ВИРУСНА РЕПЛИКАЦИЯ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ЦИКЪЛ НА ВИРУСНА РЕПЛИКАЦИЯ, ПРИМЕР (HIV) - БИОЛОГИЯ - 2025

В вирусната репликация е начинът, по различните видове вируси се размножават в клетките навлезе. Тези ДНК или РНК образувания имат много различни стратегии за набиране на структури в клетката и използването им за създаване на копия от себе си.

Биологичната "функция" на всеки тип вирусна репликация е да генерира нови вирусни геноми и протеини в достатъчни количества, за да се осигури разпространението на вирусен геном, който нахлу в клетката.

Стъпки на вирусна репликация (Източник: Алехандро Порто през Wikimedia Commons)

Всички известни досега вируси се нуждаят от клетъчни ензими за тяхното размножаване, тъй като те нямат свои собствени ензими, които им позволяват да се размножават и да се размножават самостоятелно.

Вирусните молекули са способни да нахлуят практически всеки тип клетки в биосферата.

Поради това човечеството е насочило голямо количество ресурси и усилия да разбере не само функционирането на вирусите, но и вирусната репликация, тъй като този процес е ключов за адекватния контрол на всички болести, които са продукт на инфекция на вирусен произход.

Вирусите трябва да достигнат до вътрешността на клетките и за да направят това, трябва да въведат специализирани механизми за „заобикаляне“ на ендогенните защитни сили на техните домакини. Попаднали вътре в „колонизиращите“ индивиди, те трябва да могат да влязат в клетките си и да възпроизведат своя геном и протеини.

характеристики

Вирусната репликация представя важни вариации при всеки вид вирус; Освен това, един и същ вид може да съдържа различни серотипове, „квазиспекции“ и вируси с големи модификации в геномната си последователност.

Геномът на вирусите може да бъде съставен от нуклеинови киселини като ДНК, РНК или и двете, единична или двойна група. Споменатите молекули могат също да имат кръгла, линейна форма, като например "фиби за коса" (коса), между другото.

В резултат на голямото различие в структурата на вирусите, има голямо разнообразие от стратегии и механизми за осъществяване на репликация. Въпреки това, някои повече или по-малко общи стъпки са споделени между всички видове.

Цикъл на вирусна репликация

Източник на изображението: Не е предоставен машинно четим автор. Предполага се Гуагуагуагуа (въз основа на претенции за авторски права).

Като цяло, общият цикъл на репликация на вируса включва 6 или 7 етапа, които са:

1- Адсорбция или свързване към клетката, 2- Проникване или влизане в клетката

3- Освобождаване на геном

4- репликация на геном

5- Монтаж

6- зрели

7- Лиза или освобождаване чрез пъпкуване

Адсорбция или свързване към клетката

Понастоящем вирусите имат в своята структура протеин или молекула, известна като антирецептор, която се свързва с една или повече макромолекули на външната мембрана на клетката, в която желаят да влязат. Тези молекули обикновено са гликопротеини или липиди.

Гликопротеините или липидите по външната мембрана на "целевата" клетка са известни като рецептори, а вирусите се прилепват или ковалентно се свързват с тези рецептори, използвайки тяхната протеинова или антирецепторна молекула.

Проникване или влизане в клетката

След като вирус се прикрепи към външната мембрана на клетката чрез съединението рецептор-антирецептор, той може да влезе в клетката чрез три механизма: ендоцитоза, сливане с клетъчната мембрана или транслокация.

Когато влизането става чрез ендоцитоза, клетката създава малка цепнатина в определен участък на мембраната, точно там, където е прикрепен вирусът. След това клетката образува един вид везикул около вирусната частица, която се интернализира и веднъж вътре се разпада, освобождавайки вируса в цитозола.

Ендоцитозата е може би най-често срещаният механизъм за влизане на вируси, тъй като клетките постоянно интернализират везикулите в отговор на различни вътрешни и външни стимули и за различни функционални цели.

Сливането с клетъчната мембрана е механизъм, който може да се осъществява само от вируси, които са обвити от защитно покритие, наречено капсид. По време на този процес компонентите на капсида се сливат с клетъчната мембрана, а вътрешността на капсида се освобождава в цитозола.

Транслокацията рядко е документирана и не е напълно изяснена. Известно е обаче, че вирусът се придържа към рецепторна макромолекула на повърхността на мембраната и се интернализира чрез интеркалиране между компонентите на клетъчната мембрана.

Освобождаване на геном

Този процес е най-слабо разбран и може би най-малко проучен при вирусна репликация. По време на него капсидът се отстранява, излагайки вирусния геном със свързаните с него нуклеопротеини.

Хипотеза е, че обвивката на вирусния геном е слета с ендоцитозирания везикул. Освен това се смята, че този етап на репликация се задейства от някакъв вътрешен за клетката фактор, като рН или промяна в концентрацията на електролити и т.н.

Репликация на вирусен геном

Процесите на репликация на вирусен геном са силно променливи между всеки вид вирус; всъщност вирусите се класифицират в 7 различни класа според вида на нуклеиновата киселина, която съставя техния геном.

Като общо правило, повечето ДНК вируси се репликират в ядрото на клетките, в които нахлуват, докато повечето РНК вируси се репликират в цитозола.

Някои едноверижни (едноверижни) ДНК вируси проникват в клетъчното ядро ​​и служат като "шаблонни" вериги за синтеза и размножаването на повече едноверижни ДНК молекули.

Други двулентови РНК вируси синтезират генома си чрез сегменти и след като всички сегменти се синтезират, те се събират в цитозола на клетката гостоприемник. Някои геноми съдържат в своя геном генетичната последователност, която има информация за кодиране на РНК полимераза.

След като тази РНК полимераза се преведе, започва репликацията на множество копия на вирусен геном. Този ензим може да генерира месингови РНК, за да произведе протеините, които ще доведат до капсид на вируса и други негови компоненти.

монтаж

След като са синтезирани множество копия на вирусен геном и всички компоненти на капсида, всички те са насочени към конкретен сайт на клетката, като ядрото или цитоплазма, където те се сглобяват като зрели вируси.

Много автори не признават сглобяването, узряването и лизиса като отделни процеси в жизнения цикъл на вирусите, тъй като много пъти тези процеси протичат последователно, когато концентрацията на частите и генома на вируса вътре в клетката тя е много висока.

отлежала

По време на тази фаза вирусът става "заразен"; това означава, че капсидните протеини зреят или настъпват конформационни промени, които превръщат началната структура в частици, способни да заразят други клетки.

Някои вируси узряват структурите си вътре в клетките, които заразяват, други го правят само след като причинят клетъчен лизис.

Лиза или освобождаване чрез пъпкуване

При повечето вируси освобождаването става чрез лизис или напъпване. При лизис клетката се разрушава и освобождава цялото си съдържание в извънклетъчната среда, което позволява на сглобените и зрели вируси да пътуват свободно, за да намерят друга клетка, която да заразят.

Освобождаването чрез пъпкуване е специфично за вирусите, които притежават липидна и протеинова обвивка. Те преминават през плазмената мембрана, образувайки вид вътреклетъчни везикули.

Пример за вирусна репликация (ХИВ)

Цикъл на вирусна репликация на ХИВ вируса. Източник: Jmarchn

Вирусът на човешкия имунодефицит, по-известен като ХИВ, е един от вирусите, причинили най-голям брой човешки смъртни случаи в света. Това е РНК вирус, който пряко засяга тип бели кръвни клетки, наречени CD4 лимфоцити.

Фиксирането на вируса се осъществява чрез разпознаването и обединяването на протеините на капсида на вируса с протеините на клетъчната мембрана на CD4 лимфоцитите. Впоследствие капсидът се слива с клетъчната мембрана и съдържанието на вируса се изпразва вътре.

В цитоплазмата РНК се транскрибира обратно и образува две ДНК ленти, които се допълват. Двулучевата ДНК молекула се интегрира в генома на клетката гостоприемник, в този случай лимфоцитът CD4.

Като част от генетичната информация на клетката, ДНК с вирусен произход се транскрибира и превежда, както би направил всеки направление от геномна ДНК на лимфоцита.

След като всички компоненти на вируса са произведени в цитозола, вирусните частици се събират и изгонват към извънклетъчната среда чрез уплътняване. Няколкостотин хиляди неравности образуват и при освобождаване пораждат зрели частици от ХИВ.

Препратки

1. Burrell, CJ, Howard, CR, & Murphy, FA (2016). Медицинската вирусология на Fenner and White. Академична преса.
2. Розас-Акоста, Г. (Изд.). (2013). Вирусна репликация. BoD - Книги по поръчка.
3. Saag, MS, Holodniy, M., Kuritzkes, DR, O'Brien, WA, Coombs, R., Poscher, ME,… & Volberding, PA (1996). Маркери за вирусно натоварване с ХИВ в клиничната практика. Природната медицина, 2 (6), 625.
4. Schmid, M., Speiserer, T., Dobner, T., & González, RA (2014). Отделения за репликация на ДНК вирус. Журнал по вирусология, 88 (3), 1404-1420.
5. Wunner, BD, Macfarlan, RI, Smith, CL, Golub, E., & Wiktor, TJ (1986). Институт за напреднали изследвания на НАТО: МОЛЕКУЛЯРНАТА ОСНОВА НА ВИРАЛНАТА РЕПЛИКАЦИЯ. Списание за вирусологични методи, 13, 87-90. Cheng, RH, и Miyamura, T. (2008). Структурно базирано проучване за вирусна репликация: С CD-ROM. Световна научна.