ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑ H ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ IΩΝ
ΙΟΙ ΓΕΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ Είναι ΔΟΜΕΣ στο όριο μεταξύ ζωντανού και μη ζωντανού. Χρησιμοποιούμε τον όρο ενεργοί-μη ενεργοί παρά ζωντανοί-νεκροί Δεν έχουν κυτταρική οργάνωση Όλες οι μορφές ζωής προσβάλλονται από ιούς Είναι υποχρεωτικά παράσιτα και τα κύρια ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους είναι το μέγεθος, το είδος του γενετικού υλικού και οι μεταβολικές ικανότητες.
ΜΕΓΕΘΟΣ ΤΩΝ ΙΩΝ Είναι 10-100 φορές μικρότεροι από τα βακτηριακά κύτταρα Έχουν μέγεθος 20-300 nm. Δεν είναι ορατοί με το οπτικό μικροσκόπιο παρά μόνο με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.
ΝΟΥΚΛΕΙΚΟ ΟΞΥ ΤΩΝ ΙΩΝ Μπορεί να περιέχουν είτε DNA είτε RNA αλλά ποτέ και τα δύο μαζί. Το μέγεθος τους ποικίλει από μερικά γονίδια έως 300-400 (από 1% έως και 50%). Το νουκλεϊκό οξύ μπορεί να είναι μονόκλωνο ή δίκλωνο, κυκλικό ή ευθύγραμμο, ενιαίοήσε τμήματα (π.χ. της γρίππης έχει 8-9 τμήματα). Μπορεί να έχουν μόνο RNA, κάτι που τους καθιστά μοναδικούς στη φύση (π.χ. Πολιομυελίτιδας, γρίπης κλπ) Το γενετικό τους υλικό περιβάλλεται από πρωτεϊνικό μανδύα ή περίβλημα ή φάκελο
ΕΙΔΗ ΙΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ds DNA (διπλή αλυσίδα DNA): Η αντιγραφή γίνεται όπως στους ευκαρυωτικούς ds RNA: H πολυμεράση μεταγράφει από την (-) αλυσίδα τις νέες (+) αλυσίδες και προκύπτει το νέο γενετικό υλικό ss RNA: H πολυμεράση μεταγράφει από την (-) αλυσίδα (+) αλυσίδες, μια δεύτερη πολυμεράση μεταγράφει το νέο (-) γενετικό υλικό Ρετροιοί: Έχου δύο (+) αλυσίδες RNA. Η αντίστροφη μεταγραφάση μεταγράφει σε (-) αλυσίδες DNA ολοκληρώνεται σε ds DNA. Αυτό ενσωματώνεται στον ξενιστή και μετά μεταγράφεται σε RNA για τους νέους φάγους
ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΕΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΕΣ Δεν έχουν δικά τους μεταβολικά συστήματα, άρα δε συνθέτουν πρωτείνες και νουκλεικά οξέα Υποχρεωτικά χρησιμοποιούν τα συστήματα του ξενιστή. Η σχέση ιού-ξενιστή μπορεί να είναι είτε ενδοκυτταρική είτε εξωκυτταρική Η παραγωγή νέων ιών συνεπάγεται συνήθως την καταστροφή του ξενιστή
ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ Νουκλεϊκό οξύ (1-50%) Πρωτείνη (50-90%) Κάλυμμα ή καψίδιο (προστασία κυρίως για όσους δεν έχουν μανδύα ή προσκόλληση) Προσκόλληση με ειδικά ινίδια Ένζυμα (πχ λυσοζύμη, πολυμεράσες) Λιπίδια (Μερικοί μόνο, μπορεί και 25%)
ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΙΩΝ Τα βασικά μέρη είναι το νουκλεικό οξύ (DNA ή RNA) και το πρωτεινικό κάλυμμα (καψίδιο) που συνιστούν το νουκλεοκαψίδιο Πέραν του καψιδίου μπορεί να υπάρχει ή και όχι μανδύας. Ο μανδύας συνήθως είναι μια τυπική μεμβράνη. Η δομή του νουκλεοκαψιδίου αποτελεί ταξινομικό χαρακτηριστικό. Τα επιμέρους πρωτεινικά μόρια του καψιδίου καλούνται καψομερή (μπορεί να είναι από 12 έως αρκετές εκατοντάδες)
ΝΟΥΚΛΕΟΚΑΨΙΔΙΟ Ανάλογα με τη διευθέτηση των καψομερών παρατηρούνται δύο τύποι: ελικοειδές & σφαιρικό. Και τα δύο είναι κανονικά γεωμετρικά σχήματα, που η δομή τους καθορίζεται από τις πρωτείνες Στην ελικοειδή διάταξη τα καψομερή διατάσονται το ένα δίπλα στο άλλο ως δίσκοι και μετά οι δίσκοι στοιβάζονται ώστε να δώσουν τη δομή. Στη σφαιρική διάταξη τα καψομερή τοποθετούνται στις νοητές πλευρές πολυέδρου, τείνοντας στη διαμόρφωση σφαίρας
ΕΛΙΚΟΕΙΔΗΣ ΔΟΜΗ
ΕΙΚΟΣΑΕΔΡΙΚΗ ΔΟΜΗ (ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΔΟΜΗΣ) Το εικοσάεδρο αποτελείται από 5 τριγωνικές έδρες στο πάνω μέρος, άλλες 5 στο κάτω μέρος και 10 ανάμεσά τους.
ΜΑΝΔΥΑΣ Αναφέρεται και ως φάκελλος ή περίβλημα και περιβάλλει το καψίδιο Είναι συχνός σε ζωικού και φυτικούς ιούς Χρησιμοποιείται για την προσκόλληση Αποτελούν τμήματα της μεμβράνης των ξενιστών στους οποίους προσκολλάται ο ιός (δηλαδή δεν τον φτιάχνει ο ιός), την οποία μεμβράνη ο ιός την τροποποιεί. Μπορεί να προέρχεται είτε από την πυρηνική είτε από την κυτοπλασματική μεμβράνη Συχνά ο μανδύας περιέχει ιικές γλυκοπρωτείνες
Ebola virus Herpesvirus Bacteriophage Phi X 174 Foot and Mouth Disease virus
ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΙΩΝ Οι ιοί αντιγράφονται χρησιμοποιώντας το κύτταρο ξενιστή, το οποίο υποχρεωτικά θα πρέπει να είναι ζωντανό. Μιλάμε για αντιγραφή και όχι για πολλαπλασιασμό Για ιούς φυτών και βακτηρίων (φάγοι) υπάρχει το πρόσθετο εμπόδιο του κυτταρικού τοιχώματος. Έτσι ο ιός παραμένει συνήθως απ έξω και μόνο το DNA περνά μέσα. Με την είσοδο του DNA στο κύτταρο λαμβάνει μέρος στον κυτταρικό μεταβολισμό συνθέτοντας νέο DNA και πρωτείνες
Φάγος Τ2 επιτίθεται σε E. coli
ΦΑΣΕΙΣ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΤΩΝ ΙΩΝ Προσρόφηση του ιού στη μεμβράνη Διείσδυση του ιού εντός του κυττάρου (άλλοτε και μόνο του νουκλεικού οξέος) Ενδοκυτταρική ανάπτυξη (προσαρμογή του ξενιστή, αντιγραφή νουκλεικού οξέος, σύνθεση πρωτεινών) Συναρμολόγηση, δηλαδή εμφάνιση ανώριμων ιικών μορφών Ωρίμανση Απελευθέρωση και ΛΥΣΗ του ξενιστή (όχι σε όλες τις περιπτώσεις) Η καμπύλη ανάπτυξης θυμίζει την αντίστοιχη του κλειστού κύκλου αύξησης, που η μορφή της εξαρτάται από το χρόνο που απαιτεί κάθε ιός ώστε να διπλασιαστεί.
ΒΑΚΤΗΡΙΟΦΑΓΟΙ (ΦΑΓΟΙ) Αν και όλοι οι προκαρυωτικοί οργανισμοί είναι ευαίσθητοι σε ιούς, οι περισσότεροι είναι μελετημένοι στην E. coli Οι πιο πολλοί φάγοι δε φέρουν λιπιδικό μανδύα Χαρακτηρίζονται από υψηλή ειδικότητα (κάθε ιός προσβάλλει μόνο μια ομάδα βακτηρίων) και χρησιμοποιούνται και ταξινομικά Έχουν πολύπλοκη δομή, συνήθως με καφαλή και ουρά Πολλαπλασιάζονται είτε με λυτικό κύκλο (συνοδεύεται από λύση του βακτηρίου) είτε με λυσιγονικό κύκλο (το ξενιστικό κύτταρο λειτουργεί κανονικά) Κατά το λυσιγονικό κύκλο το γενετικό υλικό του ιού ενσωματώνεται ως προφάγος στο υλικό του βακτηρίου και μεταφέρεται με αυτό και στα θυγατρικά. Οι φάγοι τότε καλούνται υπολοιμογόνοι. Κάποια θυγατρικά κύτταρα (1 στο εκατομμύριο) μπορεί ωστόσο να καταστρέφονται και να απελευθερώνει τους φάγους.
ΛΥΤΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΦΑΓΩΝ Έχουν ιδιαίτερα μελετηθεί οι φάγοι της σειράς Τ, εκμεταλλευόμενοι την ύπαρξη 5- υδροξυμεθυλοκυτοσίνης αντί για κυτοσίνη στο DNA αυτών των φάγων Απαιτούνται συγχρονισμένες καλλιέργειες ώστε να γίνουν οι επιμέρους υπολογισμοί Ο συγχρονισμός επιτυγχάνεται με τη μόλυνση μιας καλλιέργειας για μερικά λεπτά με φάγους και στη συνέχεια το πλεόνασμα αποσύρεται και η καλλιέργεια αραιώνεται ώστε οι συντιθέμενοι ιοί να μην μπορούν να μολύνουν άλλα κύτταρα. Οι φάσεις είναι οι ίδιες με αυτές που έχουν αναφερθεί.
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΛΥΤΙΚΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Η προσρόφηση είναι αποτέλεσμα δημιουργίας δεσμών μεταξύ φάγων και επιφάνειας κυττάρου, είναι μια ισχυρή διαδικασία που μπορεί να τροποποιηθεί μεταβάλλοντας τις συνθήκες. Σε ένα κύτταρο ενδέχεται να δεθούν μέχρι και 300 φάγοι Συνήθως βασίζεται στην ύπαρξη συμπληρωματικών ομάδων στις δύο επιφάνειες. Τα σημεία δέσμευσης δεν υπάρχουν στα τοιχώματα εκείνων των βακτηρίων που είναι ανθεκτικά σε αυτούς τους φάγους.
ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΛΥΤΙΚΟΥ ΚΥΚΛΟΥ Όταν οι φάγοι έχουν ουρά, προσκωλλόνται με την ουρά στο τοίχωμα, συστέλλονται και το νουκλεικό οξύ εισέρχεται στο κύτταρο αφήνοντας άδειο το κάλυμμα έξω Χρησιμοποιούν ένζυμα της άκρης της ουράς τους (πχ λυσοζύμη) για να διαλύσουν πολυσακχαρίτες του τοιχώματος Δημιουργούνται τρύπες οι οποίες επιδιορθώνονται ταχύτατα. Μέρος του ξενιστικού κυττάρου μπορεί να βγει από τις τρύπες. Αν προσκολληθούν πολλοί φάγοι και φτιαχτούν πολλές τρύπες, ενδέχεται το κύτταρο να λυθεί χωρίς να έχει επέλθει πολλαπλασιασμός των ιών (καταστροφή εκ των έξω)
ΒΙΟΔΟΚΙΜΗ Μέθοδος για τον έλεγχο της παρουσίας (ποιοτικής και ποσοτικής) των βακτηριοφάγων. Βασίζεται στην εμφάνιση διαφανών περιοχών πάνω σε μια στερεοποιημένη καλλιέργεια, όταν αυτή προσβληθεί από φάγους (συγκεκριμένα οι φάγοι και τα ξενιστικά κύτταρα συγκαλλιεργούνται). Κάθε διαφανής περιοχή καλείται πλάκα και οφείλεται στη λυτική δράση των φάγων.