«Вирусные технологии на страже здоровья» На протяжении
advertisement
«Вирусные технологии на страже здоровья» На протяжении всей истории человечество боролось с различными инфекционными, вирусными и онкологическими заболеваниями. Эти заболевания по их распространенности прочно удерживают одно из первых мест в мире. В России в настоящее время ежегодно регистрируется более 30 млн. больных инфекционными болезнями, включая грипп и острые респираторные заболевания. Общей тенденцией является изменение спектра регистрируемых инфекционных болезней. Параллельно с увеличением доли заболеваний, вызываемых условно-патогенными бактериями, появились принципиально новые возбудители (ВИЧ-инфекция, прионные инфекции, геморрагические лихорадки из группы арбовирусных инфекций и пр.). Злокачественные новообразования являются одной из наиболее сложных медико-социальных проблем современного общества. По статистическим данным НИИ клинической онкологии ГУ РОНЦ им. Н. Н. Блохина РАМН от онкологических заболеваний каждый день гибнет 780 россиян. Эпидемическая ситуация в мире с каждым годом усложняется. Появляется ряд абсолютно новых инфекционных заболеваний, с которыми человечество ранее не сталкивалось. В арсенале современной медицины имеется большое количество препаратов и отработанных схем борьбы с ними. Часто их применение небезразлично для организма из-за токсичности препаратов и высокой нагрузки на все системы человеческого организма. Вирусы стали очень устойчивыми к применяемым лекарствам, часто происходят их всевозможные мутации. Современная медицина находится в постоянном поиске более эффективных методов лечения этих смертельных заболеваний. Поэтому особую актуальность приобретают биологические способы борьбы с такими тяжелыми заболеваниями. Вирусы - мельчайшие возбудители инфекционных болезней. В переводе с латинского virus означает «яд, ядовитое начало». До конца 19 в. термин «вирус» использовался в медицине для обозначения любого инфекционного агента, вызывающего заболевание. Современное значение это слово приобрело после 1892, когда русский ботаник Д.И.Ивановский установил «фильтруемость» возбудителя мозаичной болезни табака (табачной мозаики). Он показал, что клеточный сок из зараженных этой болезнью растений, пропущенный через специальные фильтры, задерживающие бактерии, сохраняет способность вызывать то же заболевание у здоровых растений. Пять лет спустя другой фильтрующийся агент - возбудитель ящура крупного рогатого скота — был обнаружен немецким бактериологом Ф.Лёффлером. В 1898 голландский ботаник М.Бейеринк повторил в расширенном варианте эти опыты и подтвердил выводы Ивановского. Он назвал «фильтрующееся ядовитое начало», вызывающее табачную мозаику, «фильтрующимся вирусом». Этот термин использовался на протяжении многих лет и постепенно сократился до одного слова — «вирус». Размеры вирусов. Величина вирусов варьирует от 20 до 300 нм (1 нм = 10-9 м). Практически все вирусы по своим размерам мельче, чем бактерии. Однако наиболее крупные вирусы, например вирус коровьей оспы, имеют такие же размеры, как и наиболее мелкие бактерии (хламидии и риккетсии), которые тоже являются облигатными паразитами и размножаются только в живых клетках. Поэтому отличительными чертами вирусов по сравнению с другими микроскопическими возбудителями инфекций служат не размеры или обязательный паразитизм, а особенности строения и уникальные механизмы репликации (воспроизведения самих себя). Строение вирусов. Наиболее просто устроенные вирусы состоят состоят из следующих основных компонентов: 1. Сердцевина - генетический материал (ДНК либо РНК), который несет информацию о нескольких типах белков, необходимых для образования нового вируса. 2. Белковая оболочка, которую называют капсидом (от латинского капса ящик). Она часто построена из идентичных повторяющихся субъединиц капсомеров. Капсомеры образуют структуры с высокой степенью симметрии. 3. Дополнительная липопротеидная оболочка. Она образована из плазматической мембраны клетки-хозяина и встречается только у сравнительно больших вирусов (грипп, герпес) Капсид и дополнительная оболочка несут защитные функции, как бы оберегая нуклеиновую кислоту. Кроме того, они способствуют проникновению вируса в клетку. Полностью сформированный вирус называется вирионом. Рис .1. Схематичное строение вируса: 1 - сердцевина (однонитчатая РНК); 2 белковая оболочка (капсид); 3 - дополнительная липопротеидная оболочка; 4 - капсомеры (структурные части капсида). Количество капсомер и способ их укладки строго постоянны для каждого вида вируса. Например, вирус полиомиелита содержит 32 капсомера, а аденовирус - 252. а б в Рис. 2. Схематичное изображение расположения капсомеров в капсиде вирусов. Спиральный тип симметрии имеет вирус гриппа - а. Кубический тип симметрии у вирусов: герпеса - б, полиомиелита - в. Встречаются вирусы с еще более сложным строением. Вирионы поксвирусов (вирусы группы оспы) не имеют правильного, типичного капсида: между сердцевиной и наружной оболочкой у них располагаются трубчатые и мембранные структуры. Классификация вирусов. Международным Комитетом по Таксономии Вирусов в 1966 году была принята система классификации вирусов основанная на различии типа (РНК и ДНК), количества молекул нуклеиновых кислот (одно- и двух-цепочечные) и на наличии или отсутствии оболочки ядра. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ ДЕЗОКСИВИРУСЫ 1. ДНК 2. ДНК РИБОВИРУСЫ 1. РНК 2. РНК двухнитчатая однонитчатая двухнитчатая однонитчатая 1.1. 2.1. 1.1. 2.1. Кубический Кубический Кубический Кубический тип тип тип тип симметрии: симметрии: симметрии: симметрии: 1.1.1. Без 2.1.1. Без 1.1.1. Без 2.1.1. Без внешних внешних внешних внешних оболочек: оболочек: оболочек: оболочек: аденовирусы крысиный реовирусы, вирус (см рис 3в) вирус Килхама, вирусы полиомиелита 1.1.2. С аденосателлиты раневых (см.рис 3г), внешними опухолей энтеровирусы, оболочками: растений риновирусы герпес- 2.2. вирусы(см рис Спиральный 3б) тип 1.2. симметрии: Смешанный 2.2.1. Без тип внешних симметрии: оболочек: Т-четные вирус бактериофаги табачной (см.рис 4) мозаики 1.3. Без 2.2.2. С определенного внешними типа оболочками: симметрии: вирусы оспенные гриппа(см рис вирусы 3а), бешенства, онкогенные РНКсодержащие вирусы Репликация вирусов. Размножение вируса происходит в клетках. Бактериофаги растворяют оболочку бактерии и вводят в бактерию нить нуклеиновой кислоты, причём капсид фага остаётся вне клетки. Попав в клетку, они освобождаются от оболочки. Первые этапы развития вируса в клетке в общих чертах состоят в том, что строятся так называемые ранние белки, т. е. белки-ферменты, необходимые вирусу для репликации (удвоения) их нуклеиновых кислот. Так называемые поздние белки участвуют в образовании белковых оболочек дочерних вироспор. Из ферментов у вирусов, содержащих ДНК, одним из первых синтезируется полимераза РНК, которая строит на нити ДНК информационную РНК (и-РНК). Эта РНК попадает на рибосомы клетки, где и происходит синтез других белков вирусной частицы. Вирусы, содержащие РНК, синтезируют полимеразу, катализирующую синтез новых частиц вирусной РНК; эта РНК переходит на рибосомы и контролирует синтез белка капсида. Таким образом, вирусы, содержащие РНК, не нуждаются в ДНК для размножения и передачи генетической информации потомству. Вирусные заболевания. Эволюция вирусов и вирусных инфекций. Хотя вирусы не являются полноценными живыми организмами, их эволюционное развитие имеет много общего с эволюцией других патогенных организмов. Для того чтобы сохраниться как вид, ни один паразит не может быть слишком опасным для своего основного хозяина, в котором размножается. В противном случае это привело бы к полному исчезновению хозяина как биологического вида, а вместе с ним и самого возбудителя. В то же время любой патогенный организм не сможет существовать как биологический вид, если у его основного хозяина слишком быстро и эффективно развивается иммунитет, позволяющий подавлять репродукцию возбудителя. Поэтому вирус, вызывающий острое и тяжелое заболевание у какого-либо вида животных, обычно имеет еще и другого хозяина. Размножаясь в последнем, вирус не наносит ему (как виду) существенного вреда, однако такое относительно безвредное сосуществование поддерживает циркуляцию вируса в природе. Так, например, вирус бешенства в природе сохраняется среди грызунов, для которых заражение этим вирусом не является смертельным. Природным резервуаром для вирусов лошадиных энцефалитов, особо опасных для лошадей и в несколько меньшей степени для человека, являются птицы. Эти вирусы переносятся кровососущими комарами, в которых вирус размножается без существенного вреда для комара. Иногда вирусы могут передаваться насекомыми пассивно (без размножения в них), однако чаще всего они репродуцируются в переносчиках. Репродукция вирусов в природе поддерживается разными типами организмов: бактериями, грибами, простейшими, растениями, животными. Например, насекомые часто страдают от вирусов, которые накапливаются в их клетках в виде крупных кристаллов. Более десяти основных групп вирусов патогенны для человека. Среди ДНКсодержащих вирусов это семейство поксвирусов (вызывающих натуральную оспу, коровью оспу и другие оспенные инфекции), вирусы группы герпеса (герпетические высыпания на губах, ветряная оспа), аденовирусы (заболевания дыхательных путей и глаз), семейство паповавирусов (бородавки и другие разрастания кожи), гепаднавирусы (вирус гепатита B). РНК-содержащих вирусов, болезнетворных для человека, значительно больше. Пикорнавирусы (от лат. pico — очень мелкий, англ. RNA — РНК) — самые мелкие вирусы млекопитающих, похожие на некоторые вирусы растений; они вызывают полиомиелит, гепатит А, острые простудные заболевания. Миксовирусы и парамиксовирусы — причина разных форм гриппа, кори и эпидемического паротита (свинки). Арбовирусы (от англ. arthropod borne — «переносимые членистоногими») — самая большая группа вирусов (более 300) — переносятся насекомыми и являются возбудителями клещевого и японского энцефалитов, желтой лихорадки, менингоэнцефалитов лошадей, колорадской клещевой лихорадки, шотландского энцефалита овец и других опасных болезней. Реовирусы — довольно редкие возбудители респираторных и кишечных заболеваний человека — стали предметом особого научного интереса в силу того, что их генетический материал представлен двухцепочечной фрагментированной РНК. Лечение и профилактика. Репродукция вирусов тесно переплетается с механизмами синтеза белка и нуклеиновых кислот клетки в зараженном организме. Поэтому создать лекарства, избирательно подавляющие вирус, но не наносящие вреда организму, — задача чрезвычайно трудная. Все же оказалось, что у наиболее крупных вирусов герпеса и оспы геномные ДНК кодируют большое число ферментов, отличающихся по свойствам от сходных клеточных ферментов, и это послужило основой для разработки противовирусных препаратов. Действительно, создано несколько препаратов, механизм действия которых основан на подавлении синтеза вирусных ДНК. Некоторые соединения, слишком токсичные для общего применения (внутривенно или через рот), годятся для местного использования, например при поражении глаз вирусом герпеса. К самым действенным элементам естественной защиты организма относятся специфические антитела (специальные белки, вырабатываемые иммунной системой), которые взаимодействуют с соответствующим вирусом и тем самым эффективно препятствуют развитию болезни; однако они не могут нейтрализовать вирус, уже проникший в клетку. Примером может служить герпетическая инфекция: вирус герпеса сохраняется в клетках нервных узлов (ганглиев), где антитела не могут его достичь. Время от времени вирус активируется и вызывает рецидивы заболевания. Обычно специфические антитела образуются в организме в результате проникновения в него возбудителя инфекции. Организму можно помочь, усиливая выработку антител искусственно, в том числе создавая иммунитет заранее, с помощью вакцинации. Именно таким способом, путем массовой вакцинации, заболевание натуральной оспой было практически ликвидировано во всем мире. Современные методы вакцинации и иммунизации разделяются на три основных группы. 1. Использование ослабленного штамма вируса, который стимулирует в организме продуцирование антител, эффективно действующих против более патогенного штамма. 2. Введение убитого вируса (например, инактивированного формалином), который тоже индуцирует образование антител. 3. «Пассивная» иммунизация, т. е. введение уже готовых «чужих» антител. Животное, например лошадь, иммунизируют, затем из ее крови выделяют антитела, очищают их и используют для введения пациенту, чтобы создать немедленный, но непродолжительный иммунитет. Иногда используют антитела из крови человека, перенесшего данное заболевание (например, корь, клещевой энцефалит). Накопление вирусов. Для приготовления вакцинных препаратов необходимо накопить вирус. Для выделения вирусов применяют заражение восприимчивых лабораторных животных, куриных эмбрионов, но чаще всего используют культуру ткани. Для выделения ряда вирусов, используют куриные эмбрионы и новорожденных мышей. После инкубирования зараженных эмбрионов в течение определенного времени накопившийся в них вследствие размножения вирус собирают, очищают (центрифугированием или другим способом) и, если нужно, инактивируют. Очень важно удалить из препаратов вируса все балластные примеси, которые могут вызывать серьезные осложнения при вакцинации. Конечно, не менее важно убедиться, что в препаратах не осталось неинактивированного патогенного вируса. Основная цель данной работы – создать технологию вовлечения вирусовсанитаров в борьбу с возбудителями различных заболеваний и патогенными клетками и предложить ее на вооружение современной медицине. Для осуществления нашей цели были поставлены следующие задачи: 1. Изучить многообразие, классификацию и основные процессы жизнедеятельности вирусов. 2. Изучить литературу по теме. 3. Систематизировать знания в области борьбы с возбудителями инфекционных заболеваний и трансформации клеток. 4. Разработать новую вирусную технологию борьбы с патогенной микрофлорой. 5. Дать описание технологии: ее модели, основных этапов 6. Описать возможные результаты технологии и области ее применения. Методы исследования: 1. метод атрибуции 2. системный 3. структурно-функциональный 4. вероятностный 5. моделирования 6. частнонаучный 7. междисциплинарного исследования Новизна работы. Данная работа предлагает оригинальную технологию для решения поставленных задач. Мы предлагаем создавать синтетические вирусы. Создание специального вируса-убийцы вирусов — реальное дело для сегодняшней синтетической биологии. В 2002 году, в университете Нью-Йорка был создан первый синтетический вирус (вирус полиомиелита).[13] Создаюся вирусные капсиды, в них помещается ДНК, запрограммированную на борьбу с патогенной микрофлорой. Для этого предлагается следующая методика: 1 ЭТАП: ПОЛУЧЕНИЕ ВИРУСА 1. Белковые оболочки, то есть вирусные капсиды, можно получить путем выпаривания их из крови больного, зараженного вирусами. 2. На современном этапе развития науки существуют ДНК-нанотехнологии, которые используют специфические основы молекул ДНК и нуклеиновых кислот для создания на их основе четко заданных структур. Мы предлагаем синтезировать ДНК путем складывания различных участков геномов, отвечающих за борьбу с возбудителями инфекционных заболеваний. 2 ЭТАП: ВНЕДРЕНИЕ ВИРУСА-САНИТАРА В ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Предлагаем внедрить в организм человека разные типы вирусов, которые являлись бы санитарами организма и уничтожали патогенную микрофлору. Для этого лучше всего использовать естественную микрофлору кишечника. Известно, что в кишечнике взрослого человека суммарно находится свыше 1 кг микроорганизмов [Шендеров Б.А. (2001)]. Нормальная микрофлора кишечника на 92-95% состоит из строго анаэробных видов бактерий. Аэробы и факультативные анаэробы составляют от 2 до 5 %. Состав кишечной микрофлоры достаточно индивидуален, но при этом количественные соотношения между различными микробными популяциями характеризуются определенной стабильностью. По нашему мнению, лучше всего использовать кишечную палочку. Кишечные палочки с полноценными ферментативными свойствами являются основной аэробной флорой кишечника здорового человека. Это грам-отрицательные палочки семейства Enterobacteriaceae, рода Escherichia. Они расщепляют лактозу, глюкозу, маннит и мальтозу. Представители Escherichia coli с полноценными ферментативными свойствами обладают выраженной антагонистической активностью по отношению к патогенным, а также некоторым условнопатогенным микробам. Антагонистические свойства кишечной палочки с патогенной флорой обусловлены продукцией в процессе их жизнедеятельности бактерицидных субстанций (колицинов) и конечных продуктов метаболизма (молочная кислота, перекись водорода). Кишечная палочка – прокариотическая клетка, в которую необходимо внедрить бактериофагов-санитаров. Escherichia coli (кишечная палочка). Этот микроорганизм является постоянным обитателем толстого отдела кишечника человека и животных. Бактериофаги (от бактерии и греч. phagos — пожиратель; буквально — пожиратели бактерий), фаги, бактериальные вирусы, вызывающие разрушение (лизис) бактерий и других микроорганизмов. Бактериофаги размножаются в клетках, лизируют их и переходят в другие, как правило, молодые, растущие клетки. Впервые перевиваемый лизис бактерий (сибиреязвенной палочки) наблюдал в 1898 русский микробиолог Н. Ф. Гамалея. В 1915 английский учёный Ф. Туорт описал это же явление у гнойного стафилококка, а в 1917 французский учёный Ф. Д'Эрелль назвал литический агент, проходящий через бактериальные фильтры. Строение и химический состав. Частицы многих Б. состоят из головки округлой, гексагональной или палочковидной формы диаметром 45—140 нм и отростка толщиной 10—40 и длиной 100—200 нм Рис. 3. Схематичное строение Т-фага кишечной палочки со смешанным типом симметрии. 1 - кубоидальная капсидная головка, 2 - двухнитчатая ДНК, 3 - стержень, 4 - спиралеобразный сокращающийся капсид (чехол), 5- базальная пластинка, 6 - хвостовые фибриллы. Другие бактериофаги не имеют отростка; одни из них округлы, другие — нитевидны, размером 8х800 нм. Содержимое головки состоит преимущественно из дезоксирибону клейновой кислоты (ДНК) (длина её нити во много раз превышает размер головки и достигает 60—70 мкм, эта нить плотно скручена в головке) или рибонуклеиновой кислоты (РНК) и небольшого количества (около 3%) белка и некоторых других веществ. Отросток имеет вид полой трубки, окруженной чехлом, содержащим сократительные белки, подобные мышечным. У ряда Б. чехол способен сокращаться, обнажая часть стержня. На конце отростка у многих Б. имеется базальная пластинка с несколькими шиловидными или другие формы выступами. От пластинки отходят тонкие длинные нити, которые способствуют прикреплению фага к бактерии. Оболочки головки и отростка состоят из белков. Общее количество белка в частице фага 50—60% , нуклеиновых кислот — 40—50% . Каждый бактериофаг обладает специфическими антигенными свойствами, отличными от антигенов бактерии-хозяина и других фагов. Имеются антигены, общие для ряда фагов (особенно содержащих РНК). 1 шаг - создание ДНК-рекомбинантных вирусов (R-вирусы ) и внедрение Rвируса в клетку кишечной палочки Для борьбы с инфекционными заболеваниями, возбудителями которых являются прокариотические бактериальные клетки, создаются ДНК – рекомбинантные бактериофаги и внедряются в бактериальную клетку кишечной палочки. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК У потомства или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Можно сконструировать ДНК – рекомбинантные бактериофаги с помощью фаговых векторов. В основе конструирования фаговых векторов лежит несколько принципов Рис 4. Упаковка рекомбинантной фаговой ДНК в фаговые частицы В середине молекулы лямбда-ДНК длиной около 45 т.п.о. расположен участок хромосомы (около 15 т.п.о.), который не является необходимым для литического развития бактериофага. Поэтому его можно заменить на любой фрагмент ДНК аналогичного размера и осуществить клонирование фрагмента путем размножения рекомбинантного бактериофага. Механизм упаковки хромосомной ДНК в фаговые частицы основан на включении ДНК строго определенного размера, поэтому рекомбинантные ДНК, содержащие фрагменты клонируемой ДНК, не соответствующие оптимальному размеру, не упаковываются и не клонируются. Это позволяет легко освобождаться от фаговых частиц, не содержащих вставки клонируемой ДНК, и оптимизировать процесс клонирования путем снижения в упаковочных экстрактах доли нежизнеспособных фаговых частиц. Процесс упаковки фаговой ДНК в зрелые фаговые частицы осуществляется в смеси бесклеточных экстрактов двух штаммов E. coli, лизогенных по дефектным бактериофагам лямбда. В одном штамме амбер-мутацией инактивирован один из белков фагового капсида (продукт гена E ), а в другом - ген A , продукт которого необходим для включения фаговой ДНК в головку бактериофага. Имеются и другие пары лизогенных штаммов E. coli, позволяющие производить упаковку ДНК в фаговые частицы с использованием тех же общих принципов. Объединение бесклеточных лизатов обоих штаммов E. coli приводит к взаимной комплементации недостающих функций с помощью соответствующих белков дикого типа. Таким образом, в объединенных экстрактах имеются все компоненты, необходимые для сборки зрелых инфекционных фаговых частиц, в них происходит упаковка рекомбинантной ДНК с эффективностью образования 104-105 фаговых частиц на 1 мкг упаковываемой ДНК. Помимо вышеупомянутых мутаций ДНК лямбда-лизогенов содержат температурно-чувствительную мутацию в репрессоре cI, который инактивируется после переноса лизогенных клеток E. coli на непермиссивную температуру (42o), что сопровождается индукцией профага лямбда и накоплением внутри бактериальных клеток белковых продуктов, необходимых для упаковки ДНК. ДНК профагов также содержит делецию b2, элиминирующую сайт att, необходимый для интеграции фаговой ДНК в бактериальную хромосому. Это предотвращает выход ДНК профага из бактериальной хромосомы, а следовательно, и ее упаковку in vitro. Кроме того, в хромосоме профага имеется мутация, инактивирующая ген S , кодирующий лизоцим, что препятствует преждевременному лизису бактериальных клеток после индукции профага и позволяет сконцентрировать бактериальные клетки перед получением упаковочных экстрактов. И, наконец, бактериальные лизогенные клетки содержат мутацию recA , которая предотвращает гомологичную рекомбинацию между ДНК профага и рекомбинантными ДНК, упаковываемыми в фаговые частицы. 2 шаг - Механизм инфицирования: Бактериофаги делят на вирулентные, вызывающие лизис клетки с образованием новых частиц, и умеренные (симбиотические), которые адсорбируются клеткой и проникают в неё, но лизиса не вызывают, а остаются в клетке в латентной (скрытой) неинфекционной форме (профаг). Культуры, содержащие латентный фаг, называются лизогенными. Лизогения передаётся потомству бактерии. Лизогенная культура может содержать 2—3 и более фагов; она, как правило, устойчива против находящихся в ней фагов (лишь небольшая часть клеток лизируется и освобождает зрелые фаги). Воздействуя на лизогенную культуру ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, перекисью водорода и некоторыми другими веществами, можно значительно увеличить количество клеток, освобождающих фаг. Лизогения широко распространена среди всех видов бактерий и актиномицетов. В ряде случаев многие свойства лизогенной культуры (токсичность, подвижность бактерий и др.) зависят от наличия в ней определённых профагов. Описано много мутаций бактериофагов, сопровождающихся изменением их литической активности, строения частиц и «колоний», устойчивости против неблагоприятных воздействий и другие свойств. Бактериофаги играют большую роль в изменчивости и эволюции микробов, причём механизмы воздействия их на клетку разные. Пока человек не инфицирован, синтезированные R-вирусы находятся в латентном состоянии, превращаясь в вирионы. [Так построена, например, стратегия размножения некоторых бактериофагов — до тех пор пока заражённая клетка находится в благоприятной среде, фаг не убивает её, наследуется дочерними клетками и нередко интегрируется в клеточный геном.]1Таким образом, мы создаем клетку, которая будет только производить вирусы, т.е. дочерние вирусы отпочковываются от плазматической мембраны кишечной палочки, не вызывая её разрыва. Клетка может продолжать жить и продуцировать вирус, являясь «фабрикой» по производству вирусов-санитаров. 3. Создание новых вирусных компонентов. Когда человек заболевает, Rвирусы атакуют появившиеся в организме возбудители заболеваний, уничтожая их. R-вирусы [захватывает контроль над клеточными процессами так, что клетка начинает производить материалы, из которых строятся новые фаги (так называемая литическая стадия). Клетка превращается в фабрику, способную производить многие тысячи фагов. Зрелые частицы, выходя из клетки, разрывают клеточную мембрану, тем самым убивая клетку.]1R-вирусы, уничтожив всех возбудителей, снова переходят в латентное состояние, ожидая в таком состоянии « новой атаки» возбудителей инфекционных заболеваний. 4. Борьба R-вирусов с онкологическими заболеваниями. Злокачественные опухоли возникают в результате злокачественной трансформации (малигнизации) нормальных клеток. Раковые клетки имеют ряд особенностей: Склонность к быстрому неконтролируемому росту, носящему разрушительный характер и приводящему к сдавлению и повреждению окружающих нормальных тканей. Склонность к проникновению («инвазии», «инфильтрации», «пенетрации») в окружающие ткани, с формированием местных метастазов. Склонность к метастазированию в другие, часто весьма отдаленные от исходной опухоли ткани и органы посредством перемещения по лимфо- и кровеносным сосудам, а также имплантационно. Наличие выраженного общего влияния на организм вследствие выработки опухолью токсинов, подавляющих противоопухолевый и общий иммунитет. Способность к ускользанию от иммунологического контроля организма при помощи специальных механизмов обмана Ткиллерных клеток. Вирусы так же способные вызывать трансформацию клеток разных органов в опухолевые или раковые клетки. Они относятся к семействам ДНК (герпес-, адено-, гепадна-папова-и поксвирусов) и РНК (ретровирусов) вирусов. При этом значение играет тип клеток и вид животных. Трансформированные клетки претерпевают морфологические, биохимические, поведенческие изменения и обладают свойствами присущими опухолевым. (1, 5, 12, 18, 28). В последние годы установлены новые закономерности репродукции литических вирусов в различных клеточных моделях, которые могут быть полезны для практической медицины. Ряд вирусов – вирус осповакцины, некоторые герпес вирусы, а также их мутантные варианты проявляют цитопатогенный литический эффект в отношении быстро делящихся опухолевых клеток, но не лизируют нормальные клетки. Проведенные экспериментальные исследования показали, что введение таких вирусов в опухоль за короткое время обеспечивает 6-8 кратное уменьшение ее размеров. Эти многообещающие данные послужили основой разработки новых методов терапии злокачественных новообразований и, соответственно, нового класса терапевтических вирусные противоопухолевых препаратов. Проникая в раковую клетку, РК-вирусы уничтожают её. Раковая клетка отличается от нормальной рядом признаков. R-вирусы смогли бы распознавать раковые клетки , по нашему мнению, по продуктам метаболизма (например, нормальная клетка в результате усвоения гликогена выделяет углекислый газ и воду, а раковая клетка – молочную кислоту). Нормальные клетки клетки обладают небольшой продолжительностью индивидуальной жизни( от нескольких часов до года), а раковые клетки превращаются в бессмертных, поэтому уничтожить их с помощью R-вирусов особенно актуально. РК-вирусы уничтожают патогенную микрофлору, не оказывая вредного воздействия на организм, например, как это делает[адено-ассоциированный вирус второго типа AAV2, встречающийся у большинства людей, способен уничтожать самые разнообразные виды раковых клеток, не причиняя ни малейшего вреда здоровым тканям человеческого организма]1. Главный результат исследования. Производство таких вирусов-санитаров может помочь в борьбе: А) с инфекционными заболеваниями, вызванными различными патогенными бактериями; Б) с вирусными заболеваниями (механизм тот же, только R-вирусы проникают в патогенные вирусы. Разрывая капсид вирусов, тем самым вызывают их гибель); В) с онкологическими заболеваниями. Бактериофаги действительно стали первой группой вирусов, "прирученных" человеком. Быстро и безжалостно расправлялись они со своими ближайшими соседями по микромиру. Палочки чумы, брюшного тифа, дизентерии, вибрионы холеры буквально "таяли" на глазах после встречи с этими вирусами. Их стали применять для предупреждения и лечения многих инфекционных заболеваний, но, к сожалению, за первыми успехами последовали неудачи. Это было связано с тем, что в организме человека фаги нападали на бактерии не так активно, как в пробирке. Кроме того, бактерии оказались "хитрее" своих врагов: они очень быстро приспосабливались к фагам и становились нечувствительными к их действию. Данного метода борьбы, по нашим предположениям, содержит те же опасности: 1. РК-вирусы- санитары могут под воздействием различных факторов прекратить свое позитивное воздействие и перепрограммироваться во врагов, уничтожая здоровые клетки. 2. Активность РК-вирусов в борьбе с патогенными микроорганизмами будет сижена. 1 CNN.com (2005), Common virus 'kills cancer', <http://www.cnn.com/2005/HEALTH/06/22/cancer.virus/index.htm 3. Бактерии смогут приспособиться и станут невосприимчивы к действию вирусов-санитаров. Развитие современной молекулярной биологии дает возможность ликвидации всех этих негативных последствий. Исходя из следующих опасений, данная технология требует серьезной апробации и проведения ряда экспериментов. Выводы. Перспективы. 1.Предложена технология создания биологического способа борьбы с патогенной микрофлорой организма человека. 2.Видится, что данное исследование может иметь свое продолжение в глубокой экспериментальной работе в специализированной лаборатории. Автор готов развивать и углублять свое исследование , что дает перспективы не только для лечения патологий, но и для развития науки вообще. Литература: 1. Бочков Н.П. Клиническая генетика. Москва, "Медицина", 1997 2. Букринская, А. Г. Вирусология. М.: Медицина, 1986. 336 с. 3. Вирусология. Под редакцией Филдса Б., Найта Д., тт. 1-3, М., 1989; 4. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. Биология. — М: «Мир», 1990. — 14 с. 5. Гусев М. В., Минеева Л. А. Микробиология. — М: Изд-во Московского университета, 2004. — 448 с. 6. Дунаева, Н. В., Эсауленко Е. В. Структурно-функциональная организация генома вируса гепатита С. Вопросы вирусологии. 2006. Т. 51. № 2. С. 1014. 7. Железнякова, Г. Ф. Воздействие вирусов на систему цитокинов. 2007. 8. Жданов, В. М. Вирусология / В. М. Жданов, С. Я. Гайдамович. Медицина. М. 1996. 480с. 9. Зинченко, А. И., Паруль, Д. А. Основы молекулярной биологии вирусов и антивирусной терапии. / А. И. Зинченко, Д. А. Паруль. Минск: Выш. шк., 2005. 208с. 10. Лидский, П. В., Агол, В. И. Как полиовирус изменяет клетку. Вопросы вирусологии. 2006. т. 51. Т. 1. С. 4-11. 11.Мишаева, Н. П. Бешенство и другие лиссавирусные инфекции человека / Н. П. Мишаева, В. И. Вотяков, Л. П. Титов. Минск. «Хата». 2002. 281 с. 12.Современная микробиология. Прокариоты: В 2-х томах. Пер. с англ./Под ред. Й. Ленглера, Г. Древса, Г. Шлегеля. — М.: Мир, 2005. — ISBN 5-03003706-3 ISBN 5-03-003707-1 (1 том) ISBN 5-03-003708-X (2 том) 13.Справочник по микробиологическим и вирусологическим методам исследования, под ред. М.О. Биргера, М., 1982. 14.Субботина, Е. Л., Чепурнов, А. А. Молекулярные механизмы репродукции вируса Эбола. Вопросы вирусологии. 2007. Т. 52. № 1. С. 10-15. 15.Титов, Л. П., Казак, Н. Ф., Канашкова, Т. А. и др. Вирусология (характеристика возбудителей, патогенез и диагностика вирусных инфекций). Минск: БГМУ, 2003г. 76 с. 16.Шендеров Б.А. Медицинская микробная экология и функциональное питание. Москва. 2001. 17.Baranowski, E., Ruiz-Jarobo, C.M., Domingo, E. Evolution of cell Recognition by Viruses. Science. 2001. V. 292. P. 1102-1105. 18.Bernard La Scola et al. The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus .Nature. 2008. V. 455. P. 100–104. 19.Cary, L.A., Cooper, J.A. Molecular switches in lipid rafts. Nature. 2000. Vol. 404. P. 945-947. 20.Cello J, Paul AV, Wimmer E (2002). "Chemical synthesis of poliovirus cDNA: generation of infectious virus in the absence of natural template". Science 297 (5583): 1016–8. DOI:10.1126/science.1072266 21.Chazal, N., Gerliez, P. Viruses entry, assembly, budding and membrane rafts. Microbiol and Mol Biol Reviews. 2003. V. 67. P. 226-237. 22.Cleaveland, S., Laurenson, M.K. and Taylor, L.H. 2001. Diseases of humans and their domestic mammals: pathogen characteristics, host range and risk of emergence. Philos. Trans.R. Soc. London Ser. B 356:991-999. 23.Cuconati, A., White, E. Viral homologs of BCL-2: role of apoptosis in the regulation of virus infection. Genes and development. 2002. Vol. 16. P. 24652478. 24.Doms, R.W., Trono, D. The plasma membrane as a combat zone in the HIV battlefield. Genes and Development. 2000. Vol. 14. N21. P. 2677-2688. 25.Espagne, E., Dupuy, C, Huguet, E. Genome sequence of a polydnavirus: insights into symbiotic virus evolution. Science. 2004. Vol. 306. P. 286-289. 26.Gutierrez, C., Dove, B., Hiscox, J.A. Viruses and the cell cycle. In book. Viruses and Nucleus. Ed. J.Hiscox. Wiley. 2006. P. 247-262. 27.Harper, J.V., Brooks, G. The eucariotic cell cycle. Ibid. P. 25-54. 28.Jackson, D.A. The nucleus – An Overview. Ibid. P. 1-20. 29.Jacobson, K., Dietrich, C. Looking at lipid rafts. Trends cell boil. 1999. Vol. 9. P. 87-91. 30.Kurzchalia, T.V., Parton, R.G. Membrane microdomeins and caveolae. Curr Op. Cell Biol. 1999. Vol. 11.P. 424-431. 31.La Scola, B., Audic, S., Robert, C. A giant virus in Amoebae. Science. 2003. Vol. 299. P. 233-243. 32.Matthews, D.A., Hiscox, J.A. Viruses and nucleous. Ibid. P. 185-202. 33.Liu, X., Marmorstein, R. When viral oncoproteins meet tumor suppressor: a structural view. Genes and Development. 2006. V. 20. P. 2332-2337. 34.Primrose, S.B., Twyman, R.M. Principles of genome Analysis and Genomics. Blackwell lishing, Oxford. 2003. 263 p. 35.Riley, L.W. Molecular Epidemiology of Infectious Diseases. 2004. ASM Press. 348 p. 36.Shin, J.S., Guo, Z., Abraham, S.N. Involvment of cellulat caveolae in bacterial entry into mast cells. Science. 2000. Vol. 289. P. 785-788. 37.Sternberg, P.W., Schmid, S.L.. Caveolin, cholesterol and Ras signaling. Nature cell. 1999. E35-37. 38.Strauss, J.H., Strauss, E.G. Viruses and Human Disease. 2002. Acad.Press. 383 p. 39.Suzuki, T., Suzuk, Y. Virus infection and lipid rafts. Biol. Pharm Bull. 2006. V. 2. P. 1538-1541. 40.Whittakez, G.R. Intracellular trafficking of influenzae virus: clinical implications for molecular medicine. Exp. Reviews in Molecular Medicine. 2001. N8. P. 1-13. 41.Zajchowski, L.D., Robbins, S.M. Lipid rafts. Eur. J.Biochem. 2002. Vol. 269. P. 737-752. 42.Zhou, J., Thompson, D.K., Tiede, J.M. Genomics: Toward a genome-level Understanding of the Structure, Functions, and Evolution of Biological Systems. In book “Microbial Functional Genomics”. 2004. Wiley. P. 1-21. Департамент образования города Москвы Западное окружное управление образования Государственное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа № 1002 КОНФЕРЕНЦИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ПРОЕКТНЫХ РАБОТ «Эврика» «Вирусные технологии на страже здоровья» Образовательная область исследования: естествознание Секция: биология Автор: Прохоренко Илья, учащийся 7 «А» класса ГОУ СОШ № 1002 Научный руководитель: Безматерных Татьяна Леонидовна, учитель химии ГОУ СОШ № 1002 Консультант: Неретина Ирина Моисеевна, учитель русского языка и литературы ГОУ СОШ № 1002 Москва, 2009
