6.3: Kutengwa, Utamaduni, na Utambulisho wa Virusi
- Page ID
- 174553
Malengo ya kujifunza
- Jadili kwa nini virusi vilielezewa awali kama mawakala yanayoweza kuchujwa
- Eleza kilimo cha virusi na ukusanyaji wa specimen na utunzaji
- Linganisha katika vivo na mbinu za vitro zinazotumiwa kulima virusi
Katika mwanzo wa sura hii, sisi ilivyoelezwa jinsi porcelain Chamberland filters na pores ndogo ya kutosha kuruhusu virusi kupita katika walikuwa kutumika kugundua TMV. Leo, filters za porcelaini zimebadilishwa na filters za membrane na vifaa vingine vinavyotumiwa kutenganisha na kutambua virusi.
Kutengwa kwa Virusi
Tofauti na bakteria, nyingi ambazo zinaweza kukua kwenye katikati ya virutubisho bandia, virusi zinahitaji kiini cha jeshi hai kwa ajili ya kuiga. Seli za jeshi zilizoambukizwa (eukaryotic au prokaryotic) zinaweza kukuzwa na kukua, na kisha katikati ya ukuaji inaweza kuvuna kama chanzo cha virusi. Virions katika kati ya kioevu inaweza kutengwa na seli za jeshi kwa centrifugation ama au filtration. Filters zinaweza kuondoa kitu chochote kilichopo katika suluhisho ambalo ni kubwa kuliko virions; virusi vinaweza kukusanywa kwenye filtrate (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).
Zoezi\(\PageIndex{1}\)
Ni ukubwa gani wa chujio cha pore kinachohitajika kukusanya virusi?
Kilimo cha Virusi
Virusi vinaweza kukua katika vivo (ndani ya kiumbe hai nzima, mmea, au mnyama) au vitro (nje ya viumbe hai katika seli katika mazingira bandia, kama vile tube ya mtihani, chupa ya utamaduni wa seli, au sahani ya agar). Bacteriophages zinaweza kukua mbele ya safu nyembamba ya bakteria (pia huitwa lawn ya bakteria) iliyopandwa katika agar laini ya 0.7% katika sahani ya Petri au gorofa (usawa) chupa (Kielelezo\(\PageIndex{2a}\)). Mkusanyiko wa agar umepungua kutoka asilimia 1.5% inayotumiwa kwa kawaida katika bakteria ya utamaduni. Agar laini 0.7% inaruhusu bacteriophages kuenea kwa urahisi kupitia kati. Kwa bacteriophages lytic, lysing ya majeshi ya bakteria yanaweza kuzingatiwa kwa urahisi wakati eneo la wazi linaloitwa plaque linapatikana (Kielelezo\(\PageIndex{1b}\)). Kama phage inaua bakteria, plaques nyingi huzingatiwa kati ya lawn ya mawingu ya bakteria.
Virusi vya wanyama huhitaji seli ndani ya mnyama mwenyeji au seli za utamaduni wa tishu zinazotokana na mnyama. Kilimo cha virusi vya wanyama ni muhimu kwa 1) utambuzi na utambuzi wa virusi vya pathogenic katika sampuli za kliniki, 2) uzalishaji wa chanjo, na 3) masomo ya msingi ya utafiti. Katika vivo jeshi vyanzo inaweza kuwa kiinitete zinazoendelea katika yai ya ndege embryonated (kwa mfano, kuku, Uturuki) au mnyama mzima. Kwa mfano, wengi wa chanjo ya mafua yaliyotengenezwa kwa ajili ya mipango ya chanjo ya kila mwaka ya homa hupandwa katika mayai ya kuku.
Mtoto au mnyama mwenyeji hutumika kama incubator kwa replication ya virusi (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Eneo ndani ya kiinitete au mnyama mwenyeji ni muhimu. Virusi nyingi zina tropism ya tishu, na kwa hiyo inapaswa kuletwa kwenye tovuti maalum ya ukuaji. Ndani ya kiinitete, maeneo ya lengo yanajumuisha cavity ya amniotic, membrane ya chorioallantoic, au kifuko cha yolk. Maambukizi ya virusi yanaweza kuharibu utando wa tishu, kuzalisha vidonda vinavyoitwa tetekuwanga; kuharibu maendeleo ya embryonic; au kusababisha kifo cha kiinitete.
Kwa masomo ya vitro, aina mbalimbali za seli zinaweza kutumika kusaidia ukuaji wa virusi. Utamaduni wa seli ya msingi ni tayari kutoka kwa viungo vya wanyama au tishu. Seli hutolewa kwenye tishu kwa kuchuja mitambo au kusaga ili kutolewa seli au kwa njia ya enzymatic kwa kutumia trypsini au collagenase kuvunja tishu na kutolewa seli moja katika kusimamishwa. Kwa sababu ya mahitaji ya utegemezi wa nanga, tamaduni za seli za msingi zinahitaji kati ya utamaduni wa kiowevu katika sahani ya Petri au chupa ya utamaduni wa tishu hivyo seli zina uso thabiti kama vile kioo au plastiki kwa attachment na ukuaji. Tamaduni za msingi huwa na muda mdogo wa maisha. Wakati seli katika utamaduni wa msingi zinakabiliwa na mitosis na wiani wa kutosha wa seli huzalishwa, seli huwasiliana na seli nyingine. Wakati mawasiliano haya ya kiini hadi kiini hutokea, mitosis inasababishwa kuacha. Hii inaitwa kuzuia mawasiliano na inazuia wiani wa seli usiwe juu sana. Ili kuzuia kuzuia mawasiliano, seli kutoka kwa utamaduni wa seli za msingi zinapaswa kuhamishiwa kwenye chombo kingine na katikati ya ukuaji safi. Hii inaitwa utamaduni wa seli ya sekondari. Mara kwa mara, wiani wa seli lazima upunguzwe kwa kumwaga baadhi ya seli na kuongeza kati safi ili kutoa nafasi na virutubisho ili kudumisha ukuaji wa seli. Tofauti na tamaduni za msingi za seli, mistari ya seli inayoendelea, kwa kawaida inayotokana na seli zilizobadilishwa au tumors, mara nyingi huweza kuzalishwa mara nyingi au hata kukua kwa muda usiojulikana (katika hali ambayo huitwa milele). Kuendelea mistari kiini inaweza kuonyesha nanga utegemezi (wao kukua katika kusimamishwa) na inaweza kuwa wamepoteza mawasiliano yao kukandamiza. Matokeo yake, mistari ya seli inayoendelea inaweza kukua katika piles au uvimbe unaofanana na ukuaji mdogo wa tumor (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)).
Mfano wa mstari wa seli usio na milele ni mstari wa seli ya HELA, ambao awali ulipandwa kutokana na seli za tumor zilizopatikana kutoka Henrietta Inuces, mgonjwa aliyekufa kutokana na saratani ya kizazi mwaka 1951. Seli za Hela zilikuwa mstari wa kwanza wa seli za utamaduni wa tishu na zilitumika kuanzisha utamaduni wa tishu kama teknolojia muhimu kwa ajili ya utafiti katika biolojia ya seli, virology, na dawa. Kabla ya ugunduzi wa seli za Hela, wanasayansi hawakuweza kuanzisha tamaduni za tishu kwa kuaminika au utulivu wowote. Zaidi ya miongo sita baadaye, mstari huu wa seli bado ni hai na unatumika kwa ajili ya utafiti wa matibabu. Angalia Immortal Cell Line ya Henrietta Inakosa kusoma zaidi kuhusu mstari huu muhimu kiini na njia utata ambayo ilikuwa kupatikana.
Zoezi\(\PageIndex{2}\)
Ni mali gani ya seli hufanya dilutions mara kwa mara ya tamaduni za msingi za seli muhimu?
Mstari wa Kiini cha Immortal wa Henrietta haupo
Mnamo Januari 1951, Henrietta Inuces, mwanamke mwenye umri wa miaka 30 wa Afrika wa Marekani kutoka Baltimore, aligunduliwa kuwa na saratani ya kizazi katika hospitali ya Sasa tunajua kansa yake ilisababishwa na papillomavirus ya binadamu (HPV). Madhara ya cytopathic ya virusi yalibadilisha sifa za seli zake katika mchakato unaoitwa mabadiliko, ambayo huwapa seli uwezo wa kugawanya kuendelea. Uwezo huu, bila shaka, ulisababisha tumor ya kansa ambayo hatimaye ilimuua Bi Inakosa mwezi Oktoba akiwa na umri wa miaka 31. Kabla ya kifo chake, sampuli za seli zake za saratani zilichukuliwa bila ujuzi au ruhusa yake. Sampuli hatimaye kuishia katika milki ya Dr. George Gey, mtafiti biomedical katika Chuo Kikuu cha Johns Hopkins. Gey alikuwa na uwezo wa kukua baadhi ya seli kutoka sampuli inakosa, kujenga kile inajulikana leo kama milele hela kiini line. Seli hizi zina uwezo wa kuishi na kukua kwa muda usiojulikana na, hata leo, bado zinatumiwa sana katika maeneo mengi ya utafiti.
Kwa mujibu wa mume wa Inuces, wala Henrietta wala familia haikupa ruhusa ya hospitali kukusanya specimen yake ya tishu. Hakika, familia haikuwa na ufahamu mpaka miaka 20 baada ya kifo cha Inacs kwamba seli zake zilikuwa bado hai na zinatumiwa kikamilifu kwa madhumuni ya kibiashara na utafiti. Hata hivyo seli za Hela zimekuwa muhimu katika uvumbuzi mbalimbali wa utafiti kuhusiana na polio, saratani, na UKIMWI, miongoni mwa magonjwa mengine. Seli pia zimekuwa za kibiashara, ingawa hazijawahi wenyewe kuwa na hati miliki. Pamoja na hayo, mali ya Henrietta Inuces haijawahi kufaidika na matumizi ya seli, ingawa, mwaka 2013, familia ya Inacs ilipewa udhibiti juu ya kuchapishwa kwa mlolongo wa maumbile ya seli zake.
Kesi hii inaleta masuala kadhaa ya bioethical yanayozunguka ridhaa ya wagonjwa na haki ya kujua. Wakati tishu Inakosa ya zilichukuliwa, hapakuwa na sheria au miongozo kuhusu ridhaa ya habari. Je, hiyo inamaanisha kuwa alitibiwa kwa haki wakati huo? Hakika kwa viwango vya leo, jibu litakuwa hapana. Kuvunja tishu au viungo kutoka kwa mgonjwa anayekufa bila ridhaa sio tu kuchukuliwa kuwa halali lakini kinyume cha sheria, bila kujali kama kitendo hicho kinaweza kuokoa maisha ya wagonjwa wengine. Je, ni kimaadili, kwa wanasayansi kuendelea kutumia tishu Inakosa kwa ajili ya utafiti, ingawa walikuwa kupatikana kinyume cha sheria na viwango vya leo?
Maadili au la, seli Inakosa ni sana kutumika leo kwa ajili ya maombi mengi kwamba haiwezekani kuorodhesha wote. Je! Hii ni kesi ambayo mwisho huhalalisha njia? Je Inakosa kuwa radhi kujua kuhusu mchango wake katika sayansi na mamilioni ya watu ambao wamefaidika? Je, angependa familia yake kulipwa fidia kwa bidhaa za kibiashara ambazo zimeandaliwa kwa kutumia seli zake? Au angeweza kujisikia kukiukwa na kunyonywa na watafiti ambao walishiriki sehemu ya mwili wake bila ridhaa yake? Kwa sababu hajawahi kuulizwa, hatuwezi kujua kamwe.
Kugundua Virusi
Bila kujali njia ya kilimo, mara moja virusi imeanzishwa katika kiumbe chote cha jeshi, kiinitete, au kiini cha utamaduni wa tishu, sampuli inaweza kuandaliwa kutoka kwa jeshi lililoambukizwa, kiinitete, au mstari wa seli kwa ajili ya uchambuzi zaidi chini ya darubini ya brightfield, elektroni, au fluorescent. Madhara ya cytopathic (CPEs) ni tofauti ya kutofautiana kwa seli inayoonekana kutokana na maambukizi ya virusi. CPE ni pamoja na hasara ya kuzingatia uso wa chombo, mabadiliko katika sura ya seli kutoka gorofa kwa pande zote, shrinkage ya kiini, vacuoles katika cytoplasm, fusion ya membrane cytoplasmic na malezi ya syncytia multinucleated, kuingizwa miili katika kiini au cytoplasm, na lisisi kamili ya seli ( angalia Kielelezo\(\PageIndex{6}\)).
Mabadiliko zaidi ya kiafya ni pamoja na usumbufu wa virusi wa jenomu ya jeshi na kubadilisha seli za kawaida katika seli zilizobadilishwa, ambazo ni aina za seli zinazohusiana na kansa na sarcomas. Aina au ukali wa CPE inategemea aina ya virusi vinavyohusika. Kielelezo\(\PageIndex{6}\) orodha CPEs kwa virusi maalum.
Tazama video hii ili ujifunze kuhusu madhara ya virusi kwenye seli.
Uchunguzi wa Hemagglutination
Uchunguzi wa serological hutumiwa kuchunguza uwepo wa aina fulani za virusi katika serum ya mgonjwa. Seramu ni sehemu ya kioevu ya rangi ya majani ya plasma ya damu ambayo sababu za kukata zimeondolewa. Seramu inaweza kutumika katika uchunguzi wa moja kwa moja unaoitwa kupima hemagglutination kuchunguza aina maalum za virusi katika sampuli ya mgonjwa. Hemagglutination ni agglutination (clumping) pamoja na erythrocytes (seli nyekundu za damu). Virusi nyingi huzalisha protini za uso au spikes zinazoitwa hemagglutinini ambazo zinaweza kumfunga kwa vipokezi kwenye utando wa erythrositi na kusababisha seli kuziingiza. Hemagglutination inaonekana bila kutumia darubini, lakini njia hii haifai kutofautisha kati ya chembe za virusi vya kuambukiza na zisizo za kuambukiza, kwani wote wanaweza kuunganisha erythrocytes.
Ili kutambua virusi maalum vya pathogenic kwa kutumia hemagglutination, tunapaswa kutumia njia isiyo ya moja kwa moja. Protini zinazoitwa kingamwili, zinazozalishwa na mfumo wa kinga ya mgonjwa kupambana na virusi maalum, zinaweza kutumika kwa kumfunga kwa vipengele kama vile hemagglutinini ambazo zinahusishwa pekee na aina maalum za virusi. Kufungwa kwa antibodies na hemagglutinins zilizopatikana kwenye virusi hatimaye kuzuia erythrocytes kutoka kuingiliana moja kwa moja na virusi. Hivyo wakati erythrocytes zinaongezwa kwenye virusi vya antibody-coated, hakuna kuonekana kwa agglutination; agglutination imezuiliwa. Tunaita aina hizi za vipimo vya moja kwa moja kwa vipimo vya kupambana na virusi maalum vya hemagglutination (HAI). HAI inaweza kutumika kuchunguza uwepo wa kingamwili maalum kwa aina nyingi za virusi ambazo zinaweza kusababisha au zimesababisha maambukizi katika mgonjwa hata miezi au miaka baada ya kuambukizwa (angalia Kielelezo\(\PageIndex{7}\)). Jaribio hili linaelezwa kwa undani zaidi katika vipimo vya Agglutination.
Zoezi\(\PageIndex{3}\)
Matokeo ya mtihani mzuri wa HIA ni nini?
Nucleic Acid amplification mtihani
Vipimo vya amplification ya asidi ya nucleic (NAAT) hutumiwa katika biolojia ya Masi kuchunguza utaratibu wa kipekee wa asidi ya nucleic ya virusi katika sampuli za mgonjwa. Polymerase mnyororo mmenyuko (PCR) ni NAAT inayotumika kuchunguza kuwepo kwa DNA ya virusi katika tishu ya mgonjwa au sampuli ya maji ya mwili. PCR ni mbinu inayoongeza (yaani, huunganisha nakala nyingi) za sehemu ya DNA ya virusi ya riba. Kutumia PCR, utaratibu mfupi wa nucleotidi unaoitwa primers hufunga kwa utaratibu maalum wa DNA ya virusi, kuwezesha utambulisho wa virusi.
Reverse Transcriptase-PCR (RT-PCR) ni NAAT inayotumiwa kuchunguza kuwepo kwa virusi vya RNA. RT-PCR inatofautiana na PCR kwa kuwa enzyme reverse transcriptase (RT) hutumiwa kufanya cDNA kutoka kiasi kidogo cha RNA ya virusi katika specimen. CDNA inaweza kisha kukuzwa na PCR. Wote PCR na RT-PCR hutumiwa kuchunguza na kuthibitisha uwepo wa asidi ya nucleic ya virusi katika vipimo vya mgonjwa.
HPV kutisha
Michelle, mwanafunzi wa uuguzi mwenye umri wa miaka 21, alikuja kliniki ya chuo kikuu na wasiwasi kwamba anaweza kuwa na ugonjwa wa zinaa (STD). Mpenzi wake wa kijinsia alikuwa ameanzisha matuta kadhaa juu ya msingi wa uume wake. Alikuwa kuweka mbali kwenda kwa daktari, lakini Michelle watuhumiwa wao ni viungo vya uzazi unasababishwa na HPV. Anahusika hasa kwa sababu anajua kwamba HPV sio tu husababisha vidonda lakini ni sababu maarufu ya saratani ya kizazi. Yeye na mpenzi wake daima hutumia kondomu kwa ajili ya uzazi wa mpango, lakini hajui kwamba tahadhari hii itamlinda kutokana na HPV.
Daktari wa Michelle haipati dalili za kimwili za viungo vya uzazi au magonjwa mengine ya ngono, lakini inapendekeza kwamba Michelle kupata smear ya Pap pamoja na mtihani wa HPV. Smear ya Pap itaangalia seli za kizazi zisizo za kawaida na CPEs zinazohusiana na HPV; mtihani wa HPV utajaribu uwepo wa virusi. Ikiwa vipimo vyote viwili ni hasi, Michelle anaweza kuwa na uhakika zaidi kwamba yeye huenda hajaambukizwa na HPV. Hata hivyo, daktari wake anasema kuwa inaweza kuwa na busara kwa Michelle kupata chanjo dhidi ya HPV kujilinda kutokana na yatokanayo na uwezekano wa baadaye.
Zoezi\(\PageIndex{4}\)
Kwa nini daktari wa Michelle anaagiza vipimo viwili tofauti badala ya kutegemea moja au nyingine?
Enzyme Kinga
Immunoassays ya enzyme (EIAs) hutegemea uwezo wa kingamwili kuchunguza na kushikamana na biomolecules maalum inayoitwa antigens. antibody kuchunguza inaona kwa lengo antigen na shahada ya juu ya maalum katika kile inaweza kuwa mchanganyiko tata wa biomolecules. Pia ni pamoja na katika aina hii ya assay ni enzyme isiyo rangi inayounganishwa na antibody ya kuchunguza. Enzyme hufanya kama lebo kwenye antibody ya kuchunguza na inaweza kuingiliana na substrate isiyo rangi, na kusababisha uzalishaji wa bidhaa za mwisho za rangi. EIAs mara nyingi hutegemea tabaka za antibodies kukamata na kuguswa na antigens, zote ambazo zimeunganishwa na chujio cha membrane (angalia Mchoro\(\PageIndex{8}\)). EIAs kwa antigens ya virusi mara nyingi hutumiwa kama vipimo vya uchunguzi wa awali. Ikiwa matokeo ni chanya, uthibitisho zaidi utahitaji vipimo na uelewa mkubwa zaidi, kama vile blot ya magharibi au NAAT. EIAs zinajadiliwa kwa undani zaidi katika EIAs na ELISAs.
Zoezi\(\PageIndex{5}\)
Nini kawaida inaonyesha chanya EIA mtihani?
Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 3
Pamoja na uchambuzi wa RT/PCR, mate ya Daudi pia yalikusanywa kwa ajili ya kilimo cha virusi. Kwa ujumla, hakuna mtihani mmoja wa uchunguzi ni wa kutosha kwa ajili ya utambuzi wa antemortem, kwa sababu matokeo itategemea unyeti wa kupima, wingi wa virions sasa wakati wa kupima, na muda wa kupima, tangu kutolewa kwa virions katika mate inaweza kutofautiana. Kama inageuka, matokeo yalikuwa mabaya kwa kilimo cha virusi kutoka kwenye mate. Hii haishangazi kwa daktari wa Daudi, kwa sababu matokeo mabaya sio dalili kamili ya ukosefu wa maambukizi. Inawezekana kwamba idadi ya virions katika mate ni ya chini wakati wa sampuli. Sio kawaida kurudia mtihani kwa vipindi ili kuongeza nafasi ya kuchunguza mizigo ya juu ya virusi.
Zoezi\(\PageIndex{6}\)
Daktari wa Daudi anapaswa kurekebisha matibabu yake kulingana na matokeo haya ya mtihani?
Muhtasari
- Kilimo cha virusi kinahitaji uwepo wa aina fulani ya kiini cha jeshi (viumbe vyote, kiinitete, au utamaduni wa seli).
- Virusi zinaweza kutengwa na sampuli kwa kufuta.
- Filtrate ya virusi ni chanzo kikubwa cha virions iliyotolewa.
- Bacteriophages hugunduliwa kwa uwepo wa plaques wazi kwenye lawn ya bakteria.
- Virusi vya wanyama na mimea hugunduliwa na athari za cytopathic, mbinu za Masi (PCR, RT-PCR), immunoassays ya enzyme, na vipimo vya serological (hemagglutination assay, uchunguzi wa kuzuia hemagglutination).