Репродукция вирусов в клетке

Принципиально схема репродукции вирусов в клетке аналогична такому же процессу с участием бактериофагов и микробных клеток (см. рис.6).Однако значительно большее разнообразие генома вирусов, по сравнению с бактериофагами, определяет и большее количество вариантов репродукции вирусов.

Перед рассмотрением этих вариантов следует остановиться на том, что в отличие от фагов в инфицированную клетку нуклеиновая кислота вируса поступает не «в чистом виде», а «одетая» в капсид. Для того что бы генетическая информация могла быть реализована, она должна быть свободной от белковой оболочки - капсида. Как же это «освобождение» осуществляется, если капсид вириона, как отмечалось ранее, столь плотно упакован, что не поддается действию протеолитических ферментов?

Что касается простых («голых») вирусов, то освобождение их генома объясняется довольно убедительно. При взаимодействии капсида простого вируса с рецептором клетки (рис.8) меняется конформация капсомеров, и они становятся доступными для действия ферментов, включенных в состав цитоплазматической мембраны клетки. Вполне вероятно, что разрушение мембраны вакуоли, в которой находится вирион, не является проблемой для клетки.

Объяснение разрушения капсида сложных («одетых») вирусов внутри клетки (рис.9) гораздо менее убедительно. Геном вируса, одетый в капсид, оказывается свободным внутри клетки и не контактирует с рецептором клетки. Почему же разрушается его капсид? Вариантов гипотез может быть несколько.

Во-первых, капсид «одетого» вируса может быть не столь плотно упакован, как у вируса «голого», поскольку он «прикрывается» от действия ферментов суперкапсидом. Освобожденный от суперкапсида капсид «одетого» вируса оказывается в буквальном смысле «голом» и легко разрушается клеточными ферментами.

Во-вторых, капсид «одетого» вируса может быть так же плотно «упакована», как и капсида вируса «голого». Однако вполне вероятно предположить, что при «одевании» такого вируса в суперкапсид между ним и капсидом формируются какие-то внутренние связи. Когда же происходит слияние суперкапсида с мембраной клетки (рис.9В), эти внутренние связи рвутся, что вызывает изменение конформации капсомеров вирусной оболочки. По сути, это то же самое, что и контакт «голого» вируса с рецептором клетки.

И, наконец, в-третьих, и, возможно, не в последних, но уже точно - в самых невероятных: попавший в цитоплазму клетки капсид «бывшего одетого» вступает в контакт с какой-то рецепторной структурой на внутренней поверхности мембраны. За этим опять следует изменение конформации белков капсида.

Можно еще какие-нибудь варианты механизмов придумать, но результат их действия остается одинаковым: в цитоплазме клетки появляется освобожденная от всех «наслоений» генетическая информация вируса.

Репродукция ДНК-овых вирусов. Репродукция ДНК-овых вирусов чаще всего происходит в ядре эукариотических клеток, хотя некоторые из них репродуцируются в цитоплазме.

Воспроизводство вирусов, содержащих ДНК в привычной для нас двухцепочечной (двунитевой) форме осуществляется практически точно так же, как и фагов с аналогичным геномом (рис.6 только, разумеется, без синтеза отростка).

Репродукция вирусов с однонитевой ДНК происходит с некоторыми особенностями для плюс- и минус-цепей.

Если в составе генома вируса - плюс-цепь ДНК (т.е. «информативная» цепь, содержащая код структуры вирусных белков), то такая цепь не может служить матрицей для процесса транскрипции (синтеза мРНК). В связи с этим на плюс-цепи ДНК в клетке с участием клеточных ферментов сначала синтезируются множественные минус-цепи ДНК. Минус-цепь ДНК является матрицей для транскрипции и в конечном счете синтеза вирусных белков. Однако для формирования «полноценных» вирионов необходимо множество плюс-цепей ДНК В связи с этим, на матрице минус-цепей ДНК синтезируются множественные плюс-цепи ДНК, которые и включаются в состав вновь формируемых вирионов.

Если у вируса геном представлен минус-цепью ДНК, то последняя непосредственно участвует в транскрипции. Но и в этом случае в процессе репродукции вирусов возникает необходимость в синтезе плюс-цепей ДНК, служащих матрицей для воспроизводства множества минус-цепей ДНК, включающихся в состав вновь формируемых вирионов.

Репродукция РНК-овых вирусов осуществляется в цитоплазме клетки и имеет существенные особенности в зависимости от того, в какой форме РНК входит в состав генома вируса.

Если геном вируса представлен двунитевой РНК, то эта молекула служит матрицей как для репликации вирусного генома, так и для процесса транскрипции (на минус-цепи РНК синтезируются плюс-цепи, исполняющие роль мРНК). Необходимо заметить, что оба эти процесса могут происходить только при участии особого фермента - РНК-зависимой-РНК- полимеразы. Такого фермента у клетки нет, он привносится в клетку вирусом.

Если геном вируса представлен плюс-цепью РНК, то эта молекула выполняет роль мРНК. Однако для формирования новых вирионов необходимо много новых молекул плюс-цепей РНК, и в этом процессе участвует вирусоспецифическая репликаза, на матрице минус-цепи РНК создающая множество плюс-цепей.

РНК-зависимая-РНК-полимераза является необходимым компонентом при репродукции вирусов, имеющих в роли генома минус-цепь РНК. Такая цепочка не может использоваться клеткой в качестве мРНК. Поэтому на ней, как на матрице, синтезируются плюс-цепи, участвующие в процессе трансляции (синтез белка на матрице мРНК). При формировании вирионов осуществляется обратный процесс синтеза минус-цепей РНК на матрице плюс-цепей.

Еще об одной группе РНК-овых вирусов следует сказать особо. Это - ретровирусы, в состав которых входит вирус СПИДа. Эти вирусы в качестве генома содержат плюс-цепь РНК и особый фермент-РНК-зависимую-ДНК-полимеразу (синонимы - «ревертаза», «обратная транскриптаза»), С помощью данного фермента на матрице РНК строится молекула ДНК. Эта вновь синтезированная ДНК в свою очередь служит матрицей для синтеза мРНК и строительства вирусных белков. При формировании вирионов на матрице вирусной ДНК синтезируются множественные плюс-цепи РНК, включающиеся в новые вирионы вместе с молекулами «ревертазы».