Naslovnica Impresum Predgovor Sadržaj Pojmovnik Literatura

 

Virusi su obligatni paraziti što znači da su izvan žive stanice inertne molekule.
Značajke bakterija i virusa neophodne za genetička istraživanja:
- kratko generacijsko vrijeme
- jednostavna građa i organizacija nasljedne tvari
- lako se uzgajaju u laboratoriju

Veličina virusa kreće se od 20 nm u promjeru (manji od ribosoma) do 200 nm (veličina najmanje bakterije). Virusi su vrlo jednostavno građeni: svaki virus sastoji se od molekule DNA ili RNA i proteinskog omotača.

Genom virusa čini: DNA ili RNA (dvolančana ili jednolančana) pa ih prema tome i klasificiramo na DNA, odnosno RNA viruse. Genomi DNA i RNA virusa se razlikuju u veličini: DNA – 3-200 kb (kilobaza; kilo-1000); RNA – 2-20 kb.
Viruse možemo klasificirati i prema strukturnim značajkama proteinskog omotača (KAPSIDA) kao što su vrsta ili simetrija, zatim prema broju proteinskih podjedinica (KAPSOMERA) u kapsidi i veličini kapside (Slika 13.1.). Kapsida je u nekih virusa vrlo jednostavna (samo jedna vrsta proteina), dok je u drugih složenije građe (nekoliko slojeva proteina na koje su vezani lipidi i ugljikohidrati). Kapside nekih bakterijskih virusa (bakteriofaga ili faga) mogu biti vrlo složene građe i sastoje se od glave i repa na kojem se nalaze fibrile za prihvaćanje za stanicu domaćina.
Neki virusi osim kapside imaju i ovojnicu.
Većina DNA virusa se replicira u jezgri gdje im je dostupna DNA-polimeraza i ostali potrebni enzimi, a replikacija je vezana uz S fazu staničnog ciklusa stanice domaćina. RNA virusi ne ovise o jezgri stanice domaćina; npr. cijeli ciklus umnožavanja ljudskog polio virusa odvija se u citoplazmi (izuzetak čini virus gripe koji se replicira u jezgri stanice domaćina).

Slika 13.1. Građa virusa.

 

UZGOJ U LABORATORIJU

Virusi su obligatni paraziti koji mogu rasti samo u živoj stanici. Bakterijski virusi uzgajaju se na agarskim pločama prekrivenima livadom (engl. lawn) bakterijskih stanica; genetička istraživanja uglavnom su rađena na E. coli bakteriofagima T serije (T1-7) (Slika 13.2.) i i fagu lambda.
Napad virusa rezultira puknućem ili lizom bakterijskih stanica, a pritom nastaju čistine ili plaq-ovi na agarskoj ploči.

 

Slika 13.2. Građa bakterijskog virusa T-serije: glava- DNA ; proteinski omotač; rep i repne fibrile.

 

13.1. ŽIVOTNI CIKLUS BAKTERIOFAGA

LITIČKI CIKLUS (Slika 13.3.):

Fag se prihvaća za posebno receptorsko mjesto na površini bakterijske stijenke, enzimom lizozimom razgrađuje stijenku i ubacuje svoj genetički materijal u bakteriju, te koristi njen metabolizam. Nakon toga se prvo sintetizira mRNA za sintezu enzima koji će razgraditi bakterijsku DNA što će virus koristiti za izgradnju (replikaciju) vlastitog genoma. Zatim dolazi do razgradnje bakterijskog kromosoma (5-10 min nakon ulaska genetičkog materijala virusa), dok se istovremeno genetički materijal virusa replicira u više kopija.

Genetički materijal virusa kontrolira proizvodnju proteinskih komponenti omotača (glava, rep i repne fibrile). Dolazi do sklapanja proteinskog omotača i pakiranja virusne DNA u glavu omotača – nastaju nove virusne čestice. Njihov se broj kreće od 100-200 (20-30 minuta nakon početka infekcije).
Stanica domaćina puca (liza) djelovanjem enzima lizozima iz repa viriona i oslobađaju se stotine novih virusnih čestica (lizat) koje zaražavaju druge bakterije. Takav litički ciklus imaju virulentni fagi.

 

Slika 13.3. Litički ciklus.

 

 

LIZOGENI CIKLUS (Slika 13.4.) imaju temperirani ili umjereni fagi:

Fag može ugraditi svoju DNA u kromosom domaćina – to nazivamo PROFAG. Profag se dalje pasivno replicira kao dio bakterijskog kromosoma, te se prilikom dijeljenja prenosi zajedno s bakterijskim kromosomom na stanice kćerke. Bakterija koja nosi profag otporna je na svaku daljnju infekciju i nazivamo je LIZOGENOM bakterijom.
U nepovoljnim uvjetima može doći do indukcije profaga, dakle izlaska fagne DNA iz bakterijskog kromosoma, te fagna DNA ulazi u litički ciklus. Indukcija profaga može se izazvati eksperimentalno X-zračenjem ili UV-zračenjem.

 

Slika 13.4. Lizogeni ciklus (desno na slici).

 

 

13.2. TRANSDUKCIJA

Prijenos genetičkog materijala iz jedne bakterije u drugu pomoću virusa (bakteriofaga) nazivamo transdukcijom.
U procesu transdukcije rekombiniraju se geni bakterija, a ne geni virusa. Ovisno o načinu razmnožavanja bakteriofaga transdukcija može biti: OPĆA i SPECIJALIZIRANA ILI OGRANIČENA.

13.3. OPĆA TRANSDUKCIJA (Slika 13.5.)

Otkrili su je Zinder i Lederberg (bakterija Salmonella typhimurium i fag P22), 1952. Prilikom razmnožavanja virulentnog faga događa se da novosintetizirani proteinski omotač zapakira sasvim slučajno mali komadić bakterijskog kromosoma umjesto DNA virusa (rijedak događaj: 1/100.000).
Defektni fag (transducirajuća čestica) može inficirati drugu bakteriju te prenijeti bakterijsku DNA u drugu bakterijsku stanicu u kojoj dolazi do rekombinacije.Transducirajući fag može nositi oko 2 do 2,5% kromosoma domaćina. Geni koji su vrlo blizu mogu biti transducirani zajedno (kotransdukcija). Transducirajući segment parit će se s homolognom regijom bakterijskog kromosoma domaćina te će doći do rekombinacije. Kotransdukcija se može koristiti u kartiranju bakterijskih gena.

 


Slika 13.5. Opća transdukcija.

 

13.4. SPECIJALIZIRANA (OGRANIČENA) TRANSDUKCIJA (Slika 13.6.)

Otkrivena je u faga lambda i E. coli. Analogna je spolnoj dukciji (izrezivanje F plazmida integriranog u Hfr genom), što znači da ovisi o grešci prilikom izrezivanja (indukcije) profaga.
Umjereni (temperirani) fagi imaju lizogeni ciklus (virusna DNA je ugrađena u kromosom domaćina – profag). Prilikom indukcije profaga, dakle izlaska iz bakterijskog kromosoma dolazi do greške tako da profag zahvaća dio bakterijskog kromosoma te takav izlazi van i ulazi u litički ciklus.Takav defektni fag može zaraziti druge bakterijske stanice i prilikom toga prenosi i bakterijske gene stanici domaćina pa dolazi do rekombinacije.

Profag se ugrađuje uvijek na isto mjesto u bakterijski kromosom; stoga prilikom indukcije profag prenosi samo ograničeni broj bakterijskih gena – razlog zbog čega ova vrsta transdukcije nije pogodna za kartiranje bakterijskih gena.

 

Slika 13.6. Specijalizirana ili ograničena transdukcija.

 

13.5. SAŽETAK