Mikrobiologi (Norsk)

Alle virus som er avhengig av celler for reproduksjon og metabolske prosesser., Av seg selv, virus som ikke koder for enzymer som er nødvendig for virusreplikasjon. Men innen en rekke celle, et virus som kan commandeer mobile maskiner for å produsere mer viral partikler. Bakteriofager replikere bare i cytoplasma, siden prokaryotic cellene ikke har en kjerne eller organeller. I eukaryote celler, de fleste DNA-virus kan replikere inne i kjernen, med et unntak observert i store DNA-virus, for eksempel poxviruses, som kan replikere i cytoplasma. RNA-virus som kan infisere animalske celler ofte gjenskape i cytoplasma.,

livssyklusen av Virus med Prokaryote Verter

livssyklusen av bakteriofager har vært en god modell for å forstå hvordan virus påvirke de infiserer celler, siden lignende prosesser har blitt observert for eukaryote virus, som kan føre til umiddelbar død i cellen eller etablere en latent eller kronisk infeksjon. Virulente fager vanligvis føre til døden av cellen gjennom cellelysering., Tempererte fager, på den annen side, kan bli en del av en host-kromosom og er identiske med cellen genom til slik tid som de er indusert til å gjøre nylig samlet virus, eller avkom virus.

Den Lytiske Syklus

i Løpet av lytiske syklus av virulente phage, den bacteriophage tar over cellen, gjengir nye fager, og ødelegger cellen. T-selv phage er et godt eksempel på en godt preget klasse av virulente fager. Det er fem stadier i bacteriophage lytiske syklus (se Figur 1)., Vedlegget er den første fasen i infeksjon prosess som phage samhandler med spesifikke bakteriell overflate reseptorer (f.eks., lipopolysaccharides og OmpC protein på en vert overflater). De fleste fager har en smal vert rekkevidde og kan infisere en arter av bakterier eller en belastning innen en art. Dette unike anerkjennelse kan utnyttes for målrettet behandling av bakteriell infeksjon av phage terapi eller for phage å skrive for å identifisere unike bakteriell underarter eller stammer. Den andre fasen av infeksjonen er oppføring eller penetrasjon., Dette skjer gjennom sammentrekning av halen slire, som fungerer som en hypodermic needle til å injisere viral genom gjennom celleveggen og membran. Den phage hodet og resten av komponentene står utenfor bakterier.

Figur 1. En ondartet phage viser bare den lytiske syklus som er avbildet her. I den lytiske syklus, phage replikater og lyserer vert celle.

Den tredje fasen av infeksjonen er biosyntese av nye viral komponenter., Etter å gå inn i vertens celler, virus syntetiserer virus-kodet endonucleases til å forringe de bakterielle kromosomene. Det så kaprer verts-cellen til å formere seg, transkribere, og oversette det som er nødvendig viral komponenter (capsomeres, skjede, base plater, hale og fiber, og viral enzymer) for montering av nye virus. – Polymerase gener er vanligvis uttrykt tidlig i syklusen, mens capsid og hale proteiner er uttrykt senere. Under modningen fase, nye virions er opprettet. For å frigjøre gratis fager, bakteriell celleveggen er forstyrret av phage proteiner som holin eller lysozyme., Den siste fasen er utgivelsen. Modne virus brast ut av verts-cellen i en prosess som kalles lyse og avkom virus er frigjort til omgivelsene for å infisere nye celler.

De Lysogenic Syklus

I en lysogenic syklus, phage genom også inn i cellen gjennom vedlegget og penetrasjon. Et godt eksempel på en phage med denne typen av livssyklus er lambda phage. Under lysogenic syklus, i stedet for å drepe verten, phage genom integreres i de bakterielle kromosomene, og blir en del av verten. Den integrerte phage genom er kalt en prophage., En bakteriell vert med en prophage kalles en lysogen. Prosessen der en bakterie som er infisert av et temperert phage kalles lysogeny. Det er typisk for tempererte fager å være latent eller inaktiv i cellen. Som bakterien replikater sitt kromosom, er det også gjenspeiler phage DNA og sender den videre til nye datter cellene i løpet av reproduksjon. Tilstedeværelsen av phage kan endre fenotypen av bakterien, siden det kan gi en ekstra gener (f.eks., toksin gener som kan øke bakteriell virulence)., Denne endringen i host fenotypen er kalt lysogenic konvertering eller phage konvertering. Noen bakterier, slik som Vibrio cholerae og Clostridium botulinum, er mindre virulente i fravær av prophage. Den fager infisere disse bakteriene bære toksin gener i sitt genom og forbedre virulence av verten når toksin gener er uttrykt. I tilfelle av V. kolera, phage kodet toksin kan føre til alvorlig diaré; i C. botulinum, giften kan føre til lammelse., Under lysogeny, den prophage vil vedvare i vert-kromosomet til induksjon, noe som resulterer i eksisjon av viral genome fra det vert kromosom. Etter induksjon som har skjedd den tempererte phage kan gå gjennom en lytiske syklus og deretter gjennomgå lysogeny i en nylig infiserte cellen (se Figur 2).

Figur 2. En temperert bacteriophage har både lytiske og lysogenic sykluser. I lysogenic syklus, phage DNA er innlemmet i den vert genom, og danner en prophage, som er videreført til senere generasjoner av celler., Miljømessige stressfaktorer, slik som sult eller eksponering for giftige kjemikalier kan føre prophage å være excised og angi lytiske syklus.

Transduksjon

Transduksjon oppstår når en bacteriophage overføringer bakteriell DNA fra en bakterie til en annen i løpet av påfølgende infeksjoner., Det er to typer transduksjon: generalisert og spesialiserte transduksjon. I løpet av lytiske syklus av virusreplikasjon, virus kaprer vert celle, forringer det vert kromosom, og gjør mer viral genomer. Som den setter sammen og pakker DNA i phage hodet, emballasje noen ganger gjør en feil. I stedet for emballasje viral DNA, det tar en tilfeldig stykke vert DNA og setter den inn i capsid. Når lansert, dette virion vil deretter injisere den tidligere vertens DNA inn i en nylig infisert vert., Den asexual overføring av genetisk informasjon kan tillate for DNA-rekombinasjon å oppstå, og dermed gi ny vert med nye gener (f.eks., en antibiotika-resistens genet, eller en sukker-metabolizing genet).

Generalisert transduksjon oppstår når en tilfeldig del av bakterielle kromosomale DNA overføres ved phage under den lytiske syklus. Spesialisert transduksjon skjer i slutten av lysogenic syklusen, når prophage er excised og bacteriophage går inn i den lytiske syklus. Siden phage er integrert i den vert genom, det prophage kan replikere som en del av verten., Det er imidlertid enkelte forhold (for eksempel, ultrafiolett lys eksponering eller kjemisk eksponering) stimulere prophage å gjennomgå induksjon, forårsaker phage å avgiftsdirektoratet fra genom, skriver den lytiske syklus, og produsere nye fager å forlate vert celler. Under prosessen med eksisjon fra verten kromosom, en phage kan av og til ta noen bakterie-DNA i nærheten av området av viral integrering. Den phage og vert DNA fra en ende eller begge ender av integrering nettstedet, er pakket i capsid og er overført til den nye, vert infisert., Siden DNA-overført av phage er ikke tilfeldig pakket, men er i stedet et bestemt stykke av DNA i nærheten stedet for integrasjon, denne mekanismen av gene transfer er referert til som spesialiserte transduksjon (se Figur 3). DNA kan rekombinere med host-kromosom, noe som gir sistnevnte nye egenskaper. Transduksjon ser ut til å spille en viktig rolle i den evolusjonære prosessen av bakterier, noe som gir dem en mekanisme for asexual utveksling av genetisk informasjon.

Figur 3., Dette flytskjemaet viser mekanismen av spesialiserte transduksjon. En integrert phage excises, bringer med seg et stykke av DNA-tilknytning til sin innsettingspunktet. På nye infeksjoner av en ny bakterie, phage DNA integreres sammen med genetisk materiale som er hentet fra tidligere host.

livssyklus av Virus med Dyr Vert

Lytiske dyr virus følg lignende infeksjon stadier for å bakteriofager som: vedlegg, penetrasjon, biosyntese, modning, og slipp (se Figur 4). Men mekanismene for penetrasjon, nucleic acid biosyntese, og utslipp varierer mellom bakteriell og dyr virus. Etter binding til host-reseptorer, dyr virus inn gjennom endocytosis (engulfment av verts-cellen) eller gjennom membranen fusion (viral konvolutt med verts-cellen membran)., Mange virus er vert bestemt, noe som betyr at de bare infisere en bestemt type vert, og de fleste virus som bare infiserer visse typer celler i vev. Dette spesifisitet er kalt en vev tropism. Eksempler på dette er vist av poliovirus, som viser tropism for vev i hjernen og ryggmargen, eller influensa-viruset, som har en primær tropism for luftveiene.

Figur 4. I influensa virus infeksjon, viral glycoproteins fest virus til en rekke epiteliale celler. Som et resultat, viruset er oppslukt., Virus-RNA og virale proteiner er laget og satt sammen i nye virions som er utgitt av spirende.

Dyr virus som ikke alltid uttrykke sine gener ved hjelp av den normale flyten av genetisk informasjon fra DNA til RNA til protein. Noen virus har en dsDNA genom som cellulære organismer og kan følge den normale flyten. Imidlertid, andre kan ha ssDNA, dsRNA, eller ssRNA genomer. Arten av genom avgjør hvordan genom er replikert og uttrykt som viral proteiner., Hvis et genom er ssDNA, vert enzymer vil bli brukt til å syntetisere en annen tråd som er komplementær til genom strand, dermed produsere dsDNA. Den dsDNA kan nå bli replikert, transkribert og oversatt lignende til å være vert for DNA.

Hvis viral genom er RNA, en annen mekanisme som må brukes. Det er tre typer RNA-genom: dsRNA, positiv (+) single-strand (+ssRNA) eller negativ (−) enkelt-strand-RNA (−ssRNA). Hvis et virus har en +ssRNA genom, det kan oversettes direkte til å gjøre virale proteiner. Viral genom +ssRNA fungerer som cellular mRNA., Men, hvis et virus inneholder et −ssRNA genom, vert ribosomes kan ikke oversette det til −ssRNA er replikert til +ssRNA av virus-RNA-avhengig RNA-polymerase (RdRP) (se Figur 5). Den RdRP er brakt inn av viruset og kan brukes til å lage +ssRNA fra den opprinnelige −ssRNA genom. Den RdRP er også et viktig enzym for replikering av dsRNA virus, fordi den bruker den negative strand av dobbel-strandet genom som en mal for å opprette +ssRNA. Den nylig syntetisert +ssRNA kopier kan da være oversatt av mobil ribosomes.,

Figur 5. RNA-virus som kan inneholde +ssRNA som kan være direkte lese av ribosomes til å syntetisere virale proteiner. Virus som inneholder −ssRNA må først bruke −ssRNA som templat for syntese av +ssRNA før virale proteiner kan bli syntetisert.

En alternativ mekanisme for virale nukleinsyre-syntese er observert i retroviruses, som er +ssRNA virus (se Figur 6)., Enkelt-strandet RNA-virus som HIV bære et spesielt enzym som kalles revers transkriptase-innenfor capsid som syntetiserer en utfyllende ssDNA (cDNA) kopier ved å bruke +ssRNA genom som en mal. Den ssDNA er deretter gjort om til dsDNA, som kan integreres i vert-kromosom og bli en permanent del av verten. Den integrerte viral genom er kalt en provirus. Viruset nå kan forbli i vert for lang tid å etablere en kronisk infeksjon. Den provirus-stadiet har likhet til prophage scenen i en bakteriell infeksjon under lysogenic syklus., Imidlertid, i motsetning til prophage, den provirus ikke gjennomgå eksisjon etter skjøting i genomet.

Figur 6. Klikk for større bilde. HIV, en innhyllet, icosahedral retrovirus, festes til en celle overflate reseptor av en immunceller og sikringer med cellemembranen. Viral innholdet er sluppet inn i cellen, der viral enzymer konvertere enkelt-strandet RNA-genom i DNA og innlemme det i den vert genom., (credit: endring av arbeid ved NIAID, NIH)

Vedvarende Infeksjoner

Vedvarende infeksjon oppstår når en viruset ikke er fullstendig fjernet fra systemet av verten, men forblir i visse vev eller organer smittet person. Viruset kan forbli tause eller gjennomgå produktive infeksjon uten alvorlig skade eller drepe verten., Mekanismer av vedvarende infeksjon kan innebære at reguleringen av viral eller vert gen uttrykk eller endring av vertens immunrespons. De to viktigste kategoriene av vedvarende infeksjoner er latent infeksjon og kronisk infeksjon. Dette er eksempler på virus som forårsaker latente infeksjoner inkluderer herpes simplex virus (muntlig og genital herpes), varicella-zoster virus (vannkopper og helvetesild), og Epstein-Barr virus (mononucleosis). Hepatitt C-virus og HIV er to eksempler på virus som er årsak til langvarige kroniske infeksjoner.,

Latent Infeksjon

Ikke alle dyr virus gjennomgå replikering av lytiske syklus. Det er virus som er i stand til gjenværende skjult eller sovende inne i cellen i en prosess som kalles ventetid. Disse typer virus er kjent som latente virus og kan føre til latente infeksjoner. Virus er i stand til ventetid kan i utgangspunktet føre til en akutt infeksjon før de blir sovende.

For eksempel, varicella-zoster virus infiserer mange celler i hele kroppen og forårsaker vannkopper, preget av et utslett med blemmer som dekker huden., Om 10 til 12 dager postinfection, sykdommen løser og virus går sovende, som bor innenfor nerve-celle knuter for år. I løpet av denne tiden, viruset ikke drepe nerve celler eller fortsette å kopiere. Det er ikke klart hvorfor virus stopper replikere i nerveceller og uttrykker noen virale proteiner men, i noen tilfeller, vanligvis etter mange år av dvalen, viruset aktiveres igjen, og fører til en ny sykdom som kalles shingles (Figur 7)., Mens vannkopper påvirker mange områder i hele kroppen, helvetesild er en nervecelle-spesifikk sykdom dukker opp fra de knuter som viruset ble sovende.

Figur 7. (en) Varicella-zoster, viruset som forårsaker vannkopper, har en innhyllet icosahedral capsid synlig i dette transmission electron micrograph. Sin dobbel-strandet DNA-genom blir innlemmet i vertens DNA. (b) Etter en periode av ventetid, kan viruset reaktiveres i form av shingles, vanligvis manifestere som en smertefull, lokalisert utslett på den ene siden av kroppen., (kreditt-a: endring av arbeid ved Erskine Palmer og B. G. Partin—skala-bar-data fra Matt Russell; kreditt b: endring av arbeid med Rosmarie Voegtli)

Latent virus kan forbli skjult av eksisterende som sirkulær viral genom molekyler utenfor vert-kromosom. Andre blir proviruses ved å integrere inn i verten genom. I løpet av dvalen, virus som ikke forårsaker noen symptomer på sykdom, og kan være vanskelig å oppdage. En pasient kan være uvitende om at han eller hun er bærer av viruset mindre en viral diagnostiske tester som er utført.,

Kronisk Infeksjon

En kronisk infeksjon er en sykdom med symptomer som er tilbakevendende eller vedvarende over en lang tid. Noen virusinfeksjoner kan bli kronisk hvis kroppen er i stand til å eliminere viruset. HIV er et eksempel på et virus som gir en kronisk infeksjon, ofte etter en lang periode med tidsforsinkelse. Når en person blir smittet med HIV, viruset kan påvises i vev kontinuerlig etterpå, men ubehandlede pasienter ofte opplever ingen symptomer i mange år., Men viruset opprettholder kronisk utholdenhet gjennom flere mekanismer som påvirker immun funksjon, inkludert å hindre uttrykk for virale antigener på overflaten av infiserte celler, endre immunceller seg selv, begrense uttrykk for viral gener, og raskt skiftende virale antigener gjennom mutasjon. Til slutt, skade på immunsystemet resultater i utviklingen av sykdommen som fører til ervervet immunsvikt syndrom (AIDS)., De ulike mekanismer som HIV bruker for å unngå å bli ryddet av immunforsvaret er også brukt av andre kronisk infisere med virus, inkludert hepatitt C-viruset.

livssyklus av Virus med Anlegget Vert

System virus er mer lik dyr virus enn de er til å bakteriofager. Plante-virus kan være innhyllet eller ikke-innhyllet. Som mange dyr virus, anlegg virus kan ha enten en DNA-eller RNA-genom og være enkelt strandet eller dobbeltrom strandet., Men, de fleste plante-virus som ikke har en DNA-genom; de fleste har en +ssRNA genom, som fungerer som budbringer-RNA (mRNA). Bare et mindretall av plante-virus har andre typer forsikring.

Plante virus kan ha en smal eller bred vert utvalg. For eksempel, sitrus tristeza virus infiserer bare noen få planter av Sitrus slekten, mens agurk mosaikk virus infiserer tusenvis av planter av ulike plante-familier. De fleste plante virus som overføres ved kontakt mellom planter, eller av sopp, nematoder, insekter eller andre leddyr som fungerer som mekaniske vektorer., Imidlertid er det enkelte virus kan bare overføres ved en bestemt type insekt vektor; som for eksempel, en bestemt virus kan bli overført ved bladlus, men ikke whiteflies. I noen tilfeller, virus kan også angi sunne planter gjennom sår og skader som kan oppstå på grunn av beskjæring eller vær skade.

Virus som kan infisere planter anses biotrophic parasitter, noe som betyr at de kan etablere en infeksjon uten å drepe verten, i likhet med hva som er observert i lysogenic liv sykluser av bakteriofager. Viral infeksjon kan være asymptomatiske (latent) eller kan føre til celledød (lytiske-infeksjon)., Livssyklusen begynner med inntrengning av viruset til verts-cellen. Neste, viruset er ubestrøket i cytoplasma av cellen når capsid er fjernet. Avhengig av nukleinsyre, cellulære komponenter er brukt til å gjenskape viral genom og syntetisere virale proteiner for montering av ny virions. Å etablere en systemisk infeksjon, virus må skrive inn en del av det vaskulære systemet av anlegget, for eksempel phloem. Den tiden som kreves for systemisk infeksjon kan variere fra noen dager til et par uker, avhengig av virus, plantearter og miljømessige forhold., Viruset liv syklusen er fullført når det er overført fra et infisert anlegg til en sunn plante.

Viral Vekst Kurve

i Motsetning til den vekstkurve for en bakteriell befolkningen, vekstkurve for et virus befolkningen over livsløpet ikke følger en sigmoidal kurve. Under den innledende fasen, en inokulat av virus som forårsaker infeksjonen. I eclipse phase, virus binde og trenge inn i celler med ingen virions oppdaget i mediet., Daglig forskjell at neste vises i viral vekst kurve i forhold til en bakteriell vekst kurve oppstår når virions er gitt ut fra lysert vert celle på samme tid. En slik hendelse er kalt et utbrudd, og antall virions per bakterien utgitt er beskrevet som brast størrelse. I en ett-trinns multiplikasjon kurve for bacteriophage, det vert celler lyse, slipper mange viral partikler til middels, noe som fører til en veldig bratt stigning i viral titer (antall virions per enhet volum)., Hvis ikke levedyktig vert celler forbli, viral partikler begynner å brytes ned i løpet av nedgangen av kultur (se Figur 8).

Figur 8. Ett-trinns multiplikasjon kurve for en bacteriophage befolkningen følger tre trinn: 1) grader, under virions fest for å være vert for celler; 2) eclipse, som under oppføring av viral genom oppstår; og 3) burst, når tilstrekkelig antall nye virions er produsert og kommer fra verts-cellen. Burst størrelse er det maksimale antall virions produsert per bakterien.,

Ebola i USA

På September 24, 2014, Eric Thomas Duncan ankom Texas Health Presbyterian Hospital i Dallas klager av en feber, hodepine, oppkast og diaré—symptomer ofte observert hos pasienter med forkjølelse eller influensa., Etter at eksamen, en akuttavdeling lege diagnostisert ham med bihulebetennelse, foreskrevet antibiotika, og sendte ham hjem. To dager senere, Duncan tilbake til sykehuset med ambulanse. Hans tilstand hadde forverret seg, og flere blodprøver bekreftet at han har blitt infisert med Ebola-viruset.

Ytterligere undersøkelser avslørte at Duncan hadde nettopp kommet hjem fra Liberia, et land midt i en alvorlig Ebola-epidemien., På September 15, ni dager før han møtte opp på sykehuset i Dallas, Duncan hadde hjulpet transport en Ebola-rammet nabo til et sykehus i Liberia. Sykehuset fortsatte å behandle Duncan, men han døde for flere dager etter å ha blitt innlagt.

Figur 9. Forskere som arbeider med Ebola-viruset bruker lag av forsvar mot utilsiktet infeksjon, inkludert beskyttende klær, puste-systemer, og negative air-press skap for benken arbeid. (credit: endring av arbeid av Randal J., Schoepp)

tidslinjen av Duncan saken er et tegn på liv syklus av Ebola-viruset. Inkubasjonstiden for Ebola varierer fra 2 dager til 21 dager. Ni dager som har gått mellom Duncan eksponering til virus-infeksjon og utseendet av hans symptomer. Dette tilsvarer en del, til eclipse periode i veksten av virus befolkningen. Under formørkelsen fase, Duncan ville ha vært i stand til å overføre sykdom til andre. Men, når en smittet person begynner å stille symptomer, sykdom blir veldig smittsom., Ebola-viruset smitter gjennom direkte kontakt med dråper av kroppsvæsker som spytt, blod og spy. Duncan kunne tenkes å ha overført sykdommen til andre når som helst etter at han begynte å ha symptomer, antagelig litt tid før hans ankomst på sykehuset i Dallas. Når et sykehus realiserer en pasient som Duncan er infisert med Ebola virus, pasienten er umiddelbart satt i karantene, og offentlige helsemyndigheter starte en back spore til å identifisere alle som en pasient som Duncan kan ha pratet i løpet av den perioden han var som viser symptomer.,

Offentlige helsemyndigheter var i stand til å spore opp 10 høy-risiko individer (familie medlemmer av Duncan) og 50 lav risiko enkeltpersoner til å overvåke dem for tegn på infeksjon. Ingen ble smittet av sykdommen. Imidlertid, en av sykepleierne belastet med Duncan omsorg hadde blitt smittet. Dette, sammen med Duncan ‘ s første misdiagnosis, gjort det klart at AMERIKANSKE sykehus er nødvendig for å tilby ytterligere opplæring til medisinsk personell for å forhindre et mulig Ebola-utbrudd i USA.

• Hva slags trening kan forberede helsepersonell til å inneholde nye epidemier som Ebola-utbrudd av 2014?,
• Hva er forskjellen mellom et smittsomme patogener og en av smittsomme patogener?