ВІРУСНА РЕПЛІКАЦІЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЦИКЛ РЕПЛІКАЦІЇ ВІРУСУ, ПРИКЛАД (HIV) - БІОЛОГІЯ - 2025

Реплікація вірусу є те , як різні типи вірусів розмножуються в клітинах вторгнення. Ці ДНК або РНК мають багато різних стратегій набору структур всередині клітини та використання їх для отримання копій самих себе.

Біологічна "функція" будь-якого типу вірусної реплікації полягає в генеруванні нових вірусних геномів і білків у достатній кількості для забезпечення поширення вірусного геному, який вторгся до клітини.

Етапи вірусної реплікації (Джерело: Алехандро Порто через Wikimedia Commons)

Усі відомі на сьогоднішній день віруси потребують клітинних ферментів для їх розмноження, оскільки вони не мають власних ферментів, які дозволять їм розмножуватися та розмножуватися самостійно.

Вірусні молекули здатні проникнути практично в будь-який тип клітин на біосферу.

Завдяки цьому людство спрямовувало велику кількість ресурсів та зусиль на розуміння не лише функціонування вірусів, але й вірусної реплікації, оскільки цей процес є ключовим для адекватного контролю всіх захворювань, які є продуктом зараження вірусного походження.

Віруси повинні потрапити до нутрощів клітин, і для цього вони повинні створити спеціалізовані механізми для "обходу" ендогенної захисної сили їх господарів. Потрапивши всередину «колонізуючих» особин, вони повинні мати можливість увійти до своїх клітин і копіювати свій геном і білки.

характеристики

Реплікація вірусу представляє важливі варіації у кожного виду вірусу; Крім того, один і той же вид може містити різні серотипи, "квазіспецифіки" та віруси з великими модифікаціями своєї геномної послідовності.

Геном вірусів може складатися з нуклеїнових кислот, таких як ДНК, РНК або обидві, одно- або двосмугові. Зазначені молекули можуть бути також круглої лінійної форми, такі як "шпильки" (шпилька) серед інших.

Внаслідок великої розбіжності в структурі вірусів, існує велике різноманіття стратегій та механізмів здійснення реплікації. Однак деякі більш-менш загальні кроки поділяються між усіма видами.

Цикл вірусної реплікації

Джерело зображення: не надано машиночитаного автора. Припускається Гуагуагуагуа (ґрунтується на претензіях на авторське право).

Як правило, загальний цикл реплікації вірусу включає 6 або 7 етапів, які є:

1- Адсорбція або зв'язування з клітиною,

2- Проникнення або потрапляння в клітину

3- Вивільнення геному

4- Реплікація геному

5- Збірка

6- Дозрілий

7- Лізис або випуск брунькуванням

Адсорбція або зв'язування з клітиною

В даний час віруси мають у своїй структурі білок або молекулу, відомий як антирецептор, який зв’язується з однією або декількома макромолекулами на зовнішній мембрані клітини, в яку вони хочуть ввести. Ці молекули, як правило, є глікопротеїнами або ліпідами.

Глікопротеїни або ліпіди на зовнішній мембрані клітини "мішені" відомі як рецептори, а віруси прилипають або ковалентно зв'язуються з цими рецепторами, використовуючи свою білкову або антирецепторну молекулу.

Проникнення або потрапляння в клітину

Після того, як вірус кріпиться до зовнішньої мембрани клітини через рецептор-антирецепторний зв'язок, він може потрапити в клітину через три механізми: ендоцитоз, злиття з клітинною мембраною або транслокацію.

Коли входження відбувається ендоцитозом, клітина створює невелику щілину в певній області мембрани, саме там, де приєднаний вірус. Потім клітина утворює своєрідну везикулу навколо вірусної частинки, яка інтерналізується і, потрапивши всередину, розпадається, вивільняючи вірус у цитозол.

Ендоцитоз є чи не найпоширенішим механізмом введення вірусів, оскільки клітини постійно інтерналізують везикули у відповідь на різні внутрішні та зовнішні подразники та для різних функціональних цілей.

Злиття з клітинною мембраною - це механізм, який може здійснюватися лише вірусами, які огорнуті захисним покривом, званим капсидом. Під час цього процесу компоненти капсиду зливаються з клітинною мембраною, а внутрішня частина капсиду вивільняється в цитозол.

Транслокація рідко була задокументована і до кінця не вивчена. Однак відомо, що вірус прилипає до макромолекули рецептора на поверхні мембрани і інтерналізується через інтеркаляцію між компонентами клітинної мембрани.

Випуск геному

Цей процес є найменш вивченим і, можливо, найменш вивченим при вірусної реплікації. Під час неї капсид видаляється, оголюючи геном вірусу з пов'язаними з ним нуклеопротеїнами.

Було висунуто гіпотезу, що оболонка вірусного геному зрощена з ендоцитозованою везикулою. Крім того, вважається, що цей етап реплікації ініціюється деяким внутрішнім для клітини фактором, таким як рН або зміна концентрації електроліту тощо.

Реплікація вірусного геному

Процеси реплікації вірусного геному сильно відрізняються між кожним видом вірусу; насправді віруси класифікуються на 7 різних класів за типом нуклеїнової кислоти, що складає їх геном.

Як правило, більшість вірусів ДНК розмножуються всередині ядра клітин, в яке вони вторгуються, тоді як більшість вірусів РНК реплікуються в цитозолі.

Деякі одноланцюгові (одноланцюгові) віруси ДНК проникають у клітинне ядро ​​і служать ланцюгами "шаблону" для синтезу та розмноження більше одноланцюгових молекул ДНК.

Інші дводіапазонні РНК-віруси синтезують свій геном через сегменти, і як тільки всі сегменти синтезуються, вони збираються в цитозолі клітини-господаря. Деякі геноми містять у своєму геномі генетичну послідовність, яка має інформацію для кодування РНК-полімерази.

Як тільки ця РНК-полімераза переведена, починається реплікація декількох копій вірусного геному. Цей фермент може генерувати месенджерні РНК для вироблення білків, які дадуть початок капсиду вірусу та інших його компонентів.

Асамблея

Після синтезування декількох копій вірусного геному та всіх компонентів капсиду все це спрямовується на певний ділянку клітини, наприклад, ядро ​​або цитоплазму, де вони збираються як зрілі віруси.

Багато авторів не визнають збирання, дозрівання та лізис як окремі процеси в життєвому циклі вірусів, оскільки багато разів ці процеси відбуваються послідовно при концентрації частин та геному вірусу всередині клітини він дуже високий.

Дозріла

Під час цієї фази вірус стає "інфекційним"; тобто зрілі білки капсидів або відбуваються конформаційні зміни, які перетворюють початкову структуру в частинки, здатні інфікувати інші клітини.

Деякі віруси дозрівають у структурі клітин, які вони заражають, інші роблять це лише після того, як вони викликають лізис клітин.

Лізис або випуск брунькуванням

У більшості вірусів вивільнення відбувається шляхом лізису або брунькування. При лізисі клітина руйнується і вивільняє весь свій вміст у позаклітинне середовище, дозволяючи зібраним та зрілим вірусам вільно подорожувати, щоб знайти іншу клітину для зараження.

Вивільнення шляхом бутонізації характерне для вірусів, що мають оболонку ліпідів та білків. Вони проходять через плазматичну мембрану, утворюючи свого роду внутрішньоклітинні везикули.

Приклад вірусної реплікації (ВІЛ)

Цикл вірусної реплікації вірусу ВІЛ. Джерело: Jmarchn

Вірус імунодефіциту людини, більш відомий як ВІЛ, є одним із вірусів, який спричинив найбільшу кількість смертей людини у світі. Це вірус РНК, який безпосередньо впливає на тип лейкоцитів, які називають лімфоцитами CD4.

Фіксація вірусу здійснюється шляхом розпізнавання та об'єднання білків капсиду вірусу з білками клітинної мембрани лімфоцитів CD4. Згодом капсид зливається з клітинною мембраною і вміст вірусу спорожняється всередину.

У цитоплазмі РНК транскрибується назад і утворює дві смуги ДНК, які є взаємодоповнюючими. Двосмугова молекула ДНК інтегрується в геном клітини-господаря, в даному випадку лімфоцит CD4.

Як частина генетичної інформації клітини, ДНК вірусного походження транскрибується і перекладається так само, як і будь-яка нитка геномної ДНК лімфоцита.

Після того, як всі компоненти вірусу виробляються в цитозолі, вірусні частинки збираються та виганяються в позаклітинне середовище через брунькування. Кілька сотень тисяч шишок утворюються і, звільняючись, дають зрілі частинки ВІЛ.

Список літератури

1. Burrell, CJ, Howard, CR, & Murphy, FA (2016). Медична вірусологія Феннера та Уайта. Академічна преса.
2. Розас-Акоста, Г. (Ред.). (2013). Вірусна реплікація. BoD - Книги на вимогу.
3. Saag, MS, Holodniy, M., Kuritzkes, DR, O'Brien, WA, Coombs, R., Poscher, ME, … & Volberding, PA (1996). В клінічній практиці маркери вірусного навантаження на ВІЛ. Медицина природи, 2 (6), 625.
4. Шмід, М., Шпайзер, Т., Добнер, Т., та Гонсалес, РА (2014). Відсіки для реплікації ДНК. Журнал вірусології, 88 (3), 1404-1420.
5. Wunner, BD, Macfarlan, RI, Smith, CL, Golub, E., and Wiktor, TJ (1986). Інститут підвищення кваліфікації НАТО: МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ ВІРНАЛЬНОЇ ЗАМОВЛЕННЯ. Журнал вірусологічних методів, 13, 87-90. Cheng, RH, і Miyamura, T. (2008). На основі структури дослідження вірусної реплікації: за допомогою компакт-диска. Всесвітній науковий.