Продуктивний тип взаємодії вірусу з клітиною, т. Е. Репродукція вірусу (лат. Re - повторення, productio - виробництво), проходить в 6 стадій:
1) адсорбція віріонів на клітці;
2) проникнення вірусу в клітину;
3) «роздягання» і вивільнення вірусного генома (депротеїнізація вірусу);
4) синтез вірусних компонентів;
5) формування ви-Ріоні;
6) вихід віріонів з клітини.
У раз-особистих вірусів ці стадії відрізняються
Адсорбція вірусів. Перша стадія репродуктивних-ції вірусів - адсорбція, т. Е. Прикріплення віріона до поверхні клітини. Вона протікає в дві фази. Перша фаза - неспецифічна, обумовлена іонним тяжінням між вірусом і клітиною, включаючи і інші механізми-ми. Друга фаза адсорбції - високоспеціфі-чна, обумовлена гомологією, комплемен-тарностью рецепторів чутливих клітин і «дізнаються» їх білкових лігандів вірусів. Білки на поверхні вірусів, які дізналися спе-цифические клітинні рецептори і взаємо-діють з ними, називаються покладеш-них білками (в основному це глікопротеїни) в складі липопротеиновой оболонки.
Специфічні рецептори клітин мають різну природу, будучи білками, ліпідами, вуглеводними компонентами білків, ліпідів та ін. Так, рецепторами для вірусу грип-па є сіалова кислота в складі гли-копротеінов і гликолипидов (ганглиозидов) клітин дихальних шляхів. Віруси сказу адсорбуються на ацетилхолінових рецепторах нервової тканини, а віруси імунодефіциту людини - на СО4-рецепторах Т-хелперів, моноцитів і дендритних клітин. На одній клітці знаходиться від десяти до ста тисяч спе-цифические рецепторів, тому на ній можуть адсорбуватися десятки і сотні віріонів.
Наявність специфічних рецепторів лежить в основі вибірковості ураження вірусу-ми певних клітин, тканин і органів. Це так званий тропізм (грец. Tropos - поворот, напрям). Наприклад, віруси, репродукується переважно в клітинах печінки, називаються гепатотропними, в нервових клітинах - нейротропними, в імунокомпетентних клітинах - між структурою і т. Д.
Проникнення вірусів в клітину. Віруси проникають у клітину шляхом рецептор-зависи-мого ендоцитозу (віропексіса), або злиття оболонки вірусу з клітинною мембраною, або ж в результаті поєднання цих механізмів.
1. Рецептор-залежний ендоцитоз происхо-дит в результаті загарбання і поглинаючи-ня віріона кліткою: клітинна мембрана з прикріпленим вирионом впячивается з утворенням внутрішньоклітинної вакуолі (ен-ДОСом), що містить вірус. За рахунок АТФ-залежного «протонного» насоса вміст ендосоми закісляется, що призводить до сліянним-нию липопротеиновой оболонки складно ор-ганізовать вірусу з мембраною ендосоми і виходу вірусного нуклеокапсида в цитозоль клітини. Ендосоми об'єднуються з лізосомами, які руйнують залишилися вірусні компоненти. Процес виходу безоболочечних (просто організованих) вірусів з ен-ДОСом в цитозоль залишається маловивченим.
2.Сліяніе обточування віріона з клітинної мемб-раною характерно тільки для деяких оболонкових вірусів (парамиксовирусов, ретровіра-сов, герпесвирусов), в складі яких є білки злиття. Відбувається точкове взаємо-дія вірусного білка злиття з ліпідами клітинної мембрани, в результаті чого вірус-ва ліпопротеїнова оболонка інтегрує з клітинною мембраною, а внутрішній компонент вірусу потрапляє в цитозоль.
А) «Роздягання» (депротеїнізація) вірусів. В результаті вивільняється його внутрішній компонент, здатний викли-вать інфекційний процес. Перші етапи «роздягання» вірусу починаються в процесі його проникнення в клітину шляхом злиття вірус-них і клітинних мембран або ж при виході вірусу з ендосоми в цитозоль. Наступні етапи «роздягання» вірусу тісно взаімосвя-зани з їх внутрішньоклітинних транспортом до місць депротеїнізації. Для різних вірусів існують свої спеціалізовані учас-тки «роздягання» в клітці: для пікорнавірусов- в цитоплазмі з участю лізосом, апарату Гольджі; для герпесвирусов - близько-ядерне простір або пори ядерної мем-Брани; для аденовірусів - спочатку структури цитоплазми, а потім ядро клітини. Кінцевими продуктами «роздягання» можуть бути нуклеі-нова кислота, нуклеопротеїн (нуклеокапсид) або серцевина віріона. Так, кінцевим продуктом роздягання пікарновірусов є нуклеїнова кислота, ковалентно пов'язана з одним з внутрішніх білків. А у багатьох оболонкових РНК-вірусів ко-кінцевих продуктами «роздягання» можуть бути нуклеокапсиди або серцевини, які не тільки не перешкоджають експресії вірусного генома, а, більше того, захищають його від кле-точних протеаз і регулюють наступні биосинтетические процеси.
В) Синтез вірусних компонентів. Синтез білків і нуклеїнових кислот вірусу, який роз'єднаний в часі і просторі. Синтез здійснювала-вляется в різних частинах клітини, тому такий спосіб розмноження вірусів називається діз'-юнктівним (від лат. Disjunctus - роз'єднаний).
С) Синтез вірусних білків. У зараженої кліть-ке вірусний геном кодує синтез двох груп білків:
1. неструктурних білків, обслуговую-чих внутрішньоклітинну репродукцію вірусу на різних його етапах;
2. структурних білків, які входять до складу віріона (геномні, пов'язані з геномом вірусу, капсидних і су-перкапсідние білки).
До неструктурних бел-кам відносяться: 1) ферменти синтезу РНК або ДНК (РНК або ДНК-полімерази), забезпе-Чіва транскрипцію і реплікацію ві-РУСН генома; 2) білки-регулятори; 3) перед-шественнікі вірусних білків, що відрізняються своєю нестабільністю в результаті швидкого нарізання на структурні білки; 4) фермен-ти, що модифікують вірусні білки, на-приклад, протеїнази і протеїнкінази.
Синтез білків в клітині здійснюється в со-ності з добре відомими процесами транскрипції (від лат. Transcriptio - перепису-вання) шляхом «переписування» генетичної інформації з нуклеїнової кислоти в нуклео-тідную послідовність інформаційної РНК (іРНК) і трансляції (від лат. Translatio - передача) - зчитування іРНК на рибосомах з утворенням білків. Передача спадковими-ної інформації щодо синтезу іРНК у різних груп вірусів неоднакова.
I. ДНК-содержашийся віруси реалізують ге-генетичних інформацію так само, як і кле-точний геном, за схемою:
геномна ДНК вірусу - "транскрипція іРНК -" трансляція білка вірусу.
Причому ДНК-содержашийся віруси викорис-товують для цього процесу клітинну полимеразу (віруси, геноми яких транскрибируются в ядрі клітини - аденовіруси, па-повавіруси, герпесвіруси) або власну РНК-полімерази (віруси, геноми яких транскрибируются в цитоплазмі, наприклад поксвирусов) .
II. Плюс-Стек гілок РНК-содержашийся віруси (наприклад, пікорнавіруси, флавівіруси, тогавирусов) мають геном, який виконує функ-цію іРНК; він розпізнається і транслюється рибосомами. Синтез білків у цих вірусів осу-ється без акту транскрипції за схемою:
геномна РНК вірусу -> трансляція білка вірусу.
III. Геном мінус-однониткових РНК-содержашийся вірусів (ортомиксовирусов, парамиксовирусов, рабдовірусів) і двунітевих (реовірусів) служить матрицею, з якою транскрибується мРНК, за участю РНК-полімерази, пов'язаної з нуклєїнах-вої кислотою вірусу. Синтез білка у них відбувається із-дит за схемою:
геномна РНК вірусу - "транскрипція і-РНК - трансляція білка вірусу.
IV. Ретровіруси (віруси імунодефіциту людини, онкогенні ретровіруси) мають унікальний шлях передачі генетичної ін-формації. Геном ретровірусів складається з двох ідентичних молекул РНК, т. Е. Є диплоїдним. У складі ретровірусів є осо-бий вірусоспецифічні фермент - обрат-ная транскриптаза, або ревертаза, за допомогою якої здійснюється процес зворотної транскрипції, т. Е. На матриці геномної РНК синтезується комплементарна однониткових ДНК (кДНК). Комплементарна нитка ДНК копіюється з утворенням двунітевой когось плементарной ДНК, яка інтегрує в клітинний геном і в його складі транскрібі-ється в іРНК за допомогою клітинної ДНК-залежної РНК-полімерази. Синтез білків для цих вірусів здійснюється за схемою:
геномна РНК вірусу -> комплементарная ДНК - »транскрипція іРНК
-»Трансляція білка вірусу.
Реплікація вірусних геномів, т. Е. Синтез вірусних нуклеїнових кислот, призводить до на-накопичений в клітці копій вихідних вірусних геномів, які використовуються при складанні віріонів. Спосіб реплікації генома залежить від типу нуклеїнової кислоти вірусу, наявності вірусоспецифічні або клітинних полімераз, а також від здатності вірусів індукувати освіту полимераз в клітці.
Механізм реплікації відрізняється у вірусів, що мають:
1) двунітевой ДНК;
2) однонитевую ДНК;
3) плюс-однонитевую РНК;
4) мінус-одноніте-ву РНК;
5) двунітевой РНК;
6) ідентичні плюс-Стек гілок РНК (ретровіруси).
1. двунітевой ЛНК-віруси. Реплікація двунітевих вірусних ДНК відбувається звичайним напівконсервативним механізмом: після рас
плетіння ниток ДНК до них комплементарно добудовуються нові нитки. Кожна знову син-тезірованная молекула ДНК складається з однієї батьківської і однієї знову синтезований-ної нитки. До цих вірусів відноситься велика
група вірусів, які містять двунітевой ДНК в лінійної (наприклад, герпесвіруси, аденовіруси та поксвирусов) або в кільцевої формі, як папіломавіруси. У всіх вірусів, крім поксвирусов, транскрипція вірусного генома відбувається в ядрі.
Унікальний механізм реплікації харак-терен для гепаднавирусов (вірусу гепатиту В). Геном гепаднавирусов представлений дво-Стек гілок кільцевої ДНК, одна нитка якої коротше (неповна плюс-нитка) іншої нитки. Спочатку добудовується (рис. 3.7). Потім повна двунітевая ДНК за допомогою клітинних-ної ДНК-залежною РНК-полімерази транс-крібіруется з утворенням невеликих молі-кул іРНК і повної однонитевой плюс-РНК. Остання називається прегеномной РНК; вона є матрицею для реплікації генома ві-руса. Синтезовані іРНК беруть участь в про-процесі трансляції білків, в тому числі вірусної РНК-залежною ДНК-полімерази (зворотної транскриптази). За допомогою цього ферменту мігруюча в цитоплазму прегеномная РНК назад транскрибується в мінус-нитка ДНК, яка, в свою чергу, служить матрицею для синтезу плюс-нитки ДНК. Цей процес за-канчівалісь освітою двунітевой ДНК, що містить неповну плюс-нитка ДНК.
2.Однонітевие ДНК-віруси. Єдність-ними представниками однониткових ДНК-вірусів є парвовіруси. парвовіруси
використовують клітинні ДНК-полімерази для створення двунітевой вірусного генома, так званої репликативной форми послед-
нього. При цьому на вихідній вірусної ДНК (плюс-нитка) комплементарно синтезується мінус-нитка ДНК, що служить матрицею для синтезу плюс-нитки ДНК нового віріона. Паралельно синтезується іРНК, відбувається із-дит трансляція вірусних пептидів.
3.Плюс-однонітевиє РНК-віруси. Ці виру-си включають велику групу вірусів - пікорнавіруси, флавівіруси, тогавирусов (рис.3.8), у яких геномна плюс-нитка РНК ви-полняет функцію іРНК. Наприклад, РНК
поліовірусов після проникнення в клітину зв'язується з рибосомами, працюючи як іРНК, і на її основі синтезується великий полі-пептид, який розщеплюється на фрагменти:
РНК-залежну РНК-полімерази, вірусні протеази і капсидних білки. Полімераза на основі геномної плюс-нитки РНК синтези-рует мінус-нитка РНК; формується часів-но подвійна РНК, названа проміжним
реплікативного ланкою. Це проміжне реплікативного ланка складається з повної плюс-нитки РНК і численних частково завер-шенних мінус-ниток. Коли утворені все мінус-нитки, вони використовуються як шаблони
для синтезу нових плюс-ниток РНК. Цей механізм використовується як для розмноження геномної РНК вірусу, так і для синтезу біль-шого кількості вірусних білків.
4.Мінус-однонітевиє РНК-віруси. Мінус -однонітевие РНК-віруси (рабдовіруси, параміксовіруси ортоміксовіруси) мають в своєму складі РНК-залежну РНК-полімерних-разу. Проникла в клітку геномна мінус
нитка РНК трансформується вірусної РНК-залежною РНК-полімеразою в неповні і повні плюс-нитки РНК. Неповні копії виконують роль іРНК для синтезу вірусних білків. Повні копії є матрицею (проміжна стадія) для синтезу мінус-ниток геномної РНК потомства
5.Двунітевие РНК-віруси. Механізм реп-цію цих вірусів (реовірусів і ротаві-русів) схожий з реплікацією мінус-однониткових РНК-вірусів. Відмінність полягає в тому, що утворилися в процесі транскрипції плюс-нитки функціонують не тільки як іРНК, але і беруть участь в реплікації: вони яв-ляють матрицями для синтезу мінус-ниток
РНК. Останні в комплексі з плюс-нитками РНК утворюють геномні двунітевие РНК віріонів. Реплікація вірусних нуклеїнових кислот цих вірусів відбувається в цітоп-лазме клітин.
6. Ретровіруси (плюс-Стек гілок диплоїдні РНК-віруси). Зворотній транс-кріптаза ретровірусів синтезує (на матри-це РНК-вірусу) мінус-нитка ДНК, з якої копіюється плюс-нитка ДНК з утворенням подвійної нитки ДНК, замкнутої в кільце (рис. 3.10). Далі подвійна нитка ДНК інтегрується-ет з хромосомою клітини, утворюючи провірус. Численні віріони РНК утворюються в результаті транскрипції однією з ниток інтегрованої ДНК за участю клітинної ДНК-залежної РНК-полімерази.
Формування вірусів. Віріони формиру-ються шляхом самосборки: складові частини віріона транспортуються в місця збірки ві-руса - ділянки ядра або цитоплазми клітини. З'єднання компонентів віріона обумовлюються лено наявністю гідрофобних, іонних, водо-рідних зв'язків і стеричного відповідності.
Існують наступні загальні принципи складання вірусів:
Формування вірусів-многоступенча-тий процес з утворенням проміжних форм, що відрізняються від зрілих віріонів по
складом поліпептидів.
# 9633; Збірка просто влаштованих вірусів за-ключается у взаємодії вірусних нук-леінових кислот з капсидних білків і в освіті нуклеокапсидов.
# 9633; У сложноустроенная вірусів спочатку фор-міруются нуклеокапсиди, які взаємо-діють з модифікованими мембранами клітин (майбутньої липопротеиновой оболонкою вірусу).
Причому складання вірусів, реплицирующихся-ющихся в ядрі клітини, відбувається за участю мембрани ядра, а складання вірусів, реплікація яких йде в цитоплазмі, здійснюється з
участю мембран ендоплазматичної мережі або плазматичноїмембрани, куди вбудовуються глікопротеїни і інші білки оболонки вірусу.
# 9633; У ряду сложноустроенная вірусів мінус-Стек гілок РНК-вірусів (ортомиксовирусов, парамиксовирусов) в збірку втягується так називаються ваемий матриксний білок (М-білок), який розташований під модифікованої клітинної ембраной. Володіючи гідрофобними властивостями, він виконує роль посередника між нуклеокапсидом і вірусної липопротеиновой оболонкою.
# 9633; Сложноустроенние віруси в процесі формування включають в свій склад неко-торие компоненти клітини господаря, наприклад ліпіди і вуглеводи.
Вихід вірусів з клітки. Повний цикл реп-родукції вірусів завершується через 5-6 год (вірус грипу та ін.) Або через кілька су-ток (гепатовіруси, вірус кору та ін.). Процес репродукції вірусів закінчується виходом їх з клітки, який відбувається вибуховим шляхом або брунькуванням, екзоцитозу.
# 9633; Вибуховою шлях: з гинула клітини одночасно виходить велика кількість віріонів. За вибухового шляху виходять з клітини просто влаштовані віруси, не маю-щие липопротеиновой оболонки.
# 9633; Брунькування, екзоцшпт притаманні вірусам, які мають ліпопротеїнову оболонку, яка є похідною від клітинних мембран. Спочатку утворився нуклеокапсид або серцевина віріона транспортується до кле-точних мембран, в які вже вбудовані вірусоспецифічні білки. Потім в області контакту нуклеокапсида або серцевини ві-Риона з клітинної мембраною починається ви-пячіваніе цих ділянок. Сформована нирка відділяється від клітини у вигляді складно влаштованого вірусу. При цьому клітина здатна тривалий час зберігати життєздатність і про-дуціровать вірусне потомство.
Брунькування вірусів, що формуються в цитоплазмі, може відбуватися або через плазматичну мембрану (наприклад, параміксовіруси, тогавирусов), або через мембрани ендоплазматичної мережі з подальшим їх виходом на поверх-ність клітини (наприклад, буньявірусов).
Віруси, що формуються в ядрі клітини (наприклад, герпесвіруси), нирку в перинуклеарное простір через модифікується-ванну ядерну мембрану, набуваючи таким чином ліпопротеїнову оболонку. Потім вони транспортуються в складі цитоплазма-тичних везикул на поверхню клітини.