РАЗМНОЖЕНИЕ ВИРУСОВ: ФАЗЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Размножение вирусов или вирусной репликации является событием , с помощью которого вирус размножается частицы на несколько порядков, по угону ферментативного аппарата клетки - хозяина. Поскольку вирусы не состоят из клеток, они не могут воспроизводиться независимо, что строго требует, чтобы это делал клеточный хозяин.

Есть две общие альтернативы, с помощью которых вирус может воспроизводиться: литический цикл или лизогенный цикл. Оба процесса широко изучены на вирусах, поражающих бактерии или бактериофаги.

Репродуктивный цикл вирусов.
1-фиксация
2-проникновение
3-разворачивание
4-синтез (4a-транскрипция, 4b-трансляция, репликация 4c-генома)
5-сборка
6-освобождение
Источник: Franciscosp2

Литический цикл завершается разрывом клетки-хозяина, в то время как в лизогенном цикле клетка продолжает жить с генетическим материалом вируса внутри.

В случае литического пути вирус находит потенциальную клетку, которую он заразит, и прикрепляется к ней через рецепторы, которые он распознает на поверхности клетки. Затем он вводит свою ДНК в цитоплазму, где начинается производство структурных компонентов. Эти фрагменты нуклеиновых кислот и белков собираются и высвобождаются, после чего могут инфицировать новых хозяев.

Лизогенный цикл начинается аналогичным образом, за исключением того, что ДНК вируса подвергается процессу рекомбинации и интегрируется в хромосому своего хозяина. Вирус остается скрытым внутри клетки до тех пор, пока действие какого-либо химического вещества или ультрафиолетового света не запустит литический цикл.

Что такое вирус?

Прежде чем объяснять, из чего состоит размножение вирусов, мы должны уяснить некоторые аспекты, связанные с биологией этих образований. Вирусы - это не клетки, а скорее простые структуры, состоящие из нуклеиновых кислот и некоторых белков.

Полный и развитый набор инфекционных вирусных частиц известен как вирион.

В отличие от органических существ, состоящих из клеток, вирусы не подвергаются метаболизму или контролируемому обмену веществ с внешней средой. Но они могут воспроизводиться внутри биологических систем, которые действительно выполняют эти функции, то есть в живых клетках.

По этой причине вирусы считаются облигатными клеточными паразитами, поскольку они не могут завершить свое размножение без живой клетки. Его хозяевами могут быть позвоночные, беспозвоночные, растения, простейшие, бактерии и т. Д., В зависимости от изучаемого вируса.

Для размножения вирусы должны захватить ферментативный аппарат своего хозяина. Этот аспект имеет последствия при разработке лекарств, чтобы остановить вирусную инфекцию, поскольку нарушение репродукции вируса может мешать воспроизводству клеток-хозяев. Ниже мы рассмотрим, как происходит этот процесс.

Как размножаются вирусы?

Как мы уже упоминали, вирусы - это биологические частицы очень простой природы. Следовательно, нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), которой они обладают, содержит информацию для производства нескольких белков и ферментов для создания вириона.

В единственной клетке-хозяине вирион может производить тысячи вирусных частиц, подобных исходной, с помощью метаболических механизмов своего хозяина.

Несмотря на то, что вирусы и их хозяева сильно изменчивы, цикл воспроизводства у всех схож. Ниже мы обобщим процесс и шаг за шагом опишем размножение бактериофагов, вирусов, заражающих бактерии. Затем мы упомянем некоторые особенности вирусов, поражающих животных.

Размножение бактерий-вирусов (бактериофагов)

Бактериофаги могут воспроизводиться двумя альтернативными способами: литическим циклом или лизогенным циклом. Как следует из названия, последний этап литики включает лизис (и, следовательно, гибель) клетки-хозяина. Напротив, лизогенный цикл включает размножение вируса живой клеткой.

-Литарный цикл

Литический процесс в бактериофагах Т (Т2, Т4 и Т6) известных бактерий E. coli известен очень подробно. Процессы, которые мы опишем ниже, основаны на этих моделях исследования.

Это происходит в пяти различных стадиях: фиксация, проникновение, биосинтез, созревание и высвобождение.

фиксация

Этот шаг также известен как адсорбция вируса. Первое, что должно произойти для размножения вируса, - это встреча вирусной частицы и клетки-хозяина. Это столкновение происходит случайно.

Вирус связывается с некоторым дополнительным рецептором, который он распознает на поверхности клетки; в данном случае - в клеточной стенке бактерий. Это связывание представляет собой химическое взаимодействие, при котором между вирусом и рецептором возникают слабые связи.

пенетрация

Как только вирус распознает реципиента, он начинает вводить свой генетический материал. Бактериофаг высвобождает фермент, который повреждает часть клеточной стенки. В этом контексте вирусная частица функционирует как шприц для подкожных инъекций, отвечающий за введение ДНК.

Биосинтез

Когда ДНК достигает цитоплазмы клетки-хозяина, начинается биосинтез генетического материала и белков рассматриваемого организма. Синтез белка-хозяина останавливается серией этапов, организованных вирусом.

Захватчику удается изолировать как свободные нуклеотиды, рибосомы и аминокислоты хозяина, так и ферменты, необходимые для копирования ДНК вируса.

Созревание

Когда все строительные блоки вирусов синтезируются, начинается процесс сборки или созревания. Сборка компонентов вирусных частиц происходит спонтанно, что устраняет необходимость в других генах, способствующих этому процессу.

Релиз

В конце процесса сборки вирусы должны быть выпущены во внеклеточную среду. Поскольку мы объясняем литический цикл, этот последний этап включает лизис клетки, которая помогала всему процессу.

Лизис включает разрыв плазматической мембраны и клеточной стенки. Разложение этого последнего компонента происходит под действием фермента лизоцима, который синтезируется внутри клетки во время описанного процесса.

Таким образом высвобождаются вновь синтезированные вирусные частицы. Они могут заразить соседние клетки и снова повторить цикл.

-Лизогенный цикл

Не все вирусы проникают в клетки-хозяева и уничтожают их за счет собственного воспроизводства. Альтернативный способ размножения называется лизогенным циклом. Вирусы, способные воспроизводиться таким образом, известны как умеренные.

Хотя некоторые вирусы могут воспроизводиться посредством литического пути, описанного в предыдущем разделе, они также могут воспроизводиться, не разрушая клетку, и оставаться в ней латентными или неактивными.

Чтобы описать это вам, мы будем использовать в качестве модельного организма бактериофаг лямбда (λ), лизогенный бактериофаг, который был тщательно изучен.

Стадиями, на которых происходит лизогенный цикл, являются: проникновение в хозяина, образование кольцевой ДНК из линейной молекулы ДНК и рекомбинация с ДНК хозяина.

Интеграция вирусной ДНК в ДНК хозяина

Начальные этапы протекают очень похоже на предыдущий цикл, за исключением того, что ДНК вируса интегрируется в ДНК клетки-хозяина в процессе рекомбинации.

В этом состоянии вирус скрыт в клетке, и вирусная ДНК реплицируется вместе с ДНК хозяина.

Чередование литического и лизогенного цикла

С другой стороны, различные случайные события могут привести к переходу от лизогенного к литическому циклу. Среди этих явлений - воздействие УФ-излучения или определенных химических веществ, которые приводят к вырезанию фаговой ДНК и инициации лизиса.

Последствия лизогении

Есть важные последствия лизогении, а именно: (i) лизогенные клетки невосприимчивы к последующим инфекциям от того же бактериофага, но не к другому вирусу; (ii) клетки могут приобретать новые характеристики за счет интеграции генетического материала фага, например, продукции некоторых токсинов, и (iii) разрешен специальный процесс трансдукции.

Размножение вирусов животных

Вообще говоря, вирусы животных следуют схеме размножения, очень похожей на ту, что описана для вирусов, заражающих бактерии. Однако в обоих процессах есть поразительные различия.

Наиболее очевидным является механизм входа в клетку из-за различий, существующих на структурном уровне между эукариотическими и прокариотическими клетками. В клетках животных рецепторы состоят из белков и гликопротеинов, закрепленных в плазматической мембране.

Примером этого является вирус ВИЧ. Чтобы проникнуть в клетку, вирус распознает рецептор CCR5. У некоторых людей есть делеция (то есть части ДНК отсутствуют) 32 пары оснований в гене, который кодирует клеточный рецептор, который разрушает белок и придает устойчивость к ужасному вирусу.

Многие захватчики используют рецепторы, которые опосредуют процесс эндоцитоза, чтобы проникнуть в клетку посредством образования везикул. Вирусы, покрытые мембраной, могут проникать в клетку путем слияния липидных мембран.

После проникновения вируса синтез вирусных частиц несколько варьируется. Клетки животных имеют другой ферментативный аппарат, чем у бактерий.

Ссылки

1. Forbes, BA, Sahm, DF и Weissfeld, AS (2007). Диагностическая микробиология. Мосби.
2. Фриман, С. (2017). Биологическая наука. Pearson Education.
3. Мюррей, PR, Розенталь, Канзас, и Пфаллер, Массачусетс (2015). Медицинская микробиология. Elsevier Health Sciences.
4. Рис, Дж. Б., Урри, Л. А., Каин, М. Л., Вассерман, С. А., Минорский, П. В., и Джексон, Р. Б. (2014). Биология Кэмпбелла. Образование Пирсона.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, и Case, CL (2016). Микробиология. Введение. Пирсон.