נגיפים ד"ר שונית גלזר

תמליל

1 נגיפים ד"ר שונית גלזר

2 ניתן למיין מיקרואורגניזמים לא תאיים cellular Non תאיים - Cellular אאוקריוטים - Eukaryotes פרוקריוטים - prokaryotes נגיפים Viruses( ) פטריות חיידקים וירואידים טפילים ארכיאה פריונים תולעים אצות

3 נגיפים / וירוסים חלקיקים קטנים לא תאיים שיודעים להדביק תא מאכסן ולשעבד אותו כדי ליצור חלקיקי נגיף חדשים הנגיף תלוי לחלוטין בתא המאכסן טפיל תוך תאי אובליגטורי הנגיף אינו פעיל כאשר הוא מחוץ לתא לכל יצור יש קבוצת נגיפים שיודעת להדביק אותו )צמחים, פטריות, בעלי חיים, ואפילו חיידקים( בנויים מסוג אחד של חומצת גרעין )דנ"א או רנ"א ) ומכילים שכבה חלבונית העוטפת את הגנום שלהם היחידה האינפקטיבית של נגיף נקראת ויריון

4 גילוי הנגיפים הוירוס הראשון שהתגלה היה דווקא וירוס של צמחים. המחלה מתבטאת בכתמים על העלים שגורמים למראה של "מוזאיקה" חוקרים לקחו תמצית עלים מצמח חולה והעבירו במסנן שאינו מאפשר העברה של חיידקים וראו שכאשר הדביקו צמח בריא בנוזל הזה הוא הפך לחולה. מסקנה: הגורם המדבק קטן יותר מחיידקים

5 גודל הנגיפים

6 הבדלים עיקריים בין חיידקים לנגיפים חיידקים נגיפים טפיל תוך תאי אובליגטורי לא )מלבד כמה ) כן ממברנה ציטופלזמטית כן לא עובר מסנן ביולוגי לא כן מכילים דנ"א ורנ"א בו זמנית כן לא חילוף חומרים שמקנה ATP כן לא ריבוזומים כן לא רגיש לאנטיביוטיקה כן לא רגיש לאינטרפרון לא כן

7 האם הנגיפים הם יצורים חיים? מחוץ לתא המאכסן הנגיפים אינם פעילים בתוך התא המאכסן חומצת הגרעין "מתעוררת לחיים" ומתחיל תהליך של שכפול הנגיף

8 מה הם בעצם עושים? הנגיפים מפיצים את הגנום שלהם: וירוס מחשבים - מדביק מחשב, משעבד את המערכת לצורך הפצת עותקים שלו למחשבים אחרים. כך גם נגיפים של בעלי חיים מדביקים תא, משעבדים את מערכות התא לצורך התרבות, ומפיצים עותקים חדשים של וירוסים לתאים חדשים ותוך כדי כך פעמים רבות הורסים את התא

9 ניתן למיין נגיפים לקבוצות טווח מאכסנים טווח המאכסנים איזה סוג תא הנגיף יכול להדביק ידועים נגיפים לבעלי חיים, לפטריות, לצמחים, לטפילים ולחיידקים רוב הנגיפים יודעים להדביק רק סוג מסויים של תא )נגיף שמדביק חיידק לא ידביק בני אדם( קיימים נגיפים שחוצים את טווח המאכסנים לדוגמא, נגיף השפעת נגיפי חיידקים נקראים בקטריופאג' םי

10

11 ניתן למיין נגיפים לקבוצות - מבנה חומצת גרעין )דנ"א או רנ"א( בתוך קופסת חלבון קפסיד קופסת החלבון שמסביב לחומצת הגרעין החלבונים המרכיבים את הקפסיד נקראים קפסומר לקפסידים יכולה להיות סימטריה איקוסהדרלית )בעלי 20 פאות שוות(

12 ניתן למיין נגיפים לקבוצות - מבנה ישנם נגיפים בעלי סימטריה סלילית

13 ניתן למיין נגיפים לקבוצות - מבנה ישנם נגיפים שבנוסף לקפסיד מכילים גם ממברנה - מעטפת שומנית )שמקורה בממברנה הציטופלזמטית של התא אותו הם הדביקו(

14 ניתן למיין נגיפים לקבוצות סוג חומצת הגרעין נגיף יכיל או דנ"א או רנ"א בתור גנום אך לא את שניהם יחד. חומצת הגרעין יכולה להיות חד גדילית או דו גדילית

15 מהלך הדבקה בנגיף

16 מהלך הדבקה בנגיף הצמדות הנגיף מזהה רצפטור על התא המאכסן ונצמד אליו לרוב הרצפטור יהיה גליקופרוטאין )חלבון עם שייר סוכרי( שמשמש לתפקוד הנורמלי של התא הרצפטור הוא אחד הגורמים הקובעים את טווח המאכסנים נגיף ללא מעטפת שומנית נגיף בעל מעטפת שומנית

17 מהלך הדבקה בנגיף כניסה לתא המאכסן אנדוציטוזה הנגיף נבלע בשלמותו על ידי התא המאכסן ותחום בתוך בועית. אנזימים בתוך הבועית מפרקים את הקפסיד והוירוס עובר "הפשטה" התהליך בו דנ"א ויראלי משוחרר נגיף בעל ממברנה יכול להכנס על ידי אנדוציטוזה אך יכול להכנס גם באמצעות איחוי )fusion( הממברנה שלו עם ממברנת התא המאכסן והקפסיד חודר לתא

18 אנדוציטוזה Fusion )איחוי(

19 מהלך הדבקה בנגיף Uncoating חומצת הגרעין הנגיפית יוצאת מהקפסיד ומגיעה לציטופלזמה של התא )או ישירות לגרעין(

20

21 מהלך הדבקה בנגיף ביוסינתזה מה mrna הנגיפי מתורגמים חלבוני נגיף מוקדמים )חלבונים הנדרשים לסינתזה של הגנום הנגיפי( לאחר מכן יש ביוסינתזה של גנים מאוחרים לחלבונים מאוחרים )בעיקר גנים מבניים של קפסיד וכדומה(

22 מהלך הדבקה בנגיף הבשלה חומצת הגרעין נארזת בתוך הקפסיד לקבלת ויריונים בוגרים המוכנים להדביק תאים אחרים

23 מהלך הדבקה בנגיף שחרור הויריונים הבוגרים יוצאים מהתא כדי להדביק תאים אחרים. נגיף בעל מעטפת שומנית יצא בצורת הנצה ויקח איתו חלקים מממברנת התא שיבטאו חלבונים ויראליים נגיף ללא מעטפת שומנית יצא על ידי ליזיס )פיצוץ( התא

24 סיכום שלבי הדבקה בנגיף

25 רטרו-וירוסים רטרו-וירוסים מכילים תמיד רנ"א בתור חומצת גרעין אך הם מכילים גם אנזים רברס-טרנסקריפטאז שיודע להפוך את הרנ"א לדנ"א הדנ"א משתלב בדנ"א של התא רנ"א פולימראז תאי משעתק עותקי רנ"א נגיפי ליצירת ויריונים

26

27

28 איך מגדלים נגיפים - ולמה תרבית תאים נורמלית ביצים מופרות חיות מודל תרבית תאים מודבקת בנגיף

29 השפעות של נגיף על תא מאכסן השפעה ציטופאתית הרג התא המודבק השפעה לטנטית הוירוס אינו מזיק לתא המודבק )אך יכול לעבור להשפעה ציטופאתית( השפעה פרסיסטנטית הוירוס מתרבה בתוך התא אך אינו הורג אותו אלא משחרר ויריונים בתהליך איטי. התמרה )טרנספורמציה( סרטנית

30

31

32

33 בקטריופאג'ים או וירוסים של חיידקים

34 הטיפוסים העיקריים של וירוסים בקטריאלים בקטריופאג' םי /פאג' םי RNA חד גדילי RNA דו גדילי DNA חד גדילי DNA דו גדילי 34 Frederick Twort 1915 and Felix d'hérelle 1917

35 Bacteriophage T4 Complicated structure 170 genes 10 different capsid protein types Tail fibers bind host cell Receptor = OmpC porin Outer membrane protein Long tail injects DNA 35

36 Phage T4 Adsorption and DNA Injection Tail fibers bind to outer membrane (ompc, LPS). Baseplate binds outer membrane Tail sheath contracts, internal tube penetrates outer membrane Injector digests peptidoglycan; internal tube penetrates cell wall Injector contacts inner membrane; DNA expelled into cytoplasm. Microbiology: An Evolving Science 2009 W. W. Norton & 36 Company, Inc.

37

38 Plaque assay 38

39 Phage attaches to host cell and inserts DNA. Linear dsdna cyclizes to circular DNA. Temperate phage Phage DNA integrates into host genome to form prophage. Viral DNAse cleaves host cell DNA. Cell synthesizes capsid proteins. Phage recombines by rejoining the ends of its phosphodiester chain and enters lytic cycle. Host DNA remains intact. Cell replicates phage DNA. DNA is packaged into capsids. Stress (e.g. UV) induced excision of phage DNA. Integrated phage reproduces with host genome. Phage lyses cell, and progeny phage are released. Bacterium is called a lysogenic bacterium. 39

40 40 בקטריופאג'ים ליטים יישומים רפואיים Phage Therapy יתרונות הבקטריופאג' םי : ספיציפיות גבוהה למין )יכול להיות גם חסרון... למה?( חדירות גבוהה חלופה לאנטיביוטיקות זני חיידקים מרובי עמידויות Shigella( ), E. coli. זנים אלימים יוצרים ביופילם מעבר ב- (BBB) Blood Brain Barrier בארה"ב )2006( אושר ריסוס בשר בפאג' נגד חיידק ה- Listeria מחקרים נוספים נגד זיהומים בגידולים חקלאיים מחקרים מתקדמים )I )phase בתרפיה בפאג'ים כנגד חיידקים המזהמים פצעים בגאורגיה פאג'ים מאושרים לשימוש

41 41

42 Donlan M., 2008 Montana State University Center for Biofilm Engineering 42

43 ובנימה יותר אישית... Spelberg, B. et al., (2015). The epidemic of antibiotic-resistant infections: a call to action for the medical community from the infectious diseases society of America, Clinical infectious diseases, 2008:46. 43

44 Sewage treatment plant, Western Jerusalem 44

45 SEM shows lysis of the bacteria after treatment with phages Mor Shlezinger

46 46

47 חיידקים לומדים וזוכרים אם וירוס תוקף אותם והם מצליחים לשרוד החיידקים "לומדים" אותו ומתחסנים נגדו מערכת החיסון החיידקית יותר טובה משלנו כי היא עוברת בתורשה לצאצאים