Репродуктивный цикл вирусов

Рассмотрим основные этапы репродукции (от абсорбции ви- рионов до высвобождения дочерней популяции), происходящие при продуктивном взаимодействии вируса с клеткой.

Адсорбция. Первая стадия репродуктивного цикла — адсорбция вириона на поверхности адсорбируемой клетки. Адсорбция происходит путем взаимодействия вириона со специфическими клеточными рецепторами. За распознавание рецепторов ответственны белки, входящие в состав капсида либо суперкапсида. Таким образом, понятие «тропизм вирусов» объясняется специфическим взаимодействием вирусных белков с поверхностными рецепторами инфицируемой клетки. Например, полиовирус проникает в клетки центральной нервной системы и желудочно-кишечного тракта и размножается в них, так как у человека и приматов только эти клетки имеют рецепторы к белкам полиовирусов.

Процесс адсорбции не зависит от температуры (т.е. не требует энергетических затрат) и протекает в две фазы. Фаза ионного притяжения обусловлена неспецифическим взаимодействием, фаза прикрепления происходит благодаря структурной гомологии либо комплементарности взаимодействующих молекул.

Количество инфекционных вирусных частиц, адсорбированных на клетке, определяет термин «множественности заражения» (инфицирования). Обычно животная клетка содержит около 50 000 рецепторов и ее заражение носит множественный характер, т.е. на клетке может сорбироваться большое количество вирионов. Тем не менее инфицированная вирусом клетка обычно толерантна к повторному заражению гомологичным вирусом.

Проникновение и «раздевание». «Голые» вирусы проникают в клетку путем эндоцитоза — погружения участка клеточной мембраны в месте их адсорбции. Иначе этот процесс известен как ви- ропексис (вирус + греч. pexis — прикрепление). «Одетые» вирусы проникают в клетку путем слияния суперкапсида с клеточной мембраной при участии специфических /’-белков (белков слияния). Кислые значения pH способствуют слиянию вирусной оболочки и клеточной мембраны. При проникновении «голых» вирусов в клетку образуются вакуоли (эндосомы). После проникновения «одетых» вирусов в цитоплазму происходит частичная депротеинизация вирионов и модификация их нуклеопротеида (раздевание). Модифицированные частицы теряют инфекционные свойства, в ряде случаев изменяется чувствительность к РНКазе, нейтрализующему действию антител (АТ) и другие признаки, специфичные для отдельных групп вирусов.

Теневая фаза. После депротеинизации вирусы невозможно выделить из культуры клеток. Этот этап репродукции известен как теневая фаза, или фаза эклипса (от англ, eclipse — затмение). Она включает репликацию нуклеиновых кислот вируса и синтез вирусных белков. Теневая фаза не происходит при температуре О—4°С (исключая вирус гриппа). Различия в энергетических потребностях для теневой фазы разных групп вирусов указывают на возможное участие в этом процессе различных клеточных реакций. Теневая фаза заканчивается после образования составных компонентов вируса, необходимых для сборки дочерних популяций.

Образование дочерних вирусных частиц в зараженной клетке подразумевает необходимость трех процессов:

  • 1) выявление генетического материала в виде его транскрипции и последующей трансляции, что приводит к появлению вирусных белков;
  • 2) синтез генетического материала вируса (репликация);
  • 3) сборка из генетического материала и вирусных белков дочерних популяций.

Следует помнить, что генетическим материалом вирионов может быть либо ДНК, либо РНК.

Транскрипция. У +РНК-содержащих вирусов функции мРНК выполняет геном (+РНК), поэтому у таких вирусов для синтеза вирусных белков (трансляция) нет необходимости в процессе транскрипции. Другими словами, у +РНК-содержащих вирусов транскрипция отсутствует.

У +РНК-содержащих вирусов и вирусов, имеющих две нити РНК, функции мРНК выполняют транскрипты, комплементарные РНК вириона. Поэтому у таких вирусов транскрипция существует как самостоятельный этап репродуктивного цикла. Для образования транскриптов в составе вирионов имеется собственная РНК-полимераза (транскриптаза).

Транскрипция — самостоятельный этап репродуктивного цикла, так как геном ДНК-вирусов должен транскрибироваться для образования мРНК. Вирусы, репродуцирующиеся в цитоплазме (например, поксвирусы), лишены такой способности и содержат (как и вирусы с -РНК) собственную транскриптазу.

Трансляция. Термином «трансляция» называют механизмы, при помощи которых последовательность нуклеотидных оснований мРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в синтезируемом полипептиде. Этому процессу предшествует связывание мРНК с рибосомами. При этом (связывание мРНК и инициация трансляции) происходит «дискриминация» клеточных мРНК и синтетические процессы на рибосомах переходят под вирусный контроль. Вирусные геномы кодируют синтезы двух классов белков: структурные белки входят в состав дочерних популяций, а неструктурные белки обслуживают процессы репродукции, но не входят в состав дочерних популяций (ингибиторы синтеза клеточных РНК и белков, протеазы и др.).

РНК-содержащие вирусы. Поскольку вирусный геном кодирует несколько белков, то возможны два варианта трансляции: 1) каждый полипетид синтезируется отдельно от других (тога- и ретро- вирусы); 2) сначала образуется большой полипептид-предшественник, который в дальнейшем «нарезается» на отдельные полипептиды (пара- и ортомиксовирусы, а также рабдо-, арена- и буньявирусы). Некоторые вирусы используют оба этих механизма. Полипептиды, образующиеся при обоих вариантах трансляции, могут подвергаться посттрансляционной модификации (гли- козилирование, фосфорилирование или сульфатирование).

ДНК-содержащие вирусы. В трансляционных процессах доминирует трансляция отдельных мРНК, кодирующих индивидуальные полипептиды. В отдельных случаях (например, у аденовирусов) не менее трех белков образуются путем нарезания общего полипептида-предшественника.

Репликация. В зависимости от типа генетического материала (ДНК или РНК) образование дочерних копий геномов протекает по-разному. У ДНК-геномных вирусов репликация вирусных ДНК принципиально сходна с репликацией клеточных ДНК. Репликацию РНК-геномных вирусов осуществляют вирусные РНК- независимые РНК-полимеразы (репликазы). Исключение составляют ретровирусы, их +РНК служит матрицей для синтеза ДНК. Синтез ДНК на материале РНК осуществляет вирусная РНК-за- висимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза), необходимая для переписывания информации с РНК на ДНК. Синтезируемая вирусная ДНК интегрируется в клеточный геном в форме ДНК- провируса.

Однонитевые РНК. Репликация протекает в два этапа: первый включает образование матрицы, комплементарной геному; второй — образование копий РНК с этой матрицы. При репликации (воспроизведение) +РНК-вирусов количество копий +РНК (с матрицы синтезированной нити +РНК) не контролируется.

Двухнитевые РНК. В качестве матрицы для синтеза +РНК вирусные репликазы используют минус-нить РНК, и наоборот. Часть молекул +РНК соединяется с +РНК и образует двухнитевую молекулу РНК, а другая часть молекул +РНК функционирует как матрица для синтеза мРНК.

Сборка. У просто устроенных вирусов, состоящих из нуклеиновой кислоты и нескольких белков, сборка состоит из упорядоченного взаимодействия этих молекул. У сложно устроенных вирусов сборка дочерних популяций протекает многоступенчато. Взаимодействие нуклеиновых кислот с внутренними и оболочечными белками приводит к образованию нуклеокапсидов, или сердцевин. В процессе образования «одетых» вирусов полные нуклео- капсиды упорядоченно выстраиваются с внутренней стороны клеточной мембраны под участками, модифицированными оболочечными вирусными белками (М-белками). При нарушениях процесса самосборки могут образовываться пустые капсиды либо комплексы нуклеиновых кислот с внутренними белками.

Высвобождение дочерних вирионов — конечная стадия репродуктивного цикла. Вирусы, лишенные суперкапсида, и поксвиру- сы обычно высвобождаются быстро; выход дочерних популяций сопровождается разрушением цитоплазматической мембраны (ЦПМ) и лизисом (растворением) клетки. Вирусы, содержащие суперкапсид, высвобождаются медленнее. Модифицированные участки мембраны с заключенными в них вирионами выпячиваются наружу и затем отпочковываются. Принцип высвобождения дочерних популяций почкованием во многом сходен с процессами, направленными на отторжение непригодного для клетки материала и обновление клеточных мембран. При высвобождении почкованием измененная клетка может сохранить жизнеспособность.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >