Do komórek zainfekowanych przez retrowirusy, których materiał genetyczny stanowi jednoniciowy RNA, jest wprowadzany enzym – odwrotna transkryptaza.
Na poniższym schemacie przedstawiono model strukturalny odwrotnej transkryptazy ludzkiego wirusa niedoboru odporności (HIV) z krótkim fragmentem kompleksu RNA-DNA. Odwrotna transkryptaza HIV składa się z dwóch podjednostek: p66 i p51, oznaczonych na schemacie – odpowiednio – kolorem czerwonym i pomarańczowym. Podjednostka p66 zawiera obszary wykazujące dwie różne aktywności wobec kwasów nukleinowych: polimerazy oraz rybonukleazy.
Na podstawie: pdb101.rcsb.org
Uzupełnij tabelę – wpisz w puste komórki właściwe informacje.
Obszar odwrotnej transkryptazy HIV
Funkcja w procesie przepisywania wirusowego RNA na DNA
Fag T4 jest niezwykle rozpowszechniony w środowisku i należy do fagów ogonkowych – jest
zbudowany z główki oraz z kurczliwego ogonka. Genom faga T4 stanowi dwuniciowy DNA.
Jednym z gospodarzy faga T4 jest bakteria Escherichia coli. Pierwszym etapem infekcji jest
adsorpcja faga na powierzchni bakterii. Ten proces wymaga obecności – na powierzchni
bakterii – odpowiednich receptorów. Wprowadzenie DNA do wnętrza bakterii następuje
po enzymatycznym strawieniu związku wchodzącego w skład ściany komórkowej bakterii.
Kilka minut po infekcji dochodzi do ekspresji genu imm faga T4, który to gen koduje białko
Imm, wbudowujące się w błonę wewnętrzną bakterii.
Na poniższych schematach przedstawiono: (A) etap wnikania faga T4 do komórki bakterii
E. coli oraz (B) lokalizację i sposób działania białka Imm podczas próby zakażenia tej samej
komórki kolejnym fagiem.
Na podstawie: S.J. Labrie i in., Bacteriophage Resistance Mechanisms, „Nature Reviews Microbiology” 8, 2010;
G. Figura i in., Bakteriofag T4: molekularne aspekty infekcji komórki bakteryjnej, rola białek kapsydowych,
„Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej” 64, 2010;
K. Shi i in., Structural Basis of Superinfection Exclusion by Bacteriophage T4 Spackle,
„Communications Biology” 3, 2020.
6.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych informacji wykaż, że wytworzenie białka lmm
zapobiega wtórnej infekcji komórek E. coli kolejnym fagiem T4.
6.2. (0–1)
Podaj nazwę głównego składnika ściany komórkowej bakterii E. coli zapewniającego
bakteriom ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz przed wpływem
czynników fizycznych i chemicznych.
6.3. (0–1)
Określ, czy E. coli jest bakterią Gram-dodatnią czy Gram-ujemną. Odpowiedź
uzasadnij, odnosząc się do widocznej na schemacie jednej cechy budowy tej bakterii.
Terapia fagowa to eksperymentalna metoda leczenia chorób bakteryjnych polegająca
na wprowadzeniu do organizmu pacjenta bakteriofagów. Terapia fagowa jest stosowana
w przypadku nieskutecznego leczenia infekcji bakteryjnych antybiotykami.
Bakteriofagi to wirusy, które infekują wyłącznie komórki bakteryjne. W terapii fagowej stosuje
się bakteriofagi, które po wniknięciu do komórki namnażają się i doprowadzają do jej
zniszczenia. Namnożone wiriony opuszczają uszkodzoną komórkę i infekują kolejne
komórki. W terapii fagowej stosuje się wyselekcjonowane szczepy bakteriofagów, które
wnikają wyłącznie do określonych szczepów bakterii.
Trudnością w prowadzeniu terapii fagowej jest stosunkowo szybkie nabywanie oporności
bakterii na stosowane szczepy bakteriofagów. Kolejnym problemem jest potencjalna
odpowiedź układu immunologicznego pacjenta przeciwko antygenom bakteriofagowym,
prowadząca do neutralizacji bakteriofagów.
Na podstawie: D.M. Lin i in., Phage Therapy: An Alternative to Antibiotics in the Age of Multi-drug Resistance,
„World Journal of Gastrointestinal Pharmacology and Therapeutics” 8(3), 2017;
hirszfeld.pl
7.1. (0–2)
Uzupełnij poniższe zdania tak, aby zawierały informacje prawdziwe. W każdym
nawiasie podkreśl właściwe określenie.
W terapii fagowej stosuje się bakteriofagi przeprowadzające cykl (lityczny / lizogeniczny).
Terapia fagowa ma (niższą / wyższą) specyficzność w porównaniu do większości terapii
antybiotykowych. Białka zawarte w kapsydzie bakteriofagów mogą wywołać odpowiedź
(komórkową / humoralną) ze strony układu odpornościowego pacjenta.
7.2. (0–1)
Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące terapii fagowej są prawdziwe. Zaznacz P,
jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Bakteriofagi są potencjalnym zagrożeniem dla pacjenta, ponieważ zakażają komórki eukariotyczne.
P
F
2.
Terapia fagowa prowadzi do selekcji szczepów bakterii opornych na antybiotyki.
Wirus ospy wietrznej – VZV (Varicella Zoster Virus) – należy do grupy wirusów, których
materiałem genetycznym jest liniowy, dwuniciowy DNA. Jedynym naturalnym gospodarzem
tego wirusa jest człowiek. Pierwotna infekcja prowadzi do ospy wietrznej, która dotyka
głównie dzieci, młodzież i młodych dorosłych. Po przebyciu ospy wietrznej VZV pozostaje
w organizmie w postaci utajonej w czuciowych zwojach nerwów rdzeniowych i czaszkowych.
Wysoce zaraźliwy VZV występuje na całym świecie. Obecnie szczepionka przeciw ospie
wietrznej zawiera osłabiony szczep wirusa ospy.
Na schemacie przedstawiono budowę wirusa VZV.
Na podstawie: www.creative-diagnostics.com; microbenotes.com
14.1. (0–1)
Rozpoznaj elementy budowy wirusa oznaczone na rysunku literami X i Y – podaj ich
nazwy.
X.
Y.
14.2. (0–2)
Określ, które stwierdzenia dotyczące wirusa VZV są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli
stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Do zakażenia wirusem VZV może dojść m.in. przez bezpośredni kontakt z osobą zakażoną.
P
F
2.
W wyniku szczepienia przeciw VZV nabywa się odporność sztuczną bierną.
P
F
3.
W osoczu osób zaszczepionych przeciw ospie wietrznej występują przeciwciała skierowane przeciw VZV.
Jeden z antybiotyków – streptomycyna – łączy się bezpośrednio z małą podjednostką
rybosomu. Zaburza to syntezę białek bakteryjnych. Jednak nie wszystkie bakterie są
wrażliwe na streptomycynę. U bakterii Mycobacterium tuberculosis oporność na
streptomycynę warunkuje mutacja w genie kodującym podjednostkę 16S rRNA.
W celu ustalenia właściwej dawki antybiotyku stosowanego w leczeniu chorób bakteryjnych
określa się wartości:
MIC (ang. minimum inhibitory concentration) – minimalne stężenie antybiotyku, które całkowicie hamuje wzrost szczepu bakterii w pożywce płynnej
MBC (ang. minimum bactericidal concentration) – najmniejsze stężenie w pełni bakteriobójcze dla danego szczepu.
W celu ustalenia wartości MIC i MBC przygotowano osiem probówek z pożywką zawierającą
taką samą, niewielką liczbę komórek pewnego szczepu bakterii. Po dodaniu do siedmiu
probówek różnych ilości streptomycyny wszystkie osiem umieszczono w inkubatorze.
Materiał z probówek, w których nie wykryto wzrostu bakterii, przeniesiono na pożywkę stałą
bez streptomycyny. Poniższy schemat ilustruje wyniki tego doświadczenia.
Na podstawie: J. Baj, Mikrobiologia, Warszawa 2018; W. Irving i in., Krótkie wykłady. Mikrobiologia medyczna, Warszawa 2008;
B. Springer i in., Mechanisms of Streptomycin Resistance: Selection of Mutations in the 16S rRNA Gene Conferring Resistance,
„Antimicrob Agents Chemother” 45, 2001.
6.1. (0–1)
Na podstawie przedstawionych wyników doświadczenia odczytaj wartości MIC oraz
MBC i wpisz je w wyznaczone poniżej miejsca.
wartość MIC: mg/l
wartość MBC: mg/l
6.2. (0–1)
Spośród podanych nazw chorób wybierz i zaznacz nazwy chorób bakteryjnych.
AIDS
borelioza
WZW typu C
gruźlica
tężec
6.3. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego mutacja w jednym z genów kodujących rRNA bakterii
M. tuberculosis może powodować nabycie przez szczep tych bakterii oporności na
streptomycynę.
6.4. (0–1)
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C oraz jej uzasadnienie 1., 2. albo 3.
Rozprzestrzenianie się antybiotykooporności bezpośrednio między komórkami bakterii jest
możliwe na drodze
A.
transformacji,
ponieważ
1.
geny antybiotykooporności w wyniku cyklu lizogenicznego bakteriofagów mogą być wbudowane do genomu bakterii.
B.
transdukcji,
2.
geny antybiotykooporności mogą znajdować się w plazmidach, które są przekazywane innym komórkom bakteryjnym.
C.
koniugacji,
3.
wśród pobranych egzogennych fragmentów DNA może znaleźć się taki, który zawiera geny antybiotykooporności.
6.5. (0–2)
Wykaż, że wirusy nie są wrażliwe na streptomycynę. W odpowiedzi uwzględnij różnicę
w budowie wirusów i bakterii oraz mechanizm działania streptomycyny.
Na poniższym schemacie przedstawiono cykl infekcyjny pewnego wirusa.
22.1. (0–1)
Rozstrzygnij, czy wirus ten należy do retrowirusów. Odpowiedź uzasadnij, odnosząc się do cyklu infekcyjnego przedstawionego na schemacie.
22.2. (0–2)
Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Materiałem genetycznym wirusów może być zarówno jedno- jak i dwuniciowy DNA lub RNA.
P
F
2.
Zakażenie wirusem WZW typu A następuje najczęściej drogą pokarmową.
P
F
3.
Otoczka białkowo-lipidowa wirusów otoczkowych zawiera często białka gospodarza utrudniając przez to rozpoznanie wirusa przez układ odpornościowy zainfekowanego organizmu.
Skonstruowano sztucznego bakteriofaga, łącząc osłonkę białkową (kapsyd) bakteriofaga A
i DNA bakteriofaga B.
Tak skonstruowanym bakteriofagiem zainfekowano komórki pewnych bakterii. Bakteriofagi
uległy namnożeniu w komórkach bakterii, a następnie opuściły je poprzez zniszczenie komórki
i zainfekowały następne bakterie.
Na podstawie: Wang i wsp., Bacteriophage T4 self-assembly: in vitro reconstitution of recombinant gp2 into infectious phage,
„Journal of Bacteriology” 182(3), 2000.
4.1. (0–1)
Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A albo B oraz odpowiedź 1. albo 2.
Bakteriofag namnożony w komórkach bakteryjnych po infekcji tych komórek sztucznym
bakteriofagiem będzie się składał z
A.
osłonki białkowej bakteriofaga A
oraz
1.
DNA bakteriofaga A.
B.
osłonki białkowej bakteriofaga B
2.
DNA bakteriofaga B.
4.2. (0–1)
Określ, czy sztuczny bakteriofag, którym zainfekowano bakterie, przechodził w tych
komórkach cykl lityczny, czy – cykl lizogeniczny. Odpowiedź uzasadnij, odwołując się
do charakterystycznych cech tego cyklu.
Transfer materiału genetycznego (DNA) między komórkami bakterii odbywa się na drodze
koniugacji, transdukcji lub transformacji:
koniugacja – polega na jednokierunkowym transferze plazmidowego DNA z jednej komórki bakteryjnej do drugiej;
transdukcja – zachodzi z udziałem wirusów;
transformacja – polega na pobieraniu przez bakterie materiału genetycznego ze środowiska.
Na podstawie: U. Kasprzykowska, M. Sobieszczańska, Plastyczność bakteryjnych genomów – międzykomórkowy
transfer informacji genetycznej, „ Postępy mikrobiologii”, 53 (2) 2014.
5.1. (0–1)
Uporządkuj przedstawione poniżej etapy koniugacji bakterii (A– E) w kolejności
ilustrującej przebieg tego procesu.
Kolejność:
5.2. (0–1)
Uzasadnij, że do przekazania informacji genetycznej zapisanej w plazmidzie, na drodze
koniugacji, wystarczy przeniesienie do komórki – biorcy tylko jednej nici DNA
plazmidowego.
5.3. (0–1)
Uzasadnij, że bakteria, która jest biorcą DNA plazmidowego w procesie koniugacji, może
odnieść korzyści z tego procesu. W odpowiedzi uwzględnij przykład takiej korzyści.
5.4. (0–1)
Uzasadnij, że bakteriofagi mogą być wektorami przenoszącymi DNA pomiędzy
komórkami bakterii.
5.5. (0–1)
Wyjaśnij, dlaczego intensywna międzykomórkowa wymiana informacji genetycznej
zachodząca w populacji bakterii zapewnia tym mikroorganizmom bardzo szybkie tempo
ewolucji adaptacyjnej.
5.6. (0–1)
Do podanych w tabeli cech wektora plazmidowego 1.–3., wykorzystywanego przy
wprowadzaniu obcego DNA do komórek bakterii, przyporządkuj spośród A–D
po jednym jego znaczeniu w tym procesie.
Umożliwia rozdzielenie wektorów do komórek potomnych.
Umożliwia selekcję szczepów, które pobrały plazmid.
Umożliwia włączenie obcego DNA do wektora plazmidowego.
Ułatwia miejscowe rozplecenie helisy DNA.
Cecha wektora plazmidowego
Znaczenie podczas wprowadzania DNA do bakterii
1.
Miejsce inicjacji replikacji bogate w pary AT, a nie – w pary CG.
2.
Obecność fragmentu z wieloma miejscami rozpoznawalnymi przez enzymy restrykcyjne.
