfectate. Aceast conversie fagic poate fi cauzat de expresia unor gene ale fagului de ctre celule, sau de inactivarea unor gene cromozomale la integrarea profagului. De ex., tulpinile de Corynebacterium diphtheriae care provoac difteria sunt lizogenizate de un anumit tip de fagi care codeaza i exprim o toxin puternic; toxina eritrogen a Streptococcus pyogenes , etc

APLICAREA PRACTIC A FAGILOR

n domeniul terapeuticTratamentul i profilaxia maladiilor infecioasen domeniul diagnostic- Fago-identificarea identificarea tulpinilor bacteriene necunoscute cu ajutorul fagilor omologi (metoda Otto, Furt, etc)

Lizotipizarea (fagotipajul). Permite diferenierea unor tulpini din cadrul aceleeai specii (subdivizarea speciei n lizotipuri/fagovaruri).

Este utilizat pentru tulpini de Staphylococcus aureus, Salmonella Typhi, .a.Lizotipul reprezint un marker epidemiologic.

Fagii reprezint un model de studiu pentru geneticieni, fagii temperai se utilizeaz n ingineria genetic (ei pot asigura transferul de material genetic prin transducie).