XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Сравнение иммунитетов животных и растений
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Актуальность работы.
Иммунитет (от лат. immunitas - освобождение от чего-либо, неприкосновенность) — это защитная способность живых организмов сохранять и поддерживать свою биологическую индивидуальность.
Иммунная система защищает организм путем распознавания и отличия здоровых тканей организма от чужеродных: микробов, вирусов, грибков, ядов, аллергенов и простейших, а также от образующихся внутри организма продуктов распада (при инфекционно-воспалительных процессах), и клеток изменившихся в результате мутаций, болезней. Помимо защиты организма иммунная система осуществляет и «ремонтную» функцию, устраняя изменения, образовавшиеся внутри. При нарушении в работе иммунной системы организм становится «ослабленным», более уязвим к инфекциям, что приводит к различным заболеваниям и воспалительным процессам. Именно поэтому в современном мире столько сил и средств тратится на изучение иммунитета.
Цель исследований:
Сравнительное изучение ультраструктуры клеток животных и растений, инфицированных родственными вирусами, имеет определенное значение в понимании внутриклеточного противовирусного иммунитета, а схожесть в патологических изменениях, возможно, являются косвенным подтверждением того, что внутриклеточные механизмы защиты у растений и животных схожи и универсальны.
Задачи:
1. Изучить и провести анализ литературы по вопросам, связанным с иммунитетом человека, животных и растений.
2. Изучить и провести анализ литературы по вирусам семейства Буньявириды (Bunyaviridae).
3. Провести сравнительный ультраструктурный анализ клеток томатов, пораженных вирусом бронзовости томатов (Tomato Spotted Wilt Virus, Bunyaviridae) с цитопатологией клеток животных, вызванной другими вирусами семейства Буньявириды (Bunyaviridae).
4. Ознакомления с методами профилактики и защиты от вирусных заболеваний семейства Буньявириды (Bunyaviridae).
Методика:
Сравнение иммунитетов животных и растений на примере фотографий электронной микроскопии
Гипотеза
За основу в работе взята клеточная теория, которая утверждает единство принципа строения и развития мира растений и мира животных, где клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов. В дальнейшем, в процессе эволюции и внешних факторов ареала обитания различные виды растений и животных развивались по индивидуальному пути. Да, видовое разнообразие и морфология живых организмов исключает общность мира растений и мира животных, точек соприкосновения на первый взгляд ничтожно мало. Но если рассматривать животных и растения не на организменном уровне, а на клеточном, то общие механизмы, например, иммунной системы одинаковы, либо очень схожи. Благодаря чему становиться возможными предположения о том, что все живое на нашей планете имеет общее происхождение.
В настоящее время единой теории иммунитета для растений и животных не существует. Но с развитием молекулярно-генетических методов исследований, в том числе и электронной микроскопии, все больше выявляют данных о том, что в процессах, обеспечивающих защиту жизнедеятельности клетки, между растениями и животными гораздо больше общего, чем считалось ранее. Также все больше накапливается данных о сходстве ответных реакций у растений и животных на неблагоприятные условия внешней среды и инфицирование патогенами различной природы (вирусами, бактериями, грибками и др.).
Обоснование гипотезы
Вирус (от лат. virus - яд) — простейшая форма жизни, микроскопическая частица, представляющая собой молекулы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенные в белковую оболочку (капсид) и способные инфицировать живые организмы. Вирусы относятся к облигатным паразитам и способны извлекать питательные вещества для своего существования и размножения лишь внутри организма-«хозяина». После гибели «хозяина» облигатный паразит погибает или переходит в покоящуюся форму.
В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последних обычно называют бактериофагами).
При заражении вирусом, в клетке активируются специальные механизмы противовирусной защиты. Результатом этого взаимодействия являются патологические изменения, характерные для данной системы вирус-клетка. Например, среди растительных вирусов представители рода Potyvirus в цитоплазме инфицированных клеток индуцируют включения в виде “шестеренок”, а вирус табачной мозаики (род Tobamovirus) в виде X-тел.
Среди вирусов животных и человека цитоплазматические включения различного характера выявляются в клетках, пораженных вирусами оспы птиц, чумы собак, герпеса и др.
Известно, что вирусы животных и человека не поражают растения, а вирусы растений не инфицируют человека и животных. Поэтому определить характер действия растительных вирусов на клетки животных и наоборот не представляется возможным.
Но, среди вирусов растений есть такие, которые по своим свойствам очень близки к вирусам животных и потому по своей систематике находятся среди них. Таким является вирус бронзовости томатов (Tomato spotted wilt virus), который по классификации определен в род Tospovirus семейства вирусов животных Banyaviridae. В семейство Banyaviridae входит еще 4 рода вирусов животных, близкородственных вирусу бронзовости томатов.
Исходя из вышеприведенных данных предполагаю, что схожесть патологических изменений в клетках растений и животных вызванных инфицированием родственными вирусами, возможно, являются косвенным подтверждением того, что внутриклеточные механизмы защиты у растений и животных схожи и универсальны.
Глава 1 Общие представления об иммунитете
Для всех представителей живой природы эволюция создала уникальную систему защиты и противодействия от инородных, патогенных и инфекционных влияний окружающей среды - иммунитет (от лат. immunitas - освобождение от чего-либо, неприкосновенность). Возникновение иммунитета как биологического феномена связывают с этапом эволюционного перехода от одноклеточных живых форм к многоклеточным. В средние века данный термин использовался для обозначения освобождения от уплаты податей, позднее как неприкосновенность дипломатических миссий.
Долгое время понятие иммунитет трактовали как невосприимчивость к инфекционным заболеваниям, но с развитием науки было доказано, что иммунная система, это не только защита от различных заболеваний, вызванных простейшими, вирусами, бактериями и грибками, но и распознавание, выведение из организма продуктов распада (при инфекционно-воспалительных процессах) и клеток, изменившихся в результате мутаций, болезней. Основной задачей иммунитета является распознавание генетического отличия интервента от собственных структур и устранение его влияния на биологические процессы, протекающие в организме, при помощи комплекса специальных реакций и механизмов. При этом иммунная система защиты сохраняет структурную и функциональную целостность и генетическую индивидуальность как отдельного организма, так и вида в целом, а также вырабатывает профилактические средства против подобных интервенций в будущем.
Таким образом в современном понимании иммунитет – это способ защиты организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки чужеродности, т. е. основанный на наследственной способности отличать «свои» молекулы и клетки от «чужих». К «чужим» относят не только возбудителей болезней, но и собственные переродившиеся клетки, различные ядовитые вещества.
Если рассматривать иммунитет как биологический феномен, который в процессе эволюции выработал особенности у двух основных царств многоклеточных живых существ – животных и растений, то нельзя не остановиться на понятии «иммунная система организма». Иммунная система – совокупность органов, тканей и клеток, отвечающих за сохранность и постоянство организма. Организмы животных и растений состоят примерно из 10 млн генотипических идентичных клеток, которые могут существовать лишь при условии наличия системы распознавания и уничтожения чужеродных или мутировавших собственных клеток и молекул. Такую функцию иммунологического контроля над сохранением внутреннего постоянства популяции организма и несет на себе иммунная система.
Иммунологию - науку, изучающую способы защиты организма от антигенов, можно определить как общебиологическую науку, единую для изучения человека, животных или растений. Набор механизмов, реакций, способов защиты от антигенов у представителей животного и растительного мира будут различаться, но принципы сущности иммунитета при этом останутся неизменными.
Иммунологию разделяют на три направления: медицинскую (гомоиммунологию), изучающую иммунитет у человека, зооиммунологию - иммунитет животных, и фитоиммунологию, которая занимается изучением защитных реакции у растений. Каждая из трех иммунологий делится на общую и частную.
Различают также иммунитет врожденный (естественный) и приобретенный (искусственный). Врожденный иммунитет - наследственная способность распознавать и обезвреживать патогены, сформировавшаяся в результате длительной эволюции. Врожденным иммунитетом обладают все виды животных и растений, но более подробно изучена иммунная система у позвоночных. Приобретенный иммунитет формируется в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза) под влиянием внешних факторов или посредством перенесения данной болезни.
Особенности формирования иммунитета животных и растений
Существует множество различий между растениями и животными, но основное — это способность животных активно передвигаться, в отличие от растений, которые имеют более оседлый образ жизни. Возможно это связано с тем, что по способу питания растения принципиально отличаются от
животных. Растения – автотрофы и питательные вещества для своего существования они синтезируют, используя солнечную энергию путем фотосинтеза, потому им не особенно нужна подвижность. Животные – гетеротрофы и для осуществления своей жизнедеятельности им необходимы для питания готовые органические соединения, а подвижность необходима для их поиска и добывания. В природе известны разновидности некоторых растений и животных, которые имеют на первый взгляд много общих признаков, однако в данном случае мы никак не можем назвать животное движущимся растением, так как между ними имеются основательные отличия. Отличия в образе жизни животных и растений, в их строении и определили особенности формирования у них иммунной системы.
Особенности формирования иммунитета растений.
Иммунитет растений сильно отличается от иммунитета животных и человека он работает совершенно по другим принципам, например растения практически не способны формировать приобретенный иммунитет, который защищает от повторного заражения одним и тем же патогеном. Но нельзя сказать, что у растений нет иммунной защиты от различных патогенов.
Первые глубокие исследования устойчивости растений к болезням были начаты после работ медицинских иммунологов — Пастера, Мечникова, Эрлиха.
В процессе эволюции растения научились защищать себя различными способами. И также как у людей и животных у растений различают два типа иммунитета – естественный (врожденный) и приобретенный (искусственный). Каждым из которых обладают все виды растений. Врожденный иммунитет ученые условно разделяют на активный и пассивный.
Пассивный иммунитет помогает создать механические преграды для проникновения патогена: очень толстая кора, раннее одревеснение побегов, утолщенная кутикула или восковой налет. Также многие растения имеют несовместимость к определенным видам патогенов, что помогает им противостоять некоторым вредителям.
Как только патогены преодолевают механические барьеры для инфекции, растительные рецепторы инициируют сигнальные пути, управляющие экспрессией генов защитного ответа. Иммунные системы растений полагаются на свою способность распознавать молекулы противника, осуществлять сигнальную трансдукцию и оборонительно реагировать через пути, включающие многие гены и их продукты.
Одним из факторов естественного иммунитета растений являются фитонциды - летучие соединения с антибиотическим действием, содержащиеся в тканях растений и подавляющие развитие патогенной флоры: бактерий, грибов, простейших. У разных видов растений химический состав фитонцидов может сильно различаться. Несмотря на распространенность фитонцидов в растительном мире, их защитная роль незначительна и ограничена только отдельными видами патогенов.
Активный иммунитет растения вступает в действие при поражении возбудителем. Его можно направить либо на нейтрализацию паразита, либо на минимизацию причиненного им ущерба. Одной из возможных форм защиты и нейтрализации инфицированных, поврежденных или мутантных клеток является реакция апоптоза – самоликвидации клетки в очаге поражения. Некротические ткани не обеспечивают потребности паразита в пище и размножении, и он погибает.
Другой вид активного иммунитета - биохимический процесс по выработке защитных веществ, в том числе гормонов, кислот (салициловой или азотной), а также перекиси водорода бактерицидного действия. Кроме того, в природе существует механизм, с помощью которого растения могут уничтожать продукты жизнедеятельности опасных бактерий, если не могут уничтожить сам патоген. Компоненты иммунной системы растений участвуют в обнаружении патогенов, передаче сигналов или защитной реакции. Естественный отбор стимулирует эволюцию растений со сложными системами обнаружения и методами защиты.
Достижения в молекулярных методах исследования иммунитета растений значительно расширили само понимание об иммунитете растений и способствовали развитию сельского хозяйства.
Особенности формирования иммунитета животных
Невосприимчивость животных к разным внутренним и внешним воздействиям является одной из основных функций организмов. Трудно себе представить как сложно было бы животным, которые постоянно подвержены различным патогенам и пагубным факторам окружающей среды.
Наследственный иммунитет
Наследственный (естественный, врожденный, генетический) иммунитет присущ каждому животному определенного вида к конкретным возбудителям инфекции и передается, как и другие генетические признаки, по наследству из поколения в поколение. В общем иммунные системы животных и человека очень схожи, так как и человек, и животные обладают одинаковыми органами иммунной системы: селезенкой, лимфатическими узлами, костным мозгом, тимусом и находящимися в крови, лимфе, тканях и органах лимфоцитами. Отличительными чертами от животных обладает иммунная система птиц, центральными органами которой являются эмбриональный желточный мешок, костный мозг, тимус и фабрициевая сумка. Примерами видового иммунитета могут быть: ящер - вирусное заболевание, которым поражается крупный рогатый скот, а лошади к данной инфекции не восприимчивы; собаки не могут заразиться чумой свиней, а вирусом ветряной оспы человека не болеют животные. Это происходит из-за отсутствия у определенных видов животных рецепторов и субстратов, которые необходимы для жизнедеятельности возбудителя. Либо, наоборот, наличия в механизме иммунитета организма веществ, блокирующих возможность для размножения различных микробов, грибков и вирусов, в следствии чего заболевание не возникает.
Приобретенный иммунитет
Приобретенный иммунитет развивается в результате перенесенной инфекции. Приобретенный иммунитет, в отличие от видового, по наследству не передается. Одна из главных особенностей приобретенного иммунитета — его строгая специфичность. Различают активно и пассивно приобретенный иммунитет.
Основным свойством работы иммунной системы животных является получение некоторых защитных компонентов от матери при рождении. Их действие защищает новорождённого некоторое время после появления на свет, что дает время организму на выработку собственных антигенов. В дальнейшем, под влиянием различных факторов (окружающая среда, питание, нагрузки, стресс) у животного формируется собственный иммунитет. Именно с его помощью он будет защищен на протяжении всей своей жизни.
При первом проникновении патогена в организм животного иммунная система изучает его, запоминает и создает определенные антитела, которые борются с «чужеродным вторжением». Во все остальное время организм тратит не много энергии для поддержания количества нужных антител. Виды животных, которые проживают в ареале с огромным числом болезнетворной микрофлоры, больше расходуют энергии на поддержание «барьеров» организма.
Фагоцитоз
Фагоцито́з (др.-греч. φαγεῖν — пожирать и κύτος — клетка) - процесс, при котором определенные клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают твёрдые частицы. Открытие фагоцитоза принадлежит И.И. Мечникову, который в своих опытах с вводом инородных тел в морские звезды и дафнии выявил данный процесс. Пытаясь проникнуть во внутреннюю среду организма, микробы вырабатывают токсичные выделения. В виде ответной защитной реакции со стороны организма вокруг проникших микробов образуется местный воспалительный очаг - «они выползают на поверхность, где встречают бактерии, с которыми вступают в борьбу» (И.И. Мечников / "Воспаление и фагоцитоз у амфибий. Лакмусовая реакция" /1891 г. /Ф.584. Оп.1. Д.59. Л.4.). Вокруг него повышается температура возникают ацидоз и гипоксия, что приводит к гибели «врага». Инактивации микробов способствуют проникающие из крови иммунные антитела, комплементы, лизоцим, вирусные ингибиторы. Лейкоциты и фибрин образуют собой преграду, которая препятствует распространению патогенов. В реакции фагоцитоза принимают участие и тромбоциты.
Фагоцитарная активность макрофагов, как поступающих из тока крови, так и местных, оказывает решающее влияние на исход инфекции в местном воспалительном очаге
Противовирусный иммунитет.
Противовирусный иммунитет отличается от других видов иммунитета, это в значительной мере связано со своеобразной структурой вируса и его размножением, а также с особенностями развития вирусных заболеваний. Видовой противовирусный иммунитет характеризуется отсутствием рецепторов для прикрепления определенных вирусов и невозможностью размножения их в следствии наличия в организме веществ подавляющих жизнедеятельность вирусов. Вирусы способны проникать в организм через кожу и слизистые оболочки. Одни вирусы поражают дыхательные пути и слизистую желудочно-кишечного тракта, к ним относятся: вирусы гриппа, ротовирусы, коронавирусы, риновирусы и др. Другие лишь размножаются в слизистых оболочках, в дальнейшем проникая в различные ткани органов через кровь, лимфу и нейроны: вирусы кори, герпеса, гепатита, паротита и др. Значительную часть вирусов разносят различные насекомые - флавивирусы, альфавирусы, буньявирусы и др.
За долгие годы эволюции живые организмы в разной степени научились защищать себя от различных патогенов окружающей среды, например, кожа человека и животных — это защитный барьер, который не могут пройти вирусы, лишь в случае ее повреждения будет открыт им "проход" внутрь организма. Такие же барьеры для проникновения созданы и в слизистых оболочках, где вирусам противостоят: слизь с вироцидными и вируссвязывающими факторами, желудочно-кишечный сок, желчь. При проникновении вируса внутрь клетки, организма включает защитную реакцию в виде повышения температуры и увеличения кислотности среды, что помогает органам выделения нейтрализовать и вывести патогенов и продуктов их жизнедеятельности из организма.
Приобретенный противовирусный иммунитет формируется после перенесенного заболевания и выработке антител - молекул, блокирующих возбудителя болезни. За время болезни организм вырабатывает антитела, которые в последствии нейтрализуют, блокируют вирус и болезнь отступает. Недостаточная концентрация антител может усиливать репродукцию вируса. После выздоровления в ряде иммунных клеток (В- и Т-лимфоциты) остается информация о возбудителе - иммунная память, которая активирует выработку антител при повторном проникновении возбудителя в организм.
В ряде случаев, после серьезных вирусных заболеваний, вырабатывается устойчивый иммунитет, который сохраняется на всю жизнь. Например, корью, краснухой, ветряной оспой, краснухой болеют один раз в жизни. В некоторых случаях повторное заражение возможно, но уже имеющиеся в организме антитела защитят от сложных форм болезни.
В настоящее время самым эффективным методом для развития противовирусного иммунитета является вакцинация. При вводе в организм антигена в составе вакцины, мы способствуем быстрой выработки антител на конкретные заболевания, тем самым искусственно провоцируя организм включать свою иммунную систему. Многие вирусные заболевания опасны тем, что вызывают тяжелые осложнения вплоть до летальных исходов, при этом более опасен не сам патоген, а токсины, которые он синтезирует. В таких случаях вакцина содержит обезвреженный токсин -анатоксин, препарат, который в результате обработки утратил токсические свойства, но способен индуцировать выработку антител к исходному токсину
Характеристика семейства буньявирусов
Буньявирусы относятся к наиболее многочисленному вирусному семейству Bunyaviridae (около 250). Их обнаружили в г.Буньямвера, Уганда (К. Смитберн с соавт., 1943- 1946 гг.), откуда они и получили свое название. Большинство из них относятся к арбовирусам (Bunyavirus, Phlebovirus, Nairovims), которые циркулируют, распространившись среди широкого круга позвоночных и беспозвоночных (животных, птиц и членистоногих), и переносятся ими. Чаще всего переносчиками инфекции выступают насекомые: москиты, клещи, комары и др. В данном семействе выделяют представителей, которые переносятся мелкими грызунами (мыши, крысы и др.) - хантавирусы (Hantavirus), вирус выделяется от грызунов и относятся к экологической группе робовирусов. Робовирусы распространяются воздушно-пылевым, контактным и алиментарным путем. Большинство видов буньявирусов, посредством переносчиков-хозяев, способны вызывать инфекционные заболевания у растений, животных и человека. Заболевания напрямую связаны с ареалом обитания переносчиков и распространены повсеместно на всех материках.
Вирусы семейства буньявирусы представляют опасность для широкого круга растений. Переносчиками инфекции также являются членистоногие. Фитовирусы семейства Bunyaviridae поражают многолетнее растение-хозяина и сохраняются в нем длительное время.
Вирионы семейства буньявирусов — это полноценные вирусные частицы, состоящие из нуклеиновой кислоты и суперкапсида (белковая или липидная оболочка), имеют способность, как и большинство вирусов, не проявлять признаков биологической активности до тех пор, пока не образуют связи "вирус-клетка", соприкоснувшись с "клеткой-хозяином". Геном всех родов Bunyaviridae образован молекулой РНК, наружная часть которой покрыта двухслойным липидным суперкапсидом, и состоит из трех сегментов по типу спиральной симметрии, диаметром 2–2,5 нм и длиной 200–3000 нм. Сам же вирион имеет сферическую форму диаметром 80–120 нм, на поверхности которой присутствуют гликопротеиновые выросты (шипы), длиной 5–10 нм.
Попадая в клетку-хозяина вирус репродуцируется в цитоплазме клетки. На фоне активного молекулярного синтеза клетки-хозяина происходит интенсивное образование вирусных белков. В дальнейшем путем почкования вирусные частицы выходят через стенки везикул в области аппарата Гольджи. Выход частиц из пораженных клеток происходит путем экзоцитоза и клеточного лизиса. Вирусы семейства Bunyavirus вызывают различной тяжести заболевания как у животных и растений, так и у людей - от бессимптомных до тяжелых форм. У животных: вирус Акабане; у людей: вирус москитной лихорадки, геморрагической лихорадки с почечным синдромом и др.; у растений - пятнистое увядание томатов.
Семейство Bunyaviridae насчитывает свыше 250 вирусов, и около 80 из них способны инфицировать человека.
Разделяют на пять родов: Bunyavirus, Phlebovirus, Nairovirus, Hantavirus, Tospovirus. Большая часть из них является трансмиссивными вирусами, исключая Hantavirus. Переносчики вирусной инфекции - членистоногие: москиты, клещи, комары и др., вспышки заражения в основном зависят от времени года.
1. Bunyavirus - 166 вирусов включены в данный род и сгруппированы в 18 АГ-групп. Четыре вируса из этого рода до сих пор не включены ни в одну группу. Вирус Буньямвера выделят как основного представителя рода. Заболевания: болезнь Акабане, поражает крупный рогатый скот, овец и коз.
2. Phlebovirus (около 60 представителей) - в род включены 23 вируса, из 8 АГ-групп, 16 представителей не включены в группы, и 12 представителей включены в группу вирусов Укуниеми. Заболевания: вирус неаполитанской москитной лихорадки и вирус сицилийской москитной лихорадки. Переносчики - москиты.
3. Nairovirus - 33 представителя рода, сгруппированы в 7 АГ-группы. Переносчиками вируса являются клещи, комары, поражают домашних животных и человека. Представитель рода вирус болезни Найроби.
4. Hantavirus - включает 6 робовирусов, патогенных для животных и человека. Основные переносчики грызуны, представитель рода вирус Хантаан.
5. Tospovirus - фитовирус, поражает широкий круг различных растений, переносится трипсами. К данному роду относиться вирус бронзовости томатов Tomato spotted wilt virus.
Глава 2. Изучение морфологических особенностей клеток поражённых буньявиридами.
2.1 Методики изучения морфологических особенностей клеток поражённых буньявиридами.
Подробно методика описана в приложении (см Приложение 3)
2.2 Сравнительная патология клеток пораженных буньявиридами
Вирусы – облигатные внутриклеточные патогены, которые нуждаются в метаболизме хозяина для своего размножения. Не имея своего собственного, они внедряют в клетку свой генетический материал (ДНК или РНК), который программирует и направляет клеточный метаболизм на репродукцию вирусных частиц. Взаимодействия вируса с клеткой представляет сложный процесс, вызывающий многообразные функциональные, биохимические и физиологические изменения, связанные с репликацией вируса и ответными реакциями инфицированной клетки на внедрение вируса. Световая и электронная микроскопия визуализирует эти взаимоотношения, отражая их специфику. Вирусы могут быть дифференцированы по их специфической морфологии (ультраструктуре): форме, размеру, внутриклеточному расположению или по ультраструктурным цитопатическим эффектам и специфическим структурам, образующимся в клетке-хозяине при репликации вируса. Специфическими структурами являются и внутриклеточные включения впервые выявлены Д.И.Ивановским, наблюдавшим кристаллические включения в клетках табака, пораженного вирусом табачной мозаики. Теперь они и называются кристаллами Ивановского (по Григоровская П.И.). В настоящее время описаны самые разнообразные внутриклеточные включения (кристаллические, аморфные в виде трубочек и колесиков и др.), локализованные в цитоплазме и ядрах инфицированных клеток человека, животных и растений. Они в большинстве своем видоспецифичны и являются диагностическим признаком при определении заболеваний.
Проведенный анализ литературы, свободно доступной в интернете, по вопросам цитопатического действия различных вирусов семейства Буньвиридов на инфицированные клетки-хозяев позволил определить, что особенности строения вирионов и их геном определяют характер патологического процесса происходящего в них.
На фото 1 А, Б, В (см Приложение 2) демонстрируется, что вирионы буньявирусов имеют сложную структуру с суперкапсидом заключенным в липопротеидную оболочку.
Негативно контрастированные вирионы
А – вирус Буньявера (BUNV); Б - вируса лихорадки Рифт-Вэлли (по Д.Х.Л. Бишоп); В – вирус бронзовости томатов (ориг.)
При сравнении патологичеких изменений в клетках томатов и табака, вызванных вирусом бронзовости томатов с другими вирусами семейства Буньявиридов ( вирус Уукуниеми – переносится клещами; вирус долины Кэш; вирус Буньявера; вирус Дугбе – передаются комарами ) выявлено, что для всех вирусов семейства, независимо от того инфицируют ли они клетки животных или растений характерной особенностью является их внутриклеточное созревание на гладкоповерхностных мембранах в области аппарата Гольджи. Свои оболочки вирионы получают из мембран аппарата Гольджи при отпочковывании в цитоплазму. Потому на ультратонких срезах инфицированных клеток обнаруживают повышенное количество аппаратов Гольджи с разбухшими мембранными цистернами, содержащими вирусные частицы.
В инфицированных клетка вирусные частицы как правило локализованы в цитоплазме находятся в цистернах эндоплазматического ретикулума. Наблюдается деструкция митохондрий.
Это можно проиллюстрировать фотографиями, опубликованными в работах:
На фото 2 (см Приложение 2)
«Визуализация сборок репликации РНК-вирусов: буньявирусы и реовирусы» (Imaging RNA virus replication assemblies: bunyaviruses and reoviruses)
Isabel Fernández-de-Castro & Cristina Risco
Published Online:23 Dec 2014
На фото продемонстрировано характерное поражение аппарата Гольджи, вызываемое в клетке животных, пораженной вирусом Buny.
На фото 3 (см Приложение 2) «Структура и морфогенез вируса Дугбе (Bunyaviridae, Nairovirus) изучены методом иммуноголдовой электронной микроскопии ультратонких криосекций» (Structure and morphogenesis of Dugbe virus (Bunyaviridae, Nairovirus) studied by immunogold electron microscopy of ultrathin cryosections)
T.F. Booth, E.A. Gould and P.A. Nuttall
NERC Institute of Virology and Environmental Microbiology, Mansfield Road, Oxford 0X1 3SR, U.K.
(Accepted 5 August 1991)
Животная клетка, инфицированная вирусом Дугбе
Такие же симптомы демонстрирует животная клетка, инфицированная вирусом Дугбе. Деструкция сопровождается визикуляцией цитоплазмы.
«Морфогенез вирусных частиц пятнистого увядания томатов в растительных клетках»
На фото 4 (см Приложение 2) (Tomato Spotted Wilt Virus Particle Morphogenesis in Plant Cells
Marjolein Kikkert, Jan Van Lent, Marc Storms, Pentcho Bodegom, Richard Kormelink, and Rob Goldbach*
Author information Article notes Copyright and License information Disclaimer 1999 Mar.)
В ходе проведения исследований в лаборатории на ультратонких срезах клеток томатов сорта Эльвира, инфицированных вирусом бронзовости томатов, мы получили фотографии с аналогичной патологией аппарата Гольджи, в которой наблюдается повышенная визикуляция с деструкцией органел.
На Фото 5. (см Приложение 2) Фрагмент клетки мезофилла томатов с. Эльвира инфицированный вирусом бронзовости томатов.
АГ – аппарат Гольджи с вирусными частицами в расширенных цистернах; ВП – вироплазма; Хл – разрушающийся хлоропласт; ВЧ – вирусные частицы
Глава 3 Профилактика вирусных заболеваний у животных и растений
В качестве профилактики инфекционных вирусных заболеваний у человека необходимо соблюдать гигиенические нормы, вести здоровый образ жизни, полноценно и качественно питаться, заниматься физической культурой. Все эти меры способствуют укреплению организма в целом, а следовательно, значительно повышают возможность нашего организма к самозащите. Иммунная система человека быстрее активируется при встрече с патогенами, если соблюдать общеобязательные профилактические методы. Но как бы человек не старался держать свой организм в здоровом тонусе без вакцинации невозможно защитить себя от особо опасных заболеваний. Поэтому лучшей и самой эффективной профилактикой от опасных вирусных заболеваний, а также от тяжелых последствий, вызванных вирусными патогенами, остается метод вакцинации.
Профилактика от вирусных заболеваний животных во многом схожа с человеческой и включает в себя соблюдение санитарно-гигиенических мероприятий, таких как дезинфекция, дератизация, дезинсекция, дезбарьеры, ограждение ферм и т. д. Больных животных изолируют на время карантина от здоровых особей. На укрепление иммунитета также влияет полноценное разнообразное питание и содержание животных в оптимальных условиях. Но, самым эффективным способом профилактики от вирусных заболеваний остается метод вакцинирования. Только с помощью вакцинопрофилактики можно избежать массовых заболеваний, вызываемых вирусами.
В отношении профилактики растений от вирусной инфекции дела обстоят иначе. В настоящее время не существует никаких химических веществ, которые могли бы создать у растений искусственный устойчивый иммунитет к вирусным заболеваниям. На сегодняшний день у растений не выявлено ген устойчивости к вирусным заболеваниям, поэтому основными методами профилактики остаются селекционный отбор и борьба с переносчиками вирусов.
Заключение
После проведения сравнительного анализа литературы и фотографий, опубликованных в различных работах, посвященных изучению патологии вирусных заболеваний на клеточном уровне у растений и животных, в частности вирусов семейства Bunyaviridae, и полученных нами результатов в ходе экспериментальной части данной работы, была выявлена схожесть в реакции на вирусную инфекцию у клеток животных и растений, инфицированных вирусом семейства Bunyaviridae. Клетка животных и клетка растений в случаях заражения вирусом запускает одинаковые механизмы противовирусной защиты. Что косвенно подтверждает клеточную теорию, где клетка выступает в качестве единого структурного элемента всех живых организмов и соответственно обладает универсальным иммунитетом.
Приложение 1. Изучение морфологических особенностей
Рисунок 2 Симптомы вируса бронзовости томатов на перцах с. Подарок Молдовы
Рисунок 1 Симптомы вируса бронзовости томатов на томатах с. Эльвира
Рисунок 3 трипс Frankliniella occidentalis
Продолжение
Рисунок 4 Негативно окрашенные частицы вируса бронзовости томатов, выделенные из листьев больных томатов
Фото 1 Морфологические особенности вирионов Буньявирусов.
Негативно контрастированные вирионы
Приложение 2. Сравнительная патология клеток
Фото 2 Поражение аппарата Гольджи
Фото 3 Животная клетка, инфицированная вирусом Дугбе
Продолжение
Фото 4 Вирус бронзовости томатов в растительной клетке.
Фото 5 Фрагмент клетки мезофилла томатов с. Эльвира инфицированный вирусом бронзовости томатов.
Приложение 3. Методики изучения морфологических особенностей клеток поражённых буньявиридами.
Экспериментальная часть работы проводилась в Лаборатории иммунитета и защиты винограда Института плодоводства, виноградарства и пищевых технологий (г. Кишинев). Под руководством старшего научного сотрудника Тертяк Дмитрий Дмитриевич
Старший научный сотрудник МНИИВИВ проекта и сотрудников Лаборатории была ознакомлена с основными методами приготовления препаратов для электронной микроскопии, применяемыми при изучении вирусов растений.
Источником вируса служили томаты и перцы, выращиваемые в теплице института, с характерными симптомами вируса бронзовости рис 1, 2 (см Приложение 1)
Переносчиком вируса в теплице был определен западный цветочный трипс Frankliniella occidentalis рис.3 (см Приложение 1)
Для выявления вируса в больных растениях и изучения его морфологических особенностей освоила метод негативного контрастирования вирионов в грубых соковых экстрактах. Метод заключается в следующем: небольшой кусочек с больного растения с яркими симптомами заболевания мацерируют стеклянной палочкой в 100 мкл 0,1М фосфатного буфера (рН 7,4-7.6) в лунке на предметном стекле. Затем на полученный мацерат помещают медную электронно-микроскопическую сеточку, покрытую коллодиевой пленкой, для адсорбции на нее вирусных частиц. После 2-3-х минутной адсорбции, сеточку отмывают 10 каплями дистиллированной воды, контрастируют двумя каплями 2% водного раствора уранилацетата, удаляют фильтровальной бумагой избыток влаги, высушивают и просматривают в электронном микроскопе.
Для изучения вируса в пораженных клетках частично освоила метод ультратонких срезов. Блоки для резки ультратонких срезов приготовлены были заранее. Образцы тканей пораженных томатов и перцев были фиксированы в 2% глутаровом альдегиде забуференном в 0,1М какодилатном буфере (рН 7,4), постфиксированы в 2%-ной осмиевой кислоте, обезвожены в серии спиртов в восходящей (30, 50 ,70 90 и 100%) и залиты в эпоксидные смолы Эпон.
Срезы изготовляла стеклянными ножами на ультратоме Ultratom III (LKB ,Швеция). Полученные срезы монтировала на электронно-микроскопические сеточки, покрытые пленкой-подложкой. Их контрастировали в 2% водном растворе уранилацетата и цитрате свинца по методикам, описанным Е.Уикли, 1975 (Е.Уикли. Электронная микроскопия для начинающих, М., Мир, 1975).
Негативно окрашенные препараты и ультратонкие срезы исследовала в электронном микроскопе Tesla BS-500, переделанном на цифровое изображение.
В негативно окрашенных препаратах вывила сферические вирусные частицы с липидной мембранной, размером 80-110 нм, характерные для вируса бронзовости томатов рис 4 (см Приложение 1).
На ультратонких срезах листьев томатов в мезофилле больных томатов с. Эльвира обнаружены инфицированные клетки с вирусными частицами вируса и патологическими изменениями, схожими с изменениями , вызываемыми другими вирусами из семейства Буньявирид в клетках животных.
Список литературы
АН Белорусской ССР, Ин-т экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича ; Н.А. Дорожкин и др. ; рец.: С.В. Горленко, А.С. Шуканов: Проблемы иммунитета сельскохозяйственных растений к болезням. - Минск: Наука и техника, 1988
Вавилов Н.И.: Учение об иммунитете растений к инфекционным заболеваниям. - М. ; Л.: ОГИЗ, 1935
Вирусные включения, составитель Григоровская П.И. https://www.pesticidy.ru/dictionary/Viral_inclusions#lit_source_3739
Калашникова, Светлана Анатольевна Духовный иммунитет / Калашникова Светлана Анатольевна. - М.: Амрита-Русь, 2011. - 981 c.
Рассел, Джесси Иммунитет / Джесси Рассел. - М.: VSD, 2012. - 771 c.
Рубин Б.А.: Биохимия и физиология иммунитета растений. - М.: Высшая школа, 1975И.И. Мечников / "Воспаление и фагоцитоз у амфибий. Лакмусовая реакция" /1891 г. /Ф.584. Оп.1. Д.59. Л.4.).
Стульгинскис, С. В. Вопросы иммунитета / С.В. Стульгинскис. - М.: РОССАЗИЯ, 2009. - 604 c.
Ющук, Н.Д. Антибиотики и противоинфекционный иммунитет / Н.Д. Ющук. - М.: Практическая медицина, 2012. - 169 c.
https://www.supersadovnik.ru/text/immunitet-rastenij-suschestvuet-li-on-i-mozhno-li-ego-uluchshit-1007557
https://xn--90aw5c.xn--c1avg/index.php/%D0%98%D0%9C%D0%9C%D0%A3%D0%9D%D0%98%D0%A2%D0%95%D0%A2