Исследовательская работа на тему: «Вирусные технологии на страже здоровья» Автор: Прохоренко Илья, ГОУ СОШ №1002, 7 «А» класс Научные руководители: Безматерных Т.Л., учитель химии и биологии, Неретина И.М., учитель русского языка и литературы ГОУ СОШ №1002 На протяжении всей истории человечество боролось с различными инфекционными, вирусными и онкологическими заболеваниями. В арсенале современной медицины имеется большое количество препаратов против этих заболеваний и отработанных схем борьбы с ними. Часто их применение небезразлично для организма из-за токсичности препаратов и высокой нагрузки на все системы человеческого организма. Особенно страдают печень, почки, лимфатическая система. Поэтому актуальность приобретают биологические способы борьбы с такими тяжелыми заболеваниями. Основная цель данной работы – создать технологию вовлечения вирусов 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 литературу по теме. 2. Изучить многообразие, классификацию и основные процессы жизнедеятельности вирусов. 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: метод атрибуции; системный; структурнофункциональный; вероятностный; моделирования; частнонаучный; междисциплинарного исследования Новизна работы. Данная работа представляет оригинальную технологию вовлечения вирусов в борьбу с возбудителями различных заболеваний и патогенными клетками. С 2002 года ученые могут создавать синтетические вирусы. Мы же предлагаем с помощью генной инженерии создавать вирусные капсиды, в них помещать ДНК, запрограммированную на борьбу с патогенной микрофлорой. Для этого предлагается следующая методика: 1 ЭТАП: ПОЛУЧЕНИЕ ВИРУСА-САНИТАРА (R-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. 1 шаг - создание ДНК-рекомбинантных вирусов (R-вирусы) Для борьбы с инфекционными заболеваниями, возбудителями которых являются прокариотические бактериальные клетки, создаются ДНК – рекомбинантные бактериофаги и внедряются в бактериальную клетку кишечной палочки. Участок генома R-вируса активен, именно он отвечает за проникновение в бактериальную клетку кишечной палочки. 2 шаг - проникновение R-вируса в клетку кишечной палочки. Механизм инфицирования: Можно предложить 2 способа проникновения R-вируса в клетку: 1 способ: Самостоятельное проникновение вируса в клетку. [Обычно для того, чтобы вирион адсорбировался на поверхности клетки, она должна иметь в составе своей плазматической мембраны белок (часто гликопротеин) — рецептор, специфичный для данного вируса.]1 Синтезируется специфический гликопротеин, который помогает вирусу адсорбироваться на плазматической мембране и естественным путем проникнуть в клетку. 2. Искусственное проникновение в клетку. Многие вирусы могут проникать в клетку путем эндоцитоза. Можно искусственно внедрить вирус в клетку эндогенным путем. 3. Персистенция. [Некоторые вирусы могут переходить в латентное состояние (так называемая персистенция для вирусов эукариот или лизогения для бактериофагов — вирусов бактерий), слабо вмешиваясь в процессы, происходящие в клетке, и активироваться лишь при определённых условиях]1. 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. 4. Создание новых вирусных компонентов. Когда человек заболевает, R-вирусы 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 1 http://ru.wikipedia.org/wiki/Вирусы 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. 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. 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]2. Опасностью данного метода является, по нашим предположениям, то, что РК-вирусысанитары могут под воздействием различных факторов прекратить свое позитивное воздействие и перепрограммироваться во врагов, уничтожая здоровые клетки, поэтому 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, которое дает перспективы не только для лечения патологий, но и для развития науки вообще. 2 CNN.com (2005), Common virus 'kills cancer', <http://www.cnn.com/2005/HEALTH/06/22/cancer.virus/index.htm