Сущность жизни

Вид материала

Документы

Содержание Значение вирусов Стадии развития ВИЧ-инфекции II стадия III стадия IV стадия Мировая эпидемия СПИДа Основные закономерности наследственности и изменчивости Этапы развития генетики Методы генетики Материальные основы наследственности

Подобный материал:

• В. П. Крючков Рассказы и пьесы, 957.62kb.
• Тематическое планирование курса «Обществознание», 10-11 классы, 470.24kb.
• Мировоззрение, его сущность, роль в жизни людей, 1231.6kb.
• Экзаменационные вопросы по философии, 16.84kb.
• Г. А. Василевич, доктор юридических наук, профессор сущность конституции, 68.32kb.
• Мы представляем фрагменты книги ш. А. Амонашвили «школа жизни» (М.: Издательский дом, 882.19kb.
• Прогнозирование и планирование: основные понятия, сущность и сфера применения. Изучив, 994.42kb.
• Программа для поступающих на направление подготовки магистратратуры 080200 «менеджмент», 256.74kb.
• Размножение и индивидуальное развитие организмов, 44.8kb.
• Закономерности возникновения жизни в космосе., 3156.97kb.

Значение вирусов

• Патогенное действие , т. е. способность вызывать различные заболевания человека , животных и растений
  

• у человека к вирусным заболеваниям относятся : оспа , бешенство , жёлтая лихорадка , энцефалиты , инфекционные гепатиты , корь , краснуха , грипп , простуда , герпес , бородавки , свинка ( паротит ) , полиомиелит , сонная болезнь , злокачественные опухоли , ( рак ) , СПИД ( насчитывается не менее 500 различных болезней , возбуждаемых вирусами ) ; вирусы , способные вызывать опухоли , называются опухолеродными или онкогенными ( таким свойством обладают и ДНК-содержащие , и РНК-содержащие вирусы )
  
• у животных : ящур и оспа крупного рогатого скота , рожистое воспаление свиней , чума птиц , миксоматоз кроликов , чумка собак
  
• у растений : мозаика и скручивание листьев ( табака , турнепса ) , карликовая кустистость , бронзовость томатов , пёстролистность некоторых сортов тюльпанов ( болезни , вызываемые фитовирусами уносят до половины урожая , растения при этом не гибнут , но плодовитость их резко снижается )
  

• самый эффективный метод борьбы с фитовирусами – получение безвирусных растений ( верхушки молодых побегов свободны от вирусов , они заражаются уже потом ; у растения срезают верхушку побега и выращивают её в пробирке в стерильной питательной среде , а когда сформируются корни и листья , пересаживают в грунт ; такое растение становиться родоначальником безвирусного сорта
  

• Вирусы – биологические мутагены , т. е. факторы изменения генетической информации других организмов , вызывающие разрывы хромосом , порядок расположения генов , изменения их структуры
  

• Способны переносить генетическую информацию ( гены ) от одних организмов к другим горизонтально ( между клетками организмов разных видов или классов ) , когда половая гибридизация исключена , оказывая влияние на эволюцию организмов , в которых они паразитируют
  
• Вирусы , вызывающие болезни насекомых и животных , используют для борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства и грызунами ( кролики в Австралии )
  
• Экспериментальная модель в генетике , молекулярной биологии , биохимии , проблем иммунитета
  
• Бактериофаги используются для распознавания бактерий и ранней диагностики бактериальных болезней
  
• Бактериофаги используются для профилактики и уничтожения определённых микроорганизмов , возбудителей инфекционных болезней человека и животных –холеры , дизентерии , брюшного тифа и др.
  

• Вред , приносимый вирусами во много раз превышает их пользу
  

Вирус иммунодефицита человека ( ВИЧ )

• Вирус иммунодефицита человека относится к ретровирусам ; геном ВИЧ представлен одноцепочечной молекулой РНК
  
• В инфицированной клетке с помощью вирусного фермента – обратной транскриптазы ( ревертазы ) – на матрице вирусной РНК синтезируется двухцепочечная молекула ДНК, которая затем встраивается в одну из хромосом клетки-хозяина ; ДНК-копия ретровирусного генома называтся провирусом
  
• В состоянии провируса ВИЧ может сосуществовать в инфицированном организме долгое время ( несколько лет ) никак себя не проявляя
  

• Получив определённые молекулярные сигналы провирус активизируется ( начинается транскрипция вирусной РНК , а с неё – синтез вирусных белков , за которой следует самосборка многочисленных вирусных частиц и выход их из клетки , приводящий к гибели заражённых клеток )
  

• ВИЧ адсорбируется на поверхности только тех клеток , которые содержат белок , называемый антигеном СD 4 ; такой поверхностный антиген содержат Т4- лимфоциты ( Т-хелперы / индукторы ) – главная мишень ВИЧ , а также моноциты , из которых развиваются макрофаги – главные фагоциты всех тканей человека клетки слизистой оболочки тонкого кишечника , красного костного мозга , лимфатических узлов , тимуса , глиальные клетки мозга – их то и поражает вирус
  

• Т-хелперы играют важнейшую роль в координации работы всей иммунной системы человека ( без них В-лимфоциты , образующие специфические антитела , не могут размножаться в ответ на поступление в организм нового антигена , кроме того Т-хелперы запускают все процессы клеточного иммунитета ( образование и активностьТ-киллероа и Т-супрессоров ) и гуморального иммунитета ; макрофаги также играют важную роль в развитии клеточного иммунитета и фагоцитозе
  

• Инфицирование ВИЧ данных типов клеток ведёт к их повсеместному разрушению и глобальному подавлению всех иммунных механизмов организма ( клетки , которые должны запускать защитные реакции организма , сами являются мишенями патогена ВИЧ )
  

• Зрелая вирусная частица представляет собой шарик диаметром около 1000 А⁰ ( 10 ^–7 м ) , образованный двухслойной липидной мембраной , захваченной у клетки-хозяина при выходе из неё ; по всей поверхности располагаются грибовидные образования , ножки которых пронзают мембрану , а шляпки образуют наружный слой вириона ( именно в шляпке находится участок « узнающий » антигенный белок на поверхности мембран здоровых клеток ) ; грибки соединены с углеводными цепочками , образующими вокруг шляпки облачко гликопротеина gр120
  
• Когда вирион встречается со здоровой клеткой ( Т-хелпером ) , шляпка прилипает к антигену CD4 и отрывается от грибка а сжатая ножка с силой расправляется и пронизывает мембрану хелпера-мишени , в результате вирусная капсула оказывается внутри клетки
  
• Аминокислотная последовательностьgр120 вируса частично повторяет последовательность нормальных сигнальных белков других клеток организма человека ; это приводит к тому , что активно образующиеся антитела , связывающие gр120 вируса , вместо вируса нападают и разрушают свои же клетки ( это называется аутоиммунной реакцией ) ,что приводит к подавлению биосинтеза , разлад всех реакций организма и полное истощение больного
  

• Человек умирает от неспособности защититься от тех инфекций , которые сами по себе не являются смертельными
  
• ВИЧ вызывает заболевание иммунной системы , которое сопровождается развитием у больных глубокой иммунной недостаточности – СПИД или AIDS ( синдром приобретённого иммунодефицита) проявляющееся в том , что безопасные для здорового человека микроорганизмы , приобретают способность вызывать тяжёлые инфекционные заболевания , в том числе онкологические , неизменно заканчивающиеся летальным исходом ( характерно , что люди , погибающие вследствие заболевания СПИДом , имеют глубокие стадии поражения нервной системы , слабоумие , кишечные болезни и крайнее , патологическое исхудание ) ; СПИД – болезнь не только иммунной системы , он поражает весь организм
  
• Первые случаи СПИДа были зарегистрированы у гомосексуалистов вСША в 1981 году , а сам ВИЧ впервые был выделе в 1959 году в Заире
  

Пути передачи ВИЧ

• Источником ВИЧ-инфекции является человек , больной СПИДом , или бессимптом ный вирусоноситель
  
• ВИЧ обнаружен в крови , сперме , грудном молоке , секрете шейки матки , слюне , слёзной жидкости , моче человека ; не все эти жидкости могут переносить инфекцию , т. к. концентрация вируса в них сильно отличается ; реально инфекционными являются лишь кровь , сперма , секрет шейки матки и грудное молоко
  
• ВИЧ-инфекция не является контагиозной , то есть не передаётся от больного к здоровому при обычном общении ; с ВИЧ-инфицированным можно жить и работать в одной комнате , есть за одним столом без всяких санитарных предосторожностей ( до сих пор не выявлено ни одного случая передачи ВИЧ через укусы кровососущих насекомых , таких как комары , вши или постельные клопы )
  
• Обычным путём распространения вируса являются :
  

1. половые контакты ( вероятность заражения до 70% )
   
2. через заражённую донорскую кровь или её компоненты ( вероятность заражения близка к 100% )
   

• Чрезвычайно быстро ВИЧ распространяется между наркоманами , использующими общие иглы и шприцы для внутривенного введения наркотиков ( у 50% таких наркоманов диагностируется ВИЧ )
  
• От инфицированной матери к ребёнку ВИЧ передаётся до или во время родов с вероятностью до 50% кроме того ребёнок может быть заражён ВИЧ во время кормления грудью.
  

• К группам высокого риска заражения СПИДом относятся гомосексуалисты , проститутки , наркоманы , реципиенты крови и кровепродуктов ( плазмы , сывороток , интерферона ) , лица , неразборчивые в половых связях и имеющие большое число сексуальных партнёров
  

Стадии развития ВИЧ-инфекции ( шесть стадий )

I стадия - протекает бессимптомно и длится 6 –12 месяцев ; в это время происходит размножение ВИЧ , а содержание Т4-лимфоцитов в крови близко к норме ( 600 – 800 на мм³ ) ; интенсивно протекают процессы гуморального ( образование антител против ВИЧ через 3 месяца после заражения ) и Т- клеточного иммунитета

II стадия – самая протяжённая по времени ( обычно 3 – 5 лет ) , характеризуется хроническим распуханием лимфатических узлов под мышками и в паху ( лимфаденопатия ) и постепенным снижением содержания Т4-лимфоцитов в крови ; самочувствие больного на этой стадии всё еще хорошее , но они уже заражают других ; на этой стадии СПИД легко диагностируется с помощью специальных лабораторных наборов ( диагностикумов )

III стадия – характеризуется скрытым ( субклиническим ) нарушением иммунной системы и дальнейшим снижением Т4-лимфоцитов до половины нормы ; повышается заражаемость организма разнообразными инфекциями

IV стадия – по внешним проявлениям не отличается от III стадии , но для неё характерны более глубокие изменения в иммунной системе ; число хелперов падает до 50 на мм³

V стадия – характеризуется сильным угнетением иммунной системы , а концентрация Т4-лимфоцитов падает до минимального уровня ; появляются клинические проявления в виде грибкового поражения на коже и слизистой полости рта , называемого молочницей ( человек плесневеет заживо ) , часто развиваются стойкие вирусные ( герпес ) и грибковые заболевания кожи и слизистых , которые образуют язвы на теле

VI стадия – начинается через 1 – 2 года после начала V стадии и называется СПИД ; характеризуется глубоким поражением иммунной системы , развитием стойких инфекций , прежде всего тяжёлой пневмонией , вызываемой простейшими ( пневмоцистоз ) ; количество Т4-лимфоцитов в десять раз меньше нормы , их становится так мало , что иммунная система практически не действует и это приводит к тому что ВИЧ беспрепятственно размножается и оставшиеся Т4-лимфоциты быстро гибнут ; данная стадия длится не более двух лет и завершается смертью больного

• Трудно сказать от какой болезни умрёт человек , больной СПИДом ; это могут быть грибковые заболевания , туберкулёз , токсоплазмоз , менингит , пневмония , энцефалит , воспаления кишечного тракта , часто развивается рак , характерно прогрессирующее слабоумие , плоть до потери способности к мышлению и координации движения
  

• ВИЧ-инфицированный человек в течение нескольких лет ( до 10 лет ) чувствует себя нормально , но при этом может заражать других через половые контакты и кровь , именно поэтому эпидемия СПИДа была обнаружена , когда достигла крупных размеров
  

• В настоящее время медицина не располагает средствами , которые позволили бы вылечить СПИД , однако разработаны схемы лечения , позволяющие задержать на некоторое время развитие заболевания ( в данный момент ВИЧ-инфекция является неизлечимым заболеванием , которое всегда завершается смертельным исходом )
  

Мировая эпидемия СПИДа

• Эпидемия какого-либо заболевания , распространившаяся на всю страну , континент или всю планету , называется пандемией
  
• В настоящее время говорят о пандемии ВИЧ-инфекции / СПИДа , которая охватила все континенты и представляет реальную угрозу для существования человечества , являясь одной из важнейших и сложнейших проблем мировой медицины и вирусологии
  
• Всемирная организация здравоохранения ( ВОЗ ) прогнозирует , что в 2000 году в мире будет 30 – 40 млн человек , инфицированных ВИЧ , от 5 до 10 млн детей будут заражены их больными матерями , более 8 млн умрёт от данного заболевания ( более половины всех ВИЧ-инфицированных – люди , не достигшие 25 лет ) ; в ближайшие годы начнётся вымирание поколения людей , которым сейчас от 20 до 49 лет
  
• Огромные силы учёных многих стран привлечены для решения проблем лечения и предотвращения распространения ВИЧ-инфекции , разработки эффективной , дешёвой , безопасной и простой в применении вакцины против ВИЧ ( для объединения усилий мирового сообщества в борьбе против ВИЧ в 1996 году создана организация – Международная инициатива по вакцине против СПИДа
  

Способы предохранения от заражения ВИЧ

1. Использование презервативов
   
2. Уменьшение числа сексуальных партнёров , что уменьшает вероятность заражения
   
3. Борьба с передачей ВИЧ от одного наркомана другому – это в основном борьба с использованием общих игл , шприцев , смесителей и т. п. ; отказ от употребления наркотиков
   
4. Использование в медицинской практике стерильные одноразовые инструменты ( шприцы , капельницы и др. ) или , если это невозможно , инструментарий необходимо тщательно мыть и стерилизовать ( ВИЧ , как и все ретровирусы , очень нестоек и гибнет уже при 60⁰С )
   
5. Проверка донорской крови и кровепродуктов на наличие антител к ВИЧ ; медицинским работникам , особенно хирургам , дантистам , травмотологам – необходимо пользоваться защитными приспособлениями , такими как резиновые перчатки , защитные очки и т.п.
   
6. Выявление носителей вируса , чувствующими себя вполне здоровыми в течение ряда лет , но уже заражающих других
   
7. Активная массовая санитарная просветительская деятельность об угрозе заражения ВИЧ/СПИДом и способах его избегания
   

Особенности ВИЧ , осложняющие разработку вакцины

1. Поражает только клетки , имеющие на поверхности мембраны антигены СD4 , к которым относятся Т-хелперы и макрофаги , запускающие защитные , иммунные реакции организма
   
2. Длительный латентный ( скрытый ) период ВИЧ-инфекции ( 2 –5 лет ) , когда человек не болеет СПИДом , но является вирусоносителем , заражающим других людей ( вирусная ДНК в хромосомах хозяйских клеток современными методами не улавливается )
   
3. Репликация генома ВИЧ имеет высокую частоту ошибок , что приводит к постоянному возникновению мутантных форм вируса с изменённой антигенной структурой ( такая антигенная изменчивость наблюдается , например , у вируса гриппа , что препятствует разработке вакцины против него ; в случае ВИЧ скорость накопления мутаций в 65 раз выше чем у вируса гриппа )
   

• Первая стадия ВИЧ-инфекции сопровождается интенсивным образованием антител ( гуморальный ) и Т-киллеров ( клеточный иммунитет ) , в результате чего происходит естественный отбор мутантов ВИЧ , которые не узнаются сформированными антителами и Т-киллерами , таким образом ВИЧ на поздних стадиях инфекции существенно отличается по антигенной структуре от вируса , его заразившего ( на последних этапах болезни в крови больного оказываются десятки разных форм вируса , против которых антитела бессильны )
  

4. Для ВИЧ характерно наличие множества субтипов( штаммов ) , различающихся генетически ( в Европе и Америке чаще всего встречается наиболее распространённый в мире субтип А ( ВИЧ-1 ) , а в Африке обнаружен другой вид – ВИЧ-2 , при котором болезнь протекает со смазанными симптомами и очень поздно диагностируется
   
5. ВИЧ способен существовать как провирус , т. е. его геном встраивается в хромосомную ДНК клеток и долгое время не проявляя активности защищён от действия иммунной системы
   
6. Кроме человека ВИЧ-1 может заражать только шимпанзе , не вызывая однако у них подавления иммунитета , поэтому в мире не существует подходящей модели СПИДа на лабораторных животных
   

• В качестве лабораторной модели в выработке потенциальной вакцины против ВИЧ / СПИДа используются макаки резусы , которые не заражаются ВИЧ-1 , но имеют вирус иммунодефицита обезьян ( ВИО ) , вызывающего у них СПИД-подобное заболевание , завершающееся смертью животных ; ВИО – ближайший родственник человеческого вируса ВИЧ , а макаки резусы многочисленны в природе и легко размножаются в неволе в отличие от шимпанзе
  

Основные закономерности наследственности и изменчивости

Генетика - наука , изучающая наследственность , изменчивость ( фундаментальные свойства живого ) и обеспечивающие их биологические механизмы

Наследственность - совокупность механизмов , обеспечивающих структурно-функциональную преемственность организмов в ряду поколений ( т. е. наследование )

Наследование - процесс воспроизведения в поколениях общего плана структурно-функциональной организации и отдельных признаков у особей одного биологического вида

Этапы развития генетики

• Открытие законов наследственности . В 1856 г. Г. Мендель (чех.) выявил важнейшие законы наследственности ( в работе « Опыты над растительными гибридами » ) и показал , что :
  

* признаки определяются дискретными (отдельными) наследственными факторами, которые передаются через половые клетки

* отдельные признаки организма при скрещивании не исчезают , а сохраняются в потомстве в том же виде как и у родителей ( дискретная концепция наследственности )

* каждому признаку в организме соответствуют два наследственных фактора , получаемых от женской и мужской особи

• Официальное рождение генетики . В 1900 г. Г. де Фриз (гол.) , К. Корренс (гер.) и К. Чермак (австр.) на разных объектах независимо переоткрыли законы Менделя и признали его приоритет
  
• Развитие хромосомной теории . В !911 г. Т. Морган ( США) сформулировал хромосомную теорию наследственности и экспериментально доказал , что основными носителями генов являются хромосомы , что гены в хромосомах располагаются линейно
  
• Открытие нуклеиновых кислот как наследственного материала . В 1928 г. Ф. Гриффит и О. Эвери показали , что свойства от одной клетки к другой могут передаваться только с ДНК
  
• Расшифровка строения молекулы ДНК . В 1953 г. Ф. Крик (англ.) и Дж. Уотсон (амер.) предложили модель двойной спирали структуры ДНК , которая многократно проверялась и была признана правильной
  

• Современная генетика включает несколько дисциплин : цитогенетика , онтогентика , селекция биохимическая генетика , иммуногенетика , медицинская цитогенетика , генетика человека
  
• Генетика тесно связана с биохимией , молекулярной биологией , цитологией , эмбриологией , теорией эволюции и т. д.
  

Методы генетики

Спецефические методы генетики

1. Гибридологический метод ( открыт Менделем ) - выведение закономерностей наследования на основе количественного учёта ( математической обработки ) гибридного потомства , полученного при скрещивании родителей , отличающихся одним или несколькими признаками
   

• Мендель выделял и учитывал не весь комплекс родительских признаков и их потомков , а анализировал наследование по отдельным альтернативным признакам ( одному или нескольким : моно- , ди- , тригибридное , полигибридное и т. д. скрещивание)
  
• Производился точный количественный учёт ( математическая , статистическая обработка ) наследования каждого альтернативного признака в ряду поколений
  
• Исследовался аналогично характер потомства каждого гибрида в отдельности
  

1. Генеалогический метод . Составление и анализ родословных
   

Неспецефические методы генетики

1. Близнецовый метод - наследование признаков у близнецов с целью оценки соотносительной роли наследственности и среды в развитии признака

2. Цитогенетический метод - изучение хромосом с помощью микроскопа
   
3. Популяционно-статистический - изучение распространения отдельных генов или хромосомных аномалий в популяциях
   
4. Мутационный метод - обнаружение мутаций и их наследование в зависимости от способа размножения организма
   
5. Рекомбинационный метод - выявление рекомбинаций по отдельным парам генов в одной хромосоме и составление на этой основе генетических карт хромосом с указанием относительного расположения отдельных генов
   
6. Биохимический метод - установление последовательности аминокислот в полипептидной цепи и определении мутаций на этой основе
   
7. Метод математического моделирования - изучение процессов сцепления и взаимодействия генов
   
8. Метод гибридизации соматических клеток - культивирование соматических клеток и тканей на питательных стерильных средах
   
9. Дополнительные методы - иммунологические , физиологические , психологические , метод условных рефлексов и т. д.
   

Материальные основы наследственности

Современное представление о гене

Ген - фрагмент молекулы ДНК , содержащий наследственную информацию о первичной структуре одного белка ( полипептида, фермента ) или о последовательности нуклеотидов одной т-РНК или р-РНК

• Является единицей функционирования наследственного материала , определяющей развитие какого-либо признака ( возможно группы признаков ) или свойства организма ( элементарная структурная и функциональная единица хромосомы )
  
• первичным продуктом функции гена является и-РНК и далее белок-фермент ( полипептид ) или р-РНК и т-РНК