Строение бактериофагов изучают с помощью электронной микроскопии образцов, контрастированных напылением металлов или фос-форно-вольфрамовой кислотой. Они имеют форму сперматозоида, кубическую (сферическую) или нитевидную форму, размер их колеблется от 20 до 800 нм (у нитевидных форм).
Бактериофаги, имеющие форму сперматозоида, достигают длины до 200 нм и состоят из головки икосаэдрического типа, содержащей нуклеиновую кислоту, и хвостового отростка (рис.3.8). Капсид головки и чехол отростка состоят из полипептидных субъединиц, уложенных по кубическому (головка) или спиральному типу (отросток) симметрии. Хвостовой отросток имеет внутри полую трубку (стержень), сообщающийся с головкой, а снаружи — чехол отростка, заканчивающийся шестиугольной базальной пластинкой с шипами, от которых отходят фибриллы (нити).
Различают бактериофаги с длинным отростком, имеющие сокращающийся или не сокращающийся чехол, а также бактериофаги с короткими отростками, аналогами отростков, без отростков и нитевидные.
Бактериофаги содержат ДНК или РНК. Большинство из них содержат двунитевую ДНК, замкнутую в кольцо. Имеются также однонитевые бактериофаги.
Кроме структурных белков, уложенных по спиральному или кубическому типу, у бактериофагов имеются внутренние белки — геномные, связанные с нуклеиновой кислотой, а также ферменты (лизоцим, АТФаза).
Posts Tagged ‘фермент’
Морфология и химический состав
Пятница, марта 5, 2010Взаимодействие с бактериальной клеткой
Четверг, февраля 18, 2010По механизму взаимодействия с бактериальной клеткой различают вирулентные и умеренные бактериофаги.
Вирулентные бактериофаги, попав в бактерию, реплицируются, формируя 200—300 фаговых частиц, и вызывают гибель (лизис) бактериальной клетки. Взаимодействие бактериофага с бактерией напоминает взаимодействие вирусов человека с клеткой хозяина. Некоторые особенности имеют при этом бактериофаги с сокращающимся чехлом. Они адсорбируются на клеточной стенке с помощью фибрилл хвостового отростка. Чехол хвостового отростка сокращается, и стержень с помощью ферментов (лизоцима) как бы просверливает оболочку клетки. При этом нуклеиновая кислота из головки через канал трубки бактериофага инъецируется в клетку, а капсид бактериофага остается снаружи бактерии. Инъецированная внутрь клетки нуклеиновая кислота подавляет биосинтез компонентов клетки, заставляя ее синтезировать нуклеиновую кислоту и белки бактериофага. Образовавшиеся в разных частях клетки компоненты бактериофага собираются в фаговые частицы путем заполнения фаговой нуклеиновой кислотой пустотелых капсидов головки. Затем в результате лизиса клетки бактериофаги выходят из нее. Весь цикл от адсорбции бактериофага на мембране клетки до его выхода из нее занимает 20— 40 мин.
По специфичности взаимодействия с клетками различают следующие бактериофаги: поливалентные, взаимодействующие с родственными видами бактерий; моновалентные, взаимодействующие с бактериями одного вида; типовые, взаимодействующие с отдельными вариантами бактерий данного вида.
Преимущество получения веществ
Понедельник, октября 26, 2009Преимущество получения этих веществ из микробной клетки по сравнению, например, с химическим синтезом или другими технологиями очевидно, так как: а) микробные клетки можно выращивать в больших объемах в короткие сроки на недефицитных питательных средах и по сравнительно простой технологии; б) большинство химически сложных веществ, получаемых из микробов, пока недоступны для синтеза другими способами; в) для микробиологической промышленности не требуется сложной аппаратуры и в ней в основном применима аппаратура, используемая в химической промышленности.
В биотехнологии нашли применение десятки видов бактерий, дрожжей, вирусов. Обычно используются виды микробов, обладающие высокой синтетической способностью, интенсивным ростом и накоплением целевого продукта, а также безопасностью и безвредностью при массовом культивировании в производственных условиях. Чаще всего в производственных условиях применяют актиномицеты и грибы для получения антибиотиков; дрожжи — в хлебопечении, виноделии, пивоварении, для получения кормового белка, питательных сред; бациллы — для получения ферментов; клостридии — для сбраживания Сахаров в ацетон, этанол, бутанол; псевдомонады — для получения витамина В, молочнокислые бактерии — в пищевой промышленности и т.д.
Кроме того, многие микроорганизмы (бактерии, дрожжи, вирусы) используются в качестве реципиентов генов целевых продуктов для получения рекомбинантных штаммов — продуцентов биотехнологической продукции (гормонов, интерферонов, им-муномодуляторов, вакцин и др.).
Производственная схема получения биотехнологической продукции
Понедельник, октября 19, 2009Производственная схема получения биотехнологической продукции состоит из следующих основных этапов; 1) культивирование микробов; 2) выделение, концентрирование и очистка целевого продукта (микробной массы, ферментов, антибиотиков, интерферонов, гормонов и др.); 3) приготовление, стандартизация и контроль готового целевого продукта (препарата).
Микробов культивируют на жидких, реже на плотных сбалансированных питательных средах в аппаратах (ферментерах) различной емкости (от 2 л до 400 м3) при оптимальном температурном режиме и физико-химических условиях (/?//, масс-обменные характеристики), поддерживаемых автоматически. В качестве питательных сред используют дешевое, доступное, недефицитное сырье, например, рыбо-костную муку, отходы сахарного производства (меласса), дрожжевой экстракт, в некоторых случаях гидролизаты казеина и другого белкового сырья.
Время выращивания большинства бактерий
Понедельник, октября 12, 2009Время выращивания большинства бактерий при определенных условиях составляет 1—3 сут. Из 1 т культуры за это время получается примерно 50 кг биомассы. Для повышения выхода продукции используют высокопродуктивные промышленные штаммы микробов. Из культуральной жидкости выделяют и концентрируют биомассу бактерии с помощью различных методов (сепарирование, центрифугирование, седиментация, выпаривание, ультрафильтрация, хроматография). Дальнейшей обработке подвергают или биомассу, или освобожденный от биомассы фильтрат культуральной жидкости, содержащий целевой продукт. Очистку и концентрирование целевого продукта (антибиотика, антигена, фермента и др.) осуществляют одним из известных физико-химических методов: изоэлектрическое и кислотное осаждение, осаждение кислотами, спиртами, высаливание, хроматография и др. Затем очищенному и концентрированному продукту или культуре бактерий (например, при изготовлении живых и убитых вакцин) придают конечную форму в виде жидкого, сухого, таблетированного препарата, который стандартизуют и контролируют по активности, физико-химическим и медико-биологическим параметрам.
По изложенной выше схеме получают биотехнологическую продукцию и при культивировании животных и растительных клеток. Растительные клетки используют для получения фармацевтических веществ (женьшень, мочегонные, сердечно-сосудистые и другие препараты), а животные клетки — для выращивания вирусов с целью получения вакцин, антигенов, гормонов, эндогенных иммуномодуляторов и других биологически активных веществ. Однако культивирование животных и растительных клеток значительно сложнее и дороже, чем культивирование бактерий, так как выращивание этих клеток в отличие от бактерий требует сложных по составу питательных сред, специальной аппаратуры и условий культивирования. Поэтому в биотехнологии интенсивно разрабатываются и уже используются рекомбинантные штаммы бактерий, способные синтезировать продукт растительной и животной природы.
Генетическая инженерия в биотехнологии
Понедельник, октября 5, 2009Генетическую инженерию относят к новейшей биотехнологии. Генетическая инженерия сводится по существу к процессу получения рекомбинантных ДНК, содержащих, помимо присущего «хозяйской» ДНК набора природных генов, «чужой» ген или гены, взятые из другой ДНК. Метод получения рекомбинантных ДНК состоит из нескольких этапов: а) выделение ДНК из клеток организма; б) получение гибридных (рекомбинантных) молекул ДНК путем встройки в исходную ДНК «чужого» гена, вьщеленного из другой ДНК или полученного химическим синтезом; в) введение рекомбинантной ДНК в живую клетку (бактерий, дрожжей, растительных или животных клеток, клеток человека); г) создание условий для проявления (экспрессии) генов рекомбинантной ДНК в живой клетке и секреции нового продуцента, кодируемого «чужим» геном.
Показана схема получения рекомбинантных ДНК и рекомбинантных штаммов микробов. Из рис.6.1 видно, что клонированный (т.е. выделенный из ДНК клетки) природный или химически синтезированный ген целевого продукта (например, инсулина, интерферона) встраивается в ДНК (например, в плазмиду какой-либо бактерии или в ДНК вируса) после расщепления ДНК с помощью ферментов рестриктаз. Вставленный в расщепленную ДНК ген «сшивается» с этой ДНК с помощью ферментов лигаз. Полученная рекомбинантная ДНК бактерий или вируса затем вводится в эту же микробную клетку или вирусную частицу, из которой была взята, и таким образом получают рекомбинантный штамм бактерий или вирусов.
При культивировании рекомбинантного штамма в процессе роста и размножения этот штамм синтезирует не свойственный ему продукт, кодируемый встроенным чужеродным геном (например, инсулин, интерферон).
На этом принципе в настоящее время получены сотни рекомбинантных штаммов бактерий, дрожжей, вирусов, способных продуцировать разнообразные биологически активные вещества: антигены, антитела, ферменты, гормоны, иммуномоду-ляторы и др. Технология получения биологически активных веществ, основанная на применении рекомбинантных штаммов по существу не отличается от типовой биотехнологической схемы. Она сводится к культивированию рекомбинантного штамма, выделению синтезируемого штаммом целевого продукта, его очистке и концентрированию и созданию конечной формы препарата.
В настоящее время
Понедельник, сентября 28, 2009В настоящее время уже разработаны сотни медицинских препаратов, полученных на основе генетической инженерии. Многие из них внедрены в практику и применяются в медицине. Это гормоны (инсулин и гормон роста человека), антикоагулянты и тромболитики (тканевой активатор плазминогена, факторы VIII и IX), вакцины («дрожжевая» вакцина против гепатита В), иммуномодуляторы (интерфероны а, р и у, ин-терлейкины 1, 2 и др., фактор некроза опухолей, пептиды тимуса, миелопептиды), ферменты (уреаза), ангиогенин, диагностические препараты (на ВИЧ-инфекцию, на вирусные гепатиты и др.), моноклональные антитела, колониестимулирующие факторы (макрофагальный, гранулоцитарный и др.), а также многие биологически активные пептиды.
Генетическая регуляция синтеза факторов патогенности
Воскресенье, сентября 13, 2009Патогенность бактерий контролируется группой генов, ответственных за образование поверхностных структур бактериальных клеток (фимбрий, капсул, клеточной стенки) или за синтез токсинов, а также ферментов, способствующих жизнедеятельности этих бактерий. Эти наследственные детерминанты локализованы как в хромосоме, так и плазмидах. Модификации генотипа, контролирующего патогенность, проявляются в фено-типическом изменении вирулентности микробов, которая восстанавливается при их пассировании на питательных средах или через организм восприимчивого животного. Стойкие изменения вирулентности возникают в случае мутаций или рекомбинаций и связаны с изменениями генотипа микроба.
Экзотоксины
Воскресенье, сентября 13, 2009Экзотоксины — белки, представляющие бифункциональную структуру, так как они имеют транспортную группу, которая взаимодействует со специфическим рецептором клеток, и токсическую группу (активатор), которая проникает внутрь клетки и блокирует жизненно важные метаболические процессы.
Некоторые бактерии (например, Clostridium botulinum типа Е) образуют протоксины, состоящие из единой полипептидной цепи. Протоксины под действием протеолитических ферментов превращаются из нетоксичной в токсичную форму, т.е. в активную бифункциональную структуру. По степени связи с бактериальной клеткой экзотоксины условно делятся на 3 класса. Класс А — токсины, секретируемые во внешнюю среду, например, гистотоксин Corynebacterium diphtheriae, отечный и летальный токсины Bacillus anthracis и др. Класс В — токсины, частично секретируемые и частично связанные с микробной клеткой, например, тетаноспазмин Clostridium tetani, нейротоксин Clostridium botulinum. Класс С — токсины, связанные с микробной клеткой и попадающие в окружающую среду лишь при аутолизе клетки, например, цито-, энтеро-, нейро- и нефро-токсин Shigella dysenteriae, «мышиный токсин» Yersinia pestis.
Расщепляя высокополимерные соединения
Воскресенье, сентября 13, 2009Расщепляя высокополимерные соединения на низкомолекулярные вещества, ферменты выполняют трофическую функцию, что ведет к истощению макроорганизма. При этом ферменты действуют как местно, так и генерализованно, усиливают действие токсинов (нейраминидаза) или сами действуют как токсины в случае образования токсических веществ (например, уреаза расщепляет мочевину с образованием аммиака и углекислоты; декарбоксилазы аминокислот и т.д.). Определенную роль в преодолении межклеточных барьеров играют жгутики бактерий, способствующие достижению места их обитания и препятствующие фагоцитозу, а также поверхностные антигены клеток, которые активируют трансмембранный фагоцитоз.