ВЪЗПРОИЗВЕЖДАНЕ НА ВИРУСИ: ФАЗИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В възпроизвеждане на вируси или вирусната репликация е събитието, с което вирус частица умножава с няколко порядъка, чрез отвличане на ензимната устройството на клетката гостоприемник. Тъй като вирусите не са съставени от клетки, те не могат да се възпроизвеждат независимо, стриктно се изисква клетъчен гостоприемник да го направи.

Има две общи алтернативи, чрез които вирусът може да се възпроизведе: литичен цикъл или лизогенен цикъл. И двата процеса са широко проучени при вируси, които заразяват бактерии или бактериофаги.

Репродуктивен цикъл на вируси.

1-фиксиране

2-проникване

3-разгъване

4-синтеза (4a-транскрипция, 4b-превод, 4c-геном репликация)

5-сглобяване

6-освобождаване

Източник: Franciscosp2

Литичният цикъл завършва с разрушаването на клетката гостоприемник, докато в лизогенния цикъл клетката продължава да живее с генетичния материал на вируса вътре.

В случай на литичен път, вирусът намира потенциалната клетка, която ще зарази, и се прикрепя към нея чрез рецептори, които разпознава по клетъчната повърхност. След това инжектира своята ДНК в цитоплазмата, където ще започне производството на структурни компоненти. Тези парчета нуклеинови киселини и протеини се събират и освобождават, след което могат да заразят нови гостоприемници.

Лизогенният цикъл започва по подобен начин, с изключение на това, че ДНК на вируса ще премине процес на рекомбинация и ще бъде интегрирана в хромозомата на своя гостоприемник. Вирусът остава латентен в клетката, докато действието на някаква химическа или UV светлина не задейства литичния цикъл.

Какво е вирус?

Преди да обясним от какво се състои възпроизвеждането на вируси, трябва да сме наясно с няколко аспекта, свързани с биологията на тези образувания. Вирусите не са клетки, а по-скоро прости структури, изградени от нуклеинови киселини и някои протеини.

Пълният и разработен набор от частиците на инфекциозния вирус е известен като вирион.

За разлика от органичните същества, съставени от клетки, вирусите нямат метаболизъм или обменят вещества по контролиран начин с външната среда. Но това, което те могат да направят, е да се възпроизведат вътре в биологични системи, които представят тези функции: тоест в живи клетки.

Поради тази причина вирусите се считат за облигационни клетъчни паразити, тъй като те не могат да завършат размножаването си без живата клетка. Нейните домакини могат да бъдат гръбначни, безгръбначни, растения, протеисти, бактерии и др., В зависимост от изследвания вирус.

За възпроизвеждане вирусите трябва да отвлекат ензимната машина на своя гост. Този аспект има последствия при разработването на лекарства за спиране на вирусна инфекция, тъй като влияе върху възпроизводството на вируса може да попречи на възпроизводството на клетките на гостоприемника. Ще проучим как протича този процес по-долу.

Как се размножават вирусите?

Както споменахме, вирусите са биологични частици с много просто естество. Следователно нуклеиновата киселина (или ДНК, или РНК), която притежават, съдържа информацията за производството на няколко протеина и ензими за изграждане на вириона.

В една клетка гостоприемник вирион може да произведе хиляди вирусни частици, подобни на първоначалните, използвайки метаболитната машина на своя гостоприемник.

Въпреки факта, че вирусите и техните гостоприемници са силно променливи, цикълът на възпроизвеждане е сходен във всички. По-долу ще обобщим процеса и ще опишем стъпка по стъпка размножаването на бактериофаги, вируси, които заразяват бактериите. Тогава ще споменем някои особености при вирусите, които заразяват животните.

Размножаване на бактериални вируси (бактериофаги)

Бактериофагите могат да се възпроизвеждат по два алтернативни начина: литичен цикъл или лизогенен цикъл. Както подсказва името му, последната стъпка на литиката включва лизис (и по този начин смърт) на клетката гостоприемник. За разлика от тях, лизогенният цикъл включва репродукция на вируса с живата клетка.

-Литов цикъл

Литичният процес в бактериофагите Т (Т2, Т4 и Т6) в известната бактерия Е. coli е известен много подробно. Процесите, които ще опишем по-долу, се основават на тези модели на проучване.

Проявява се в пет различни етапа: фиксиране, проникване, биосинтеза, съзряване и освобождаване.

фиксиране

Тази стъпка е известна още като адсорбция на вируса. Първото нещо, което трябва да се случи, за да се размножи вирус, е срещата между вирусната частица и клетката гостоприемник. Този сблъсък се случва случайно.

Вирусът се свързва с някакъв допълващ рецептор, който разпознава на клетъчната повърхност; в този случай в бактериалната клетъчна стена. Това свързване е химическо взаимодействие, при което се появяват слаби връзки между вируса и рецептора.

проникване

След като вирусът разпознае получателя, той започва да инжектира генетичния си материал. Бактериофагът отделя ензим, който уврежда част от клетъчната стена. В този контекст вирусната частица функционира като хиподермална спринцовка, отговаряща за инжектирането на ДНК.

Биосинтеза

Когато ДНК достигне клетъчната цитоплазма на гостоприемника, започва биосинтезата на генетичния материал и протеините на въпросния организъм. Синтезът на хост протеини се спира чрез поредица от стъпки, организирани от вируса.

Нашественикът успява да секвестира както свободните нуклеотиди на гостоприемника, рибозомите и аминокиселините, така и ензимите, необходими за копиране на ДНК на вируса.

назряване

Тъй като всички градивни елементи на вирусите се синтезират, процесът на сглобяване или съзряване започва. Сглобяването на компонентите на вирусните частици става спонтанно, елиминирайки необходимостта от други гени, които да подпомагат процеса.

пускане

В края на процеса на сглобяване вирусите трябва да бъдат освободени в извънклетъчната среда. Както обясняваме литичния цикъл, тази последна стъпка включва лизиса на клетката, който подпомага целия процес.

Лизисът включва разкъсване на плазмената мембрана и клетъчната стена. Разграждането на този последен компонент става чрез действието на ензима лизозим, който се синтезира в клетката по време на описания процес.

По този начин се освобождават новосинтезираните частици на вируса. Те могат да заразят съседните клетки и да повторят цикъла отново.

-Лизогенен цикъл

Не всички вируси проникват в клетките на гостоприемника и ги унищожават с цената на собственото им възпроизвеждане. Алтернативен начин на размножаване се нарича лизогенен цикъл. Вирусите, способни да се възпроизвеждат по този начин, са известни като умерени.

Въпреки че някои вируси могат да се възпроизвеждат по литичния път, описан в предишния раздел, те също могат да се размножават, без да унищожават клетката и да останат латентни или неактивни в нея.

За да ви го опишем, ще използваме като моделен организъм бактериофага ламбда (λ), лизогенен бактериофаг, който е щателно проучен.

Етапите, на които се осъществява лизогенният цикъл, са: проникване в гостоприемника, образуване на кръгова ДНК от линейната молекула на ДНК и рекомбинация с гостоприемната ДНК.

Интеграция на вирусна ДНК в гостоприемна ДНК

Първоначалните етапи протичат по много сходен начин с предишния цикъл, с изключение на това, че ДНК на вируса се интегрира в ДНК на клетката гостоприемник, чрез процес на рекомбинация.

В това състояние вирусът е латентен в клетката и вирусната ДНК се репликира заедно с ДНК на гостоприемника.

Редуване между литичен и лизогенен цикъл

От друга страна, различни стохастични събития могат да доведат до промяна от лизогенен към литичен цикъл. Сред тези събития са излагането на UV лъчение или определени химикали, които водят до ексцизия на фаговата ДНК и до началото на лизис.

Последствия от лизогения

Има важни последици от лизогенията, а именно: (i) лизогенните клетки са имунизирани срещу последващи инфекции от същия бактериофаг, но не и от различен вирус; (ii) клетките могат да придобият нови характеристики чрез интегриране на генетичния материал на фага, като производството на някои токсини и (iii) е разрешен специализиран процес на трансдукция.

Размножаване на животински вируси

Най-общо, животинските вируси следват модел на размножаване, доста подобен на описания при вирусите, които заразяват бактериите. Съществуват обаче някои поразителни разлики и в двата процеса.

Най-очевидният е механизмът за влизане в клетките, поради разликите, които съществуват на структурно ниво между еукариотични и прокариотни клетки. В животинските клетки рецепторите са изградени от протеини и гликопротеини, закотвени в плазмената мембрана.

Пример за това е вирусът на ХИВ. За да влезе в клетката, вирусът разпознава рецептор, наречен CCR5. Някои индивиди имат делеция (т.е. липсват части от ДНК) от 32 базови двойки в гена, който кодира клетъчния рецептор, който унищожава протеина и придава резистентност на страховития вирус.

Много нашественици се възползват от рецепторите, които посредничат в процеса на ендоцитоза, за да влязат в клетката, чрез образуването на везикули. Вирусите, които са обхванати от мембрана, могат да навлязат в клетката чрез сливане на липидните мембрани.

След като вирусът е проникнал, синтезът на вирусни частици е до известна степен променлив. Животинските клетки имат различни ензимни машини, отколкото намираме в бактериите.

Препратки

1. Forbes, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). Диагностична микробиология. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Биологична наука. Pearson Education.
3. Мъри, PR, Rosenthal, KS, & Pfaller, MA (2015). Медицинска микробиология. Elsevier Health Sciences.
4. Рийз, Дж.Б., Ури, Лос Анджелис, Кейн, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Биология на Кембъл. Pearson образование.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Микробиология. Представяне. Пиърсън.