BI06 1-4 Flashcards
1
Q
perustutkimus
A
tavoitteena on tuottaa uutta tietoa tarkasteltavasta asiasta
2
Q
soveltava tutkimus
A
tutkimus, joka tuottaa käytännön sovellukseen johtavaa tietoa.
3
Q
biotalous
A
uusiutuvien luonnonvarojen käyttö ravinnon, energian, tuotteiden ja palvelujen tuottamisessa
4
Q
biotekniikka
A
tekniikka, jossa käytetään apuna eliöitä, soluja, solujen osia tai orgaanisia molekyylejä
5
Q
solubiologia
A
tutkitaan solujen rakennetta ja toimintaa
6
Q
mikrobiologia
A
tutkitaan mikrobien rakennetta, elintoimintoja ja niiden hyödyntämismahdollisuuksia. Mikrobeja ovat mikroskooppisen pienet eliöt, esimerkiksi bakteerit.
7
Q
molekyylibiologia
A
tärkeimpiä tutkimuskohteita ovat DNA:n rakenne, geenien toiminta ja proteiinit.
8
Q
genetiikka
A
tutkitaan geenien rakennetta, toimintaa, muuntelua ja periytymistä
9
Q
synteettinen biologia
A
soveltavaa biologiaa, jossa suunnitellaan ja rakennetaan biologisia systeemejä, kuten eliöitä, soluja tai solun osia, joita ei esiinny luonnossa
10
Q
geenitekniikka
A
kartoitetaan eliöiden perimää sekä tutkitaan, siirretään ja muokataan geenejä. Sen avulla voidaan esimerkiksi selvittää sairauksien geneettisiä taustoja ja saada tietoa eliöiden välisistä sukulaisuussuhteista.
11
Q
geeni
A
DNA-molekyylin jakso, jotka sisältää informaatiota proteiinien tai RNA-molekyylien valmistamiseen
12
Q
genomi
A
eliön koko perimä
13
Q
DNA-sekvenssi
A
emäsjärjestys
14
Q
bioinformatiikka
A
perustuu matematiikkaan, tietojenkäsittelyoppiin ja tilastotieteeseen.
15
Q
bioteollisuus
A
kaikki teollisuuden alat, jotka käyttävät tuotteissaan tai niiden valmistuksessa biotekniikkaa.
16
Q
bioreaktori
A
laite, jossa tuotanto-olosuhteita, kuten happipitoisuutta, lämpötilaa ja eri ravintoaineiden määriä, pystytään tehokkaasti säätelemään. Bioreaktori on steriloitu ja suljettu niin tiiviisti, ettei sinne pääse ulkopuolisia mikrobeja. Bioreaktoreissa mikrobit tuottavat entsyymejä tai muita proteiineja solujensa sisälle tai erittävät niitä kasvatusliuokseen. kasvatusliuos vettä ja siihen lisättyjä ravintoaineita
17
Q
mikromuovi
A
alle 5mm kokoinen muovipartikkeli
18
Q
mikrobi
A
yleisnimitys kaikille mikroskooppisen pienille eliöille ja viruksille. Mikrobeja ovat esimerkiksi bakteerit, arkeonit, hiiva- ja homesieniet sekä yksisoluiset levät
19
Q
domeeni
A
Eliöt jaetaan geeni- ja molekyylibiologisten tutkimusten perusteella kahteen domeeniin. Yhden domeenin muodostavat bakteerit ja toiseen domeeniin kuuluvat arkeonit sekä arkeoneista kehittyneet tumalliset eliöt.
20
Q
bakteerien ja arkeonien solurakenne
A
tumattomia eliöitä. Niillä ei ole tumakoteloa eikä kalvollisia soluelimiä, ja ne ovat kooltaan paljon pienempiä kuin tumallisten eliöiden solut.
21
Q
syanobakteerien merkitys
A
ensimmäisiä eliöitä, jotka kykenivät fotosynteesiin. Yhteyttämisen tuloksena kaasukehään vapautunut happi reagoi myrkyllisten kaasujen, kuten metaanin, kanssa. Sen seurauksena kaasut hävisivät ja nykyisenkaltainen ilmakehä alkoi vähitellen kehittyä. Hapesta alkoi myös kehittyä yläilmakehään otsonikerros, mikä suojaa eliöitä haitalliselta UV-säteilyltä.
22
Q
endosymbioosi
A
Ensin askardarkeoni nielaisi sisälleen bakteerin, ja siitä muodostui suurempi, tumallinen solu. Solujen yhdistyessä perintöaineksen, DNA:n, määrä kasvoi aiempaa suuremmaksi ja kromosomien ympärille muodostyi tumakotelo. Tumallisten solujen tuman DNA on peräisin arkeoneilta. Osa soluhengitykseen kykenevistä bakteereista jäi muodostuneeseen soluun kokonaisina, ja niistä kehittyivät mitokondriot. Endosymbioosin toisessa vaiheessa fotosynteesiin kykenevät syanobakteerit päätyivät osaksi muodostunutta solua, ja niistä kehittyivät viherhiukkaset.
23
Q
bakteerien rakenne
A
- puuttuu solulimakalvosto ja muut kalvolliset soluelimet, kuten mitokondriot, viherhiukkaset ja Golgin laite.
- aerobisilla solukalvosta poimuttunut soluhengityskalvosto, omavaraisilla solukalvosta poimuttunut yhteyttämiskalvosto
- soluseinä mureiinia (mykoplasmoilla ei soluseinää)
- Joillakin bakteereilla on soluseinän ulkopuolella limamainen kapseli, joka suojaa bakteeria ja jonka avulla se pystyy kiinnittymään kohteeseensa.
- Bakteerilla voi olla ripsiä tai siimoja, jotka auttavat sen liikkumista ja alustaan kiinnittymistä.
24
Q
bakteerin kromosomi
A
vain yksi kromosomi. Se on rengasmainen ja osittain kiinnittynyt solukalvoon. Kromosomin DNA ei ole pakkautunut läheskään niin tehokkaasti kuin tumallisen solun DNA-molekyylit, jotka ovat kietoutuneet histoniproteiinien ympärille. Bakteerin kromosomissa on kuitenkin DNA:n lisäksi pieniä määriä proteiineja, jotka auttavat kromosomin pakkautumisessa.
25
plasmidi
bakteerilla mahdollisesti olevia erillisiä, pieniä DNA-renkaita
26
bakteerien ryhmäviestintä
Viestinnän avulla bakteerit pystyvät muuttamaan geeniensä ilmentymistä eli geenien ohjaamien proteiinien tuotantoa sen mukaan, miten tiheä ympärillä oleva bakteeripopulaatio on. Ryhmäviestintä perustuu bakteerien erittämiin viestimolekyyleihin, jotka sitoutuvat viestin vastaanottavissa bakteereissa reseptoreina toimiviin proteiinimolekyyleihin. Ryhmäviestintää tapahtuu samaan bakteerilajiin kuuluvien bakteerien lisäksi eri bakteerilajien sekä bakteerien ja muiden eliöiden välillä. jos tiheys pieni -> kohdegeenin ilmentyminen ei käynnisty. jos tiheys suuri -> viestimolekyyli-reseptorikompleksi (toimii säätelytekijänä transkription aloituksessa) -> kohdegeenin ilmentyminen käynnistyy
27
biofilmi
alustassaan kiinni kasvava bakteeripopulaatio
28
bakteerien luokittelu
perustuu tietoon niiden geenien emäsjärjestyksestä. Tietojen perusteella voidaan rakentaa bakteerien fylogeneettinen sukupuu
29
millä eri tavoilla bakteereja voidaan luokitella?
eri ryhmiin muodon, kasvutavan ja biokemiallisten ominaisuuksien perusteella.
30
kokki
pyöreä bakteeri
31
basilli
sauvamainen bakteeri
32
vibrio
käyrämäinen bakteeri
33
spirokeetta
kierteinen bakteeri
34
miten bakteereja luokitellaan kasvutavan mukaan?
yksittäin, pareittain (diplokokki) ja ketjuissa (streptokokki) tai rykelmissä (stafylokokki) kasvaviin bakteereihin
35
bakteerien luokittelu biokemiallisten ominaisuuksien perusteella
Bakteerien luokittelussa usein käytetty biokemiallinen ominaisuus on soluseinän rakenne, joka selviää gramvärjäyksellä. Soluseinän rakenteen perusteella bakteerit jaetaan grampositiivisiin ja gramnegatiivisiin bakteereihin.
36
grampositiiviset bakteerit
Grampositiivisten bakteerien solulima värjäytyy tummanvioletiksi. Ne antibiootit, jotka estävät bakteerin soluseinän rakentumisen, tehoavat erityisesti grampositiivisiin bakteereihin.
37
gramnegatiiviset bakteerit
gramnegatiiviset bakteerit jäävät värjäyksen jälkeen vaaleanpunaisiksi, eli solulima ei värjäydy
38
puhdasviljelmä
kaikki bakteeripesäkkeet ovat samaa lajia
39
puhdasviljelmän teko
tutkittavasta kohteesta otetaan ensin bakteerinäyte, jota laimennetaan useita kertoja. Sitten bakteerinäyte levitetään kasvatusmaljalle, johon alkaa kasvaa erilaisia bakteeripesäkkeitä. Kun otetaan näyte yhdestä maljalle kasvaneesta bakteeripesäkkeestä ja siirretään se uudelle kasvatusmaljalle, saadaan aikaan puhdasviljelmä, jossa kasvaa ainoastaan yhtä bakteerilajia. Koska monet bakteerit eivät elä yksin ja useimpia bakteereja ei osata kasvattaa laboratorioissa, puhdasviljelmän tekeminen ei kuitenkaan aina onnistu.
40
elatusaine
Bakteereja kasvatetaan elatusainetta sisältävillä kasvatusmaljoilla. Elatusaineessa on kaikkia bakteerien kasvuunsa ja lisääntymiseensä tarvitsemia ravinteita ja hivenaineita. Kasvatusmaljalla näkyvät eriväriset bakteeripesäkkkeet edustavat eri bakteerilajeja.
41
bakteerien lisääntyminen
Ennen jakautumista bakteerin perintöaines – sekä kromosomin että plasmidien DNA – kahdentuu. Näin kumpikin uusista bakteereista saa saman perimän kuin emobakteerilla.
42
bakteerien kasvuun vaikuttavat ympäristötekijät
lämpötila, vesipitoisuus, happamuus ja happipitoisuus. Bakteerit ovat sopeutuneet elämään hyvin monenlaisissa ympäristöissä. Jos ympäristössä ei ole lainkaan käytettävissä olevaa vettä, bakteerit joko vaipuvat lepotilaan tai kuolevat. Osa bakteereista menestyy pH-arvon suhteen neutraaleissa olosuhteissa, mutta osa bakteereista vaatii menestyäkseen joko hyvin hapanta tai emäksistä ympäristöä. Jotkut puolestaan tarvitsevat suolaista ympäristöä, jotta ne toimisivat normaalisti.
43
happi ja bakteerit
Aerobisille bakteereille happi on elinehto, koska ne saavat tarvitsemansa energian soluhengitysreaktioista. Anaerobiset bakteerit elävät hapettomissa oloissa, ja ne saavat tarvitsemansa energian käymisreaktioista. Happi on niille myrkyllistä, ja ne kuolevat joutuessaan tekemisiin hapen kanssa. Osa bakteereista, kuten ihmisen suolistobakteereihin kuuluvat kolibakteerit, pystyvät elämään sekä hapellisissa että hapettomissa oloissa.
44
lepoitiö
Epäedullisissa oloissa, kuten kylmyydessä tai kuivuudessa, monet bakteerit voivat muuttua lepoitiöiksi, jolloin niiden aineenvaihdunta on erittäin vähäistä. Lepoitiövaihe voi kestää hyvinkin kauan.
45
bakteerien perinnöllinen muuntelu
Bakteereissa tapahtuu paljon perinnöllistä muuntelua, jota aiheuttavat geenimutaatiot ja rekombinaatio. Geenimutaatioiden seurauksena syntyy uusia ominaisuuksia, jotka joko säilyvät tai häviävät luonnonvalinnan seurauksena. Bakteereissa tapahtuu myös rekombinaatiota eli syntyy uusia ominaisuusyhdistelmiä, mikä lisää bakteerien perinnöllistä muuntelua ja sopeutumista muuttuvaan ympäristöön.
46
miksi geenimutaatiot ilmenevät bakteereissa heti?
Bakteereilla on yksi kromosomi, joten jokaista alleelia on vain yksi kappale: bakteerit ovat siis haploidisia. Alleeleilta puuttuvat vastinalleelit, minkä vuoksi kaikki geenimutaatiot ilmenevät heti. Geenimutaatioita tapahtuu sekä kromosomin että plasmidien geeneissä. Valinta suosii ympäristöön sopeutumista edistävää geenimutaatiota, joka yleistyy nopeasti bakteeripopulaatiossa bakteerien tehokkaan lisääntymisen vuoksi.
47
transformaatio
Kun bakteeri kuolee, sen soluseinä ja solukalvo hajoavat ja perintöaines vapautuu ympäristöön. Elävät bakteerit voivat ottaa sisäänsä joko kokonaisia plasmideja tai kromosomin paloja. Kromosomin pala liittyy elävän bakteerin kromosomiin ja voi korvata kromosomista vastaavan alkuperäisen osan. Transformaatiota hyödynnetään esimerkiksi bakteereihin tehtävissä geenisiirroissa.
48
konjugaatio
Kaksi bakteeria voi kiinnittyä toisiinsa hetkeksi ja siirtää perintöainesta niiden välillä olevan ulokkeen, piluksen, kautta. Konjugaatiossa toinen bakteereista toimii perintöaineksen luovuttajana ja toinen vastaanottajana. Ensin luovuttajan perintöaines, kromosomi tai plasmidi, kahdentuu. Sen jälkeen perintöaineksen kopio siirtyy uloketta pitkin vastaanottajaan.
49
transduktio
Kun bakteriofagi lisääntyy bakteerissa, voi jonkin bakteerissa rakentuvan uuden bakteriofagin sisälle joutua hajoavan bakteerin perintöainesta. Kun tällainen bakteriofagi infektoi uuden bakteerin, edellisestä bakteerista tullut DNA liittyy osaksi uuden bakteerin perimää.
50
miten bakteerit puolustautuvat bakteriofageja vastaan?
Kun bakteriofagi tunkeutuu bakteeriin, bakteeri leikkaa katkaisu- eli restriktioentsyymien avulla bakteriofagin perimästä näytepalan ja liittää leikkaamansa palan omaan perimäänsä. Jos sama bakteriofagityyppi tunkeutuu myöhemmin kyseiseen bakteeriin, bakteeri tunnistaa sen tallettamansa näytepalan perusteella ja tuottaa Cas-entsyymiä. Opas-RNA rakentuu bakteriofagista katkaistun DNA-osan ohjeen mukaan emäspariperiaatteen mukaisesti. -> Cas-entsyymi-opas-RNA-kompleksi. Ohjuri- eli opas-RNA ohjaa emäsperiaatteen mukaisesti Cas-entsyymin oikeaan kohtaan bakteriofagin DNA:ta ja Cas pilkkoo bakteriofagin DNA:n palasiksi, jolloin viruksen lisääntyminen estyy.
51
omavaraiset bakteerit
pystyvät valmistamaan glukoosia tai muita hiilihydraatteja joko hapetusreaktioissa vapautuvan energian avulla kemosynteesissä tai valoenergian avulla fotosynteesissä.
52
fotosynteesin avulla energiansa saavat bakteerit
Fotosynteettisistä bakteereista esimerkiksi syanobakteereilla sekä eräillä rikkibakteereilla on klorofylliä, johon sitoutuvaa auringon valoenergiaa ne käyttävät glukoosin valmistamiseen.
53
kemosynteesin avulla energiansa saavat bakteerit
Kemosynteesin varassa eläviä bakteereja on hyvin monenlaisia, ja ne saavat hiilihydraattien valmistukseen tarvitsemansa energian esimerkiksi hapettamalla rautaa, ammoniumia tai rikkivetyä.
54
toisenvaraiset bakteerit
osa hajottajia, osa mutualistisissa suhteissa muiden eliöiden kanssa.
55
patogeeniset bakteerit
taudinaiheuttajia. Bakteerien parhaiten tunnettu patogeeninen vaikutus perustuu niiden aineenvaihdunnassaan tuottamiin myrkkyihin eli toksiineihin. Taudinaiheuttajabakteereilla on lisäksi muita patogeenisuutta lisääviä mekanismeja, kuten suojaava kapseli soluseinän ulkopuolella sekä tehokas kiinnittyminen elottomaan tai elolliseen alustaan.
56
bioase
mikrobien tai niiden valmistamien myrkkyjen käyttö aseena
57
arkeonit
Arkeoneja elää kaikenlaisissa elinympäristöissä. Arkeonit ovat kooltaan ja muodoltaan vaihtelevia
58
halofiilit
voivat elää niin suolaisessa vedessä, että muut eliöt kuivuisivat ja kuolisivat samassa elinympäristössä.
59
termofiilit
kestävät hyvin korkeita lämpötiloja
60
arkeonien solurakenne
Arkeonien soluseinässä ei ole mureiinia kuten bakteereilla eikä myöskään kitiiniä tai selluloosaa, jotka ovat sieni- ja kasvisolun soluseinien rakennusaineita. Arkeonien solukalvon rasvahappokoostumus on erilainen, ja niiden solukalvo on jähmeämpi ja läpäisee heikommin eri aineita verrattuna bakteerien ja tumallisten solujen solukalvoon. Joidenkin arkeonien solukalvo kestää myös paremmin korkeita lämpötiloja.
61
mitä yhteisiä piirteitä on arkeonien ja tumallisten solujen rakenteessa?
Arkeonien DNA on pakkautuneena histoniproteiinien avulla samalla tavoin kuin tumallisissa soluissa. Arkeonien geeneissä on introneita, ja entsyymit poistavat intronit esiaste-RNA:sta. Myös arkeonien RNA- ja proteiinisynteesi muistuttaa enemmän tumallisten solujen kuin bakteerien RNA- ja proteiinisynteesiä. Lisäksi arkeoneilla on samanlaisia proteiineja kuin tumallisissa soluissa, kuten solun tukirangan muodostavia aktiinisäikeitä.
62
ovatko arkeonit patogeenisia?
ei
63
omavaraiset arkeonit
Omavaraiset arkeonit valmistavat hiilihydraatteja kemiallisen energian avulla kemosynteesissä, ja ne ovat tärkeitä tuottajia esimerkiksi syvänmeren ravintoketjuissa.
64
toisenvaraiset arkeonit
Monet niistä elävät mutualistissa suhteissa tai pöytävieraina muiden eliöiden kanssa
65
zoonoosi
eläimistä ihmisiin leviävä tauti
66
mikrobiomi
koostuu ihmiselimistössä elävistä mikrobeista, ja bakteerit muodostavat mikrobiomin ylivoimaisesti suurimman ryhmän.
67
mikrobiomiin kuuluvien bakteerien tehtävät elimistössä
Ihon ja limakalvojen oma bakteeristo rajoittaa haitallisten bakteerien lisääntymistä syrjäyttävän kilpailun avulla ja on siten osa ulkoista puolustusta. Suolistobakteerit valmistavat K-vitamiinia sekä B-ryhmän vitamiineja. Lisäksi suolistobakteerit estävät haitallisten bakteerien kiinnittymisen suoliston seinämään ja edistävät ravintoaineiden pilkkoutumista ja imeytymistä.
68
maitohappobakteerien hyödyntäminen
Hapanmaitotuotteiden eli jogurtin, juuston, viilin ja piimän valmistus perustuu maitosokerin eli laktoosin käymiseen maitohappobakteerien avulla. Reaktiossa syntynyt maitohappo alentaa tuotteen pH:ta ja vaikuttaa siten tuotteen makuun, rakenteeseen, kypsymiseen ja säilyvyyteen.
69
kompostointi
jätteiden hajottamiseen osallistuu monia mikrobeja, kuten bakteereja ja sieniä. Mikrobien toiminnan edellytyksenä kompostorissa pitää olla riittävästi happea, jotta hajottajamikrobien soluhengitys on mahdollista. Mikrobien toiminta tehostuu, kun kompostoitavaa jätettä kastellaan ja siihen lisätään ilmavuutta parantavia seosaineita, kuten puuhaketta tai sahanpurua.
70
biologinen puhdistus
käytetään apuna hajottajamikrobeja, erityisesti bakteereja, jotka hajottavat jätevedessä olevia orgaanisia yhdisteitä epäorgaanisiksi ravinteiksi
71
kemiallinen puhdistus
jäteveteen lisätään kemikaaleja, jotka saostavat fosforia ja typpeä pois vedestä. Lopuksi puhdistettu vesi johdetaan vesistöön. Jätevedenpuhdistamoilla syntyvää lietettä kompostoidaan mullaksi, jota käytetään viherrakentamiseen.
72
mekaaninen puhdistus
kiinteät hiukkaset seulotaan pois
73
biopuhdistus eli bioremediaatio
Eliöiden, esimerkiksi mikrobien ja kasvien, käyttöä ympäristön puhdistamiseen ympäristömyrkyistä tai muista haitallisista aineista.
74
miten biopuhdistus voidaan tehdä?
Haitallisten aineiden poistaminen maaperästä voidaan tehdä siten, että pilaantunut maa-aines kaivetaan pois ja kuljetetaan puhdistettavaksi muualle. Biopuhdistusta varten on jalostettu valinnan avulla mikrobeja, jotka kestävät haitallisia aineita ja hajottavat niitä. Myös bakteerien geenejä muokkaamalla on saatu aikaan haitallisia aineita hajottavia bakteerikantoja. Biopuhdistus voi tapahtua myös paikan päällä, jolloin mikrobien toimintaa tehostetaan esimerkiksi lisäämällä maaperään ravinteita ja happea tai lisäämällä kemikaalien avulla haitta-aineen liukoisuutta. Maaperään voidaan myös lisätä mikrobeja, joiden tiedetään hajottavan kyseistä ainetta tehokkaasti.
75
tumallisten mikrobien rooli
tuottajia tai hajottajia tai elävät mutualistisissa suhteissa muiden eliölajien kanssa. Pieni osa tumallisista mikrobeista on taudinaiheuttajia.
76
tumalliset mikrobit
yksisoluiset levät, ripsieläimet sekä hiiva- ja homesienet. kuuluvat arkeonien domeeniin
77
mikä on tumallisille mikrobeille yhteistä?
ne ovat kooltaan suurempia kuin tumattomat mikrobit, niiden soluissa on tumakotelon rajaama tuma ja soluissa on enemmän erilaisia soluelimiä kuin tumattomissa mikrobeissa.
78
yksisoluiset levät
useissa eliömaailman ryhmissä, ja niitä esiintyy sekä suolaisissa että makeissa vesissä. Kaikissa leväsoluissa on solukalvon ulkopuolella soluseinä, ja fotosynteesi tapahtuu solujen viherhiukkasissa. Osalla yksisoluisista levistä on siimoja, joiden avulla ne liikkuvat. Yksisoluiset levät elävät joko yksittäisinä soluina tai soluryhminä lähellä veden pintaa, ja ne joko keijuvat vapaasti tai ovat kiinnittyneinä kosteille pinnoille. tuottajia, hiilinieluja.
79
kasviplankton
keijuvat levät
80
yksisoluiset levät rooli
Yksisoluisia leviä elää myös muiden eliölajien kanssa mutualistisissa suhteissa, joissa levät antavat suhteen toiselle osapuolelle fotosynteesissään tuottamaa happea ja glukoosia
81
patogeeniset tumalliset mikrobit
Tumallisiin eliöihin kuuluvia taudinaiheuttajamikrobeja ovat esimerkiksi suoliamebat, malarialoisio, toksoplasma sekä trypanosoma, ja niitä esiintyy yleisimmin tropiikin alueella
82
patogeenisille tumallisille mikrobeille tyypillisiä piirteitä
yksisoluisuus, liikkumiskyky, soluseinän puute ja toisenvaraisuus. Tumalliset taudinaiheuttajamikrobit lisääntyvät suvuttomasti joko jakautumalla kahtia tai monistumalla. Monet niistä voivat epäedullisissa olosuhteissa säilyä hengissä kehittämällä itselleen paksun kuoren ja siirtymällä lepovaiheeseen.
83
Tumallisten taudinaiheuttajamikrobien elämänkierto
Tumallisten taudinaiheuttajamikrobien elämänkierrossa on usein kaksi vaihetta. Ensin kyseinen mikrobi elää jossakin väli-isännässä, joka on usein jokin hyönteinen. Väli-isäntä levittää taudinaiheuttajan varsinaiseen isäntäeläimeen, jonka elimistössä se lisääntyy.
84
malaria
Yksi eniten kuolonuhreja vaativista, tumallisten mikrobien aiheuttamista taudeista on malarialoision aiheuttama malaria.
85
malarialoisen elinkaari
1. Hyttysessä malarialoisiot lisääntyvät suvullisesti, ja syntyneet malarialoisiot siirtyvät hyttysen syljen mukana ihmiseen. Suvullinen lisääntyminen lisää malarialoision perinnöllistä muuntelua, minkä ansiosta niille kehittyy esimerkiksi resistenssi malarialääkkeitä vastaan.
2. Naarashyttynen imee ihmisen verta ja siirtää samalla elimistössään olevia malarialoisioita ihmisen verenkiertoon.
3. Loisiot kulkevat veren mukana maksaan, jossa ne lisääntyvät suvuttomasti monistumalla: ensin malarialoision tuma jakautuu moneksi tumaksi, ja sitten solu jakautuu useaan osaan. Syntyneet uudet malarialoisiot siirtyvät veren punasoluihin.
4. Malarialoisiot lisääntyvät monistumalla punasoluissa.
5. Tartunnan saaneet punasolut hajoavat, ja malarialoisiot siirtyvät vereen tartuttamaan uusia punasoluja. Tässä vaiheessa vereen vapautuvat malarialoisioiden myrkylliset aineenvaihduntatuotteet aiheuttavat korkean kuumeen.
6. Malarialoisio voi siirtyä myös malariaa sairastavasta ihmisestä hyttyseen.
86
miten suojautua malariaa vastaan?
estolääkityksellä sekä torjumalla hyttysten pistot hyttysmyrkkyjen, suojaavan vaatetuksen sekä sänkyjen yläpuolella olevien hyttysverkkojen avulla.. rokote
87
miten malariarokote suojaa?
Rokote sisältää tiettyjä malarialoisioiden pintaproteiineja, jotka toimivat antigeeneinä käynnistäen immuunijärjestelmän toiminnan, jolloin elimistössä syntyy vasta- aineita malarialoisioita vastaan. Malarialoisiot saadaan tuhottua jo siinä vaiheessa, kun ne siirtyvät hyttysen syljen mukana ihmisen verenkiertoon eivätkä ne ehdi päästä maksaan asti lisääntymään.
88
hiiva- ja homesienten solurakenne
Sienten ryhmään kuuluvien hiiva- ja homesienten soluissa on solukalvon ulkopuolella kitiinistä koostuva soluseinä eikä soluissa ole viherhiukkasia. Hiiva- ja homesienet eroavat toisistaan kasvutavaltaan. Hiivasienten ryhmään kuuluvat ne sienet, jotka elävät suurimman osan elämästään yksisoluisina. Homesienillä solut taas liittyvät peräkkäin muodostaen pitkiä rihmoja.
89
hiiva- ja homesienet rooli
Suurin osa hiiva- ja homesienistä on hajottajia tai loisia. Eräät homesienet käyvät biologista sodankäyntiä ympäristössään olevia bakteereja vastaan tuottamiensa antibioottien avulla. Vain pieni osa hiiva- ja homesienistä on patogeenisiä
90
patogeeniset home- ja hiivasienet
Tyypillisimpiä niistä ovat erilaiset ihotaudit ja homeallergiat. Vakavia sieni-infektioita esiintyy useimmiten ihmisillä, joiden immuunijärjestelmän toiminta on heikentynyt.
Eräät homesienet tuottavat homemyrkkyjä, jotka aiheuttavat ihmisille sairauksia. Esimerkiksi homehtuneissa pähkinöissä, manteleissa ja viljatuotteissa voi olla aflatoksiinia, joka on homemyrkyistä vaarallisin ja aiheuttaa maksasyöpää.
91
leivinhiiva
taikinan nouseminen perustuu hiivan energia-aineenvaihduntaan. Hiivasolut käyttävät energialähteenään taikinan sisältämiä hiilihydraatteja. Hapellisissa oloissa hiivasoluissa vapautuu energiaa soluhengityksessä ja samalla syntyy hiilidioksidia. Hiilidioksidikuplat saavat taikinan kohoamaan. Hapettomissa oloissa tapahtuvan käymisen lopputuotteena syntyy hiilidioksidin lisäksi pieni määrä alkoholia, joka haihtuu taikinasta paistettaessa. Soluhengityksen ja alkoholikäymisen kemialliset reaktiot tapahtuvat entsyymien katalysoimina
92
hiivasolujen alkoholikäyminen
Oluen valmistuksessa käytettävän viljan tai viinin valmistuksessa käytettävien viinirypäleiden sisältämät hiilihydraatit, pääasiassa tärkkelys ja erilaiset sokerit, hajoavat etanoliksi ja hiilidioksidiksi hiivasoluissa tapahtuvan alkoholikäymisen tuloksena.
93
homesienet juuston valmistuksessa
Homesienet pilkkovat maidon proteiineja ja rasvoja, jolloin homejuustoon tulee sille tyypillinen aromi.
94
virukset
Pienimmät virukset ovat läpimitaltaan noin 15 nanometriä.
95
viruksen rakenne
koostuu proteiinimolekyylien muodostamasta kuoresta eli kapsidista sekä kuoren sisällä olevasta nukleiinihaposta. Kuoren pintaproteiinien avulla virus tunnistaa isäntäsolunsa ja kiinnittyy sen solukalvon reseptorimolekyyleihin. Useilla viruksilla on kuoren ulkopuolella lisäksi isäntäsolusta mukaan poimittu, lipidimolekyyleistä koostuva vaippa. Myös vaipan pinnalla on proteiinimolekyylejä, joista osa on peräisin isäntäsolun solukalvosta ja osa on valmistettu isäntäsolussa viruksen perimän ohjeiden mukaisesti.
96
viruksen geenit
Viruksen nukleiinihappo on yksi- tai kaksijuosteista DNA:ta tai RNA:ta. Viruksen geenien määrä on hyvin pieni, virustyypin mukaan muutamasta geenistä joihinkin satoihin. Lisäksi viruksen sisällä on muutamia entsyymeitä, joita se tarvitsee, jotta se voi lisääntyä isäntäsolussaan.
97
onko viruksilla soluelimiä?
Viruksilla ei ole soluelimiä eikä itsenäistä aineenvaihduntaa.
98
virusten luokittelu
niiden muodon, perintöaineksen tai isäntäeliön mukaan
99
virusten luokittelu muodon mukaan
Muodoltaan virukset voivat olla pyöreitä, kulmikkaita tai nauhamaisia. Nauhamaisiin viruksiin kuuluvat esimerkiksi ebolavirukset.
100
virusten luokittelu perintöaineksen mukaan
Perintöaineksen mukaan virukset jaetaan DNA- ja RNA-viruksiin. DNA-viruksia ovat esimerkiksi adenovirus ja eri rokkoja aiheuttavat virukset, kun taas RNA-viruksiin kuuluvat muun muassa koronavirus ja influenssavirus.
101
virusten luokittelu isäntäeliön mukaan
Bakteerien viruksia ovat erilaiset bakteriofagit, kasvien viruksia esimerkiksi tupakan mosaiikkivirus ja eläinten viruksia esimerkiksi influenssavirukset.
102
virusten tarkempi luokittelu
Virusten tarkempi luokittelu ja eri viruskantojen sukulaisuussuhteiden tutkiminen perustuvat enenevässä määrin virusten perintöaineksen emäsjärjestyksen selvittämiseen. Emäsjärjestyksen selvittämisen avulla saadaan myös selville tietyssä virustyypissä tapahtuvat geenimutaatiot ja niiden seurauksena syntyneet muunnokset eli variantit
103
ovatko virukset nirsoja isäntälajin suhteen?
Joillakin virustyypeillä on yksi ainoa isäntälaji, jonka soluissa ne lisääntyvät. Jotkin virukset lisääntyvät ainoastaan joidenkin lajien tietyissä soluissa, mikä aiheuttaa taudille tyypilliset oireet. Jotkin kasvivirukset taas kykenevät infektoimaan useita kasvilajeja.
104
virusten lisääntyminen
1) isäntäsolun tunnistus, kiinnittyminen sen pintaan ja tunkeutuminen solun sisälle, 2) viruksen perintöaineksen vapautuminen solun sisällä, 3) uusien virusten osien valmistus, ja 4) valmistettujen osien kokoaminen uusiksi viruksiksi sekä 5) uusien virusten vapautuminen isäntäsolusta.
Lisääntymisensä kaikissa vaiheissa virukset hyödyntävät isäntäsolun aineenvaihduntatapahtumia sekä molekyylejä, kuten entsyymejä ja nukleotideja. Ensin isäntäsolun sisälle päässeen viruksen proteiinikuori hajotetaan isäntäsolun entsyymien avulla. Seuraavaksi uusien virusten perintöaines, DNA tai RNA, rakennetaan isäntäsolun DNA- tai RNA-nukleotideista, ja lopulta uudet virusproteiinit kootaan ribosomeissa solulimassa olevista isäntäsolun aminohapoista.
105
DNA-viruksen lisääntyminen
1. Virus tunnistaa oikean isäntäsolun solukalvossa olevien reseptorien perusteella. Virus pääsee endosytoosin avulla isäntäsoluun sen solukalvosta kuroutuvan rakkulan sisällä.
2. Sisälle päässeen viruksen kuori hajotetaan isäntäsolun entsyymien avulla, ja perintöaines vapautuu solulimaan.
3. Useimpien DNA-virusten perimä siirtyy tumaan ja kiinnittyy siellä johonkin isäntäsolun kromosomeista. Isäntäsolu alkaa valmistaa virus- DNA:n ohjeiden mukaan virusproteiineja ja uutta virus-DNA:ta.
4. Syntyneet virusten osat, kuori- ja pintaproteiinit sekä perintöaines, kootaan uusiksi viruksiksi.
5. Valmiit virukset poistuvat isäntäsolusta.
106
miksi yksijuosteiset RNA-virukset lisääntyvät nopeasti?
Yksijuosteiset RNA-virukset, kuten koronavirukset, lisääntyvät isäntäsolun solulimassa. Niiden lisääntyminen on nopeaa, koska virus-RNA:ta kopioidaan solulimassa suoraan uusien virusten perimäksi ja virus-RNA toimii ribosomilla lähetti-RNA:n tavoin ohjaten uusien virusproteiinien valmistusta.
107
RNA-viruksen lisääntyminen
1. RNA-virus tunnistaa isäntäsolunsa ja tunkeutuu sen sisälle.
2. Isäntäsolun entsyymit hajottavat viruksen kapsidin ja viruksen perimä vapautuu solulimaan.
3. Viruksen RNA toimii mallina uusille RNA-molekyyleille.
4. Viruksen perimä kopioituu.
5. Viruksen perimä toimii lähetti-RNA:na, jonka ohjeen mukaan isäntäsolun ribosomeissa rakentuu virusproteiineja.
6. Karkean solulimakalvoston ribosomeissa syntyneet vaipan proteiinit kuljetetaan rakkuloissa isäntäsolun solukalvolle.
7. Kapsidi muodostuu virus-RNA:n ympärille.
8. Uudet virukset poistuvat isäntäsolusta ottaen mukaansa vaipaksi ympärilleen isäntäsolun solukalvoa ja siihen kiinnittyneitä virusproteiineja.
108
retrovirukset
perimä on yksijuosteista RNA:ta. Ne käyttävät lisääntymisessään apuna omaa käänteiskopioijaentsyymiään, jonka avulla yksijuosteinen RNA kopioidaan ensin solulimassa kaksijuosteiseksi DNA:ksi.
109
retrovirusten lisääntyminen
1. Retroviruksen vaippa on samanlainen kuin isäntäsolun solukalvo. Virus pääsee uuden isäntäsolun sisään sulautumalla isäntäsolun solukalvoon. Solun sisällä virus hajoaa.
2. Retroviruksen käänteiskopioijaentsyymi kääntää viruksen RNA:n kaksijuosteiseksi DNA:ksi. Kopioinnissa syntyy paljon virheitä, mikä selittää osaltaan retrovirusten suuren geneettisen muuntelun.
3. Viruksen DNA liittyy tumassa osaksi isäntäsolun DNA:ta oman integraasientsyyminsä avulla, ja solu alkaa tuottaa virus- RNA:ta.
4. Osa muodostuneesta RNA:sta toimii uusien virusten perimänä ja osa lähetti- RNA:na, jonka ohjeen mukaan solu rakentaa viruksen kuoren ja vaipan proteiineja sekä entsyymejä.
5. Vaipan pintaproteiinit kuljetetaan rakkuloissa uusien virusten kokoamispaikalle.
6. Uudet virukset kootaan ja eritetään ulos solusta. Samalla ne saavat ympärilleen vaipan, joka muodostuu isäntäsolun solukalvosta ja viruksen vaipan pintaproteiineista.
110
bakteriofagi
bakteereissa lisääntyviä viruksia, ja tietty bakteriofagityyppi on erikoistunut lisääntymään tietyssä bakteerilajissa.
111
bakteriofagin lisääntyminen
1. isäntäbakteerin tunnistus, kiinnittyminen sen pintaan ja perimän ruiskutus bakteerin sisälle
2. bakteerin kromosomi hajoaa paloiksi
3. bakteeri muuttuu virustehtaaksi
4. bakteriofagien osat kootaan uusiksi bakteriofageiksi
5. bakteriofagit poistuvat ja bakteeri kuolee
112
mitä uusien virusten vapautuessa soluista yleensä tapahtuu?
Uusien virusten vapautumisen jälkeen isäntäsolu yleensä kuolee ja vapautuneet virukset tartuttavat uusia soluja. Solusta ulos tunkeutuessaan jotkin virukset saattavat ottaa mukaansa isäntäsolun solukalvoa, josta syntyy niiden proteiinikuorta ympäröivä vaippa. Vaipassa voi olla kiinnittyneenä sekä isäntäsolun että viruksen pintaproteiineja.
Joskus viruksen perintöaines saattaa jäädä piileskelemään isäntäsoluun aiheuttamatta tautia.
113
virusten perinnöllinen muuntelu
Viruksissa perinnöllistä muuntelua aiheuttavat perimän virheellisen kopioinnin seurauksena syntyvät geenimutaatiot sekä rekombinaatio. Koska viruksilla on jokaista geeniä vain yksi kappale eli alleeleilta puuttuvat vastinalleelit, ilmenevät kaikki geenimutaatiot heti.
114
miksi perinnöllistä muuntelua tapahtuu erityisesti RNA- ja retroviruksissa?
Yksijuosteisissa RNA-viruksissa ja retroviruksissa syntyy paljon geenimutaatioita, eli niiden nukleotideissa tapahtuu muutoksia. Syynä on se, että molemmilla virustyypeillä perimän kopioinnissa tarvittavilla entsyymeillä on huono oikolukuaktiivisuus eli kyky korjata uusien virusten perimään vahingossa tulleita virheellisiä nukleotideja, ja siksi virheet jäävät pysyviksi. Onkin arvioitu, että genomiltaan kahta täysin samanlaista RNA-virusta ei ole olemassa.
115
mitä geenimutaatiot voivat aiheuttaa viruksessa?
Geenimutaation tuloksena esimerkiksi viruksen antigeeneinä toimivat proteiinimolekyylit voivat muuttua, minkä vuoksi ihmisen immuunijärjestelmään kuuluvat muistisolut eivät tunnista muuntunutta virusta ja ihminen sairastuu.
116
virusten rekombinaatio
samaan isäntäsoluun joutuu geenikoostumukseltaan erilaisia viruksia, esimerkiksi ihmisen soluun lintuinfluenssavirus ja ihmisen influenssavirus. Kun isäntäsolussa syntyneitä uusien virusten osia aletaan koota, saattaa jonkin uuden viruksen sisälle tulla sellainen yhdistelmä geenejä, joista osa on peräisin lintuinfluenssaviruksesta ja osa ihmisen influenssaviruksesta. Tällainen virus on täysin uudenlainen, eikä ihmisillä ole immuniteettia sitä vastaan. Pahimmassa tapauksessa seurauksena on maailmanlaajuinen tautiepidemia, pandemia
117
miksi virukset hyötyvät eläimistä?
Joissakin tapauksissa virus voi siirtyä alkuperäisestä lajista ihmiseen taudin kuljettajana toimivan eläinlajin välityksellä. Virukset hyötyvät tautia levittävistä eläimistä kahdesta syystä: eläimissä tapahtuu lisää virusten perinnöllistä muuntelua, ja eläimet levittävät liikkuessaan viruksia tehokkaasti laajemmalle alueelle
118
mitkä edistävät uusien zoonoosien ja viruspandemioiden syntyä?
tiheä asutus, huono hygienia, tehoeläintuotanto sekä biodiversiteetin väheneminen. Kun alkuperäistä luontoa raivataan maatalouden tieltä ja asutus levittäytyy yhä lähemmäs villieläinten asuinalueita, lisääntyvät ihmisten kontaktit villieläinten, erityisesti lepakoiden ja jyrsijöiden kanssa. Näin myös uusien zoonoosien syntymisen todennäköisyys kasvaa.
119
virusten leviämistapoja
- aeresolitartunta
- pisaratartunta
- veren mukana
- ulosteet
- eläinten puremat
- kosketustartunta
- sukupuolitiet
- niveljalkaiset
120
virukset kasveissa
Kasveilla soluseinä on hyvä suoja viruksia vastaan, ja siksi kasvisolun pitää ensin vahingoittua jollain tavalla, jotta virukset pääsevät soluun sisälle. Virustaudit siirtyvätkin kasvista toiseen yleensä kasvinesteitä imevien hyönteisten, kuten kirvojen, mukana.
121
virusten rooli evoluutiossa
On arveltu, että ensimmäiset solut ovat kehittyneet viruksista. Virukset ovat osaltaan edistäneet eliöiden evoluutiota lisäämällä niiden perinnöllistä muuntelua, koska ne ovat liittäneet omia geenejään isäntäeliön perimään ja siirtäneet geenejä lajista toiseen. Arvioidaan, että esimerkiksi ihmisen DNA:sta kahdeksan prosenttia on peräisin viruksista. Myös osa ihmisen DNA:ssa olevista transposoneista eli hyppivistä geeneistä on virusperäisiä.
