РОЗМНОЖЕННЯ ВІРУСІВ: ФАЗИ ТА ХАРАКТЕРИСТИКИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Розмноження вірусів або вірусної реплікації є подією , з допомогою якого вірус розмножується частки на кілька порядків, по викраденню ферментативного апарату клітини - господаря. Оскільки віруси не складаються з клітин, вони не можуть розмножуватись самостійно, суворо вимагаючи від цього стільникового господаря.

Є дві загальні альтернативи, за допомогою яких вірус може розмножуватися: літичний цикл або лізогенний цикл. Обидва процеси широко вивчені у вірусів, які заражають бактерії або бактеріофаги.

Репродуктивний цикл вірусів.
1-фіксація
2-проникнення
3-розгортання
4-синтезу (4a-транскрипція, 4b-переклад, 4c-геномна реплікація)
5-збірка
6-вивільнення
Джерело: Franciscosp2

Літичний цикл завершується розривом клітини-господаря, тоді як у лізогенному циклі клітина продовжує жити з генетичним матеріалом вірусу всередині.

У випадку літичного шляху вірус знаходить потенційну клітину, яку заразить, і приєднається до неї через рецептори, які він розпізнає на клітинній поверхні. Потім він вводить свою ДНК в цитоплазму, де розпочнеться виробництво структурних компонентів. Ці шматочки нуклеїнових кислот і білків збираються і вивільняються, після чого вони можуть заразити нових господарів.

Лізогенний цикл починається аналогічно, за винятком того, що ДНК вірусу пройде процес рекомбінації і буде інтегрована в хромосому свого господаря. Вірус залишається латентним всередині клітини, поки дія якогось хімічного або УФ-світла не спровокує літичний цикл.

Що таке вірус?

Перш ніж пояснити, з чого складається розмноження вірусів, ми повинні чітко ознайомитись з кількома аспектами, пов'язаними з біологією цих утворень. Віруси - це не клітини, а досить прості структури, що складаються з нуклеїнових кислот та деяких білків.

Повний і розроблений набір частинок інфекційного вірусу відомий як віріон.

На відміну від органічних істот, що складаються з клітин, віруси не мають метаболізму або обмінними речовинами контрольовано із зовнішнім середовищем. Але те, що вони можуть зробити, - це відтворення всередині біологічних систем, які виконують ці функції: тобто в живих клітинах.

З цієї причини віруси вважаються облігатними клітинними паразитами, оскільки вони не можуть завершити своє розмноження без живої клітини. Його господарями можуть бути хребетні, безхребетні, рослини, протеїсти, бактерії тощо, залежно від вивченого вірусу.

Для розмноження віруси повинні захопити ферментативну техніку свого господаря. Цей аспект має наслідки при розробці препаратів для зупинки вірусної інфекції, оскільки впливати на розмноження вірусу може перешкоджати розмноженню клітин господаря. Ми вивчимо, як цей процес відбувається нижче.

Як розмножуються віруси?

Як ми вже згадували, віруси - це біологічні частинки дуже простого характеру. Отже, нуклеїнова кислота (або ДНК, або РНК), якою вони володіють, містить інформацію для виробництва кількох білків і ферментів для побудови віріона.

В одній клітині-хазяїні віріон може виробляти тисячі вірусних частинок, подібних до початкових, використовуючи метаболічну машину свого господаря.

Незважаючи на те, що віруси та їх господарі дуже мінливі, цикл розмноження у всіх подібний. Нижче ми узагальнимо процес та покроково опишемо розмноження бактеріофагів, вірусів, які заражають бактерії. Тоді ми згадаємо деякі особливості вірусів, які заражають тварин.

Розмноження вірусів бактерій (бактеріофаги)

Бактеріофаги можуть розмножуватися двома альтернативними способами: літичним циклом або лізогенним циклом. Як випливає з назви, останній крок літики передбачає лізис (і, отже, загибель) клітини-господаря. Навпаки, лізогенний цикл передбачає розмноження вірусу з живою клітиною.

-Літичний цикл

Літичний процес у бактеріофагах T (T2, T4 і T6) у відомих бактеріях E. coli відомий дуже докладно. Процеси, які ми розповімо нижче, засновані на цих моделях дослідження.

Він відбувається в п'ять різних стадій: фіксація, проникнення, біосинтез, дозрівання та вивільнення.

Фіксація

Цей етап також відомий як адсорбція вірусу. Перше, що має відбутися, щоб вірус розмножився, - це зустріч між вірусною частинкою і клітиною-господарем. Це зіткнення відбувається випадково.

Вірус зв'язується з деяким комплементарним рецептором, який він розпізнає на клітинній поверхні; в цьому випадку в клітинній стінці бактерій. Це зв'язування є хімічною взаємодією, коли між вірусом і рецептором відбуваються слабкі зв’язки.

Проникнення

Після того, як вірус розпізнає реципієнта, він починає вводити його генетичний матеріал. Бактеріофаг виділяє фермент, який пошкоджує частину клітинної стінки. У цьому контексті вірусна частинка функціонує як підшкірний шприц, який відповідає за введення ДНК.

Біосинтез

Коли ДНК досягла цитоплазми клітини господаря, починається біосинтез генетичного матеріалу та білків відповідного організму. Синтез білка-господаря зупиняється рядом кроків, організованих вірусом.

Окупатору вдається секвестувати як вільні нуклеотиди господаря, рибосоми та амінокислоти, так і ферменти, необхідні для копіювання ДНК вірусу.

Дозрівання

Коли синтезуються всі будівельні блоки вірусів, починається процес збирання або дозрівання. Збірка компонентів вірусних частинок відбувається спонтанно, виключаючи потребу в інших генах для сприяння процесу.

Відпустіть

Після закінчення процесу збирання віруси повинні вивільнятися у позаклітинне середовище. Як ми пояснюємо літичний цикл, цей заключний крок передбачає лізис клітини, який сприяв усьому процесу.

Лізис передбачає розрив плазматичної мембрани та клітинної стінки. Деградація цього останнього компонента відбувається під дією ферменту лізоциму, який синтезується всередині клітини під час описаного процесу.

Таким чином вивільняються щойно синтезовані вірусні частинки. Вони можуть заразити сусідні клітини і повторити цикл знову.

-Лизогенний цикл

Не всі віруси проникають в клітини господаря і знищують їх ціною власного розмноження. Альтернативний спосіб розмноження називається лізогенним циклом. Віруси, здатні розмножуватися таким чином, відомі як помірні.

Хоча деякі віруси можуть розмножуватися літичним шляхом, описаним у попередньому розділі, вони також можуть розмножуватися, не руйнуючи клітину, і залишаються в ній латентними або неактивними.

Щоб описати це вам, ми використаємо в якості модельного організму бактеріофаг лямбда (λ), лізогенний бактеріофаг, який ретельно вивчений.

Етапи, на яких відбувається лізогенний цикл, це: проникнення в господаря, утворення кругової ДНК з лінійної молекули ДНК та рекомбінація з ДНК господаря.

Інтеграція вірусної ДНК у ДНК господаря

Початкові стадії протікають дуже аналогічно попередньому циклу, за винятком того, що ДНК вірусу інтегрується в ДНК клітини-господаря шляхом рекомбінації.

У такому стані вірус латентно знаходиться в клітині, і вірусна ДНК розмножується разом із ДНК господаря.

Чергування літичного та лізогенного циклу

З іншого боку, різноманітні стохастичні події можуть призвести до переходу від лізогенного до літичного циклу. Серед цих подій - вплив УФ-випромінювання або певних хімічних речовин, які призводять до висічення фагової ДНК та ініціювання лізису.

Наслідки лізогенезу

Існують важливі наслідки лізогенезу, а саме: (i) клітини лізогену несприйнятливі до наступних інфекцій того ж бактеріофага, але не до іншого вірусу; (ii) клітини можуть набувати нових характеристик, інтегруючи генетичний матеріал фага, такий як вироблення деяких токсинів та (iii) допускається спеціалізований процес трансдукції.

Розмноження вірусів тварин

В цілому, віруси тварин дотримуються схеми розмноження, досить подібної до описаної у вірусів, що заражають бактерії. Однак у деяких процесах є разючі розбіжності.

Найбільш очевидним є механізм входження в клітину, обумовлений відмінностями, що існують на структурному рівні між еукаріотичними та прокаріотичними клітинами. У тваринних клітинах рецептори складаються з білків та глікопротеїнів, які закріплені у плазматичній мембрані.

Прикладом цього є вірус ВІЛ. Для того, щоб потрапити в клітину, вірус розпізнає рецептор під назвою CCR5. Деякі особи мають делецію (тобто відсутні частини ДНК) з 32 пар основ у гені, який кодує клітинний рецептор, який руйнує білок і надає стійкість до жахливого вірусу.

Багато окупантів користуються перевагами рецепторів, які опосередковують процес ендоцитозу, щоб отримати вхід в клітину через утворення пухирців. Віруси, які вкриті мембраною, можуть потрапляти в клітину шляхом злиття ліпідних мембран.

Після проникнення вірусу синтез вірусних частинок дещо змінюється. Клітини тварин мають різні ферментативні механізми, ніж ми знаходимо в бактеріях.

Список літератури

1. Forbes, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). Діагностична мікробіологія. Мосбі.
2. Фріман, С. (2017). Біологічна наука. Пірсон освіта.
3. Мюррей, PR, Розенталь, штат Ксі, Пфаллер, Массачусетс (2015). Медична мікробіологія. Науки про здоров’я Ельзев'є.
4. Різ, Дж. Б., Уррі, Лос-Анджелес, Кейн, ML, Васерман, SA, Мінорський, П. В., і Джексон, РБ (2014). Кемпбелл біологія. Пірсонова освіта.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Мікробіологія. Вступ. Пірсон.