Взаимодействие вируса с клеткой. Репродукция (размножение) вирусов

Вирусы — облигатные внутриклеточные паразиты, способные размножаться только в живой клетке. В отличие от прокариотических и эукариотических микроорганизмов вирусы не размножаются бинарным делением. Увеличение количественного содержания вирусов в клетке происходит путем репродукции (англ. «reproduce» — воспроизводить, делать копию), то есть посредством биосинтеза множества молекул нуклеиновых кислот и белков с последующей их самосборкой в форме вирионов. Синтез нуклеиновых кислот и белков вируса происходит в разных частях клетки (ядре и цитоплазме). Такой способ репродукции получил название дизъюнктивного (разобщенного).

Процесс внутриклеточной репродукции вирусов условно разделяют на 2 фазы. Первая фаза включает 3 стадии: 1) адсорбцию вируса на рецепторах

Р ис. Примеры морфологии вирусов

определенных типов клеток; 2) проникновение вируса в клетку; 3) депротеинизацию вириона. Вторая фаза — синтетическая, включает стадии реализации стратегии вирусного генома: 1) транскрипцию, 2) трансляцию, 3) репликацию, 4) сборку, созревание вирусных частиц и 5) выход вирусных частиц из клетки.

Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т.е. с прикрепления вируса к поверхности клетки.

Адсорбция — специфическое связывание поверхностных белков вириона, комплементарных рецепторам мембраны клетки-мишени. По химической природе рецепторы, на которых фиксируются вирусы, относятся к двум группам белков: мукопротеидам и липопротеидам. Вирусы гриппа, парагриппа, аденовирусы фиксируются на мукопротеидных рецепторах. Энтеровирусы, вирусы герпеса, арбовирусы адсорбируются на липопротеидных рецепторах. В качестве рецепторов вирусы используют поверхностные молекулы клетки с известной функцией (молекула рецептора для компонента комплемента С3б — рецептор для вируса Эпштейна-Барр, молекула корецептора CD4⁺ — рецептор для ВИЧ, молекула рецептора для ацетилхолина — рецептор для вируса бешенства).

Адсорбция вирусных частиц происходит лишь при наличии в среде определенных электролитов, в частности ионов Са⁺⁺, которые нейтрализуют избыточные анионные заряды вируса и поверхности клетки и уменьшают электростатическое отталкивание. Адсорбция вирусов мало зависит от температуры. Ее начальные процессы носят неспецифический характер, являются результатом электростатического взаимодействия положительно и отрицательно заряженных структур на поверхности вируса и клетки, а затем наступает специфическое взаимодействие поверхностного белка вириона со специфическими группировками мембраны клетки. Простые вирусы человека и животных содержат рецепторные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов рецепторные белки входят в состав суперкапсида. Они могут иметь форму нитей (фибры у аденовирусов), либо шипов, грибоподобных структур у миксо-, ретро-, рабдо- и других вирусов. Вначале происходит единичная связь вириона с рецептором. Такое прикрепление непрочно и адсорбция носит обратимый характер. Для наступления необратимой адсорбции необходимы множественные связи между рецепторами вирусов и рецепторами клетки, т.е. стабильное мультивалентное связывание. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки составляет 10⁴10⁵. Рецепторы для некоторых вирусов, например, для арбовирусов, содержатся на клетках как позвоночных, так и беспозвоночных, для других вирусов — только на клетках одного или нескольких видов.

Проникновение вирусов человека и животных в клетку происходит двумя путями: 1) виропексисом (пиноцитозом); 2) слиянием вирусной суперкапсидной оболочки с клеточной мембраной. Бактериофаги имеют свой механизм проникновения, инъекционный или шприцевой, когда в результате сокращения белкового отростка фага нуклеиновая кислота впрыскивается в клетку.

Депротеинизация вируса — освобождение генома вируса от вирусных защитных оболочек, происходит с помощью либо вирусных, либо клеточных ферментов. Конечные продукты депротеинизации — нуклеиновые кислоты или нуклеиновые кислоты, связанные с внутренним вирусным белком.

Синтетическая фаза вирусной репродукции сопровождается биосинтезом и накоплением в клетке вирусных компонентов. Она включает следующие этапы:

1. Транскрипция — переписывание информации с ДНК или РНК вируса на и-РНК в соответствии со стратегией генома.

2. Трансляция — процесс перевода генетической информации, содержащейся в и-РНК, на специфическую последовательность аминокислот и синтез вирусспецифических белков или их предшественников.

3. Репликация — процесс синтеза молекул нуклеиновых кислот, гомологичных вирусному геному.

Реализация стратегии генома у ДНК-содержащих вирусов идет так же, как и в клетках хозяина:

Д НК ^{транскрипция} и-РНК ^{трансляция} белок.

У -РНК вирусов, т.е. вирусов с негативным геномом (вирусы гриппа, парагриппа и др.), путь реализации генома следующий:

- РНК ^{транскрипция} и-РНК ^{трансляция} белок.

У +РНК вирусов, т.е. с позитивным геномом (тогавирусы, пикорнавирусы), этап транскрипции отсутствует. Плюс-нить РНК генома выполняет функцию и-РНК, соответственно, путь реализации генома более прост:

+ РНК ^{трансляция} белок.

Гепаднавирусы (вирус гепатита В) имеют в качестве генома циркулярную двуцепочечную ДНК. Их геном реплицируется через РНК интермедиат:

Д НК ^{транскрипция} РНК ^{обратная транскрипция} ДНК ^{транскрипция} и-РНК ^{трансляция} белок.

У ретровирусов (имеют геном в виде +РНК и фермент обратную транскриптазу) — уникальный путь передачи генетической информации:

Р НК ^{обратная транскрипция} ДНК ^{транскрипция} и-РНК ^{трансляция} белок.

ДНК-копия интегрируется с геномом клетки-хозяина (провирус).

Процесс взаимодействия генома вируса с геномом клетки-хозяина является сложным и далеко не полностью изученным. Вместе с тем известно, что в этом процессе участвует более 200 генов клетки-хозяина. Функция более 80% из них угнетается, а примерно 20% генов — активируется.

После наработки клеткой вирусных компонентов наступает последняя стадия вирусной репродукции — сборка вирусных частиц и выход вирионов из клетки. Выход вирионов осуществляется двумя путями: 1) путем «взрыва» клетки, в результате чего она разрушается (цитолитическая инфекция). Этот путь присущ простым вирусам (пикорна-, рео-, папова- и аденовирусам); 2) выход из клеток путем почкования. Присущ вирусам, содержащим суперкапсид. При этом способе клетка сразу не погибает, может дать многократное вирусное потомство, пока не истощатся ее ресурсы (нецитолитическая инфекция).