Розмноження вірусів не здійснюється бінарним поділом. Ще в 50-х роках минулого століття було встановлено, що розмноження здійснюється методом репродукції (в перекладі з англ. reproduce – робити копії, відтворювати), тобто шляхом відтворення нуклеїнових кислот, а також синтезу білка з подальшим збором віріонів. Дані процеси відбуваються в різних частинах клітини так званого господаря (наприклад, в ядрі або цитоплазмі). Даний роз’єднаний метод репродукції вірусів називається дизъюнктивным. Саме на цьому ми зупинимося докладніше у нашій статті.
Процес репродукції
Даний процес має свої особливості репродукції вірусів і відрізняється послідовною зміною деяких стадій. Розглянемо їх окремо.
Фази
Віруси не можуть розмножуватися у живильному середовищі, так як вони представляють собою суворі внутрішньоклітинні паразити. Крім того, на відміну від хламідій або рикетсій, під час репродукції вірусів у клітині господаря не здатні рости і не розмножуються методом поділу. Всі складові частини даного вірусу включають в себе нуклеїнові кислоти, а також білкові молекули, які синтезуються в “господарській” клітці окремо, в різних частинах клітини: в цитоплазмі і ядрі. Крім цього, белоксинтезирующие клітинні системи підкоряються одному вірусного геному, а також його ПК.
Вірусна репродукція в клітині здійснюється у кілька фаз, які описані нижче:
Адсорбція
Під цією стадією репродукції вірусів мається на увазі проникнення вірусної частинки в клітини. Адсорбція починається на клітинній поверхні за допомогою взаємодії клітинних, а також вірусних рецепторів. У перекладі з латинської слово “рецептори” означає “приймає”. Вони являють собою спеціальні чутливі утворення, що сприймають подразнення. Рецептори – це молекули або молекулярні комплекси, розташовані на поверхні клітин, а також здатні розпізнавати хімічні специфічні угруповання, молекули або інші клітини, пов’язувати їх. У найбільш складних віріонів такі рецептори розташовуються з зовнішньої оболонки у вигляді шиповидного виросту або ворсинки, у простих віріонів вони знаходяться, як правило, на поверхні капсиду.
Механізм адсорбції на поверхні сприйнятливої клітини ґрунтується на взаємодії рецепторів з так званими комплементарними рецепторами “хазяйської” клітини. Рецептори віріона і клітини є якимись специфічними структурами, які розташовані на поверхні.
Аденовіруси та міксовіруси адсорбуються безпосередньо на мукопротеиновых рецепторах, а арбовіруси і пикорнавирусы ― на липопротеиновых рецепторах.
У віріона миксовирусов нейраминидаза руйнує мукогфотеиновый рецептор і відщеплює N-ацетилнейраминовые кислоти від олігосахариду, який містить в собі галактозу і галактозамін. Їх взаємодії на даному етапі оборотні, адже на них значно впливає температура, реакція середовища та сольові компоненти. Адсорбції віріона перешкоджають гепарин і сульфатованих полісахариди, несуть при цьому негативний заряд, однак їх інгібуючий вплив знімається деякими поликарионами (экмолин, ДЭАЭ-декстран, протаминсулъфат), що нейтралізують негативний заряд від сульфатованих полісахаридів.
Попадання віріона в “хазяйську” клітку
Шлях впровадження вірусу в чутливу до нього клітку не завжди буде одним і тим же. Багато віріони здатні проникати в клітини методом пиноцитоза, що в перекладі з грецького означає “пити”, “випивати”. При даному методі пиноцитозная вакуолю ніби втягує віріон безпосередньо всередину клітини. Інші віріони можуть проникати в клітку безпосередньо крізь її оболонку.
Контакт ферменту нейраминидаза з клітинними мукопротеидами сприяє потраплянню віріонів в клітину серед миксовирусов. Результати досліджень останніх років доводять, що ДНК і РНК віріонів від зовнішньої оболонки не відокремлюються, тобто віріони проникають у чуттєві клітки шляхом пиноцитоза або виропексиса. На даний момент це підтверджено відносно вірусу віспи, осповакцины, а також інших вірусів, які обирають середовищем існування організм тварин. Якщо говорити про фагах, вони заражають нуклеїнової кислотою клітини. Механізм зараження ґрунтується на тому, що ті віріони, які містяться у вакуолях клітин, гідролізуються ферментами (ліпаз, протеаз), в процесі чого від оболонки фага звільняється ДНК і потрапляє в клітку.
Для проведення експерименту виконувалася зараження клітини з допомогою нуклеїнової кислоти, яка була виділена від деяких вірусів, і викликається один повний цикл репродукції віріонів. Однак у природних умовах інфікування за допомогою такої кислоти не відбувається.
Дезінтеграція
Наступний етап репродукції вірусів – дезінтеграція, яка являє собою звільнення ПК від капсида і зовнішньої оболонки. Після потрапляння віріона в клітини, капсид переживає деякі зміни, купуючи чутливість до клітинного протеазу, потім він руйнується, паралельно звільняючи ПК. У окремих бактеріофагів клітини потрапляє вільна ПК. Фітопатогенний вірус проникає через пошкодження в клітинній стінці, а потім він адсорбується на внутрішньому клітинному рецепторі з одночасним вивільненням ПК.
Реплікація РНК і синтез вірусного білка
Наступним етапом репродукції вірусів є синтез вирусоспецифичного білка, який відбувається з участю так званих інформаційних РНК (в окремих вірусів вони перебувають у складі віріонів, а у деяких синтезуються тільки у заражених клітинах безпосередньо на матриці віріонної ДНК або РНК). Відбувається реплікація вірусної ПК.
Процес репродукція РНК-вірусів починається після потрапляння нуклеопротеїдів у клітку, де формуються вірусні полисомы методом комплексування РНК з рибосомами. Після цього синтезуються і ранні білки, куди слід віднести репрессоры з клітинного метаболізму, а також РНК-полімерази, які транслюються з батьківського молекулою РНК. У цитоплазмі найбільш дрібних вірусів, або в ядрі, утворюється вірусна двохнитчата РНК методом комплексування батьківського плюс-ланцюга («+» – РНК-ланцюг) з знову синтезованої, а також комплементарної з нею мінус-ланцюга («-» – РНК-ланцюга). З’єднання даних ниток з нуклеїнової кислоти провокує утворення лише однонитчатой структури РНК, яка називається реплікативної формою. Синтези вірусної РНК здійснюються репликативными комплексами, в яких беруть участь репликативная форма РНК, фермент РНК-полімерази, полисомы.
Існує 2 види РНК-полимераз. До таких належать: РНК-полімераза I, яка каталізує формування реплікативної форми безпосередньо на матриці плюс-ланцюги, а також РНК-полімераза II, яка бере участь у синтезі однонитчатой вірусної РНК на матриці репликативного типу. Синтез нуклеїнових кислот у дрібних вірусів відбувається в цитоплазмі. Що стосується вірусу грипу, то в ядрі синтезується внутрішній білок та РНК. РНК виділяється потім з ядра і проникає в цитоплазму, в якій спільно з рибосомами починає синтезувати вірусний білок.
Після потрапляння віріонів в клітини, в них пригнічується синтез нуклеїнової кислоти, а також клітинних білків. При репродукції вірусів, що містять ДНК на матриці в ядрі синтезується ще і-РНК, яка несе в собі інформацію для синтезу білка. Механізм синтезу вірусного білка здійснюється на рівні клітинної рибосоми, а джерелом побудови буде амінокислотний фонд. Активізація амінокислот здійснюється ферментами, за допомогою і-РНК переносяться безпосередньо в рибосоми (полисомы), в яких вони мешкають вже в синтезованої молекули білків.
Таким чином, в заражених клітинах синтез нуклеїнових кислот і білків віріона здійснюється у складі репликативно-транскриптивного складного комплексу, який регулюється певною системою механізму.
Морфогенез віріона
Освіта віріонів може відбутися тільки у випадку строго впорядкованого з’єднання структурних вірусних поліпептидів, а також їх ПК. А це забезпечується так званою самосборкой молекул білка близько ПК.
Формування віріона
Формування віріона відбувається з участю деяких структурних компонентів, що входять до складу клітини. Віруси герпесу, поліомієліту та осповакцины утворюються в цитоплазмі, а аденовіруси ― у ядрі. Синтез вірусної РНК, а також формування нуклеокапсида відбувається безпосередньо в ядрі, а гемаглютинін формується в цитоплазмі. Після цього нуклеокапсид перебирається з ядра в цитоплазму, в якій здійснюється освіта оболонки віріона. Нуклеокапсид покривається зовні вірусними білками, а до складу віріона при цьому включаються гемаглютиніни і нейрамінідази. Саме таким чином відбувається утворення потомства, наприклад, вірусу грипу.
Вивільнення віріона з “хазяйської” клітини
З “хазяйської” клітини частинки вірусу виділяються одночасно (під час руйнування клітин) або поступово (без яких-небудь руйнувань клітин).
Саме в такому вигляді і відбувається репродукція вірусів. Віріони вивільняються з клітин, як правило, двома способами.
Перший метод
Перший спосіб передбачає наступне: після абсолютного дозрівання віріонів безпосередньо всередині клітини вони округлюються, там утворюються вакуолі, а потім руйнується клітинна оболонка. По завершенню цих процесів віріони виходять все одночасно і повністю з клітин (пикорнавирусы). Даний спосіб прийнято називати політичні.
Другий метод
Другий спосіб передбачає процес звільнення віріонів у міру їх дозрівання протягом 2-6 годин на цитоплазматичної мембрані (міксовіруси і арбовіруси). Виділення з клітини миксовирусов сприяє нейрамінідази, руйнують клітинну оболонку. Під час цього способу 75-90 % віріонів виходять спонтанно в культуральне середовище, а клітини поступово гинуть.
