Възпроизвеждане на вируси в клетъчни системи. Етапи на размножаване

Връзката между вируса и клетката гостоприемник може да се развие по различни начини. Условно тези отношения могат да бъдат сведени до три вида.

Продуктивна инфекция:Цикълът на възпроизвеждане на вируса в клетката гостоприемник завършва с образуването на ново, многобройно поколение вируси, обикновено придружено от смъртта на клетката гостоприемник.

Инфекция при абортвъзниква, когато цикълът на възпроизвеждане на вируса в клетката гостоприемник внезапно се прекъсне. Клетката гостоприемник запазва своята жизнена активност.

Вирогенияхарактеризиращ се с интегриране (включване) на вирусна нуклеинова киселина в генома на клетката гостоприемник, което впоследствие води до синхронна репликация на клетъчната ДНК и вирусната нуклеинова киселина. Клетката гостоприемник продължава да живее.

Вирусите се възпроизвеждат чрез възпроизвеждането им в клетката гостоприемник. Цикълът на възпроизвеждане е процес на подчинение на клетъчните механизми на чужда вирусна информация.

Функционално вирусните ензими могат да бъдат разделени на 2 групи: ензими, които улесняват проникването на вирусна нуклеинова киселина в клетката и освобождаването на получените вириони в околната среда и ензими, участващи в процесите на транскрипция и репликация на вирусна нуклеинова киселина.

Цикъл на възпроизвежданемогат да бъдат разделени на отделни етапи.

Етап 1 – хемосорбция на вируси на повърхността на клетката гостоприемник

Хемосорбцията е възможна само ако клетката носи на повърхността си чувствителни рецептори, които са комплементарни на рецепторите на даден вирус. В животинските и човешките клетки функцията на рецептори за пикорно- и арбовируси се изпълнява от липопротеини, а за миксо- и парамиксовируси и аденовируси - мукопротеини.

При простите вируси рецепторите са уникални комбинации от протеинови субединици, разположени на повърхността на капсида. При по-сложните вируси функцията на рецепторите се изпълнява от суперкапсидни израстъци под формата на шипове или власинки.

Етап 2 - проникване на вируса в клетката гостоприемник.

Начините, по които вирусите влизат в клетката, могат да бъдат различни. Предполага се, че много вируси навлизат в клетките чрез пиноцитоза, или виропексис. По време на пиноцитозата, в областта на хемосорбцията на вируса, клетъчната мембрана образува инвагинация и поглъща вируса. Като част от пиноцитната вакуола вирусът навлиза в цитоплазмата.

Някои вируси навлизат в клетките чрез сливането на клетъчни и вирусни мембрани.

Проникването на фагова ДНК в бактериална клетка се дължи на частично разрушаване на клетъчната мембрана от фаговия лизозим и контрактилната реакция на фаговия остатък.

Етап 3 - депротеинизация на вируса.

Процесът на депротеинизация на вируса включва освобождаването на неговата нуклеинова киселина от капсидните протеини. Веднага след като вирусната нуклеинова киселина се освободи от капсидните протеини, започва така нареченият латентен период - периодът затъмнение. Предполага се, че по време на периода на затъмнение вирусната нуклеинова киселина преминава през цитоплазмата на клетката до областта на ядрото.

Етап 4 – синтез на вирусни компоненти.

Наборът от процеси на този етап може да бъде разделен на три етапа:

Първият етап е подготвителен. Той има две цели: да потисне функционирането на генетичния апарат на клетката, да спре синтеза на клетъчни протеини и нуклеинови киселини, да прехвърли протеин-синтезиращия апарат на клетката под контрола на вирусния геном; подготвят условия за репликация на нуклеинова киселина и синтез на вирусни капсидни протеини.

Вторият етап е репликацията на нуклеиновата киселина на вируса. Двуверижните ДНК геномни вируси се характеризират със същия начин на реализация на генетична информация, както другите живи организми. Процесът на репликация на ДНК се предхожда от транскрипция на иРНК. Информационната РНК на вируса се транслира от клетъчните рибозоми и ранните вирусно-специфични протеини се синтезират върху вирусната полизома с помощта на иРНК матрицата.

След като се синтезират ранните вирус-специфични протеини, започва процесът на репликация на вирусна ДНК. Репликацията на двуверижната ДНК на вируса следва принципа на репликацията на ДНК на клетъчните организми по полуконсервативен начин.

Процесът на репликация на едноверижна ДНК започва със синтеза на нейната комплементарна двойка. В резултат на това се образува двуверижна кръгова родителска ДНК.

Изследването на механизма на репликация на РНК геномни вируси започва през 1961 г., когато са открити РНК геномни фаги.

В РНК геномните вируси РНК молекулата е както генетичен материал, така и изпълнява функциите на иРНК и ДНК.

През 1970 г. ензимът РНК-зависима ДНК полимераза е открит в едноклетъчни РНК вируси, което показва наличието на процес на обратна транскрипция. По-късно беше доказано, че онкогенните РНК вируси имат матрица на тяхната РНК с участието на РНК-зависими
Копието на ДНК се транскрибира от ДНК полимераза, съдържаща се във вириона. Копието на ДНК преминава от едноверижна в репликативна двуверижна форма, което осигурява репликацията на вирусната РНК и синтеза на необходимите ензими.

Третият етап е синтеза на капсидни протеини.

Този процес изостава във времето от процеса на репликация на вирусна нуклеинова киселина и започва, когато репликацията е в разгара си. Синтезът на капсидните протеини се извършва както в ядрото, така и в цитоплазмата на клетката. Вирус-специфичната иРНК се транслира от клетъчни рибозоми и синтезът на прекурсорни протеини се осъществява върху вирусната полизома. От този „фонд“ от прекурсорни протеини се образуват вирусните капсидни протеини.

Етап 5 – сглобяване на вириони или вирусна морфогенеза.

В просто организираните вируси протеиновите субединици на капсида са разположени в строго подредена връзка около нуклеиновата киселина. При сложните вируси клетъчните структури - ядрени и цитоплазмени мембрани - също участват в процеса на сглобяване на вириони.

Етап 6 - излизане на вируса от клетката.

Този процес се извършва по различен начин за различните вируси. Освобождаването на ДНК-геномни фаги става, когато клетката е напълно лизирана от фаговия лизозим. Сложно организирани човешки и животински вируси напускат клетката с част от цитоплазмата чрез пъпкуване през цитоплазмената мембрана и обвивка, като едновременно с това придобиват суперкапсид. Често освобождаването на вируси от клетката се улеснява от смилането им от кръвни фагоцити. Растителните вируси могат да преминават от клетка в клетка чрез междуклетъчни връзки - плазмодесми.

Най-често цикълът на възпроизвеждане на вируса завършва с продуктивна инфекция - образуването на голяма популация (100-200) от пълноценни вириони, което обикновено е придружено от смъртта на гостоприемника.

Таксономия, класификация

ПАРАМИКСОВИРУСИ

Парамиксовируси (семейство Paramyxoviridae от лат. para - около, myxa - слуз) - семейство РНК вируси. Семейството включва респираторно-синцитиален вирус, вируси на морбили, паротит и параинфлуенца, предавани по респираторен път. Доскоро семейството Paramyxoviridae, в съответствие с общоприетата класификация на вирусите, включваше три рода: Paramyxovirus, Morbillivirus, Pneumovirus. Но наскоро бяха направени промени в класификацията.

семейство Paramyxoviridaeразделени на две подсемейства, броят на родовете се увеличава:

1. Подсемейство Paramyxovirinae включва раждане Респировирус(предишно име - парамиксовирус), морбиливирусИ Рубулавирус(нов род);

2. Подсемейство Pneumovirinae съдържа родове ПневмовирусИ Метапневмовирус.

2. Морфология, размери, характеристики на генома

Структура на вириона.Всички членове на семейство Paramyxoviridae имат подобна структура. Това е сложен РНК геномен вирус с голям размер. Типичният представител е вирусът Sendai (той е патогенен за мишките), а ултраструктурата на парамиксовирусите се обсъжда с този пример (фиг. 5). Вирионът има кръгла форма, диаметърът му е 150-300 nm. Отвън има липопротеинов суперкапсид с много шипове от два вида на повърхността (фиг. 4). Отвътре слой от матричен М протеин е в съседство със суперкапсида. В централната част на вириона има нишка от нуклеокапсид (RNP) със спираловиден тип симетрия, навита в рехава топка.

Ориз. 4 Схема на парамиксовирус Фиг. 5 Електронограма на вируса Сендай

Геноме представена от голяма линейна едноверижна минус РНК молекула, кодираща 7 протеина. Сред тях са основният капсиден протеин NP, протеини на полимеразния комплекс L и P, неструктурен С протеин (всички от които са част от нуклеокапсида), както и М протеин и повърхностни гликопротеини. Това са прикрепващи протеини и слят протеин (F-протеин). Прикрепващите протеини образуват един тип гръбначен стълб, а F протеинът образува друг тип гръбначен стълб. При различните парамиксовируси прикрепващите протеини са представени от: HN (хемаглутинин-невраминидаза), H (хемаглутинин) или G-протеин.

Параинфлуенца.Въз основа на антигените на вирусните протеини HN, NP, F се разграничават 4 основни серотипа на параинфлуенца вируси. Типове 1, 2, 3 реагират кръстосано с антитела срещу вируса на паротит. Вирусът тип 4 е различен и има 2 подтипа (по този начин има 5 вида парагрипни вируси). Всички парагрипни вируси имат HN протеин и следователно проявяват хемаглутинационна и невраминидазна активност. Параинфлуенца вирус тип 1 и 2 аглутинира пилешки еритроцити, парагрипен вирус 3 аглутинира само еритроцити на морско свинче.

Парамиксовирусът (фиг. 5) свързва гликопротеините на обвивката (HN, H или G) към клетъчната повърхност (1). F протеинът осигурява сливането на вирусната обвивка с плазмената мембрана на клетката, без образуване на ендозоми. Репликацията на генома е подобна на репликацията на минус РНК геномни вируси: РНК полимеразата се въвежда в клетката с нуклеокапсида на вируса. Геномът се транскрибира в отделни тРНК (2) за всеки протеин и пълен плюс шаблон (3) за геномната РНК. Новите геноми взаимодействат с L-, P- и NP протеини, образувайки нуклеокапсиди. Синтезираният матричен протеин се придвижва към вътрешния слой на клетъчната мембрана. Прекурсорите на гръбначния гликопротеин се синтезират върху рибозоми, свързани с мембраните на ендоплазмения ретикулум (ER). Те са гликозилирани, преминавайки през ER и апарата на Голджи (AG), интегрирайки се в клетъчната мембрана. Нуклеокапсидът се свързва с матричния протеин и гликопротеин-модифицираната мембрана (суперкапсид). Вирионите напускат клетката чрез (4) пъпкуване.

Ориз. 5 Размножаване на парамиксовируси

Парамиксовирусите имат способността, използвайки F протеина, да се придвижват в съседни клетки, причинявайки тяхното сливане. В този случай се образуват многоядрени гигантски клетки - синцитии (симпласти). Този механизъм позволява на вирусите да се разпространяват директно от клетка в клетка, като се избягва действието на антитела, неутрализиращи вируса. Способността да образуват симпласти е характерна черта на парамиксовирусите.

Избор от базата данни: Отговори на въпроси за теста BJD.docx, IIST - въпроси 2018 answers.docx, Тестови въпроси за самообучение.docx, въпроси за теория на управлението.docx, DKB въпроси за изпита.docx, 30 отговора на въпроси за бягане.pdf, Тестови въпроси.docx, тестове, въпроси 8РЯ.doc, Тестови въпроси и задачи с отговори за достъп до компютър, Бизнес и научни теми. Въпроси към теста.doc.
СЪДЪРЖАНИЕ

Контролни въпроси:

1. Възпроизвеждане на ДНК геномни вируси: основни етапи, характеристики на възпроизвеждане………………………………………………………………………... 3

2. Признаци на вирусна репродукция в живи системи: лабораторни животни, пилешки ембриони, клетъчни култури………………………………………………..… ……16

3. Задача..................................................... .... .............................................. .......... ...20

Използвана литература…………………………………………………...........25

1. Възпроизвеждане на ДНК геномни вируси: основни етапи, характеристики на възпроизвеждане

Възпроизвеждане на вируси

Процесът на възпроизвеждане на вируса може да бъде разделен на две фази. Първата фаза обхваща събитията, които водят до адсорбцията и навлизането на вируса в клетката, освобождаването на вътрешния му компонент и модифицирането му по такъв начин, че да е в състояние да причини инфекция. Съответно, първата фаза включва три етапа: 1) адсорбция на вируса върху клетките; 2) проникване на вируса в клетките; 3) отстраняване на вируса в клетката. Тези етапи имат за цел да гарантират, че вирусът е доставен до съответните клетъчни структури и вътрешният му компонент е освободен от защитните си мембрани. След като тази цел бъде постигната, започва втората фаза на възпроизвеждане, по време на която се експресира вирусният геном. Тази фаза включва етапите: 1) транскрипция, 2) транслация на информационна РНК, 3) репликация на генома, 4) сглобяване на вирусни компоненти. Крайният етап на възпроизвеждане е освобождаването на вируса от клетката.

Първата фаза на размножаване.

I. Адсорбция на вириони върху клетъчната повърхност.

Взаимодействието на вируса с клетката започва с процеса на адсорбция, т.е. прикрепването на вирусните частици към клетъчната повърхност. Процесът на адсорбция е възможен при наличие на подходящи рецептори на повърхността на клетката и вещества, които ги „разпознават“ на повърхността на вируса. Самите първоначални процеси на адсорбция са неспецифични по природа и могат да се основават на електростатичното взаимодействие на положително и отрицателно заредени групи на повърхността на вируса и клетката. Въпреки това, разпознаването на клетъчните рецептори от вирусни протеини, което води до прикрепване на вирусната частица към клетката, е много специфичен процес. Протеините на повърхността на вируса, които разпознават специфични групи на плазмената мембрана на клетката и карат вирусната частица да се прикрепи към тях, се наричат ​​прикрепващи протеини.

Вирусите използват рецептори, предназначени да преминат в клетката вещества, необходими за нейния живот: хранителни вещества, хормони, растежни фактори и др. Рецепторите могат да имат различна химическа природа и да бъдат протеини, въглехидратният компонент на протеините и липидите, липидите. Рецепторите за грипните вируси и парамиксовирусите са сиалова киселина в състава на гликопротеините и гликолипидите (ганглиозидите), за рабдовирусите и реовирусите - също въглехидратен компонент в състава на протеините и липидите, за пикорнавирусите и аденовирусите - протеини, за някои вируси - липиди . Специфичните рецептори играят роля не само в прикрепването на вирусната частица към клетъчната повърхност. Те определят по-нататъшната съдба на вирусната частица, нейния вътреклетъчен транспорт и доставка до определени области на цитоплазмата и ядрото, където вирусът е в състояние да инициира инфекциозния процес. Вирусът може също да се прикрепи към неспецифични рецептори и дори да проникне в клетката, но само прикрепването към специфичен рецептор ще доведе до инфекция.

Прикрепването на вирусната частица към клетъчната повърхност първоначално става чрез образуването на единична връзка между вирусната частица и рецептора. Такова прикрепване обаче е крехко и вирусната частица може лесно да се отдели от клетъчната повърхност - обратима адсорбция. За да възникне необратима адсорбция, трябва да се появят множество връзки между вирусната частица и много рецепторни молекули, т.е. трябва да възникне стабилно многовалентно прикрепване. Броят на клетъчните рецепторни молекули в местата на адсорбция може да достигне до 3000. Стабилното свързване на вирусната частица към клетъчната повърхност в резултат на многовалентно прикрепване възниква поради възможността за свободно движение на рецепторните молекули в липидния двоен слой на плазмената мембрана , което се определя от мобилността, „течливостта“ на протеиново-липидния слой. Увеличаването на липидната течност е едно от най-ранните събития при взаимодействието на вируса с клетката, което води до образуване на рецепторни полета на мястото на контакт на вируса с клетъчната повърхност и стабилно прикрепване на вирусната частица към получени групи.

Броят на специфичните рецептори на клетъчната повърхност варира между 104 и 105 на клетка. Рецепторите за някои вируси могат да присъстват само в ограничен набор от клетки гостоприемници и това може да определи чувствителността на тялото към даден вирус. Например, пикорнавирусите се адсорбират само в клетки на примати. Рецепторите за други вируси, напротив, са широко представени на повърхността на клетки от различни видове, като например рецептори за ортомиксовируси и парамиксовируси, които са сиалил-съдържащи съединения. Следователно, тези вируси имат относително широк диапазон от клетки, върху които може да възникне адсорбция на вирусни частици. Клетките на изключително широк кръг гостоприемници притежават рецептори за редица тогавируси: тези вируси могат да адсорбират и заразяват клетки както на гръбначни, така и на безгръбначни.

II. Проникване на вируса в клетката.

Исторически е имало идея за два алтернативни механизма за проникване на животински вируси в клетките - чрез виропексис (ендоцитоза) и чрез сливане на вирусни и клетъчни мембрани. И двата механизма обаче не се изключват, а взаимно се допълват.

Терминът "виропексис" означава, че вирусната частица навлиза в цитоплазмата в резултат на инвагинация на част от плазмената мембрана и образуването на вакуола, която съдържа вирусната частица.

Рецепторна ендоцитоза. Виропексисът е специален случай на рецепторна или адсорбционна ендоцитоза. Този процес е общ механизъм, чрез който хранителни и регулаторни протеини, хормони, липопротеини и други вещества от извънклетъчната течност навлизат в клетката. Рецепторната ендоцитоза възниква в специализирани области на плазмената мембрана, където има специални ямки, покрити от цитоплазмената страна със специален протеин с голямо молекулно тегло - клатрин. На дъното на ямата има специфични рецептори. Ямките позволяват бърза инвагинация и образуване на покрити с клатрин вътреклетъчни вакуоли. Полуживотът на проникване на вещество в клетка по този механизъм не надвишава 10 минути от момента на адсорбция. Броят на вакуолите, образувани за една минута, достига повече от 2000. По този начин рецепторната ендоцитоза е добре координиран механизъм, който осигурява бързото проникване на чужди вещества в клетката.

Покритите вакуоли се сливат с други, по-големи цитоплазмени вакуоли, образувайки рецептор-съдържащи рецептори, но не и клатрин, който на свой ред се слива с лизозоми. По този начин протеините, които влизат в клетката, обикновено се транспортират до лизозомите, където се разграждат до аминокиселини; те могат да заобикалят лизозомите и да се натрупват в други части на клетката в неразграден вид. Алтернатива на рецепторната ендоцитоза е течната ендоцитоза, когато инвагинацията не настъпва в специализирани области на мембраната. Повечето животински вируси с обвивка и без обвивка навлизат в клетката чрез механизма на рецепторна ендоцитоза. Ендоцитозата осигурява вътреклетъчния транспорт на вирусната частица в ендоцитната вакуола, тъй като вакуолата може да се движи във всяка посока и да се слее с клетъчните мембрани (включително ядрената мембрана), освобождавайки вирусната частица в съответните вътреклетъчни места. По този начин например ядрените вируси навлизат в ядрото, а реовирусите - в лизозомите. Въпреки това, вирусните частици, които са влезли в клетката, се намират във вакуолата и са отделени от цитоплазмата от нейните стени. Те трябва да преминат през редица етапи, преди да предизвикат инфекциозен процес.

Сливане на вирусни и клетъчни мембрани. За да може вътрешният компонент на вируса да премине през клетъчната мембрана, вирусът използва механизъм на мембранно сливане. При вирусите с обвивка сливането се причинява от точково взаимодействие на вирусния слят протеин с липидите на клетъчната мембрана, в резултат на което вирусната липопротеинова обвивка се интегрира с клетъчната мембрана и вътрешният компонент на вируса се появява на другата му страна. страна. При вирусите без обвивка един от повърхностните протеини също взаимодейства с липидите на клетъчните мембрани, карайки вътрешния компонент да премине през мембраната. Повечето животински вируси навлизат в цитозола от рецептозомата.

Ако по време на ендоцитозата вирусната частица е пасивен пътник, то по време на сливането тя става активен участник в процеса. Слетият протеин е един от неговите повърхностни протеини. Към днешна дата този протеин е идентифициран само в парамиксовируси и ортомиксовируси. При парамиксовирусите този протеин (P протеин) е един от двата гликопротеина, разположени на повърхността на вирусната частица. Функцията на слетия протеин в грипния вирус се изпълнява от малката хемаглутинираща субединица.

Парамиксовирусите индуцират мембранно сливане при неутрално pH и вътрешният компонент на тези вируси може да навлезе в клетката директно през плазмената мембрана. Въпреки това, повечето вируси с обвивка и без обвивка индуцират мембранно сливане само при ниски стойности на рН, между 5,0 и 5,75. Ако към клетките се добавят слаби основи (амониев хлорид, хлорохин и др.), Които повишават pH в ендоцитните вакуоли до 6,0, мембранното сливане не настъпва, вирусните частици остават във вакуолите и инфекциозният процес не възниква. Строгата зависимост на мембранното сливане от стойностите на pH се дължи на конформационни промени във вирусните слети протеини.

Лизозомата винаги има ниска стойност на pH (4,9). В ендоцитната вакуола (рецептозома), подкисляването се създава от ATP-зависима „протонна помпа“ на клетъчната повърхност по време на образуването на покрита вакуола. Подкисляването на ендоцитната вакуола е от голямо значение за физиологичните лиганди, навлизащи в клетката, тъй като ниското рН насърчава дисоциацията на лиганда от рецептора и рециклирането на рецепторите.

Същият механизъм, който е в основата на сливането на вирусни и клетъчни мембрани, определя индуцираната от вируса хемолиза и сливането на плазмени мембрани на съседни клетки с образуването на многоядрени клетки, симпласти и синцитии. Вирусите причиняват два вида клетъчно сливане: 1) „сливане отвън“ и 2) „сливане отвътре“. „Сливане отвън“ възниква при висока множественост на инфекцията и се открива в първите часове след заразяването. Този тип сливане, описан за парамиксовирусите, се причинява от протеини на заразяващия вирус и не изисква вътреклетъчен синтез на вирусни компоненти. Обратно, „сливането отвътре“ се случва при ниска множественост на инфекцията, открива се в относително късни етапи на инфекциозния процес и се причинява от новосинтезирани вирусни протеини. „Сливане отвътре“ е описано за много вируси: херпесни вируси, онковируси, патогени на бавни инфекции и др. Този тип сливане се причинява от същите вирусни гликопротеини, които осигуряват проникването на вируса в клетката.

III. Събличане - депротеинизация на вируса

Вирусните частици, попаднали в клетката, трябва да се съблекат, за да предизвикат инфекциозен процес. Целта на събличането е да се премахнат вирусните защитни мембрани, които предотвратяват експресията на вирусния геном. В резултат на събличането се освобождава вътрешният компонент на вируса, който може да причини инфекциозен процес. Събличането е придружено от редица характерни особености: в резултат на разпадането на вирусната частица инфекциозната активност изчезва, в някои случаи се появява чувствителност към нуклеази, възниква резистентност към неутрализиращия ефект на антителата и се губи фоточувствителност при използване на номер. на наркотици.

Крайните продукти от събличането са ядра, нуклеокапсиди или нуклеинови киселини. За редица вируси е доказано, че продуктът за събличане не е голи нуклеинови киселини, а нуклеинови киселини, свързани с вътрешния вирусен протеин. Например, крайният продукт на пикорнавирусите е РНК, ковалентно свързана с VPg протеина; крайният продукт на аденовирусите е ДНК, ковалентно свързана с един от вътрешните вирусни протеини.

В някои случаи способността на вирусите да предизвикат инфекциозен процес се определя от възможността за тяхното разграждане в клетката на дадена система. Така този етап е един от етапите, които ограничават инфекцията.

Събличането на редица вируси се извършва в специализирани области вътре в клетката (лизозоми, структури на апарата на Голджи, перинуклеарно пространство, ядрени пори на ядрената мембрана). Когато вирусната и клетъчната мембрана се слеят, проникването в клетката се съчетава със събличане.

Събличането и вътреклетъчният транспорт са взаимно свързани процеси: ако правилният вътреклетъчен транспорт до местата на събличане е нарушен, вирусната частица навлиза в лизозомата и се унищожава от лизозомни ензими.

Втора фаза на размножаване .

I. Транскрипция.

Транскрипцията се извършва с помощта на специален ензим - РНК полимераза, който свързва нуклеотидите чрез образуване на 3-5´фосфодиестерни мостове. Това свързване става само в присъствието на ДНК шаблон.

Продуктите на транскрипцията в клетката са тРНК. Самата клетъчна ДНК, която е носител на генетична информация, не може директно да програмира протеиновия синтез. Прехвърлянето на генетична информация от ДНК към рибозомите се осъществява от РНК месинджър. Това е основата на централната догма на молекулярната биология, която се изразява със следната формула:

ДНК - транскрипция - РНК - транслация - протеин,

където стрелките показват посоката на трансфер на генетична информация.

Внедряване на генетична информация във вируси. Стратегията на вирусния геном по отношение на синтеза на иРНК е различна за различните вируси. В ДНК вирусите иРНК се синтезира върху матрицата на една от ДНК веригите. Формулата за прехвърляне на генетична информация е същата като в клетка:

ДНК - транскрипция - РНК - транслация - протеин.

ДНК вирусите, които се възпроизвеждат в ядрото, използват клетъчна полимераза за транскрипция. Тези вируси включват паповавируси, аденовируси и херпесни вируси. ДНК вирусите, които се възпроизвеждат в цитоплазмата, не могат да използват клетъчния ензим, разположен в ядрото. Транскрипцията на техния геном се осъществява от специфичен за вируса ензим - ДНК полимераза, която прониква в клетката като част от вируса. Тези вируси включват вируси на едра шарка и иридовируси.

Ензими, които транскрибират вирусния геном. Транскрипция на редица ДНК-съдържащи вируси - паповавируси, аденовируси, херпесни вируси, парвовируси, хепаднавируси. Осъществява се в клетъчното ядро, като в този процес широко се използват механизмите на клетъчната транскрипция - транскрипционни ензими и по-нататъшна модификация на транскриптите. Транскрипцията на тези вируси се извършва от клетъчна РНК полимераза II, ензим, който транскрибира клетъчния геном. Въпреки това, специална група аденовирусни транскрипти се синтезира с помощта на друг клетъчен ензим - РНК полимераза III. В две други семейства животински вируси, съдържащи ДНК, вируси на едра шарка и иридовируси, транскрипцията се извършва в цитоплазмата. Тъй като в цитоплазмата няма клетъчни полимерази, транскрипцията на тези вируси изисква специален вирусен ензим - вирусна РНК полимераза. Този ензим е структурен вирусен протеин.

Регулиране на транскрипцията. Транскрипцията на вирусния геном е строго регулирана през целия инфекциозен цикъл. Регулацията се осъществява както от клетъчни, така и от специфични за вируса механизми. При някои вируси, предимно ДНК-съдържащи, има три периода на транскрипция - много ранен, ранен и късен. Тези вируси включват вируси на едра шарка, херпесни вируси, паповавируси и аденовируси. В резултат на ултра-ранна и ранна транскрипция, ултра-ранните и ранни гени се четат селективно, за да образуват ултра-ранни или ранни иРНК. По време на късна транскрипция друга част от вирусния геном, късните гени, се четат, произвеждайки късни иРНК. Броят на късните гени обикновено надвишава броя на ранните гени. Много много ранни гени са гени за неструктурни протеини - ензими и регулатори на транскрипцията и репликацията на вирусния геном. Обратно, късните гени обикновено са гени за структурни протеини. Обикновено късната транскрипция разчита целия геном, но с преобладаване на късната генна транскрипция.

Фактор, регулиращ транскрипцията при ядрените вируси, е транспортирането на транскрипти от ядрото до цитоплазмата, до мястото на функциониране на иРНК - полизоми.

Продуктът на ултра-ранната транскрипция на херпесните вируси са А-протеини. Функцията на един или повече от тях е необходима за транскрипцията на следващата група гени, кодиращи Р протеини. На свой ред, P протеините включват транскрипцията на последната група късни гени, кодиращи U протеини. Този тип регулиране се нарича "каскадно".

II. Излъчване.

Това е процесът на транслиране на генетичната информация, съдържаща се в иРНК, в специфична последователност от аминокиселини в синтезираните специфични за вируса протеини. Синтезът на протеин в клетката възниква в резултат на транслацията на иРНК върху рибозомите. В рибозомите потокът от информация (в иРНК) се слива с потока от аминокиселини, които носят трансферна РНК (тРНК). В клетката има голям брой различни тРНК. Всяка аминокиселина трябва да има своя собствена тРНК.

Молекулата на тРНК е едноверижна РНК със сложна структура с форма на кленов лист.

Свързването на специфична тРНК и аминокиселина се осъществява от ензима аминоацил синтетаза. Единият край на тРНК се свързва с аминокиселината, а другият с нуклеотидите на тРНК, към които са комплементарни. Трите нуклеотида на иРНК кодират една аминокиселина и се наричат ​​„триплет“ или „кодон“, а комплементарните три нуклеотида на тРНК се наричат ​​„антикодон“.

Процесът на транскрипция се състои от три фази: иницииране на удължаване, терминиране.

Започването на транслацията е най-критичният етап в процеса на транслация, базиран на разпознаването на иРНК от рибозомата и свързването към нейните специални региони. Рибозомата разпознава иРНК през капачка в 5' края и се плъзга към 3' края, докато достигне иницииращия кодон, който започва транслацията. В еукариотна клетка иницииращите кодони са AUG (аденин, урацил, гуанин) кодони, кодиращи метионин. Синтезът на всички полипептидни вериги започва с метионин. Специфичното разпознаване на вируса и РНК от рибозомата се извършва поради специфични за вируса иницииращи фактори.

Първо, малката рибозомна субединица се свързва с иРНК. Комплексът иРНК с малката рибозомна субединица е свързан с други компоненти, необходими за започване на транслацията. Това са няколко протеинови молекули, наречени "иницииращи фактори". Има най-малко три от тях в прокариотна клетка и повече от девет в еукариотна клетка. Иницииращите фактори определят разпознаването на специфични тРНК от рибозомата. В резултат на това се формира комплекс, който е необходим за започване на транслацията, който се нарича „инициационен комплекс“. Иницииращият комплекс включва: иРНК; малка рибозомна субединица; аминоацил-тРНК, носеща инициираща аминокиселина; иницииращи фактори; няколко молекули GTP (гуанозин трифосфат).

В рибозомата потокът от информация се слива с потока от аминокиселини. Навлизането на аминоацил-тРНК в А-центъра на голямата рибозомна субединица е следствие от разпознаването и нейният антикодон взаимодейства с кодона на иРНК, разположен в малката рибозомна субединица. Когато иРНК премести един кодон, тРНК се прехвърля към пептидилния център (Р-център) и нейната аминокиселина се присъединява към инициаторната аминокиселина, за да образува първата пептидна връзка. Свободната от аминокиселини тРНК напуска рибозомата и може отново да функционира в транспорта на специфични аминокиселини. На нейно място се прехвърля нова тРНК от А-центъра към Р-центъра и се образува нова пептидна връзка. В А-центъра се появява празен иРНК кодон, към който незабавно се присъединява съответната тРНК и към нарастващата полипептидна верига се добавят нови аминокиселини.

Удължаването на транслацията е процес на удължаване, увеличаване на полипептидната верига, базиран на добавянето на нови аминокиселини с помощта на пептидна връзка. Веригата иРНК непрекъснато се изтегля през рибозомата и съдържащата се в нея генетична информация се „декодира“. Често иРНК функционира едновременно на няколко рибозоми, всяка от които синтезира една и съща полипептидна верига, кодирана от тази иРНК.

Прекратяването на транслацията става в момента, в който рибозомата достигне терминиращия кодон в иРНК (UAA, UGA, UAG). Транслацията спира и полипептидната верига се освобождава от полирибозомата. След края на транслацията полирибозомите се разпадат на субединици, които могат да станат част от нови полирибозоми.

Всяка РНК функционира върху няколко рибозоми. Група рибозоми, действащи върху една молекула иРНК, се нарича полирибозома или полизома. Полизомите могат да се състоят от 4-6 до 20 или повече рибозоми.

Вирус-специфичните полизоми могат да бъдат свободни или свързани с мембрана. Вътрешните протеини обикновено се синтезират върху свободни полизоми; гликопротеините винаги се синтезират върху мембранно свързани полизоми.

Тъй като геномът на животински вирус е представен от молекула, кодираща повече от един протеин, вирусите са изправени пред необходимостта да синтезират или дълга иРНК, кодираща един гигантски прекурсорен полипептид, който след това трябва да бъде нарязан в определени точки на функционално активни протеини, или къси моноцистронни иРНК, всяка от които кодира един протеин. По този начин има два начина за образуване на вирусни протеини:

първият - иРНК се транслира в гигантски прекурсорен полипептид, който след синтеза последователно се нарязва на зрели функционално активни протеини;

второ, иРНК се транслира, за да образува зрели протеини или протеини, които са само леко модифицирани след синтеза.

Първият метод на транслация е характерен за РНК-съдържащи плюс-верижни вируси - пикорнавируси и тогавируси. Тяхната иРНК се транслира в гигантска полипептидна верига, така нареченият полипротеин, който се плъзга под формата на непрекъсната лента от рибозомния „конвейер“ и се нарязва на отделни протеини с необходимия размер. Разрязването на вирусни протеини е многоетапен процес, извършван както от вирусно-специфични, така и от клетъчни протеази.

Вторият метод на образуване на протеин е характерен за ДНК-съдържащите вируси и повечето РНК-съдържащи вируси. С този метод се синтезират къси моноцистронни иРНК в резултат на селективна транскрипция на един участък от генома (ген). Тези вируси обаче широко използват механизма за посттранслационно рязане на протеини.

В еукариотната клетка много протеини, включително вирусни, претърпяват посттранслационни модификации; зрелите, функционално активни протеини често не са идентични с техните новосинтезирани прекурсори. Широко разпространените посттранслационни ковалентни модификации включват гликозилиране, ацилиране, метилиране, сулфониране (образуване на дисулфидни връзки), протеолитично разрязване и накрая фосфорилиране. В резултат на това вместо 20 генетично кодирани аминокиселини, около 140 аминокиселинни производни са изолирани от различни клетки на различни органи на еукариоти.

Гликозилиране. Сложните РНК- и ДНК-съдържащи вируси съдържат протеини, съдържащи ковалентно свързани въглехидратни странични вериги - гликопротеини. Гликопротеините се намират във вирусните обвивки и се намират на повърхността на вирусните частици.

Гликозилирането на полипептиди е сложен многоетапен процес, чиито първи етапи започват още в процеса на синтез на полипептиди и първият въглехидратен остатък се добавя към полипептидната верига, която все още не е напуснала рибозомата. Следващите етапи на гликозилиране възникват чрез последователно добавяне на въглехидратни остатъци към въглехидратната верига по време на транспортирането на полипептида към плазмената мембрана. Въглехидратните остатъци се добавят един по един и само когато се започне синтеза на олигозахаридната верига, „блокът“ се прехвърля. Окончателното образуване на въглехидратната верига може да бъде завършено на плазмената мембрана преди сглобяването на вирусната частица.

Гликозилирането засяга транспорта; освен това транспортът е неразривно свързан за гликопротеините с етапно гликозилиране. Убедително доказателство за това е ефектът на инхибиторите на гликозилирането върху вирусната репродукция; те напълно потискат транспорта на полипептиди, без да нарушават или инхибират техния синтез.

Когато гликозилирането се потисне от подходящи инхибитори (захарни аналози като 2-дезоксиглюкоза, антибиотик туникамицин), сглобяването на вириони на миксо-, рабдо- и α-вируси се блокира или се образуват неинфекциозни вириони на херпесни вируси и онковируси .

Сулфониране. Някои протеини на сложни РНК и ДНК вируси се сулфонират след транслация. Най-често гликопротеините се подлагат на сулфониране и сулфатната група се свързва с въглехидратните остатъци на гликопротеина.

Ацилиране. Редица гликопротеини на сложни РНК-съдържащи вируси (HA2 на грипния вирус, G протеин на вируса на везикулозен стоматит, HN протеин на вируса на нюкасълската болест и др.) Съдържат ковалентно свързани 1-2 молекули мастни киселини.

Рязане. Много вирусни протеини, и предимно гликопротеини, придобиват функционална активност само след като бъдат разрязани в определени точки от протеолитични ензими. Разрязването става или с образуването на две функционални протеинови субединици (например голямата и малката субединици на хемаглутинина на грипния вирус, два гликопротеина (E2 и E3) на вируса Semliki Forest), или с образуването на един функционално активен протеин и неактивен ензим, например F и HN протеините на парамиксовирусите. Нарязването обикновено се извършва от клетъчни ензими. В много сложни животински вируси, които имат гликопротеини, разрязването е необходимо за образуването на активни прикрепващи протеини и слети протеини и следователно за вирусите да придобият способността да инфектират клетка. Само след разрязването на тези протеини вирусната частица става инфекциозна. По този начин можем да говорим за протеолитично активиране на редица вируси, извършвано с помощта на клетъчни ензими.

Фосфорилиране. Фосфопротеините се съдържат в почти всички животински вируси - РНК - и ДНК-съдържащи, прости и сложни по структура. Протеинкиназите се срещат в повечето вируси, но фосфорилирането може да се извърши както от вирусни, така и от клетъчни ензими. Обикновено протеините, свързани с вирусния геном и играещи регулаторна роля в неговата експресия, са фосфорилирани. Механизмът на активно действие на интерферона е свързан с процеса на фосфорилиране.

III. Репликация.

Репликацията е синтеза на молекули нуклеинови киселини, хомоложни на генома. Репликацията на ДНК възниква в клетката, което води до образуването на дъщерна двойноверижна ДНК. Репликацията се извършва върху неусукани участъци на ДНК и се извършва едновременно на двете вериги от 5' края до 3' края.

Тъй като двете вериги на ДНК имат противоположни полярности и мястото на репликация (вилицата) се движи в една и съща посока, една верига се изгражда в противоположна посока в отделни фрагменти, наречени фрагменти на Оказаки (наречени на учения, който пръв предложи този модел). След синтеза, фрагментите на Okazaki са "омрежени" чрез лигаза в една единствена верига.

Репликацията на ДНК се осъществява от ДНК полимерази. За да започне репликацията, е необходим предварителен синтез на къс участък от РНК върху ДНК шаблон, наречен праймер. Синтезът на ДНК веригата започва с праймера, след което РНК бързо се отстранява от мястото на растеж.

Репликация на вирусна ДНК. Репликацията на генома на ДНК-съдържащи вируси се катализира главно от клетъчни фрагменти и нейният механизъм е подобен на механизма на репликация на клетъчна ДНК.

Всяка новосинтезирана ДНК молекула се състои от една родителска и една новосинтезирана верига. Този механизъм на репликация се нарича полуконсервативен.

При вируси, съдържащи кръгова двойноверижна ДНК (паповавируси), една от ДНК веригите се нарязва, което води до размотаване и отстраняване на суперспирали в определен участък от молекулата.

Виждат се долната свръхнавита част на молекулата, неусуканата част върху голяма площ и новообразуваните репликационни бримки.

При репликацията на едноверижна ДНК (семейство парвовируси) се образуват двойноверижни форми, които са междинни репликативни форми.

Репликативни комплекси. Тъй като получените ДНК и РНК вериги остават свързани с матрицата за известно време, в заразената клетка се образуват репликативни комплекси, в които се осъществява целият процес на репликация (а в някои случаи и транскрипция) на генома. Репликативният комплекс съдържа генома, репликаза и новосинтезирани вериги на нуклеинова киселина, свързани с матрицата. Новосинтезирани геномни молекули незабавно се свързват с вирусни протеини, така че антигените се намират в репликационните комплекси. По време на процеса на репликация се появява частично двуверижна структура с едноверижни „опашки“, така нареченият репликативен прекурсор.

Репликационните комплекси са свързани с клетъчни структури, или предварително съществуващи, или индуцирани от вирус. Например, репликативните комплекси на пикорнавирусите са свързани с мембраните на ендоплазмения ретикулум, на вирусите на едрата шарка - с цитоплазмения матрикс, репликативните комплекси на аденовирусите и херпесните вируси в ядрата са свързани с новообразувани фиброзни структури и са свързани с ядрени мембрани. В инфектираните клетки може да има повишена пролиферация на клетъчни структури, с които са свързани репликационните комплекси, или тяхното образуване от вече съществуващ материал. Например, в клетки, заразени с пикорнавируси, настъпва пролиферация на гладки мембрани. В клетки, заразени с реовируси, се наблюдава натрупване на микротубули; В клетки, заразени с вируси на едра шарка, се образува цитоплазмен матрикс.

В репликационните комплекси, едновременно със синтеза на геномни молекули, протича транскрипция и сглобяване на нуклеокапсиди и ядра, а при някои инфекции и на вирусни частици.

Регулиране на репликацията. Новообразуваната геномна РНК молекула може да се използва по различни начини. Той може да се асоциира с капсидни протеини и да стане част от вириона, да служи като матрица за синтеза на нови геномни молекули или за образуването на иРНК; накрая, в "плюс"-верижните вируси той може да изпълнява функциите на иРНК и да се свързва към рибозомите. В клетката има механизми, които регулират използването на геномни молекули. Регулацията следва принципа на саморегулацията и се осъществява чрез взаимодействието на вирусната РНК и протеините поради възможността за разпознаване протеин-нуклеинова киселина и протеин-протеин. Например, ролята на крайния протеин на пикорнавирусите е да инхибира транслацията на иРНК и да избира молекули за образуването на вириони. Протеинът, който се свързва с 5' края на геномната РНК, от своя страна се разпознава от капсидните протеини и служи като сигнал за сглобяването на вирусната частица с участието на тази РНК молекула. Използвайки същия принцип, геномните РНК молекули се избират от минус-верижни вируси. Молекулата на РНК е част от вириона или служи като шаблон за репликация. За да се превключи към транскрипция, трябва да настъпи забрана на взаимодействието протеин-нуклеинова киселина. Репликацията на аденовирусна ДНК включва протеинова молекула, която се свързва с края на вирусната ДНК и е необходима за започване на репликацията. По този начин, за да започне репликацията, е необходим синтез на вирусни протеини: в присъствието на инхибитори на протеиновия синтез няма превключване от транскрипция към репликация.

IV. Сглобяване на вирусни частици.

Синтезът на компонентите на вирусните частици в клетката е отделен и може да се случи в различни структури на ядрото и цитоплазмата. Вирусите, които се репликират в ядра, обикновено се наричат ​​ядрени вируси. Това са предимно ДНК-съдържащи вируси: аденовируси, паповавируси, парвовируси, херпесни вируси.

Вирусите, които се репликират в цитоплазмата, се наричат ​​цитоплазмени. Те включват ДНК-съдържащ вирус на едра шарка и повечето РНК-съдържащи вируси, с изключение на ортомиксовирусите и ретровирусите. Това разделение обаче е много относително, тъй като при възпроизвеждането и на двата вируса има етапи, които протичат съответно в цитоплазмата и ядрото.

Вътре в ядрото и цитоплазмата синтезата на специфични за вируса молекули също може да бъде отделена. Например, синтезът на някои протеини се извършва върху свободни полизоми, докато други се синтезират върху мембранно свързани полизоми. Вирусните нуклеинови киселини се синтезират във връзка с клетъчни структури далеч от полизомите, които синтезират вирусни протеини. С този дизюнктивен метод на възпроизвеждане, образуването на вирусна частица е възможно само ако вирусните нуклеинови киселини и протеини имат способността, при достатъчна концентрация, да се разпознават взаимно в разнообразието от клетъчни протеини и нуклеинови киселини и спонтанно да се свързват помежду си, способни са на самосглобяване.

Самосглобяването се основава на специфично разпознаване протеин-нуклеинова киселина и протеин-протеин, което може да възникне в резултат на хидрофобни, солеви и водородни връзки, както и пространствено съвпадение. Разпознаването на протеин-нуклеинова киселина е ограничено до малка област от молекулата на нуклеиновата киселина и се определя от уникални нуклеотидни последователности в некодиращата част на вирусния геном. С това разпознаване на област от генома от вирусни капсидни протеини започва процесът на сглобяване на вирусната частица. Прикрепването на други протеинови молекули се осъществява поради специфични взаимодействия протеин-протеин или неспецифични взаимодействия протеин-нуклеинова киселина.

Поради разнообразието на структурата на животинските вируси, методите за образуване на вириони също са разнообразни, но могат да се формулират следните общи принципи на сглобяване:

В простите вируси се образуват провириони, които след това се трансформират във вириони в резултат на протеинови модификации. За сложни вируси сглобяването се извършва на няколко етапа. Първо се образуват нуклеокапсиди или ядра, с които взаимодействат протеините на външната обвивка.

Сглобяването на сложни вируси (с изключение на сглобяването на вируси на едра шарка и реовируси) се извършва върху клетъчни мембрани. Сглобяването на ядрени вируси става с участието на ядрени мембрани, сглобяването на цитоплазмени вируси - с участието на мембраните на ендоплазмения ретикулум или плазмената мембрана, където всички компоненти на вирусната частица пристигат независимо един от друг.

Редица сложни вируси имат специални хидрофобни протеини, които действат като посредници между образуваните нуклеокапсиди и вирусните обвивки. Такива протеини са матрични протеини в редица минус-верижни вируси (ортомиксовируси, парамиксовируси, рабдовируси).

Сглобяването на нуклеокапсиди, ядра, провириони и вириони не се случва във вътреклетъчната течност, а в предварително съществуващи в клетката или индуцирани от вируса („фабрики“).

Сложните вируси използват редица елементи от клетката гостоприемник, за да изградят своите частици, например липиди, някои ензими, хистони в ДНК геномна 5V40, актин в обвити РНК геномни вируси и дори рибозоми се намират в ареновирусите. Клетъчните молекули имат определени функции във вирусната частица, но включването им във вириона може също да бъде следствие от случайно замърсяване, като например включването на редица ензими на клетъчната мембрана или клетъчни нуклеинови киселини.

Сглобяване на ДНК вируси. Има някои разлики в сглобяването на ДНК вируси от сглобяването на РНК вируси. Подобно на РНК-съдържащите вируси, сглобяването на ДНК-съдържащи вируси е многоетапен процес с образуването на междинни форми, които се различават от зрелите вириони по състава на полипептидите. Първият етап на сглобяване включва свързването на ДНК с вътрешни протеини и образуването на ядра или нуклеокапсиди. В този случай ДНК се комбинира с предварително образувани „празни“ капсиди.

В резултат на свързването на ДНК с капсидите се появява нов клас междинни форми, наречени непълни форми. В допълнение към непълните форми с различно съдържание на ДНК, има още една междинна форма в морфогенезата - незрели вириони, които се различават от зрелите по това, че съдържат неразрязани полипептидни прекурсори. По този начин морфогенезата на вирусите е тясно свързана с модификацията (обработката) на протеините.

Сглобяването на ядрени вируси започва в ядрото, обикновено с асоцииране с ядрената мембрана. Междинните форми на херпесния вирус се образуват в ядрената пъпка в перинуклеарното пространство през вътрешната ядрена мембрана и по този начин вирусът придобива обвивка, която е производна на ядрената мембрана. По-нататъшното завършване и узряване на вирионите се извършва в мембраните на ендоплазмения ретикулум и в апарата на Голджи, откъдето вирусът се транспортира като част от цитоплазмените везикули до клетъчната повърхност.

При непъпкуващи липидосъдържащи вируси - вируси на едра шарка, сглобяването на вириони става във вече описаните цитоплазмени вирусни „фабрики“. Липидната обвивка на вирусите във „фабриките“ се формира от клетъчни липиди чрез автономно самосглобяване, поради което липидният състав на обвивките се различава значително от състава на липидите в клетъчните мембрани.

V. Излизане на вирусни частици от клетката.

Има два начина вирусното потомство да излезе от клетката:

1) чрез „експлозия“;

2) чрез пъпкуване.

Излизането от клетката чрез експлозия е свързано с разрушаването на клетката, нарушаване на нейната цялост, в резултат на което зрелите вирусни частици, разположени вътре в клетката, попадат в околната среда. Този метод на излизане от клетката е характерен за вируси, които не съдържат липопротеинова обвивка (пикорна-, рео-, парво-, папова-, аденовируси). Въпреки това, някои от тези вируси могат да бъдат транспортирани до клетъчната повърхност преди клетъчната смърт. Излизането от клетките чрез пъпкуване е характерно за вируси, съдържащи липопротеинова мембрана, която е производна на клетъчните мембрани. С този метод клетката може да остане жизнеспособна за дълго време и да произвежда вирусно потомство, докато ресурсите й бъдат напълно изчерпани.

Процесът на възпроизвеждане на вируса може грубо да бъде разделен на 2 фази . Първата фаза включва 3 етапа: 1) адсорбция на вируса върху чувствителни клетки; 2) проникване на вируса в клетката; 3) депротеинизация на вируса . Втората фаза включва етапите на внедряване на вирусния геном: 1) транскрипция, 2) транслация, 3) репликация, 4) сглобяване, узряване на вирусни частици и 5) излизане на вируса от клетката.

Взаимодействието на вируса с клетката започва с процеса на адсорбция, т.е. с прикрепването на вируса към клетъчната повърхност.

Адсорбцияе специфично свързване на вирионния протеин (антирецептор) към комплементарната структура на клетъчната повърхност - клетъчния рецептор. Според химическата си природа рецепторите, върху които се фиксират вирусите, принадлежат към две групи: мукопротеинови и липопротеинови. Вирусите на грипа, параинфлуенцата и аденовирусите са фиксирани върху мукопротеиновите рецептори. Ентеровирусите, херпесните вируси, арбовирусите се адсорбират върху липопротеиновите рецептори на клетката. Адсорбцията се осъществява само в присъствието на определени електролити, по-специално Ca2+ йони, които неутрализират излишните анионни заряди на вируса и клетъчната повърхност и намаляват електростатичното отблъскване.Адсорбцията на вирусите зависи малко от температурата.Първоначалните процеси на адсорбция са неспецифични по природа и са резултат от електростатично взаимодействие на положително и отрицателно заредени структури на повърхността на вируса и клетката, след което възниква специфично взаимодействие между прикрепващия протеин на вириона и специфични групи на плазмената мембрана на клетката. Простите човешки и животински вируси съдържат прикрепващи протеини като част от капсида. При сложните вируси прикрепващите протеини са част от суперкапсида. Те могат да имат формата на нишки (влакна при аденовирусите) или шипове, подобни на гъби структури при миксо-, ретро-, рабдо- и други вируси. Първоначално възниква единична връзка на вириона с рецептора - такова прикрепване е крехко - адсорбцията е обратима. За да възникне необратима адсорбция, трябва да се появят множество връзки между вирусния рецептор и клетъчния рецептор, т.е. стабилно многовалентно прикрепване. Броят на специфичните рецептори на повърхността на една клетка е 10 4 -10 5. Рецептори за някои вируси, например арбовируси. се съдържат в клетките както на гръбначни, така и на безгръбначни; за други вируси само в клетки на един или повече видове.

Проникването на човешки и животински вируси в клетките става по два начина: 1) виропексис (пиноцитоза); 2) сливане на вирусната суперкапсидна обвивка с клетъчната мембрана. Бактериофагите имат свой собствен механизъм за проникване, така наречената спринцовка, когато в резултат на свиване на протеиновия придатък на фага нуклеиновата киселина се инжектира в клетката.

Депротеинизацията на вируса, освобождаването на вирусния хемом от вирусните защитни черупки се извършва или с помощта на вирусни ензими, или с помощта на клетъчни ензими. Крайните продукти на депротеинизацията са нуклеинови киселини или нуклеинови киселини, свързани с вътрешния вирусен протеин. След това протича втората фаза на вирусното възпроизвеждане, което води до синтеза на вирусни компоненти.

Транскрипцията е пренаписване на информация от ДНК или РНК на вируса в иРНК според законите на генетичния код.

Транслацията е процес на транслиране на генетична информация, съдържаща се в иРНК, в специфична последователност от аминокиселини.

Репликацията е процесът на синтез на молекули нуклеинови киселини, хомоложни на вирусния геном.

Внедряването на генетична информация в ДНК-съдържащи вируси е същото като в клетките:

ДНК транскрипция иРНК транслационен протеин

Транскрипция на РНК i-РНК транслационен протеин

Вирусите с положителен РНК геном (тогавируси, пикорнавируси) нямат транскрипция:

Транслация на РНК протеин

Ретровирусите имат уникален начин за предаване на генетична информация:

РНК обратна транскрипция ДНК транскрипция мРНК транслационен протеин

ДНК се интегрира с генома на клетката гостоприемник (провирус).

След като клетката натрупа вирусни компоненти, започва последният етап от вирусната репродукция: сглобяването на вирусни частици и освобождаването на вириони от клетката. Вирионите излизат от клетката по два начина: 1) чрез „взривяване” на клетката, в резултат на което клетката се разрушава. Този път е присъщ на прости вируси (пикорна-, рео-, папова- и аденовируси), 2) излизане от клетките чрез пъпкуване. Присъщи на вируси, съдържащи суперкапсид. При този метод клетката не умира незабавно и може да произведе множество вирусни потомци, докато ресурсите й не бъдат изчерпани.

Методи за култивиране на вируси

За култивиране на вируси в лабораторни условия се използват следните живи обекти: 1) клетъчни култури (тъкани, органи); 2) пилешки ембриони; 3) лабораторни животни.

Клетъчна култура

Най-често срещаните са еднослойни клетъчни култури, които могат да бъдат разделени на 1) първични (първично трипсинизирани), 2) полунепрекъснати (диплоидни) и 3) непрекъснати.

По произходте се класифицират на ембрионални, туморни и от възрастни организми; чрез морфогенеза- фибробластни, епителни и др.

Първичен Клетъчните култури са клетки от всяка човешка или животинска тъкан, които имат способността да растат под формата на монослой върху пластмасова или стъклена повърхност, покрита със специална хранителна среда. Продължителността на живота на такива култури е ограничена. Във всеки конкретен случай те се получават от тъканта след механично смилане, третиране с протеолитични ензими и стандартизиране на броя на клетките. Първичните култури, получени от бъбреци на маймуни, бъбреци на човешки ембриони, човешки амнион и пилешки ембриони, се използват широко за изолиране и натрупване на вируси, както и за производството на вирусни ваксини.

Полукожени (или диплоиден ) клетъчни култури - клетки от същия тип, способни да издържат до 50-100 пасажа in vitro, като същевременно запазват своя оригинален диплоиден набор от хромозоми. Диплоидни щамове на човешки ембрионални фибробласти се използват както за диагностика на вирусни инфекции, така и при производството на вирусни ваксини.

Непрекъснато клетъчните линии се характеризират с потенциално безсмъртие и хетерплоиден кариотип.

Източник на трансплантируеми линии могат да бъдат първични клетъчни култури (например SOC, PES, BHK-21 - от бъбреци на еднодневни сирийски хамстери; PMS - от бъбрек на морско свинче и др.) отделни клетки на които показват склонност към безкрайно размножаване in vitro. Наборът от промени, водещи до появата на такива характеристики от клетките, се нарича трансформация, а клетките на непрекъснати тъканни култури се наричат ​​трансформирани.

Друг източник на трансплантируеми клетъчни линии са злокачествените неоплазми. В този случай клетъчната трансформация се извършва in vivo. Във вирусологичната практика най-често се използват следните линии трансплантирани клетки: HeLa - получени от цервикален карцином; Ner-2 - от карцином на ларинкса; Детройт-6 - от метастази на рак на белия дроб до костния мозък; RH - от човешки бъбрек.

За култивиране на клетки са необходими хранителни среди, които според предназначението си се делят на растежни и поддържащи. Растежната среда трябва да съдържа повече хранителни вещества, за да се осигури активна клетъчна пролиферация за образуване на монослой. Поддържащата среда трябва само да гарантира, че клетките оцеляват във вече образуван монослой по време на размножаването на вируси в клетката.

Стандартните синтетични среди, като синтетична среда 199 и среда на Eagle, са широко използвани. Независимо от предназначението, всички среди за клетъчни култури са формулирани с помощта на балансиран солев разтвор. Най-често това е решение на Ханкс. Неразделен компонент на повечето хранителни среди е животински кръвен серум (телешки, говежди, конски), без 5-10% от който не се осъществява възпроизвеждане на клетки и образуване на монослой. Серумът не е включен в поддържащата среда.

Изолиране на вируси в клетъчни култури и методи за тяхното индициране.

При изолиране на вируси от различни инфекциозни материали от пациент (кръв, урина, изпражнения, мукозен секрет, измиване на органи) се използват клетъчни култури, които са най-чувствителни към предполагаемия вирус. За инфекция се използват култури в епруветки с добре развит монослой от клетки. Преди да се заразят клетките, хранителната среда се отстранява и във всяка епруветка се добавят 0,1-0,2 ml суспензия от изследвания материал, предварително обработен с антибиотици за унищожаване на бактерии и гъбички. След 30-60 мин. След контакт на вируса с клетките, излишният материал се отстранява, в епруветката се добавя поддържаща среда и се оставя в термостат, докато се открият признаци на репликация на вируса.

Индикатор за наличието на вирус в заразени клетъчни култури може да бъде:

1) развитието на специфична клетъчна дегенерация - цитопатичният ефект на вируса (CPE), който има три основни типа: кръгла или малка клетъчна дегенерация; образуване на многоядрени гигантски клетки - симпласти; развитие на огнища на клетъчна пролиферация, състоящи се от няколко слоя клетки;

2) откриване на вътреклетъчни включвания, разположени в цитоплазмата и ядрата на засегнатите клетки;

3) положителна реакция на хамаглутинация (RHA);

4) положителна реакция на хемадсорбция (RHAds);

5) феномен на образуване на плака: монослой от инфектирани с вирус клетки е покрит с тънък слой агар с добавяне на неутрален червен индикатор (фон - розов). При наличие на вирус върху розовия агаров фон в клетките се образуват безцветни зони (“плаки”).

6) при липса на CPD или GA може да се извърши реакция на интерференция: изследваната култура се заразява повторно с вируса, който причинява CPD. В положителен случай няма да има CPP (реакцията на смущение е положителна). Ако в тестовия материал няма вирус, се наблюдава CPE.

Изолиране на вируси в пилешки ембриони.

За вирусологични изследвания се използват пилешки ембриони на възраст 7-12 дни.

Преди заразяването се определя жизнеспособността на ембриона. По време на овоскопирането живите ембриони са подвижни и съдовият модел е ясно видим. Границите на въздушния мехур са маркирани с обикновен молив. Пилешките ембриони се заразяват при асептични условия, като се използват стерилни инструменти, след предварителна обработка на черупката над въздушното пространство с йод и алкохол.

Методите за заразяване на пилешки ембриони могат да бъдат различни: прилагане на вируса върху хорион-алантоисната мембрана, в амниотичните и алантоисните кухини, в жълтъчната торбичка. Изборът на метод на заразяване зависи от биологичните свойства на изследвания вирус.

Индикация за наличието на вирус в пилешки ембрион се прави чрез смъртта на ембриона, положителна реакция на хемаглутинация върху стъкло с алантоична или околоплодна течност и чрез фокални лезии („плаки“) върху хорион-алантоичната мембрана.

III. Изолиране на вируси в лабораторни животни.

Лабораторни животни могат да се използват за изолиране на вируси от инфекциозен материал, когато не могат да се използват по-удобни системи (клетъчни култури или пилешки ембриони). Те вземат основно новородени бели мишки, хамстери, морски свинчета и плъхове. Животните се заразяват по принципа на вирусния цитотропизъм: пневмотропните вируси се инжектират интраназално, невротропните вируси - интрацеребрално, дерматотропните вируси - върху кожата.

Индикацията за вируса се основава на появата на признаци на заболяване при животните, тяхната смърт, патоморфологични и патохистологични промени в тъканите и органите, както и положителна реакция на хемаглотинация с екстракти от органи.

Не се осъществява чрез двойно делене. Още през 50-те години на миналия век е установено, че възпроизвеждането се извършва чрез метода на възпроизвеждане (в превод от английски възпроизвеждане - направете копие, възпроизвеждане), тоест чрез възпроизвеждане на нуклеинови киселини, както и синтез на протеини с последващо събиране на вириони. Тези процеси протичат в различни части на така наречената клетка гостоприемник (например в ядрото или цитоплазмата). Този несвързан метод на възпроизвеждане на вируса се нарича дизюнктивен. Точно на това ще се спрем по-подробно в нашата статия.

Процес на възпроизвеждане

Този процес има свои собствени характеристики на вирусното възпроизвеждане и се характеризира с последователна промяна на определени етапи. Нека ги разгледаме поотделно.

Фази

Вирусното възпроизвеждане в клетка протича в няколко фази, които са описани по-долу:

1. Първата фаза е адсорбцията на вируса, обсъден по-горе, върху повърхността на клетка, която е чувствителна към този вирус.
2. Вторият е проникването на вируса в клетките на гостоприемника по метода на виропексията.
3. Третият е вид „събличане“ на вириони, освобождаване на нуклеинова киселина от капсида и суперкапсида. При редица вируси нуклеиновата киселина навлиза в клетките чрез сливане на вирионната обвивка и клетката гостоприемник. В този случай третата и втората фаза се комбинират в една.

Адсорбция

Този етап на вирусна репродукция се отнася до проникването на вирусната частица в клетките. Адсорбцията започва на клетъчната повърхност чрез взаимодействие на клетъчни, както и вирусни рецептори. В превод от латински думата "рецептори" означава "приемник". Те са специални чувствителни образувания, които възприемат дразнения. Рецепторите са молекули или молекулни комплекси, разположени на повърхността на клетките и също така са способни да разпознават специфични химични групи, молекули или други клетки и да ги свързват. В най-сложните вириони такива рецептори са разположени върху външната обвивка под формата на израстък с форма на шип или вила; в простите вириони те обикновено се намират на повърхността на капсида.

Механизмът на адсорбция на повърхността на чувствителна клетка се основава на взаимодействието на рецепторите с така наречените комплементарни рецептори на клетката "гостоприемник". Вирионните и клетъчните рецептори са някои специфични структури, които се намират на повърхността.

Аденовирусите и миксовирусите се адсорбират директно върху мукопротеиновите рецептори, а арбовирусите и пикорнавирусите се адсорбират върху липопротеиновите рецептори.

В миксовирусния вирион невраминидазата разрушава мукогфотеиновия рецептор и разцепва N-ацетилневраминовата киселина от олигозахарида, който съдържа галактоза и галактозамин. Взаимодействията им на този етап са обратими, тъй като се влияят значително от температурата, реакцията на околната среда и солните компоненти. Адсорбцията на вириона се предотвратява от хепарин и сулфатирани полизахариди, които носят отрицателен заряд, но техният инхибиторен ефект се отстранява от някои поликариони (екмолин, DEAE-декстран, протамин сулфат), които неутрализират отрицателния заряд от сулфатирани полизахариди.

Навлизане на вириона в клетката гостоприемник

Пътят на въвеждане на вирус в чувствителна към него клетка не винаги ще бъде един и същ. Много вириони са в състояние да проникнат в клетките чрез пиноцитоза, което на гръцки означава „да пия“ или „пия“. С този метод изглежда, че пиноцитозната вакуола привлича вириона директно в клетката. Други вириони могат да навлязат в клетката директно през нейната мембрана.

Контактът на ензима невраминидаза с клетъчните мукопротеини насърчава навлизането на вириони в клетката сред миксовирусите. Резултатите от последните проучвания доказват, че ДНК и РНК на вирионите не са отделени от външната обвивка, т.е. вирионите проникват изцяло в чувствителните клетки чрез пиноцитоза или виропексис. Към днешна дата това е потвърдено за вируса на едра шарка, вируса на ваксиния и други вируси, които избират животните за свое местообитание. Ако говорим за фаги, те заразяват клетките с нуклеинова киселина. Механизмът на инфекция се основава на факта, че вирионите, съдържащи се в клетъчните вакуоли, се хидролизират от ензими (липази, протеази), по време на което ДНК се освобождава от обвивката на фага и навлиза в клетката.

За да се проведе експериментът, една клетка беше заразена с помощта на нуклеинова киселина, която беше изолирана от някои вируси, и беше предизвикан един пълен цикъл на възпроизвеждане на вириони. Но при естествени условия инфекцията не се случва с помощта на такава киселина.

Разпадане

Следващият етап от възпроизвеждането на вируса е разпадането, което е освобождаването на NK от капсида и външната обвивка. След като вирионът навлезе в клетките, капсидът претърпява някои промени, придобивайки чувствителност към клетъчна протеаза, след което се разрушава, като едновременно с това освобождава NK. При някои бактериофаги свободните NK навлизат в клетките. Фитопатогенният вирус прониква през увреждане на клетъчната стена и след това се адсорбира върху вътрешния клетъчен рецептор с едновременното освобождаване на NK.

РНК репликация и синтез на вирусен протеин

Следващият етап от вирусната репродукция е синтезът на вирус-специфичен протеин, който се осъществява с участието на така наречените месинджърни РНК (при някои вируси те са част от вирионите, а при някои се синтезират само в заразени клетки директно върху вирионната ДНК или РНК матрица). Възниква вирусна NK репликация.

Процесът на възпроизвеждане на РНК вируси започва след като нуклеопротеините навлязат в клетката, където се образуват вирусни полизоми чрез комплексиране на РНК с рибозоми. След това се синтезират ранни протеини, които включват репресори от клетъчния метаболизъм, както и РНК полимерази, които се транслират с родителската РНК молекула. В цитоплазмата на най-малките вируси или в ядрото се образува вирусна двойноверижна РНК чрез комбиниране на родителската плюс верига ("+" - РНК верига) с новосинтезираната, както и минус веригата, комплементарна към нея (" -” - РНК верига) . Свързването на тези вериги от нуклеинова киселина провокира образуването само на едноверижна РНК структура, която се нарича репликативна форма. Синтезът на вирусна РНК се осъществява от репликационни комплекси, в които участват репликативната форма на РНК, ензимът РНК полимераза и полизоми.

Има 2 вида РНК полимерази. Те включват: РНК полимераза I, която катализира образуването на репликативната форма директно върху матрицата плюс-верига, както и РНК полимераза II, която участва в синтеза на едноверижна вирусна РНК върху матрицата от репликативен тип. Синтезът на нуклеинови киселини в малките вируси се извършва в цитоплазмата. Що се отнася до грипния вирус, вътрешният протеин и РНК се синтезират в ядрото. След това РНК се освобождава от ядрото и прониква в цитоплазмата, където заедно с рибозомите започва да синтезира вирусния протеин.

След като вирионите навлязат в клетките, синтезът на нуклеинова киселина, както и клетъчните протеини, се потискат. При възпроизвеждане върху матрица в ядрото се синтезира и i-РНК, която носи информация за синтеза на протеини. Механизмът на синтеза на вирусен протеин се осъществява на нивото на клетъчната рибозома, а източникът на конструкцията ще бъде аминокиселинният пул. Активирането на аминокиселините се извършва от ензими, с помощта на иРНК те се пренасят директно в рибозомите (полизоми), в които вече се намират в синтезираната протеинова молекула.

По този начин в заразените клетки синтезът на нуклеинови киселини и вирионни протеини се осъществява като част от репликативно-транскриптивен комплекс, който се регулира от определена система от механизми.

Вирионна морфогенеза

Образуването на вириони може да се случи само в случай на строго подредена комбинация от структурни вирусни полипептиди, както и техните NK. И това се осигурява от така нареченото самосглобяване на протеинови молекули в близост до NC.

Образуване на вириони

Образуването на вирион става с участието на някои структурни компоненти, които изграждат клетката. В цитоплазмата се образуват вирусите на херпес, полиомиелит и ваксиния, а в ядрото - аденовирусите. Синтезът на вирусна РНК, както и образуването на нуклеокапсид, се извършва директно в ядрото, а хемаглутининът се образува в цитоплазмата. След това нуклеокапсидът се придвижва от ядрото към цитоплазмата, в която се образува вирионната обвивка. Нуклеокапсидът е покрит отвън с вирусни протеини, а вирионът включва хемаглутинини и невраминидази. Така се образува потомство, например, вирусът на грипа.

Освобождаване на вириона от клетката гостоприемник

Вирусните частици се освобождават от клетката „гостоприемник“ едновременно (по време на разрушаването на клетката) или постепенно (без никакво разрушаване на клетката).

Именно в тази форма се възпроизвеждат вирусите. Вирионите се освобождават от клетките обикновено по два начина.

Първи метод

Първият метод предполага следното: след пълното узряване на вирионите директно вътре в клетката, те се закръглят, там се образуват вакуоли и след това клетъчната мембрана се разрушава. След завършване на тези процеси, вирионите излизат едновременно и напълно от клетките (пикорнавируси). Този метод обикновено се нарича литичен.

Втори метод

Вторият метод включва процеса на освобождаване на вириони, докато узряват за 2-6 часа върху цитоплазмената мембрана (миксовируси и арбовируси). Освобождаването на миксовирусите от клетката се улеснява от невраминидазите, които разрушават клетъчната мембрана. По време на този метод 75-90% от вирионите се освобождават спонтанно в хранителната среда и клетките постепенно умират.