Основні стадії репродукції вірусу в клітині хазяїна

Взаємодія вірусу з клітиною хазяїна - це складний багатоступінчастий процес, який починається з адсорбції вірусних частинок на рецепторах клітини господаря і триває після їх проникнення всередину клітини. В результаті такої взаємодії розвивається або продуктивна, або абортивна, або інтегративна форма клітинної інфекції. При п р.о дуктівной формі відбувається розмноження, точніше репродукція (лат. Reproduce-відтворювати) вірусу, при абортивної - її порушення на одному з етапів, при інтегративної - інтеграція вірусної нуклеїнової кислоти в клітинний геном.

Як зазначалося вище, віруси є самореплицирующихся формою, нездатною до бінарним поділом, на відміну від мікроорганізмів з клітинної організацією. У 50-х роках було встановлено, що розмноження, або репродукція, вірусів відбувається шляхом реплікації їх нуклеїнової кислоти і біосинтезу білків з наступною самосборке віріона. Цей процес відбувається в різних частинах клітини - ядрі або цитоплазмі, внаслідок чого отримав назву диз'юнктивного, т. Е. Роз'єднаного розмноження.

Вірусна репродукція є унікальною форму вираження чужорідної (вірусної) інформації в клітинах людини і тварин, комах, рослин і бактерій, яка складається в підпорядкуванні клітинних матрично-генетичних механізмів вірусної інформації.

1-я стадія - адсорбція - характеризується прикріпленням віріона до клітинних рецепторів, які представляють собою Глік-протеїни клітинної мембрани, що містить нейрамінової кислоту. Такі рецептори є у ряду клітин, зокрема еритроцитів, на яких адсорбіруются1 багато вірусів. Для орто- і парамиксовирусов специфічними рецепторами є гліколіпіди, що містять сіалова кислоту (гангліозиди), для інших - білки або ліпіди клітинної мембрани.

Рецепторами вірусів є так звані «прикріпні» білки, які містяться в складі капсидов простих віріонів і суперкапсиду складних віріонів. Вони можуть мати форму ниток (фібри у аденовірусів) або шипів (Глік-протеїнові освіти на зовнішній оболонці орто- і параміксо-, рабдо-, арено- і буньявірусов).

Перший етап адсорбції визначається неспецифічними силами міжмолекулярної тяжіння, другий - специфічної структурної гомології або комплементарностью рецепторів чутливих клітин і вірусів.

2-я стадія - проникнення вірусу в клітину господаря відбувається шляхом віропексіса і злиття мембран. Віропексіса є не що інше, як окремий випадок рецепторного ендоцитозу, який складається в инвагинации ділянки плазматичної мембрани, де є поглиблення, вкриті рецепторами зовні, на яких адсорбується вірус (рис. 5.3). Потім відбувається утворення вакуолі навколо вірусу, в складі якої він знаходиться в цитоплазмі клітини господаря. Описаний спосіб проникнення вірусних частинок характерний для аденовірусів, вірусу грипу і ін.

Проникнення вірусної частки в клітку господаря може статися і шляхом злиття мембран (рис. 5.4). В цьому випадку вірусна оболонка зливається з мембраною клітини господаря, в результаті чого внутрішні структури ( «серцевина») віріона виявляються в цитоплазмі зараженої клітини, а при злитті з ядерною мембраною - в клітинному ядрі.

3-тя стадія - «роздягання» віріонів - полягає в їх депротеїнізації і звільнення від суперкапсиду і капсида, що перешкоджають реплікації вірусної нуклеїнової кислоти. «Роздягання» віріона починається відразу ж після його прикріплення до клітинних рецепторів і триває в ендоцітарной вакуолі і її злиття з лізосомами за участю протеолітичних ферментів, а також в ядерних порах і околоядерном просторі при злитті з ядерною мембраною.

4-я стадія полягає в транскрипції і реплікації вірусних геномів. Транскрипція вірусного генома двунітевих ДНК-вірусів відбувається, так само як і клітинного генома, по тріаді ДНК -> - іРНК -> - білок (рис. 5.5, а). Відмінності стосуються тільки походження ферменту ДНК-залежної РНК-полімерази, необхідної для даного процесу. У вірусів, геном яких транскрибується в цитоплазмі клітини господаря (наприклад, вірус віспи), є власна вірусспеціфіческой РНК-полімераза. Віруси, геноми яких транскрибируются в ядрі (папова- і аденовіруси, віруси герпесу), використовують міститься там клітинну РНК-полімерази II або III.

У РНК-вірусів транскрипція їх генома здійснюється декількома шляхами.

1. Віруси з негативним геномом (мінус-Стек гілок, рис. 5.5, б), до яких відносяться орто-, параміксо- і рабдовіруси (див. Табл. 5.1), мають у своєму складі вірусспеціфіческой РНК-полімерази або транскриптазу. Вони синтезують «РНК на матриці геномної РНК. Подібний фермент відсутній в нормальних клітинах, але синтезується клітинами, зараженими вірусами.

Він знаходиться в складі як однониткових, так і двунітевих РНК-вірусів.

2. У вірусів з позитивним геномом до яких відносяться пікорна-, тогавирусов і ін., Функцію іРНК виконує сам геном, який транслює міститься в ньому інформацію на рибосоми клітини господаря.

3. Окремо стоїть група РНК-містять ретровірусів, в складі яких є зворотна транскриптаза, або ревертаза. Унікальність цього ферменту полягає в його здатності переписувати інформацію з РНК на ДНК. Цей процес зветься зворотною транскрипцією

Як зазначалося вище, кількість генів у вірусному геномі досить обмежена. Тому для збільшення кількості вірусної інформації існує своєрідний трансляційний механізм, що функціонує через іРНК, який передає значно більше інформації, ніж записано в вірусної нуклеїнової кислоти. Це досягається різними шляхами, наприклад при транскрипції інформації з переписувати ділянок ДНК на «РНК шляхом сплайсингу (вирізання безглуздих кодонів і зшивання кінців), а також при зчитуванні антикодон гРНК однієї і тієї ж молекули іРНК з різних нуклеоті-дов. При цьому утворюються нові триплети, що збільшують кількість транслюється інформації.

Регуляція транскрипції здійснюється клітинними і вірусспеціфіческой механізмами. Вона полягає в послідовному зчитуванні інформації з так званих «ранніх» і «пізніх» генів. У перших закодована інформація для синтезу вирусспецифических ферментів транскрипції і реплікації, по-друге - для синтезу капсидних білків.

Вірусспеціфіческой інформація транслюється на рибосоми клітини господаря, які попередньо звільняються від клітинних білків і збираються в вірусспеціфіческой полісоми пана еплілацпл піруінил геномів полягає в синтезі молекул ДНК або РНК, які накопичуються в фондах цих нуклеїнових кислот, що використовуються при складанні віріонів.

Реплікація вірусної ДНК відбувається на обох нитках за участю клітинної ДНК-полімерази. У однониткових вірусів спочатку утворюється друга нитка (репликативная форма).

Реплікація вірусних РНК відбувається тільки за участю того ж вірусспецифічного ферменту, який каталізує транскрипцію вірусного генома. У плюс-Стек гілок вірусів реплікація РНК практично не відрізняється від їх транскрипції. У мінус-Стек гілок вірусів реплікація відрізняється від транскрипції довжиною утворилися дочірніх молекул РНК. При реплікації вони повністю відповідають по своїй протяжності материнської нитки, а при транскрипції утворюються укорочені молекули іРНК.

У ретровірусів реплікація, так само як і транскрипція ДНК, відбувається в складі клітинного геному за участю клітинної ДНК-полімерази.

5-я стадія - складання віріона - полягає насамперед в освіті нуклеокапсидов. Оскільки синтез вірусних нуклеїнових кислот і білків в клітині відбувається в різних структурах клітини, необхідна транспортування складових частин віріона в одне місце збірки. При цьому вірусні білки і нуклеїнові кислоти мають здатність впізнавати і мимовільно з'єднуватися один з одним. В основі самозборки простих віріонів лежить здатність вірусних поліпептидів з'єднуватися в капсомери, які, розташовуючись навколо осей симетрії, утворюють багатогранник. В інших випадках поліпептиди у вигляді спіралі оточують вірусну нуклеїнову кислоту.

Багато простих віріони збираються на реплікативних комплексах- мембранах ендоплазматичного ретікулума.'У складних віріонів збірка нуклеокапсида починається на реплікативних комплексах, а потім продовжується на плазматичній мембрані, з зовнішньої сторони якої розташовуються суперкапсідние глікопротеїди. Потім глікопротеідние і примикають до них з іншого боку нуклеокапсідний ділянки випинаються через клітинну мембрану, утворюючи нирку, як це має місце у орто- і парамиксовирусов, рабдовірусів. Після відділення нирки, що містить нуклеокапсид і суперкапсідние білки, утворюються вільні віріони. Вони або через клітинну плазматичну мембрану проходять в позаклітинний простір, або через мембрану ЕПР проникають в вакуоль ендоплазматичноїмережі. При цьому мембранні ліпіди обволікають нирку, витісняючи з неї білки. Багато ДНК-віруси, наприклад вірус герпесу, збираються в ядрі клітини на її мембрані, де утворюються нуклеокапсиди. Потім вони відокремлюються в перинуклеарное простір, набуваючи зовнішню оболонку. Подальше формування віріона відбувається в мембранах цитоплазматического ретикулума і в апараті Гольджі, куди вірус транспортується на поверхню клітини.

6-я стадія - вихід вірусних часток із клітини - відбувається двома шляхами. Прості віруси, позбавлені суперкапсиду, наприклад пікорнавіруси, аденовіруси та ін. Викликають деструкцію клітини і потрапляють в позаклітинний простір. Інші віруси, що мають ліпопротеїднихоболонку зовнішню оболонку, виходять з клітини шляхом брунькування, в результаті чого протягом тривалого часу вона зберігає свою життєздатність. Такий шлях характерний для вірусу грипу і ін.