Первичная и вторичная структура белка гирудина, продуцируемого пиявкой медицинской, и молекулярно-генетические особенности его синтеза и функционирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

МБФ ВолгГМУ 4 курс направление подготовки «Биология» (профиль «Генетика») кафедра молекулярной биологии и генетики Волгоград, Россия

Первичная и вторичная структура белка гирудина, продуцируемого пиявкой медицинской, и молекулярно-генетические особенности его синтеза и функционирования

Дудаков И.С.

Продолжительность жизни: до 20 лет.

Среда обитания: пресные водоемы (пруды, озера, тихие речки) и сырые места около воды (глина, сырой мох). Пиявки любят чистую, проточную воду. пиявка медицинский кормление размножение

Враги: рыба, выхухоль.

Пища/еда: медицинская пиявка питается кровью млекопитающих (человека и животных) и земноводных (в т.ч. лягушек), однако, при отсутствии животных, поедает слизь водных растений, инфузорий, моллюсков, личинок насекомых, живущих в воде.Тихонько прокусывает кожу и высасывает небольшое количество крови (до 10-15 мл). Без пищи может прожить больше года.

Поведение: если водоем пересыхает, пиявка зарывается во влажный грунт, где и пережидает засуху. Зимой впадает в спячку, прячась в почве до весны. Не выдерживает промерзания грунта. Характерная поза голодной пиявки - присосавшись задней присоской к камню или растению, вытягивает тело вперед, свободным концом делает круговые движения. Быстро реагирует на многие раздражители: на всплеск, температуру и запах. При плавании пиявка сильно вытягивается и уплощается, приобретая лентовидную форму и изгибаясь волнообразно. Задняя присоска в этом случае выполняет функцию плавника.

Размножение: гермафродит. После оплодотворения, пиявка вылезает на берег, выкапывает во влажной почве небольшое углубление, в котором изготовляет из выделения ротовых желез пенистую массу.В это углубление откладывает 10-30 яиц, после чего возвращается в воду.

Сезон/период размножения: июнь-август.

Половое созревание: 2-3 года.

Инкубация: 2 месяца.

Потомство: новорожденные пиявки прозрачные, похожи на взрослых. Некоторое время они проводят внутри своих коконов, питаясь питательной жидкостью. Позже они уползают в воду.До достижения половой зрелости, молодые пиявки питаются кровью головастиков, маленьких рыбок, дождевых червей или улиток.Если по истечение трех лет пиявка ни разу не напьется крови млекопитающих, то она никогда не достигнет половой зрелости.

Медицинские пиявки представляют собой весьма своеобразное лечебное средство. Его терапевтическое действие возникает в результате тонкой, согласованной и быстрой работы целого комплекса органов этого сложно построенного животного. И поэтому важен правильный уход за пиявками, чтобы они могли оказать помощь и чтобы их имелось достаточное количество для повседневного применения в лечебных учреждениях и в каждой семье, где есть больные, нуждающиеся в них.

Для сохранения пиявок важно, чтобы искусственно создаваемые условия их жизни как можно более соответствовали естественным. Содержание пиявок бывает комнатным -- в малых емкостях -- либо в болотах, прудах и искусственных сажалках на биологических фабриках, куда их доставляют для размножения, вылавливая в болотах, но лучше -- обитающих в быстрых и проточных водах. С самого начала успех содержания пиявок в комнатных условиях зависит от посуды, употребляемой для их хранения. Возможны различные ее виды: стеклянная (большие и маленькие банки), глиняная (банки, горшки, большие и малые кувшины). В прошлом веке использовалась даже деревянная посуда.

Судя по такому разнообразию емкостей для содержания пиявок, должны быть различны и способы этого содержания и хранения их для лечебных целей. Но сейчас поставлено так (если судить по доступной литературе по гирудологии), как сказано в пословице: «Что город, то норов, что деревня, то поверье». Вот мы и решили все привести к общему знаменателю. Врачи и все люди, использующие пиявки, должны четко знать и соблюдать все правила для пользы человека и самих животных, ее приносящих. Содержание пиявок для медицинского употребления не представляет особых затруднений, нужны только добросовестный уход за ними и чистота.

В небольшие емкости (трехлитровая стеклянная банка), наполовину наполненные водой, нельзя сажать больше пятидесяти животных и не более десяти в литровую. Главнейшее правило для предохранения пиявок от болезней -- хорошее их содержание, а в случае заболевания пиявки -- отделение ее от здоровых, ибо одна больная может заразить всех пиявок в банке. Молодых и бойких пиявок средней величины надо пускать в одну банку, а тех, которые двигаются вяло и медленно свертываются в клубок, следует держать в отдельной, пока они не поправятся. Пиявки, помещенные в большом количестве в одну посудину, в первые дни производят много испражнений, окрашивающих воду в зеленый цвет, что служит признаком их здорового состояния. Емкость, где хранятся пиявки, должна быть наполовину или на 2/3 заполнена отстоянной (в течение суток) обыкновенной водой (конечно, лучше бы речной, озерной или дождевой), но ни в коем случае не кипяченой, не ключевой и не колодезной -- такая вода содержит в себе известковые частицы, от которых пиявки приходят в беспокойство, а затем с остервенением бросаются друг на друга, ранят одна другую, и, истекая кровью, умирают. В оптимальном варианте на каждую пиявку должно приходиться от 40 до 120 кубических сантиметров воды.

Гарантом здоровья и постоянной активности пиявок служит опрятное и чистое их содержание. Следует регулярно менять воду, и новая вода должна быть не ниже той температуры, в которой пиявки находились накануне; зимой это делают через семь дней, летом -- два раза в неделю, а в большую жару ежедневно и обязательно при озеленении воды, появлении слизи с бурыми пятнами, плавающей от пиявки кожицы. Смена воды всегда тревожна для них, особенно касание животных руками.

Идеальный, но трудоемкий способ -- это извлечение из емкости старой воды губкой или вместе с водой пиявок можно осторожно перелить в дуршлаг (прикрепленные к стенке могут быть оставлены в банке) и отстоянной водой легко омыть тело от слизи, которая, закрывая дыхательные отверстия, ведет либо к заболеванию пиявок, либо к их смерти. Можно также осторожно переложить пиявки деревянной ложкой из старой емкости в новую с чистой водой, где желательно иметь немного тщательно промытого песка, а для поддержания воды долгое время в свежем состоянии и для предотвращения ее порчи -- небольшое количество хорошо прокаленного древесного или животного угля (в этом случае в одной и той же воде, без ее загнивания, можно целый год хранить небольшое количество пиявок, около двенадцати). Благодаря песку и углю пиявки имеют возможность стирать с себя слизь, что невозможно в чистой воде. Этими же свойствами обладают и вводимые в емкость некоторые растения: водяной трилистник (Trifolium fibrinum), несколько связанных в пучки стеблей болотного хвоща (Equisetum polustre), содержащего в изобилии кремнистые соединения (кроме того, пиявки трутся о жесткие стебли и хорошо очищают свою кожу от слизи), водяной копр (Myriophyllum verticillatum), водяная капуста (Potamogeton natans), плавающая ряска (Lem-па natans) и др.

Большой ошибкой является добавление в воду, где хранятся пиявки, сахара, меда, патоки и других им подобных веществ, как и крови, для якобы лучшего питания животных, предупреждения их заболеваний и уменьшения смертности. Все наоборот: вместо пользы этим наносят вред, ибо это ведет к загниванию воды, особенно в летнее время, и губит пиявки. Если в банке обнаруживают околевших животных, их следует тотчас вынуть, чтобы они не портили воду и не заражали здоровых. Больные пиявки узнаются по тому, что они лежат вытянувшись на дне сосуда и около них видна буроватая слизь с белыми крупинками. При взятии их пальцами они очень мало стягиваются.

Банку следует хорошо выполаскивать и ни в коем случае не применять для ее мытья синтетические химические средства. Горло банки нужно накрыть слоем холста и прижать, разравнивая, резинкой или соединенной резиновой трубкой. Можно закрывать ее полиэтиленовой крышкой, предварительно проткнув ножницами во многих местах, преимущественно в центре, для доступа воздуха, иначе пиявки задохнутся. Нельзя завязывать банку марлей -- они прогрызут ее и расползутся. Держать емкость надо в прохладном помещении, где по возможности поддерживается температура в пределах 12 °С и не ниже 3 °С, при которой они подвергаются опасности замерзнуть. Пиявки легче выносят медленный переход от тепла к холоду и обратно, нежели быстрый, внезапный жар, и могут выдержать даже 38 "С тепла и б °С холода. Примечательно, что молодые пиявки выносят повышенную температуру лучше старых, которые зато не так чувствительны к холоду. В жаркое летнее время года емкость обязательно следует хранить в прохладном месте, выносить на свежий воздух в сад, огород, а зимой -- держать в теплой комнате.

Воздух помещения должен быть чистым, особенно в зимнее время, не иметь никаких запахов, табачного дыма. Не должно быть и шума, ибо даже самый незначительный звук может встревожить пиявок и повлечь за собой их оживление и медленные сокращения тела; при частом повторении шумы весьма неблагоприятно сказываются на голодных животных и содействуют их истощению.

Для защиты пиявок от сильного света помещение лучше затемнить или покрыть банку легким темным холстом, периодически снимаемым, а можно нижнюю часть ее закрасить черной краской.

Напившихся кровью пиявок никогда нельзя вводить в емкость, где сберегаются свежие пиявки, а также соединять с теми, которые очищены от крови.

Кормление пиявок

Питаются пиявки жидким кормом, и несомненно, что не одна кровь животных должна служить им пищей. Зародыши в коконах питаются находящимися в них слизистыми органическими веществами, детеныши и молодые пиявки -- слизью водяных растений, инфузориями, личинками водяных насекомых, маленькими моллюсками, червями. Совсем другое дело -- взрослые пиявки. Они питаются кровью, будучи одарены способностью прокусывать зубчиками кожу человека на всех местах тела, а тем более слизистую оболочку, а также твердые покровы всякого рода животных. Пиявки настолько прожорливы, что могут сосать кровь даже тогда, когда в их желудке содержится еще много неусвоенной крови. Голодные же пиявки сильно теряют в массе, становятся тощими.

Как доказали многочисленные наблюдения, другой род пищи взрослые пиявки большей частью отвергают. Однако природа приспособила их к возможности долгого ожидания подходящей еды. Находясь в чистой воде, они теряют за год жизни более чем четвертую часть своей массы. Но не могут же они всю жизнь совершенно обходиться без еды! И поэтому пиявки довольствуются хотя бы малым: питательными веществами, в большей или меньшей мере содержащимися в пресной воде. Голодные, они с неимоверной жадностью набрасываются на первый попавшийся им в воде предмет, в надежде хоть чем-нибудь поживиться, даже гнилушкой, мертвечиной (они присасываются и к трупам, но скоро от них отпадают) или присасываются к сытым пиявкам с полными желудочными сумками (особенно если сытые и голодные находятся в одной посуде).

И это несмотря на то, что всосанная пиявкой кровь в ее теле изменяется и принимает особый противный запах, отталкивающий даже проголодавшихся пиявок. Кровь, выжатая из насосавшихся пиявок сразу, снова и безвредно может поглощаться другими. Более того, совершенно голодные пиявки вынужденно нападают на себе подобных, и слабые делаются жертвами сильных, а насыщенные -- голодных. Каннибализм присущ пиявкам, особенно конским. Будучи голодными или недостаточно насосавшимися, они набрасываются на более крупных животных, хорошо напившихся кровью, высасывая ее у них, вплоть до гибели последних.

Медицинская пиявка может сосать кровь представителей всех классов позвоночных, нападает на крупный рогатый скот, лошадей, приходящих на водопой, и на людей. Высосав значительную часть крови своих жертв, во многих случаях они могут вызвать их гибель. Поэтому пиявки являются хищниками. В начале века были сообщения, что девяти голодных кровососок достаточно, чтобы до смерти закусать лошадь (возможно, это и преувеличение). Рыбы и лягушки для них -- чаще всего, второстепенный или вынужденный источник питания, и совсем ничтожную роль играют рептилии.

В качестве резервуаров пищи пиявка использует запасные желудочные мешки, которые она наполняет при благоприятных условиях внешней среды, благодаря чему может долгое время не питаться. Хорошо насытившейся пиявке с невыжатой кровью требуется минимум полгода для ее переваривания. Из всех пиявок продолжительность периода голодания, не вызывающая гибели, самая большая у медицинской пиявки. Она привлекает внимание исследователей рядом интересных особенностей в обмене веществ, а именно -- способностью переносить длительное время голод (от 1 года до 3 лет) и очень медленно переваривать пищу.

Количество раз принятой крови может превышать в три раза массу ее тела еще и потому, что пиявка способна сосать кровь даже тогда, когда в ее желудке содержится еще много неусвоенной, и она даже может умереть от обжорства, если не отрыгнет. Кровь переваривается сравнительно медленно, что связывают с наличием собственно ферментов, расщепляющих нативный белок в желудке, частично в кишечнике, а также с веществом, оказывающим тормозящее влияние на них. Но когда запасы крови в кишечнике уже исчерпаны, способность продолжать долго жить без пищи объясняют сильным развитием соединительных тканей тела' пиявки, богатых запасными веществами, синтезируемыми за счет веществ высосанной ими крови. В целом это зависит от возраста и состояния здоровья пиявки, степени насыщения кровью, времени года и пр. К тому же голодающие пиявки растут медленно, и поэтому в искусственных заповедниках их необходимо кормить.

Размножение пиявок в домашних условиях

Различные случаи выращивания пиявок в искусственных условиях с очевидностью показали (и это важно учитывать при их разведении):

?способность пиявок в течение многих месяцев обходиться без пищи, но в то же время их «длительный пост» после принятия пищи вовсе не является для них необходимостью;

?даже при частых кормлениях они за один прием жадно поглощают большие количества крови;

?именно при частых кормлениях кровью без ограничения пиявки быстро достигают большой массы;

?при таком пищевом режиме медицинские пиявки не только не погибают, но и обнаруживают все признаки совершенно здоровых животных

Половые особенности пиявок весьма замечательны: они обоеполые, двуснастные (гермафродиты), имеют органы обоих полов -- мужской и женский. Половые органы значительно развиты, весьма сложны, расположены на брюшной поверхности животного, по средней линии тела, ближе к переднему его концу. Они близко отстоят друг от друга, мужской орган (стволик с крайней плотью, мошонкой и яичками) находится впереди женского (маточный рукав, матка с яйцепроводом и яичниками). Пиявка не оплодотворяет саму себя, но совокупляется с другой пиявкой, иногда с двумя, оплодотворяя таким образом своего партнера и в то же время сама им оплодотворяется.

Совокупление может продолжаться от 15 до 18 часов. Период полового возбуждения (на третьем году жизни, а в искусственных условиях пиявки способны к деторождению примерно к 22 месяцам своего возраста) -- весна, лето, но может быть конец осени и даже значительно позднее. Плодоношение продолжается от 30 до 40 суток, после чего из матки выходят яйца, обернутые толстым слоем слизистого вещества, которое скоро твердеет, превращаясь в кокон, похожий на кокон шелковичного червя. Внутри его полости находится вода и от 15 до 30 яиц. Пиявки зарывают коконы в землю, в берега своего местожительства, в конические впадины или между камнями.

Через 40 суток, при благоприятных обстоятельствах, особенно в солнечную погоду, из яиц вылупляются детеныши пиявки; они выползают из кокона через малое отверстие на его конусе. Детеныш так мал, что заметен только при шевелении, но сразу же обнаруживает жадность к пище. Он белого цвета и лишь через несколько месяцев слабо окрашивается от хвоста к голове и цветом отличается от взрослой пиявки. Растут детеныши медленно (особенно первые два года), от пяти до восьми лет, и могут жить лет двадцать. В естественных условиях пиявка достигает необходимой для лечения величины не раньше чем в пять лет и с трех-четырехлетнего возраста годна к медицинскому употреблению.

В искусственных условиях пиявку можно вырастить до массы, пригодной для применения в медицине (1,5 -- 2 грамма) в течение от 12 -- 15 месяцев до 3 лет. Живут они в среднем 3 -- 4 года, редко -- до восьми лет и более.

Эксперименты. Изучение молекулярно-генетических механизмов распознавания медицинской пиявкой различных запахов, в частности, запахов крови животных, служащих медицинской пиявке пищей; биоиндикация загрязнения пресных водоемов европейской части России с использованием медицинской пиявки как биоиндикатора; выявление способности некоторых медицинских пиявок к передаче ряда инфекционных заболеваний на молекулярно-генетическом уровне.

Актуальность: тема проводимого мною исследования актуальна, поскольку медицинская пиявка является достаточно эффективным лечебным средством при лечении ряда заболеваний. Поэтому должен проводиться тщательный отбор особей для их последующего применения в лечебной практике. Также не менее важно правильное их содержание. Кроме того, геном медицинской пиявки, как и любого другого живого организма, подвержен различным мутациям, которые влияя на синтез, структуру и функционирование гирудина, непременно отражаются на эффективности использования медицинской пиявки как лечебного средства. В этой связи данное исследование направлено на изучение молекулярногенетического механизма синтеза и функционирования гирудина и влияния на эти процессы различных мутаций.

Размещено на Allbest.ru