Особливості репродукції вірусів. Фази репродукції вірусу. Синтезовані вірусні нуклеїнові кислоти і білки мають здатність специфічно "пізнавати" один одного і при достатній їх концентрації мимоволі з'єднуються в результаті гідрофобних,

Взаємодія вірусів із клітинами господарів та репродукція вірусів.

Віруси проходять у клітині складний цикл розвитку. Морфогенез вірусів є основний етап цього розвитку і складається з формоутворювальних процесів, що призводять до утворення віріона як висновку форми розвитку вірусу. Онтогенез та репродукція розвитку вірусу регулюється геномом.

У 50-ті роки встановлено, що розмноження вірусу відбувається шляхом репродукції, тобто. відтворення нуклеїнових та білків з подальшим складанням віріону. Ці процеси відбуваються в різних частинах клітини, наприклад, в ядрі та цитоплазмі (диз'юнктивний спосіб репродукції). Вірусна репродукція є унікальною формою, вираженням чужорідної інфекції в клітинах людини, тварин, комах та бактерій.

Морфогенез регулюється з допомогою морфогенетичних генів. Існує прямопропорційна залежність між складністю ультраструктури віріона та його морфогенезу. Що складніше організація віріона, то більший шлях розвитку проходить вірус. Весь цей процес здійснюється за допомогою спеціальних ферментів. Т.к. віруси не мають власного метаболізму, що потребує ферментів. Однак у вірусів виявлено понад 10 ферментів, різних за походженням та функціональним значенням.

За походженням: віріонні, вірус-індуковані, клітинні, модифіковані вірусами. Перші входять до складу багатьох ДНК та РНК містять вірусів. ДНК-залежна РНК-полімераза, протеїнкіназа, АТФ-аза, рибонуклеаза, РНК-залежна РНК-полімераза, екзонуклеаза та інші.

До віріонних форм відносяться: гемоглютиннін та нейрамінідаза, лізоцим.

Вірус-індукуючі – це ферменти, структура яких закодована в геномі, а синтез відбувається на рибосомі господаря – ранні віріонні білки.

Клітинні - включають ферменти клітини господаря, що не є вірусоспецифічними, проте при взаємодії з вірусами активність може модифікуватися.

За функціональним значенням ферменти поділяються на 2 групи:

• --- що беруть участь у реплікації та транскрипції;
• --- Нейрамінідаза, лізоцим та АТФ-аза, які сприяють проникненню вірусу в клітину та виходу зрілих віріонів з клітини.

Репродукція віріонів характеризується зміною стадій:

Транскрипція – переписування ДНК на РНК – здійснюється за допомогою ферменту РНК-полімерази, продуктами є біосинтез та-РНК. ДНК-віруси, репродукція яких відбувається в ядрі, використовують для транскрипції клітинну полімеразу. РНК-віруси ф-ю та-РНКвилуговує сам геном. У деяких РНК-вірусів передача генетичної інформаціїздійснюється за формулою РНК-РНК-білок. До цієї групи вірусів відносяться – пікорновіруси, корновіруси.

Синтез білка відбувається внаслідок трансляції в РНК.

Згідно з сучасними даними розрізняють 3 основні періоди в циклі репродукції:

• 1. Початковий (підготовчий)
• 2. Середній (латентний)
• 3. Кінцевий (заключний)

Кожен із періодів включає низку етапів:

Перший етап

• 1. Адсорбція вірусу на клітині.
• 2. Проникнення у клітину.
• 3. Депротеїнізація (вивільнення нуклеїнової кислоти).

Другий етап

• 1. Біосинтез ранніх вірусних білків
• 2. Біосинтез вірусних компонентів

Третій етап

• 1. Формування зрілих віріонів
• 2. Вихід зрілих віріонів із клітини.

1. Адсорбція – фізико-хімічний процес, є наслідком різниці зарядів. Ця стадія оборотна на її результат впливає кислотність середовища, температура та інші процеси.

Основну роль адсорбції вірусу грає взаємодія вірусу з комплементарними рецепторами клітини. За хімічною природою вони відносяться до мукополіпротейдів. На ступінь швидкості адсорбції впливають гормони, що діють на рецептори. Адсорбція вірусу може і наступити, що пов'язані з різної чутливістю клітин до вірусів. Чутливість, своєю чергою визначається:

• - наявністю в клітинній оболонці та цитоплазмі ферментів, здатних зруйнувати оболонку та звільнити нуклеїнову кислоту.
• - Наявністю ферментів, матеріалу, що забезпечують синтез вірусних компонентів.
• 2. Проникнення вірусу в клітину:

Вірус проникає 3 шляхами – шляхом безпосереднього впорскування (характерно для фагів); шляхом руйнування клітинної оболонки (шлях сплавлення характерно для вірусів рослин); шляхом піноцитозу (характерний для вірусів хребетних).

3. Репродукція ДНК-вірусів.

Під впливом ферментів у ДНК-вірусів здійснюється синтез і-РНК, і-РНК посилається на рибосоми чутливої ​​клітини. На рибосомах клітини починається синтез ранніх віріонних білків (наділені властивостями – ферментами, що блокують клітинний метаболізм).

Ранні віріонні білки дають початок утворенню ранніх віріонних кислот.

У міру накопичення ранніх віріонних білків вони блокують себе і перебудовується на рибосомному апараті. Йде складання віріонів і віріони, що знову сформувалися, залишають клітину-мати.

4. Вихід віріону з клітини:

1. Просочуються через оболонку клітини та одягаються суперкапсидом, до складу якого складаються компоненти клітини: ліпіди, полісахариди. У даному випадкуклітина зберігає свою життєдіяльність, потім гине. У деяких випадках у процесі репродукції процеси можуть відбуватися протягом кількох років, але життєдіяльність зберігається. При цьому способі зрілі віріони з клітини поступово виходять і відносно тривало. Цей шлях уражає складних вірусів, мають подвійну оболонку.

Аномальні віруси

У процесі репродукції утворюються різноманітні аномальні віруси. Зусиллями академіка Жданова останніми роками було відкрито псевдовирусы, які з РНК-вируса і білків клітини, утворюють капсид. Вони мають інфекційні властивості, але в силу особливості капсиду не піддаються дії антитіл, що утворюють відповідь на цей вірус.

Явище утворення таких вірусів пояснюється тривалим номінацією вірусу за наявності в організмі специфічних АТ.

Причинами формування таких віріонів є:

• 1. Висока множинність, у результаті клітина неспроможна забезпечити все потомство енергетичним матеріалом.
• 2. Дія інтерферону – він впливає на синтез ДНК та РНК вірусів.

За характером взаємодії геному вірусу з геномом клітини виділяють автономне(геном вірусу не інтегрований у геном клітини) та інтеграційне(геном вірусу інтегрований у геном клітини) інфікування. Особливу форму становлять латентне та персистуюче інфікування.

Латентне інфікування клітин вірусам. ДНК деяких вірусів (герпесвіруси, ретровіруси) може бути в клітині поза хромосом, або вірусна ДНК інтегрується в ядерний геном, але вірусспецифічні синтези не відбуваються. Така вірусна ДНК утворює латентний провірус, що реплікується разом із хромосомою. Подібні стани вірусної ДНК нестабільні, можливі періодичні реактивації з переходом у продуктивну взаємодію «вірус-клітина», або клітина трансформується, даючи початок злоякісному зростанню.

Персистуюче інфікування клітин вірусам. Деякі РНК-віруси можуть викликати персистуючі інфекції, що виявляються утворенням дочірніх популяцій збудника після завершення гострої фази хвороби. У цьому відбувається поступове виділення вірусних частинок, але інфікована клітина не лізується. Нерідко дочірні популяції віріонів дефектні (часто спостерігають в осіб із імунодефіцитами). Іноді хронічні ураження протікають без клінічних проявів. Зокрема, вірус гепатиту здатний викликати персистуюче ураження гепатоцитів з розвитком хронічного гепатиту; надалі можлива малігнізація клітин.

Репродуктивний цикл вірусів

Зображені на рис. 2-3 етапи репродукції(Від адсорбції віріонів до вивільнення дочірньої популяції) відбуваються при продуктивній взаємодіївірусу з клітиною.

Адсорбція віріону до клітини

Перша стадія репродуктивного циклу - адсорбція віріонуна поверхні клітини, що інфікується. Адсорбція відбувається шляхом взаємодії віріону із специфічними клітинними рецепторами. За розпізнавання рецепторів відповідальні білки, що входять до складу капсиду чи суперкапсиду. Таким чином, поняття «тропізм вірусів» пояснюється специфічною взаємодією вірусних білків з поверхневими рецепторами клітини, що інфікується. Наприклад, поліовірус проникає в клітини центральної нервової системи (ЦНС) і шлунково-кишкового тракту (ШКТ) і розмножується в них, так як у людини та приматів тільки ці клітини мають рецептори до білків поліовірусів,

Процес адсорбціїне залежить від температури (тобто не потребує енергетичних витрат) та протікає у дві фази; фаза іонного тяжіння обумовлена ​​неспецифічним взаємодією, фаза прикріплення відбувається завдяки структурної гомології чи комплемен-тарности взаємодіючих молекул.

Кількість інфекційних вірусних частинок, адсорбованих на клітині, визначає термін « множинність заражень»(Інфікування). Зазвичай тваринна клітина містить близько 50 000 рецепторів, і її зараження має множинний характер, тобто на клітині може сорбуватися велика кількість віріонів. Тим не менш, інфікована вірусом клітина зазвичай толерантна до повторного зараження гомологічним вірусом.

Процес репродукції вірусів умовно можна поділити на 2 фази . Перша фаза включає 3 стадії: 1) адсорбцію вірусу на чутливих клітинах; 2) проникнення вірусу у клітину; 3) депротеїнізацію вірусу . Друга фаза включає стадії реалізації вірусного геному: 1) транскрипцію, 2) трансляцію, 3) реплікацію, 4) складання, дозрівання вірусних частинок та 5) вихід вірусу з клітини.

Взаємодія вірусу із клітиною починається з процесу адсорбції, тобто з прикріплення вірусу до поверхні клітини.

Адсорбціяє специфічним зв'язуванням віріонного білка (антирецептора) з комплементарною структурою клітинної поверхні — клітинним рецептором. За хімічною природою рецептори, на яких фіксуються віруси, відносяться до двох груп: мукопротеїдних та ліпопротеїдних. Віруси грипу, парагрипу, аденовіруси фіксуються на мукопротеїдних рецепторах. Ентеровіруси, віруси герпесу, арбовіруси адсорбуються на ліпопротеїдних рецепторах клітини. Адсорбція відбувається лише за наявності певних електролітів, зокрема іонів Са2+, які нейтралізують надлишкові аніонні заряди вірусу та клітинної поверхні та зменшують електростатичне відштовхування. Адсорбція вірусів мало залежить від температури. вірусу та клітини, а потім настає специфічна взаємодія прикріпного білка віріону зі специфічними угрупованнями на плазматичній мембрані клітини. Прості віруси людини та тварин містять прикріплювальні білки у складі капсиду. У складно організованих вірусів прикріплювальні білки входять до складу супер-капсиду. Вони можуть мати форму ниток (фібри у аденовірусів) або шипів, грибоподібних структур у міксо-, ретро-, рабдо- та інших вірусів. Спочатку відбувається одиничний зв'язок віріона з рецептором - таке неміцне прикріплення - адсорбція носить оборотний характер. Щоб настала незворотна адсорбція, повинні з'явитися множинні зв'язки між рецептором вірусу та рецептором клітини, тобто стабільне мультивалентне прикріплення. Кількість специфічних рецепторів лежить на поверхні однієї клітини становить 10 4 -10 5 . Рецептори деяких вірусів, наприклад, для арбовирусов. містяться на клітинах як хребетних, і безхребетних, інших вірусів лише з клітинах однієї чи кількох видів.

Проникнення вірусів людини та тварин у клітину відбувається двома шляхами: 1) віропексисом (піноцитозом); 2) злиттям вірусної суперкапсидної оболонки є клітинною мембраною. Бактеріофаги мають свій механізм проникнення, так званий шприцевий, коли в результаті скорочення білкового відростка фага нуклеїнова кислота ніби впорскується в клітину.

Депротеїнізація вірусу звільнення геіома вірусу від вірусних захисних оболонок відбувається або з допомогою вірусних ферментів, або з допомогою клітинних ферментів. Кінцевими продуктами депротеїнізації є нуклеїнові кислотиабо нуклеїнові кислоти, пов'язані із внутрішнім вірусним білком. Потім має місце друга фаза вірусної репродукції, що веде до синтезу вірусних компонентів.

Транскрипція - переписування інформації з ДНК або РНК вірусу на іРНК за законами генетичного коду.

Трансляція - процес перекладу генетичної інформації, що міститься в іРНК, на специфічну послідовність амінокислот.

Реплікація - процес синтезу молекул нуклеїнових кислот, гомологічних вірусному геному.

Реалізація генетичної інформації у ДНК-вірусів йде так само, як і в клітинах:

ДНК транскрипція та-РНК трансляція білок

РНК транскрипція та-РНК трансляція білок

У вірусів з позитивним РНК-геномом (тогавіруси, пікорнавіруси) транскрипція відсутня:

РНК трансляція білок

Ретровіруси мають унікальний шлях передачі генетичної інформації:

РНК зворотна транскрипція ДНК транскрипція та-РНК трансляція білок

ДНК інтегрується із геномом клітини-господаря (провірус).

Після напрацювання клітиною вірусних компонентів настає остання стадія вірусної репродукції, збірка вірусних частинок і вихід віріонів з клітини. Вихід віріонів із клітини здійснюється двома шляхами: 1) шляхом «вибуху» клітини, внаслідок чого клітина руйнується. Цей шлях притаманний простим вірусам (пікорна-, рео-, папова-і аденовірусам), 2) вихід із клітин шляхом брунькування. Притаманний вірусам, що містять суперкапсид. При цьому способі клітина відразу не гине, може дати багаторазове вірусне потомство, доки не вичерпаються її ресурси.

Методи культивування вірусів

Для культивування вірусів в лабораторних умовах використовуються такі живі об'єкти: 1) культури клітин (тканин, органів); 2) курячі мбріони; 3) лабораторні тварини.

Культури клітин

Найбільшого поширення мають одношарові культури клітин, які можна розділити на 1) первинні (первинно трипсинізовані), 2) напівперевиваються (диплоїдні) і 3) перевиваються.

За походженнямвони класифікуються на ембріонштні, пухлинні та з дорослих організмів; з морфогенезу- На фібробластні, епітеліальні та ін.

Первинні культури клітин - це клітини будь-якої тканини людини або тварини, які мають здатність рости у вигляді моношару на пластмасовій або скляній поверхні, покритій спеціальним живильним середовищем. Термін життя таких культур обмежений. У кожному конкретному випадку їх одержують із тканини після механічного подрібнення, обробки протеолітичними ферментами та стандартизації кількості клітин. Первинні культури, отримані з бруньок мавп, бруньок ембріона людини, амніону людини, курячих ембріонів, широко використовуються для виділення та накопичення вірусів, а також для виробництва вірусних вакцин.

Напівперевиваються (або диплоїдні ) культури клітин - клітини одного типу, здатні in vitro витримувати до 50-100 пасажів, зберігаючи при цьому свій вихідний диплоїдний набір хромосом. Диплоїдні штами фібробластів ембріона людини використовуються як для діагностики вірусних інфекцій, так і для виробництва вірусних вакцин.

Перевиваються клітинні лінії характеризуються потенційним безсмертям та гетероплоїдним каріотипом.

Джерелом ліній, що перевиваються, можуть бути первинні клітинні культури (наприклад, СОЦ, ПЕМ, ВНК-21 - з нирок одноденних сирійських хом'яків; ПМС - з нирки морської свинки та ін) окремі клітини яких виявляють тенденцію до нескінченного розмноження in vitro. Сукупність змін, що призводять до появи з клітин таких особливостей, називають трансформацією, а клітини тканинних культур, що перевиваються, — трансформованими.

Іншим джерелом клітинних ліній, що перевиваються, є злоякісні новоутворення. І тут трансформація клітин відбувається in vivo. Найчастіше у вірусологічній практиці застосовуються такі лінії клітин, що перевиваються: HeLa - отримана з карциноми шийки матки; Нер-2 - з карциноми гортані; Детройт-6 - з метастазу раку легені у кістковий мозок; RH - із нирки людини.

Для культивування клітин необхідні живильні середовища, які за своїм призначенням поділяються на ростові та підтримуючі. У складі ростових поживних середовищ має бути більше поживних речовин, щоб забезпечити активне розмноження клітин для формування моношару. Підтримуючі середовища повинні забезпечувати лише переживання клітин у сформованому моношарі при розмноженні в клітині вірусів.

Широке застосування знаходять стандартні синтетичні середовища, наприклад, синтетичне середовище 199 та середовище Голка. Незалежно від призначення усі живильні середовища для культур клітин конструюються на основі збалансованого сольового розчину. Найчастіше ним є розчин Хенкса. Невід'ємний компонент більшості ростових середовищ - сироватка крові тварин (теляча, бичача, кінська), без наявності 5-10% якої розмноження клітин та формування моношару не відбувається. До складу підтримуючих середовищ сироватка не входить.

Виділення вірусів у культурах клітин та методи їх індикації.

При виділенні вірусів з різних інфекційних матеріалів від хворого (кров, сеча, фекалії, слизові відокремлювані, змив з органів) застосовують культури клітин, що мають найбільшу чутливість до передбачуваного вірусу. Для зараження використовують культури у пробірках із добре розвиненим моношаром клітин. Перед зараженням клітин живильне середовище видаляють і в кожну пробірку вносять по 0,1-0,2 мл суспензії випробуваного матеріалу, попередньо обробленого антибіотиками для знищення бактерій та грибів. Після 30-60 хв. контакту вірусу з клітинами видаляють надлишок матеріалу, вносять у пробірку підтримуюче середовище та залишають у термостаті до виявлення ознак розмноження вірусу.

Індикатором наявності вірусу в заражених культурах клітин може бути:

1) розвиток специфічної дегенерації клітин - цитопатична дія вірусу (ЦПД), яка має три основні типи: кругло-або дрібноклітинна дегенерація; освіта багатоядерних гігантських клітин - симпластів; розвиток вогнищ клітинної проліферації, які з кількох верств клітин;

2) виявлення внутрішньоклітинних включень, що розташовуються в цитоплазмі та ядрах уражених клітин;

3) позитивна реакція гамагтлютинації (РДА);

4) позитивна реакція гемадсорбції (РДАдс);

5) феномен бляшкоутворення: моношар заражених вірусом клітин покривається тонким шаром агару з додаванням індикатора нейтрального червоного (фон - рожевий). За наявності вірусу у клітинах утворюються безбарвні зони («бляшки») на рожевому фоні агару.

6) за відсутності ЦПД чи ГА можна поставити реакцію інтерференції: досліджувана культура повторно заражається вірусом, що викликає ЦПД. У позитивному випадку ЦПД не буде (реакція інтерференції позитивна). Якщо досліджуваному матеріалі вірусу був, спостерігається ЦПД.

Виділення вірусів у курячих ембріонах.

Для вірусологічних досліджень використовують курячі ембріони 7-12-денний вік.

Перед зараженням визначають життєздатність ембріона. При овоскопіюванні живі ембріони рухливі, добре видно судинний малюнок. Простим олівцем відзначають межі повітряного мішка. Заражають курячі ембріони в асептичних умовах, стерильними інструментами, попередньо обробивши шкаралупу над повітряним простором йодом та спиртом.

Методи зараження курячих ембріонів можуть бути різні: нанесення вірусу на хоріон-алантоїсну оболонку, в амніотичну та алантоїсну порожнини, в жовтковий мішок. Вибір методу зараження залежить від біологічних властивостей вірусу, що вивчається.

Індикація вірусу в курячому ембріоні проводиться по загибелі ембріона, позитивної реакції гемаглютинації на склі з алантоїсною або амніотичною рідиною, за фокусними ураженнями («бляшкам») на хоріон-алантоїсної оболонки.

ІІІ. Виділення вірусів на лабораторних тваринах.

Лабораторні тварини можуть бути використані для виділення вірусів з інфекційного матеріалу, коли неможливо застосувати зручніші системи (культури клітин або курячі ембріони). Беруть переважно новонароджених білих мишей, хом'яків, морських свинок, щур. Заражають тварин за принципом цитотропізму вірусу: пневмотропні віруси вводяться інтраназально, нейротропні – інтрацеребрально, дерматотропні – на шкіру.

Індикація вірусу заснована на появі ознак захворювання у тварин, їх загибелі, патоморфологічних та патогістологічних змін у тканинах та органах, а також за позитивною реакцією гемагглтотинації з екстрактами з органів.

1. Загальне уявленняпро репродукцію вірусів.

2. Типи взаємодії вірусів із клітиною.

3. Взаємодія за типом гострої інфекції.

4. Цитоцидна інфекція та загибель клітини.

5. Реакція клітини на вірусну інфекцію.

У життєвому циклі вірусів відбувається копіювання нуклеїнової кислоти з подальшим синтезом вірусних білків та самоорганізацією компонентів у зрілу вірусну частинку та виходом із зараженої клітини. Цей процес називається репродукція.

Після проникнення вірусу в клітину-господаря та вивільнення нуклеїнової кислоти від віріонних оболонок (інфікування клітини) геном вірусу реалізує свій патогенний потенціал, внаслідок чого на молекулі вірусної нуклеїнової кислоти синтезується іРНК, яка регулює синтез вірусоспецифічного білка. Надалі відбувається реплікація вірусної нуклеїнової кислоти (синтез великої кількості копій нуклеїнової кислоти), яка одягається в капсид із синтезованих раніше вірусоспецифічних білків із формуванням зрілих віріонів.

Синтез і-РНК (трансляція) і копій нуклеїнової кислоти (реплікація) здійснюється за допомогою ферментів, так званих полімераз (репліказ), які можуть бути або вірусоспецифічним (кодованим вірусним геномом і синтезованими в процесі репродукції), або клітинними (що входять до складу клітини та ними вірусами для власної репродукції).

При репродукції вірусів зберігаються такі закономірності:

1. Джерелом мономерів для нуклеїнових кислот служать нуклеотиди клітин (дезоксирибонуклеотидфосфати та рибонуклеотидфосфати).

2. Джерелом мономерів для білків є амінокислоти

3. Синтез білків вірусів відбувається на рибосомах клітини-господаря і залежить від синтезу нуклеїнової кислоти вірусу.

4. Джерелом енергії для синтезу є АТФ клітини.

Репродукція вірусів відбувається у кілька етапів:

I. Події, що ведуть до адсорбції, проникнення вірусу в клітину, звільнення вірусного геному та модифікації його таким чином, що він стає здатним викликати розвиток інфекції. Цей етап називається фазою інфікування. Він включає в себе:

1. Адсорбція вірусу на клітині.

2. Проникнення вірусу всередину клітини.

3. Депротенізація (роздягання вірусу).

ІІ. Етап репродукції, у якому відбувається експресія вірусного геному. Він включає в себе:

1. Транскрипція.

2. Трансляція.

3. Реплікація геному.

4. Складання компонентів віріона.

5. Вихід вірусу із клітини.

При взаємодії вірусу з клітиною розвивається інфекція та форми цієї взаємодії можуть бути різними.

Розрізняють дві форми взаємодії вірусу з клітиною (залежно від тривалості перебування у клітині та стратегії геному):

I. Автономний тип взаємодії.

У цьому вірусний геном функціонує автономно від геному клітини. Віруси, що автономно розмножуються відносять до вірулентним.

На рівні клітиницей тип взаємодії може протікати у вигляді:

1. продуктивної інфекції – у своїй відбувається освіту нового покоління вірусів.

2. абортивної інфекції – у своїй вірусної генерації не утворюються через наявність:

Дефектного вірусу;

резистентної клітини;

Вірулентний вірус у низькій дозі.

Залежно від долі зараженої клітини також виділяють:

3. літичну інфекцію – у своїй відбувається загибель клітини і що утворилася процесі репродукції генерація вірусів залишає клітину.

4. нелітичну інфекцію. У цьому випадку загибелі клітини не відбувається і утворення нової генерації вірусів також не спостерігається (абортивна інфекція) або утворюється обмежена кількістьвіріонів, що залишають клітину та не викликають її загибелі (обмежена інфекція).

На рівні організмуавтономний тип взаємодії проявляється у формі наступних інфекцій:

1. Гостра інфекція, що характеризується коротким інкубаційним періодом, нетривалим перебігом, повним розвитком клінічних ознак та формуванням імунітету. Гостра інфекція відповідає автономному продуктивному літичному типу взаємодії.

2. Іннапарантна інфекція (агнл. Inapparent – ​​невидимий), що характеризується відсутністю зовнішніх клінічних ознак і супроводжується незначною репродукцією вірусу. Іннапарантна інфекція відповідає автономному продуктивному нелітичному типу взаємодії

ІІ. Інтеграційний тип взаємодії.

При цьому тип взаємодії нуклеїнова кислота вірусу вбудовується в клітинний геном і вона функціонує у складі клітинного генома. Існує кілька механізмів інтеграції вірусної нуклеїнової кислоти в клітинний геном. Обов'язковою умовою інтеграції геномів є циркуляризація вірусної нуклеїнової кислоти (замикання молекули ПК у коло). Таке явище стає можливим за рахунок присутності комплементарних один одному ділянок на обох кінцях ланцюга нуклеїнової кислоти.

Нуклеїнова кислота ДНК-геномних вірусів вбудовується безпосередньо в молекулярну нуклеїнову кислоту (гепаднавіруси, паповавіруси та ін). Нуклеїнова кислота РНК-геномних вірусів не може вбудовуватися безпосередньо в ДНК клітини через відмінність у їхній хімічній побудові. У зв'язку з цим РНК-віруси (ретровіруси) спочатку синтезують на ланцюгу РНК нитку ДНК. Такий зворотний синтез нуклеїнових кислот можливий лише завдяки присутності у складі віріонів ретровірусів спеціального ферменту.

Інтегрована в клітинний геном вірусна нуклеїнова кислота може зберігатися протягом тривалого часу (до кількох років). Такий стан тривалої присутності вірусного геному у клітині називається персистенцією. В цьому випадку успадковані властивості клітини змінюються.

Ділянка комплексної нуклеїнової кислоти, що містить вірусоспецифічну послідовність нуклеотидів, називається провірусом. За певних умов відбувається активізація провірусу, тобто формується нове покоління віріонів, що залишають заражену клітину.

На рівні клітиниінтеграційний тип взаємодії також може протікати у вигляді:

1. продуктивної інфекції

2. абортивна інфекція

3. літичної інфекції

4. Нелітична інфекція.

На рівні організмуінтеграційний тип взаємодії протікає у формі наступних інфекцій:

1. Хронічна інфекція, що характеризується тривалим перебігом, розвитком клінічних ознак незначної інтенсивності, формуванням нестерильного імунітету.

2. Латентна інфекція, що характеризується тривалим безсимптомним періодом (персистенцією) із періодичним загостренням інфекційного процесу під впливом факторів різної природи.

3. Повільна інфекція, викликана довірусними частинками – пріонами і що характеризується дуже тривалим (до кількох років) інкубаційним періодом з наступним переходом інфекційного процесу у гостру фазу, ураженням нервової системи незапального характеру, постійною смертю організму.

Гострою інфекцією називають інфекцію, яка характеризується коротким інкубаційним періодом, повним розвитком клінічних ознак і одужанням або смертю, що закінчується. При гострих вірусних інфекційспостерігають повний цикл репродукції вірусу з виходом зрілих віріонів із ураженої клітини та подальшою її загибеллю. Гостра інфекція відповідає автономній продуктивній літичній взаємодії вірусу з клітиною.

Для виникнення гострої інфекції необхідний вірулентний вірус та чутлива клітина. Етапи репродукції вірусу при цьому виді інфекції включають:

АДСОРБЦІЯ- Прикріплення вірусної частинки до клітинної поверхні.

Для адсорбції віруси використовують необхідні життєдіяльності клітини рецептори фізіологічної регуляції.

Зазвичай взаємодія та адсорбція вірусу відбувається шляхом випадкового контакту віріону з протеїном рецепторної ділянки цитоплазматичної мембрани клітини, частіше за глікопротеїн. Наявність цих рецепторів зумовлює специфічність (тропізм) вірусу. Ці протеїни найчастіше є рецепторами для зв'язування фізіологічних гормонів та інших біологічно активних речовин (наприклад, вірус сказу прикріплюється до рецепторів нейронів, відповідальних за зв'язування ацетилхоліну, вірус віспи – рецепторів епітеліоцитів для зв'язування фактора росту епідермальних клітин).

На віріоні також є специфічні білки для полегшення прикріплення. Це можуть бути спеціальні поглиблення на капсиді (ентеровіруси) або протеїнові виступи по кутах ікосаедра (аденовіруси) або шипи на суперкапсиді (вірус грипу)

Якщо вірус прикріплюється до невластивих рецепторів, інфікування клітини не відбувається.

ПЕНЕТРАЦІЯ І ДЕПРОТЕНІЗАЦІЯ ВІРІОНУ- Попадання вірусу в клітинну цитоплазму.

Пенетрація вірусу відбувається відразу після адсорбції. Для різних вірусів механізм пенетрації є різним. Так, для деяких вірусів достатньо проникнення однієї нуклеїнової кислоти, а для інших необхідний механізм, що забезпечує проникнення разом з нуклеїновою кислотою віріонних ферментів, необхідних подальшої репродукції вірусів (РНК-залежних ДНК-полімераз). Загалом цей процес може тривати від кількох хвилин до кількох годин.

На даний момент відомо три механізми пенетрації (проникнення всередину цитоплазми) вірусів:

1. Механізм проникнення, притаманний дрібних простоорганізованих вірусів. При цьому після адсорбції капсиду на цитоплазматичній мембрані клітини усередину її проникає лише вірусна нуклеїнова кислота.

2. Механізм проникнення, характерний для окремих складноорганізованих вірусів (параміксовіруси, ортоміксовіруси). При цьому суперкапсид інтегрується з цитоплазматичною мембраною клітини через їхню сильну подобу, і всередину клітини проникає оголений капсид з РНК вірусу та вірусоспецифічної полімеразою.

3. Механізм проникнення, характерний більшості складноорганізованих вірусів. При цьому всередину клітини шляхом ендоцитозу проникає повна вірусна частка з подальшим утворенням везикули ( рецептосоми). Це явище називають віропексіс.І тут віріон прикріплюється до спеціального поверхневому білку клітини – клатрину. Утворені везикули відокремлюються від цитоплазматичної мембрани і входять всередину цитоплазми. Потім везикули зливаються з лізосомами, ферменти яких роздягають вірус; рідше суперкапсид інтегрується з мембраною лізосоми з наступним виходом капсиду всередину клітини цитоплазми.

ТРАНСКРИПЦІЯ, ТРАНСЛЯЦІЯ- Переписування інформації з ДНК на РНК, синтез білка на молекулі РНК.

Механізм транскрипції різний у РНК- та ДНК-геномних вірусів.

У ДНК-геномних вірусів сама матрична ДНК формує іРНК. Більшість ДНК-вірусів використовує клітинний фермент, і тому транскрипція і реплікація у таких вірусів відбувається всередині ядра клітини. У вірусів сімейства Poxviridae транскрипція відбувається за участю вірусного ферменту (ДНК-залежної РНК-полімерази), що входить до складу віріону і проникає всередину клітини разом з вірусною нуклеїновою кислотою. У цьому випадку вірус не потребує клітинних ферментів і розмножується в цитоплазмі клітини.

Життєвий циклвсіх ДНК-геномних вірусів йде за схемою

ДНК ® та-РНК ® білок.

Транскрипція РНК-геномних вірусів може йти різними механізмами у зв'язку з наявністю в окремих вірусів різного типуРНК (однониткова РНК з позитивним геномом, однониткова РНК з негативним геномом, двонитчастої РНК).

В окремих вірусів (пікорнавіруси та ін) сама РНК вірусу виконує функцію і-РНК. Такий тип нуклеїнової кислоти названо позитивним. При цьому РНК вірусу прикріплюється до рибосом клітини і починається процес трансляції. На рибосомах синтезується одна гігантська молекула поліпептиду, яка потім розщеплюється окремі фрагменти. Ці фрагменти під дією клітинних і віріонних ферментів модифікуються і такі модифіковані молекули поліпептидів є цілими вірусними білками. Життєвий цикл таких вірусів йде за схемою РНК® білок.

РНК-геномні віруси з негативним геномом (параміксовіруси) для транскрипції використовують РНК-залежну полімеразу, що входить до складу віріону. Цей фермент на - нитки РНК будує комплементарну нитку РНК, яка потім надходить на рибосоми, і починається процес трансляції вірусного білка. Життєвий цикл таких вірусів йде за схемою

РНК ® та-РНК ® білок.

У РНК-геномних вірусів з двонитчастою молекулою РНК (реовіруси) віріонна транскриптаза подвоює молекулу і на мінус-нитці синтезує і-РНК. Життєвий цикл таких вірусів також йде за схемою

РНК ® та-РНК ® білок.

До групи РНК-геномних вірусів відносять сімейство Retroviridae, яке має особливий цикл життя. У таких вірусів процес транскрипції починається з синтезу на плюс-нитки РНК мінус-нитки ДНК. Цей процес відбувається за участю ферменту РНК-залежна ДНК-полімераза. Цей синтезздійснюється у дві фази: спочатку формується гібрид РНК-ДНК, потім відбувається руйнування РНК-нитки гібриду із вивільненням нитки ДНК. Надалі на цій нитці добудовується друга нитка ДНК (провірусна ДНК), на якій потім синтезується і-РНК. Життєвий цикл таких вірусів йде за схемою РНК ® ДНК ® та-РНК ® білок

Трансляція – процес переведення генетичної інформації у специфічну послідовність амінокислот білка. Він відбувається у кілька етапів:

Ініціація. Процес розпізнавання рибосомою і-РНК та їх зв'язування. Трансляція починається, коли рибосома зв'язується з ініціаторним кодоном, сюди прикріплюються ініціаторні білки, що регулюють процес трансляції. Вірус також вводить свої білки-інгібітори, що пригнічують трансляцію клітинної та-РНК;

Елонгація – нарощування поліпептидного ланцюга;

Термінація – припинення трансляції, коли рибосома досягає термінуючого кодону.

РЕПЛІКАЦІЯ– синтез нових молекул нуклеїнової кислоти вірусу.

Реплікація ДНК-геномних вірусів відбувається або з участю клітинних ферментів, або власних вірусоспецифічних ферментів. У дрібних ДНК-геномних вірусів (парвовіруси) молекула нуклеїнової кислоти містить обмежену кількість генів (3), що кодують структурні білки, тому для реплікації вірусної ДНК використовується клітинний фермент. У великих вірусів розмір нуклеїнової кислоти достатній для кодування як структурних, так і функціональних білків. Наприклад, в нуклеїновій кислоті герпес вірусів є близько 100 генів, частина з яких кодує ферменти, необхідні реплікації ДНК вірусу. Тому в процесі транскрипції та трансляції першими білками, що синтезуються, є вірусоспецифічні полімерази.

Механізм реплікації РНК-геномних вірусів різний. У вірусів, що містять однониткову молекулу РНК за участю вірусних ферментів синтезується тимчасова двонитчаста РНК (реплікативна форма): у вірусів з негативним геномом добудовується нитка, у вірусів з позитивним геномом добудовується нитка. Потім відбувається роз'єднання реплікативної РНК на дві нитки, на кожній з яких синтезуються нові двонитчасті реплікативні молекули РНК і процес повторюється до утворення достатньої кількості копій молекул РНК. Даний процес відбувається паралельно із синтезом білків вірусу до моменту виходу з ураженої клітини нової генерації вірусів.

У РНК-геномних вірусів, що містять двонитчасту РНК, молекула нуклеїнової кислоти представлена ​​окремими фрагментами, кожен з яких кодує окрему молекулу і-РНК. Наприкінці циклу трансляції всі молекули і-РНК тимчасово поєднуються і за участю реплікази синтезується двониткова РНК.

ЗБІРКА ВІРІОНУ. Пізні гени всіх вірусів кодують структурні білки капсиду. Спочатку формуються прокапсиди, тобто незрілі капсиди без нуклеїнової кислоти. Потім всередину прокапсидів вбудовується нуклеїнова кислота вірусу, і у такий спосіб формується зрілий віріон. У дрібних РНК-геномних вірусів синтез РНК, білка та його об'єднання йдуть одночасно. У поксвірусів процес складання віріона складніший. Вони до складу вірусу включаються клітинні компоненти – окремі ділянки цитоплазматичної мембрани.

У вірусів є роздільний (диз'юнктивний) синтез білка та нуклеїнової кислоти.

ВИХІД ВІРУСУ З КЛІТИНИ. Простоорганізовані віруси виходять із клітини шляхом простого лізису клітини-господаря. У складноорганізованих вірусів утворення суперкапсиду відбувається на момент виходу з клітини. І тут нуклеокапсид вбудовується в цитоплазматичну мембрану. Потім шляхом брунькування формується суперкапсид вірусу, який покриває капсид у момент відриву поверхні клітини.

Інфікування клітини вірусом може спричинити розвиток патологічних змін клітини. Репродукуючись у клітині, вірус обумовлюють появу ЦПД та ЦПЕ. Це специфічна морфологічна деструкція (ЦПД) чи функціональна патологія без руйнування (ЦПЕ).

Віруси, що викликають появу ЦПД, називаються цитопатичними.

Літична (цитоцидна) інфекція - це такий тип інфекції, при якій спостерігають морфологічні зміни в зараженій клітині з подальшою її деструкцією та загибеллю. Для вірусу за цитоцидної інфекції характерна висока продукція.

Відомо кілька механізмів ушкодження клітин вірусами:

1. Багато вірусів інгібують синтез клітинних ДНК, РНК та білка. Окремі цитоцидні віруси (пікорнавіруси, герпесвіруси, аденовіруси) виключно активні щодо цього. Проте. Механізм інгібіції клітинного метаболізму досі не з'ясований.

2. У процесі внутрішньоклітинної репродукції може відбуватися руйнація лізосом на етапі виходу вірусу з них у цитоплазму клітини. Це призводить до вивільнення гідролітичних ферментів із подальшою деструкцією клітин.

3. Інфікування клітини вірусами може призвести до значного порушення структури цитоплазматичної мембрани внаслідок вбудовування вірусоспецифічних білків у неї. Це призводить до атаки інфікованої клітини з боку імунної системи організму. При багатьох інфекціях, викликаних герпесвірусами, відбувається злиття 50-100 клітин в одну гігантську, атаковану імунною системою організму.

4. Високі концентрації вірусних білків, що спостерігається при грипі та інших інфекціях, мають яскраво виражений токсичний ефект на клітину.

5. При багатьох вірусних інфекціях утворюються внутрішньоклітинні включення, що є наслідком зосередження вірусних частинок або їх білків усередині ядра чи цитоплазми. Часто внутрішньоклітинні включення безпосередньо спричиняють загибель клітини.

6. Герпесвіруси, а також деякі інші викликають порушення в геномі клітини, внаслідок чого настає її загибель.

Найчастіше у механізмі розвитку ЦПД беруть участь кілька із перелічених вище факторів.

Реакція вірусів на інфекцію може бути чотирьох типів:

1. Пошкодження клітини та її загибель (освіта ЦПД). Клітини набухають, набувають неправильної форми, з'являється зернистість. Згодом, вона укрупнюється, утворюються внутрішньоклітинні включення. Може відбуватися пошкодження оболонки або злиття клітин із утворенням симпластів.

2. Синтез білків-інтерферонів, які перешкоджають інфікуванню здорових клітин вірусом.

3. Розмноження вірусу без видимих ​​патологічних змін у клітині, що спостерігають при латентних інфекціях. Для її виникнення необхідний вірулентний вірус та нечутлива клітина.

4. У разі потрапляння вірусу в клітину спостерігається проліферація клітини. Для виникнення необхідний онкогенний вірус, у своїй геном вірусу вбудовується (інтегрує) в клітинний геном.

Відносини вірусу із клітиною господаря можуть складатися по-різному. Умовно ці стосунки можна звести до трьох типів.

Продуктивна інфекція:цикл репродукції вірусу у клітині господаря завершується утворенням нового, численного покоління вірусів, що зазвичай супроводжується загибеллю клітини господаря.

Абортивна інфекціямає місце, якщо цикл репродукції вірусу у клітині господаря раптово переривається. Клітина господаря зберігає свою життєдіяльність.

Вірогеніяхарактеризується інтеграцією (вбудовуванням) вірусної нуклеїнової кислоти в геном клітини господаря, що призводить надалі до синхронної реплікації ДНК клітини та нуклеїнової кислоти вірусу. Клітина господаря продовжує жити.

Розмноження вірусів здійснюється шляхом репродукції в клітині господаря. Цикл репродукції є процесом підпорядкування клітинних механізмів чужорідної вірусної інформації.

Функціонально ферменти вірусів можна поділити на 2 групи: ферменти, що сприяють проникненню вірусної нуклеїнової кислоти в клітину і виходу віріонів, що утворилися в середу, і ферменти, що беруть участь у процесах транскрипції та реплікації вірусної нуклеїнової кислоти.

Цикл репродукціїможна поділити на окремі стадії.

1 стадія - хемосорбція вірусів на поверхні клітини господаря

Хемосорбція можлива лише за умови, якщо клітина несе на своїй поверхні чутливі рецептори, комплементарні рецепторам. даного вірусу. У клітинах тварин та людини функцію рецепторів для пікорно- та арбовірусів виконують ліпопротеїди, для міксо- та параміксовірусів та аденовірусів – мукопротеїди.

У простоорганізованих вірусів рецепторами є унікальні поєднання білкових субодиниць, що знаходяться на поверхні капсиду. У складноорганізованіших вірусів функцію рецепторів виконують вирости суперкапсиду у вигляді шипів або ворсинок.

2 стадія – проникнення вірусу у клітину господаря.

Шляхи проникнення вірусів у клітину можуть бути різними. Передбачається, що багато вірусів проникають у клітину шляхом піноцитоз, або віропексису. При піноцитозі у районі хемосорбції вірусу клітинна мембранаутворює інвагінацію та заковтує вірус. У складі піноцитарної вакуолі вірус потрапляє до цитоплазми.

Деякі віруси проникають у клітину з допомогою злиття клітинних і вірусних мембран.

Проникнення фагової ДНК у бактеріальну клітину відбувається рахунок часткового руйнування оболонки клітини фаговим лизоцимом і скоротливої ​​реакції залишку фага.

3 стадія – депротеїнізація вірусу.

Процес депротеїнізації вірусу передбачає звільнення нуклеїнової кислоти від білків капсиду. Як тільки вірусна нуклеїнова кислота звільняється від білків капсиду, настає так званий прихований період – період екліпса. Передбачається, що в період екліпсу вірусна нуклеїнова кислота проходить цитоплазмою клітини в район ядра.

4 стадія - синтез компонентів вірусу.

Сукупність процесів цієї стадії можна поділити на три етапи:

Перший етап – підготовчий. Він передбачає дві цілі: придушити функціонування генетичного апарату клітини, припинити синтез клітинних білків та нуклеїнових кислот, перевести білок-синтезуючий апарат клітини під контроль геному вірусу; підготувати умови для реплікації нуклеїнової кислоти та синтезу білків капсиду вірусу.

Другий етап – реплікація нуклеїнової кислоти вірусу. Для дволанцюгових ДНК – геномних вірусів характерний такий шлях реалізації генетичної інформації, як і інших живих організмів. Процесу реплікації ДНК передує транскрипція іРНК. Інформаційна РНК вірусу транслюється рибосомами клітини і вірус – полісомі по матриці иРНК йде синтез ранніх вірусспецифічних білків.

Щойно синтезувалися ранні вірусспецифічні білки, починається процес реплікації ДНК вірусу. Реплікація двох – ланцюжкової ДНК вірусу йде за принципом реплікації ДНК клітинних організмів напівконсервативним шляхом.

Процес реплікації одноланцюгової ДНК починається із синтезу її комплементарної пари. В результаті утворюється дволанцюжкова кільцева батьківська ДНК.

Вивчення механізму реплікації РНК – геномних вірусів розпочалося з 1961 р., коли було відкрито РНК-геномні фаги.

У РНК-геномних вірусів молекула РНК одночасно є генетичним матеріалом та виконує функцію іРНК та ДНК.

У 1970 р. у складі одноклітинних РНК-вірусів виявили фермент РНК-залежна ДНК-полімераза, що свідчить про наявність процесу зворотної транскрипції. Пізніше було доведено, що у онкогенних РНК-вірусівза матрицею їхньої РНК за участю РНК-залежної
ДНК-полімерази, що міститься у віріоні, траскрибується ДНК-копія. ДНК-копія з одноланцюгової переходить у реплікативну дволанцюжкову форму, яка забезпечує реплікацію РНК вірусу та синтез необхідних ферментів.

Третій етап – синтез білків капсид.

Цей процес відстає в часі від процесу реплікації вірусу нуклеїнової кислоти і починається, коли реплікація в повному розпалі. Синтез білків капсиду відбувається як і ядрі, і у цитоплазмі клітини. Вірусспецифічна іРНК транслюється рибосомами клітини і на вірус-полісомі йде синтез білків-попередників. З цього "фонду" білків-попередників і формуються білки капсиду вірусу.

5 стадія - складання віріонів, або морфогенез вірусу.

У простоорганізованих вірусів білкові субодиниці капсиду в строго впорядкованому з'єднанні розташовуються навколо нуклеїнової кислоти. У складноорганізованих вірусів у процесі збирання віріонів беруть участь і клітинні структури – ядерна та цитоплазматична мембрани.

6 стадія – вихід вірусу із клітини.

Цей процес у різних вірусів здійснюється по-різному. Вихід ДНК-геномних фагів відбувається за повного лізису клітини фаговим лізоцимом. Складноорганізовані віруси людини та тварин виходять із клітини з ділянкою цитоплазми шляхом брунькування через цитоплазматичну мембрану та оболонку, одночасно набуваючи суперкапсид. Нерідко виходу вірусів із клітини сприяє перетравленню її фагоцитами крові. Віруси рослин із клітини в клітину можуть переходити через міжклітинні сполуки – плазмодесми.

Найчастіше цикл репродукції вірусу завершується продуктивною інфекцією – утворенням численної популяції (100–200) повноцінних віріонів, що зазвичай супроводжується смертю господаря.