НЕКЛЕТОЧНЫЕ ФОРМЫ ЖИЗНИ
УРОК 34. РОЛЬ ВИРУСОВ И ПРИОНОВ В
ПРИРОДЕ И ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
Цели урока: рассмотреть роль вирусов
и прионов в природе и жизни человека; ознакомить учащихся с примерами заболеваний,
возбудителями которых являются вирусы и прионы; обсудить их значение для процессов
эволюции; обратить внимание на значение вирусов как современных инструментов
биотехнологий.
Оборудование и материалы: таблицы или
слайды из презентации «Строение клетки растений», «Строение клетки животных», «Строение
клетки прокариот», «Строение вириона», «Разнообразие вирусов», «Прионы»,
«Вирусные заболевания растений», «Вирусные заболевания животных», «Вирусные
заболевания человека».
Базовые понятия и термины: клетка,
неклеточные формы жизни, вирусы, вирион, капсид, ДНК, РНК, белок, прион,
шаперон, конформация, α-спираль, β-складчатая структура,
биотехнология, молекулярная биология, векторы.
ХОД УРОКА
И.
Организационный этап
II. Актуализация опорных знаний и
мотивация учебной деятельности
учащихся
Вопросы для беседы
1. Кто такие прионы?
2. Как образуются прионы?
3. Какие формы жизненных циклов является в
вирусов?
4. Какое строение имеют вирионы?
III. Изучение нового материала
Рассказ учителя с элементами
беседы
Прионы
Прионные болезни относятся к группе
нейродегенеративных заболеваний. В общей популяции встречаются очень редко
и регистрируются в виде спорадических, инфекционных и наследственных форм. У человека
известно четыре болезни, вызываемые прионами: куру, болезнь Крейтцфельдта -
Якоба, синдром Герстмана - Шрауслера - Шейнкера и смертельное семейная бессонница.
Человек может заразиться прионами, что
содержатся в пище, поскольку они не разрушаются ферментами пищеварительной системы.
Беспрепятственно проникая через стенку тонкого кишечника, они попадают в
центральную нервную систему. Так переносится новый вариант болезни
Крейтцфельдта - Якоба (nvCJD, нвХКЯ), которой люди заражаются после употребления в пищу
говядины, содержит нервную ткань из голов скота, больных на губчатую
энцефалопатию коров (BSE, коровье бешенство).
Прионы могут проникать в организм и
парентеральным путем. Были описаны случаи заражения после внутримышечного
введение препаратов, производимых из гипофиза человека (главным образом гормоны
роста для лечения карликовости), а также заражение мозга инструментами при
время нейрохирургических операций, поскольку прионы устойчивы к применяемым в настоящее
время термическим и химическим методам стерилизации. К такой форме относится
ятрогенная болезнь Крейтцфельдта - Якоба (1CJD, яХКЯ).
За пока неизвестных условий в
организме человека может произойти спонтанная трансформация протеина в пріонного
инфекционный прион. Так возникает спорадическая болезнь Крейтцфельдта - Якоба (sCJD, сХКЯ),
впервые описана 1920 г. независимо Крейтцфельдтом и Якобом. Предполагается, что
спонтанное возникновение этой болезни связано с фактом постоянного возникновения в
норме в человеческом организме небольшого количества прионов, которые эффективно
ликвидируются клеточным аппаратом Гольджи. Нарушение этой способности к «самоочищению»
клеток может привести к повышению уровня прионов выше предельно допустимой
нормы и к их дальнейшего неконтролируемого распространения. Причиной возникновения
спорадической болезни Крейтцфельдта - Якоба, согласно этой теории, является нарушение
функции аппарата Гольджи в клетках.
Особую группу прионных заболеваний
составляют наследственные болезни, вызванные мутацией гена пріонного белка. Эти
мутации приводят к росту склонности клеточного белка к спонтанной изменения пространственной конфигурации и преобразования его в
инфекционный прион. К этой группе заболеваний относится и наследственная форма болезни
Крейтцфельдта - Якоба (fCJD, сХКЯ), которая наблюдается в ряде стран мира.
Куру. В 1957 г. американский ученый
Карлтон Гайдушек описал новое заболевание - куру, что было обнаружено у жителей
Новой Гвинеи, папуасов-каннибалов языковой группы форе. Болезнь носила массовый
характер. Она возникала в результате употребления в пищу мозга погибших
соплеменников во время ритуального каннибализма. Характерной особенностью
болезни являются повышенная возбудимость, беспричинный смех, длительная улыбка и нападения
буйного свадьбы. Именно поэтому эту болезнь местные жители и назвали куру -
«смерть, которая смеется». С прекращением каннибализма заболевание исчезло.
Болезнь Крейтцфельдта - Якоба
получила название по фамилиям немецких врачей Ганса Герхарда Крейтцфельдта и
Альфонса Марии Якоба; синонимы: ненастоящий склероз спастический, синдром
кортико-стріоспінальної дегенерации. Это прогрессирующее дистрофическое заболевание
коры больших полушарий, базальных ганглиев и спинного мозга. Считается наиболее
распространенной среди губчатых энцефалопатий у людей. Заболевание было впервые
описанное 1920 г. Гансом Крейтцфельдтом. Альфонс Якоб 1921 г. отметил сочетание
в этом заболевании психических нарушений с симптомами поражения передних рогов
спинного мозга, екстрапірамідальної и пирамидальной систем, и определил
заболевания как спастический псевдосклероз или энцефалопатию с диссеминированными
очагами.
Синдром Герстмана - Шрауслера -
Шейнкера - аутосомно-доминантное заболевание, возникающее в случае мутаций в гене
пріонового протеина и прогрессирует очень медленно. Синдром впервые обнаружил 1928 г. Я.
Герстман, а полное клиническое описание этого явления он опубликовал позже, в 1936 p., вместе с Е. Штраусслером и Я. Шейнкером. В популяции
регистрируется с частотой один случай на 10 млн. населения. Болезнь начинается
в 30-40 лет и длится в среднем пять лет. Инкубационный период составляет
от 5 до 30 лет. У пациентов наблюдаются расстройства координации движений, часто
развивается тяжелое слабоумие.
Смертельное семейная бессонница -
редкое неизлечимое наследственное заболевание, при котором больной умирает от бессонницы.
Сейчас известно около 28 семей, пораженные этой болезнью.
Болезнь открыта итальянским врачом
Игнацио Ройтер 1979 p., наблюдавший смерть от бессонницы двух родственниц жены.
В архивах психиатрической клиники Сан Серволо Ройтер сумел обнаружить истории
болезни других членов семьи с подобной клинической картиной. Когда еще один родственник
жены заболел 1984 p., ход болезни документувався, а после
смерти его мозг был отправлен в сша для дальнейших исследований.
В конце 1990-х pp. удалось идентифицировать мутацию, вызвавшую болезнь.
Оказалось, что в границе 178-го гена PRNP
аспарагин заменен на
аспарагиновую кислоту. В результате форма белковой молекулу меняется, и она
превращается в прион. Под действием пріону другие, нормальные белковые молекулы тоже
превращаются в прионы. Это приводит к накоплению амилоидных бляшек в
таламусе (отделе мозга, ответственном за сон). В начале заболевания
возникает бессонница, которое со временем прогрессирует и заканчивается смертью.
Болезнь начинается в возрасте от 30 до
60 лет, в среднем в 50 лет, и продолжается от 7 до 36 месяцев, после чего
больной погибает.
Вирусы
Насчитывают более двадцати родов
вирусов, которые способны поражать высшие растения. Характерной особенностью многих из
них является наличие прерванного генома, фрагменты которого размещаются в разных
віріонах. Для нормального воспроизведения таких вирусов необходимо, чтобы в клетке
находились все части вируса. Вирусы растений распространяются с помощью
биологических или механических посредников, через семена или контактным путем
через почву или сок больных растений.
Наиболее распространенными вирусами растений
есть вирус табачной мозаики, вирус желтой карликовости картофеля, вирус полосатой
мозаики американской пшеницы, вирус мозаики ячменя, вирус желтой полосатости
ячменя, желтуха сахарной свеклы и т.д.
Наряду с вирусами растений существуют
опасные возбудители болезней животных и человека. Это - оспа, полиомиелит, бешенство,
вирусный гепатит, грипп, СПИД и т.д. Много вирусов среди тех, что поражают
человека, поражает животных и наоборот. Кроме того некоторые животные являются переносчиками
вирусов человека, при этом сами они не болеют.
Доклады учащихся
• «Вирус табачной мозаики»;
• «Вирус бешенства»;
• «Вирус гриппа».
Значение вирусов
Значение вирусов для эволюции жизни
на Земле есть очень большим. Они осуществляют процесс горизонтального переноса
генов. Суть этого процесса в том, что вирус, который поражает несколько видов организмов,
может захватывать в свои вибрионы некоторые гены одного вида и переносить их в геном
другое. Например, вирусы растений, которые переносятся с помощью тлей, могут
осуществлять обмен генами между растениями и насекомыми.
Это свойство вирусов широко
используют в современных биотехнологических исследованиях. Из них делают так
называемые «векторы», которые способны доставлять и встраивать в геном гены,
выбирают исследователи.
Вирусы играют и очень важную
экологическую роль. Как возбудители заболеваний они являются хорошими регуляторами
численности популяций и не допускают чрезмерного возрастания в них количества
особей.
IV. Обобщение,
систематизация и контроль
знаний и умений учащихся
Дать ответы на вопросы:
1. Возбудителями которых заболеваний
человека есть вирусы?
2. Возбудителями которых заболеваний
человека есть прионы?
3. Какое значение имеют вирусы и
прионы для сельского хозяйства?
4. Какое значение для эволюции живых
организмов имеют вирусы?
5. Как используют вирусы в отрасли
биотехнологии?
V. Домашнее
задача
Подготовить доклады «Борьба с
оспой», «Борьба с полиомиелитом ».