Вирусы — паразиты бактерий, могут ли вирусы воздействовать на бактерии

Создание современной технологии редактирования генома, которая уже успешно применяется к различным животным, растениям, грибам и бактериям, основано на исследованиях бактериальных систем CRISPR-Cas. Первоначально предполагалось, что они задействованы в устранении повреждений бактериальной ДНК, но в 2007 году стало ясно, что реальное предназначение этих систем — борьба с бактериями, вирусами, бактериофагами.

Всего за девять лет наука прошла долгий путь от открытия механизма бактериального иммунитета до редактирования геномов человека: первые эксперименты по редактированию ДНК человеческих эмбрионов уже проводятся. У бактерий есть и другие «иммунные» механизмы, изучение которых могло бы создать условия для новых открытий в области биомедицины

Что делать в такой ситуации? Для начала рекомендуем. В этой статье подробно описаны методы борьбы с паразитами. Также рекомендуем обратиться к специалисту.

Бактериофаги — это вирусы, поражающие только бактерии. В процессе заражения они влияют на все жизненно важные процессы бактериальной клетки, превращая ее в фабрику по производству вирусного потомства. В конце концов, клетка разрушается, а вновь образованные вирусные частицы выходят наружу и могут инфицировать новые бактерии.

Несмотря на огромное количество и разнообразие природных фагов, мы редко с ними сталкиваемся. Однако бывают ситуации, когда активность этих вирусов не остается незамеченной. Например, на заводах по производству сыра, йогурта и других молочнокислых продуктов часто необходимо бороться с вирусной атакой на бактерии, ферментирующие молоко. В большинстве этих случаев фаговая инфекция распространяется со скоростью света, и полезные бактерии погибают, что приводит к значительным экономическим потерям (Neve et al., 1994).

благодаря прикладным исследованиям в интересах молочной промышленности, направленным на получение штаммов молочнокислых бактерий, устойчивых к бактериофагам, были обнаружены многочисленные механизмы, с помощью которых бактерии избегают заражения. Параллельно изучаются способы, которыми вирусы, в свою очередь, преодолевают бактериальные защитные системы (Moineau et al., 1993).

Вирусы - паразиты бактерий, вирусы могут поражать бактерии

Кто защищен – тот вооружен

Сегодня существует пять очень оригинальных основных защитных механизмов, которые бактерии разработали в беспощадной борьбе с вирусами: изменение рецептора на поверхности клетки; исключение суперинфекции; прерванные системы заражения; системы ограничения-модификации и, наконец, системы CRISPR-Cas.

В ходе эволюции произошел и происходит отбор бактерий, которые могут избежать смерти в случае заражения вирусами, что, в свою очередь, побуждает бактериофагов улучшить свои агрессивные стратегии. Эта «гонка вооружений», продолжавшаяся несколько миллиардов лет, то есть столько, сколько существуют сами бактерии и их враги, привела к появлению ряда сложных механизмов защиты и нападения

Вирусная атака начинается с прикрепления фага к определенному рецептору на поверхности бактериальной клетки, но когда рецептор теряется или изменяется его структура, вирус не связывается. Бактерии могут изменять рецепторы в зависимости от условий окружающей среды, таких как плотность и разнообразие микроорганизмов в окружающей среде, а также наличие питательных веществ (Bikard et al., 2012). Любопытный пример — бактерии вида Vibrio anguillarum, которые способны образовывать биопленку, то есть плотный слой клеток, прикрепленных к любой поверхности. Эта бактерия обладает своего рода «чувством кворума», в соответствии с которым по мере увеличения плотности клеток выработка рецептора, с которым вирус может связываться, уменьшается. В результате биопленка становится почти полностью устойчивой к инфекции (Tan et al., 2015).

Однако потеря рецепторов не всегда благоприятна для бактерий, поскольку они выполняют ряд важных функций, таких как транспорт питательных веществ или формирование межклеточных контактов (Lopez-Pascua et al., 2008). Следовательно, для каждой развивающейся пары «бактериофагов» найдено оптимальное решение, обеспечивающее приемлемый уровень защиты при сохранении возможности роста бактерий в различных условиях окружающей среды.

Следующий защитный механизм — устранение суперинфекции. Для бактериофагов известны два основных пути заражения: литический, который приводит к быстрой гибели инфицированной бактерии с высвобождением вирусного потомства, и длительный лизогенный путь, когда наследственный материал вируса находится в бактериальном геноме, удваивается только с ДНК хозяина, не вызывая повреждения клетки. Когда клетка находится в состоянии лизогенной инфекции, то с точки зрения «домашнего» вируса (профага) заражение ее другим вирусом нежелательно.

Читайте также:  Йодофильная флора в кале у ребенка и взрослого человека, патологическая и умеренная

Фактически, многие вирусы, включившие свою ДНК в клеточный геном, ограничивают вновь проникший бактериофаг («суперинфекция») с помощью специальных репрессивных белков, которые препятствуют функционированию «чужеродных» генов (Calendar, 2006). Некоторые фаги также предотвращают попадание других вирусных частиц в инфицированную клетку, воздействуя на ее рецепторы. В результате бактерии, несущие вирус, имеют явное преимущество перед своими неинфицированными аналогами.

Вирусы - паразиты бактерий, вирусы могут поражать бактерии

В 1978 г швейцарский генетик В. Арбер и американские микробиологи Д. Натанс и Дж. Смит получили Нобелевскую премию за открытие рестрикционных ферментов. Изучение систем рестрикции-модификации привело к созданию технологии молекулярного клонирования, которая широко используется во всем мире. Рестрикционные ферменты можно использовать для «вырезания» генов из генома одного организма и вставки их в геном другого, получая таким образом химерную рекомбинантную ДНК, которая не существует в природе. Варианты этого подхода используются учеными для выделения отдельных генов и их дальнейшего изучения. Он также широко используется в фармацевтической сфере, например, для производства инсулина или терапевтических антител: все лекарства этого типа создаются путем молекулярного клонирования, т.е они являются продуктом генетических модификаций

Во время заражения все ресурсы бактериальной клетки направляются на производство новых вирусных частиц. Если рядом с этой клеткой находятся другие уязвимые бактерии, инфекция быстро распространится и приведет к гибели большинства из них. Однако для таких случаев у бактерии есть так называемые абортивные системы заражения, которые приводят к запрограммированной смерти. Конечно, этот «альтруистический» механизм не спасет саму инфицированную клетку, но остановит распространение вирусной инфекции, что выгодно для всего населения. Бактериальные системы абортивной инфекции очень разнообразны, но детали их функционирования еще недостаточно изучены.

Системы рестрикционной модификации, включающие гены, кодирующие два ферментативных белка, эндонуклеазу рестрикции и метилазу, также относятся к противовирусным средствам защиты бактерий. Рестрикционный фермент распознает специфические последовательности ДНК длиной 4-6 нуклеотидов и вносит в них двухцепочечные разрывы. Метилаза, с другой стороны, ковалентно модифицирует эти последовательности, добавляя метильные группы к отдельным нуклеотидным основаниям, что предотвращает их распознавание рестрикционным ферментом.

В ДНК бактерии, содержащей такую ​​систему, все сайты изменены. И если бактерия заражается вирусом, ДНК которого не содержит такой модификации, рестрикционный фермент защищает от инфекции, разрушая вирусную ДНК. Многие вирусы «борются» с системами рестрикционной модификации, не используя в своих геномах последовательности, распознаваемые рестрикционным ферментом: очевидно, что вирусные варианты с другой стратегией просто не оставляли потомства.

Самая последняя и самая интересная в настоящее время система бактериального иммунитета — это система CRISPR-Cas, с помощью которой бактерии могут «записывать» в свой геном и передавать информацию о фагах, с которыми они столкнулись, своему потомству. Наличие таких «воспоминаний» позволяет распознавать ДНК фага и более эффективно противостоять ей в случае повторных инфекций. В настоящее время системам CRISPR-Cas уделяется большое внимание, поскольку они стали основой революционной технологии редактирования генома, которая в будущем позволит лечить генетические заболевания и создавать новые породы и разновидности сельскохозяйственных животных и растений.

Вирусы - паразиты бактерий, вирусы могут поражать бактерии

Врага нужно знать в лицо

Системы CRISPR-Cas — уникальный пример адаптивного иммунитета у бактерий. Когда ДНК фага попадает в клетку, специальные белки Cas вставляют фрагменты вирусной ДНК длиной 25-40 нуклеотидов в определенную область бактериального генома (Barrangou et al., 2007). Такие фрагменты называются спейсерами (от англ. Spacer — пробел), область, где происходит встраивание, — кассета CRISPR (от англ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), а процесс получения спейсеров называется адаптацией.

Чтобы использовать спейсеры в борьбе с фаговой инфекцией, в клетке должен происходить другой Cas-контролируемый процесс, называемый интерференцией. Суть его в том, что при транскрипции кассеты CRISPR образуется длинная молекула РНК, которая отрезается от белков Cas на короткие фрагменты — защитные crispRNA (crRNA), каждый из которых содержит спейсер. Белки Cas вместе с молекулой crRNA образуют эффекторный комплекс, который сканирует всю ДНК клетки на наличие последовательностей, идентичных спейсеру (протоспейсеру). Обнаруженные протоспазиаторы расщепляются белками Cas (Westra et al., 2012; Jinek et al., 2012).

Системы CRISPR-Cas встречаются у большинства прокариот — бактерий и архей. Хотя общий принцип работы всех известных систем CRISPR-Cas одинаков, механизмы их работы могут существенно различаться в деталях. Наибольшие различия проявляются в структуре и функционировании эффекторного комплекса, по отношению к которому системы CRISPR-Cas делятся на несколько типов. К настоящему времени описано шесть типов таких несвязанных систем (Макарова и др., 2015; Шмаков и др., 2015).

Читайте также:  Кингеллы: бактерии рода Kingella, симптомы, лечение и диагностика

Наиболее изученной является система CRISPR-Cas I типа, которой обладает излюбленный объект молекулярно-биологических исследований — бактерия Escherichia coli. Эффекторный комплекс в этой системе состоит из нескольких небольших белков Cas, каждый из которых отвечает за различные функции: расщепление длинной некодирующей РНК CRISPR, связывание коротких crРНК, поиск и затем расщепление целевой ДНК.

В системах типа II эффекторный комплекс образован одним крупным белком Cas9, который в одиночку справляется со всеми задачами. Именно простота и относительная компактность таких систем послужили основой для развития технологии модификации ДНК. Согласно этому методу, бактериальный белок Cas9 и crRNA, который называется проводником (gRNA), доставляются в эукариотические клетки (например, человека). Вместо спейсера вирусного происхождения такая гРНК содержит последовательность-мишень, соответствующую интересной для исследователя части генома, например, там, где есть мутация, вызывающая какое-то заболевание. Получить гРНК «на любой вкус» несложно.

Эффекторный комплекс Cas9-gRNA вводит двухцепочечный разрыв в последовательность ДНК, которая точно соответствует направляющей РНК. Если вместе с Cas9 и гРНК ввести в клетку последовательность ДНК, не содержащую мутации, то локус гэпа будет восстановлен по модели «правильной копии!

Таким образом, используя разные гРНК, можно исправить нежелательные мутации или внести целевые изменения в гены-мишени. Высокая точность запрограммированного распознавания цели комплексом Cas9-gRNA и простота метода привели к лавинообразному росту работ по редактированию генома клеток животных и растений (Jiang & Marraffini, 2015).

Вирусы - паразиты бактерий, вирусы могут поражать бактерии

Чем отличаются бактерии от микробов

Чтобы отличить бактерии от микробов, необходимо убедиться, что вы имеете дело с одноклеточным организмом, лишенным ядер. Этим занимаются специалисты — микробиологи.

Микробиология — наука о всех типах микробов, включая бактерии, грибы, вирусы и простейшие — отличает бактерии от их микробных собратьев.

В отличие от других микробов, бактерии классифицируются по критериям, которые применяются только к ним:

  • Форма бактерий: палочки (палочки), круги (кокки) или спирали (спириллы);
  • Бактерии имеют защитную внешнюю мембрану, предотвращающую окрашивание внутренней части клетки;
  • Выживание в бескислородной среде;
  • Как передвигаются бактерии (у многих бактерий есть жгутики, которые позволяют им двигаться).

Большинство бактерий полезны и часто используются в промышленности, пользуясь одним из их необычных качеств: они могут есть то, что человек не может. Бактерии эволюционировали, чтобы потреблять все виды пищи, от разливов нефти и побочных продуктов ядерного деления до человеческих отходов и продуктов разложения.

Именно бактерии вызывают неприятный запах, который появляется в мусорном ведре: они перерабатывают остатки пищи и выделяют собственные газообразные побочные продукты. Вы также можете обвинить бактерии в возникновении тех неловких моментов, когда вы сами вздрагиваете или у вас появляется неприятный запах изо рта.

Сколько лет бактериям? Ученые до сих пор не могут ответить на этот вопрос. Предположительно, именно они дали начало некоторым из самых старых окаменелостей, возраст которых составляет 3,5 миллиарда лет. Трудно представить, как давно существовали сами бактерии. Дело в том, что некоторые бактерии могут выдерживать экстремальные условия, в очень жаркую или холодную погоду, или испытывать недостаток в питательных веществах и химикатах, которые мы обычно связываем с жизнью. Они могут существовать практически вечно.

Вирусы - паразиты бактерий, вирусы могут поражать бактерии

Вредные бактерии

Несмотря на наличие множества полезных свойств, некоторые бактерии могут быть патогенными, то есть вызывать болезни и немощи. Например, чуму вызвали бактерии — чумная палочка Yersinia pestis убила более 100 миллионов человек. Это бактерии, вызывающие стафилококковые инфекции. Кроме того, они отличаются способностью развивать устойчивость к антибиотикам. Так что бактерии, вызывающие сибирскую язву, пневмонию, менингит, холеру, сальмонеллез, ангину и другие заболевания, всегда представляют для нас опасность.

Большинство вредных бактерий можно устранить с помощью антибиотиков, но если лечение будет прекращено преждевременно, те бактерии, которые выживут, разовьют устойчивость к препарату и останутся в ожидании следующей возможности. Поэтому врачи рекомендуют пройти курс антибиотиков до конца.

Бактерии также могут использоваться как биологическое оружие. Например, именно с их помощью сразу были искусственно организованы эпидемии сибирской язвы. Поэтому не стоит недооценивать эти одноклеточные организмы. Фактически, мы полностью в их власти.

Бактерии Halomonas titanicae теперь поедают металл, оставшийся после крушения Титаника. Представьте, на что они способны. Halomonas titanicae Бактерия медленно поедает Титаник

Что такое вирус

Но если бактерии могут быть настолько опасными, почему мы боимся вирусов больше, чем бактерий? В отличие от бактерий, вирусы могут инфицировать не только сложные живые организмы, но и .. сами бактерии.

Читайте также:  Какие бактерии являются внутриклеточными паразитами

Вирус — это неклеточный инфекционный организм, который может жить только внутри живых клеток.

Некоторые вирусы могут убивать бактерии

Вирусы могут инфицировать все организмы, от растений и животных до бактерий и архей. При этом они паразиты, то есть не могут выжить сами по себе, в отличие от бактерий. Вирусы используют для жизни клетки (люди, растения, животные). Если вирус находится вне клетки, он существует в виде вирусной частицы, но он также может быть опасен: любой контакт с живой клеткой может активировать ее, дать ей пищу. При этом вирус не может размножаться клеточным методом — он создает свои копии только с помощью живых клеток.

Когда вирус находится рядом с клеткой, он прикрепляется к ней, создавая связь между белками вирусной оболочки и рецепторами на поверхности живой клетки. Благодаря этой связи вирус проникает в клетку и высвобождает ее генетический материал. А потом делать нечего: создавать свои собственные копии и таким же образом заполнять новые ячейки.

Вирусы - паразиты бактерий, вирусы могут поражать бактерии

Чем отличаются бактерии от вирусов

Особенность вирусов в том, что они могут изменяться не на генетическом уровне. Эти изменения приводят к их мутациям в живых организмах; в случае коронавируса, например, вирус может сначала заразить только животных (летучих мышей), а затем изменить ДНК до такой степени, что он может инфицировать клетки человека.

Вирусу нужны живые клетки, чтобы жить

Любопытно, что ученые до сих пор не могут определить, живы вирусы или нет. Поэтому вирусы называют «живыми организмами на окраине».

Вирусы могут быть опаснее бактерий из-за их способности изменяться генетически. Так появились вирусы гриппа, иммунодефицита, гепатита А и С. Но если вирусы — паразиты и не могут существовать без живых организмов, то они как-то появились? Согласно одной из гипотез, вирусы когда-то (миллиарды лет назад) были небольшими бактериями, паразитирующими на более крупных живых организмах. Впоследствии эти бактерии упростились, потеряв функции, которые не нужны паразитическому образу жизни. Доказательством этой гипотезы является наличие риккетсий и хламидиозов. Итак, вирусы — это «накачанные» бактерии, которые, однако, не могут жить сами по себе.

Размер вирусной частицы примерно в 100 раз меньше, чем у бактерии, а форма варьируется от простой спирали до более сложных структур. Одна из их форм похожа на корону. Она настоящий коронавирус.

Что опаснее — бактерии или вирусы?

Конечно, вирусы могут причинить гораздо больший вред, чем бактерии. По той простой причине, что не бывает «хороших» вирусов, как в случае с бактериями (такими как бифидобактерии и лактобациллы, которые позволяют нам переваривать пищу). Кроме того, многие вирусы характеризуются просто плохим поведением: они могут существовать внутри клетки годами, вызывая хронические заболевания. Пример таких вирусов — герпес.

Из трех — микробы, бактерии и вирусы, оказывается, наиболее опасными являются микробы, поскольку в их состав входят все микроорганизмы: как полезные, так и крайне вредные для организма. Сейчас ученые работают над извлечением максимальной пользы из «хороших» бактерий: они активно изучают возможность внедрения определенных микробов и бактерий в человеческий организм, которые могут принести определенную пользу. Например, для уничтожения опухолей. Кстати, именно благодаря бактериям случайно был открыт пенициллин — антибиотик, спасший множество жизней.

Фактически, мы только начинаем понимать, как использовать преимущества нашего сосуществования с этими маленькими друзьями. Но, прочитав прочитанное, вы все еще уверены, что настоящий хозяин Земли — человек?

Победить паразитов можно!

— Надежное и безопасное избавление от паразитов за 21 день!

  • Абсолютно безопасно;
  • Защищает печень, сердце, легкие, желудок, кожу от паразитов;
  • В состав входят только натуральные компоненты;
  • Не вызывает побочных эффектов;
  • Он выводит из организма продукты жизнедеятельности паразитов.
  • Эффективно уничтожает большинство видов гельминтов за 21 день.

Теперь действует программа льготной бесплатной упаковки. Читать .

Ссылка на основную публикацию