Вирусное проникновение является самой ранней стадией инфекции в жизненном цикле вируса , когда вирус вступает в контакт с клеткой- хозяином и вводит вирусный материал в клетку. Основные этапы, вовлеченные в вирусное проникновение, показаны ниже. [1] Несмотря на различия между вирусами, существует несколько общих черт относительно вирусного проникновения. [2]
То, как вирус проникает в клетку, различается в зависимости от типа вируса. Вирус с безоболочечным капсидом проникает в клетку, прикрепляясь к фактору прикрепления, расположенному на клетке-хозяине. Затем он проникает в клетку путем эндоцитоза или проделывая отверстие в мембране клетки-хозяина и вставляя свой вирусный геном. [2]
Проникновение в клетку оболочечных вирусов более сложно. Оболочечные вирусы проникают в клетку, прикрепляясь к фактору прикрепления, расположенному на поверхности клетки-хозяина. Затем они проникают путем эндоцитоза или прямого слияния мембран. Событие слияния происходит, когда мембрана вируса и мембрана клетки-хозяина сливаются вместе, позволяя вирусу проникнуть внутрь. Это происходит путем прикрепления — или адсорбции — на восприимчивой клетке; клетке, которая удерживает рецептор, с которым может связываться вирус, подобно двум частям пазла, соединяющимся вместе. Рецепторы на вирусной оболочке эффективно соединяются с комплементарными рецепторами на клеточной мембране . Это присоединение заставляет две мембраны оставаться во взаимной близости, способствуя дальнейшему взаимодействию между поверхностными белками. Это также первое требование, которое должно быть выполнено, прежде чем клетка может быть инфицирована. Удовлетворение этого требования делает клетку восприимчивой. Вирусы, которые демонстрируют такое поведение, включают многие оболочечные вирусы, такие как ВИЧ и вирус простого герпеса . [2]
Эти основные идеи распространяются на вирусы, которые заражают бактерии, известные как бактериофаги (или просто фаги). Типичные фаги имеют длинные хвосты, используемые для прикрепления к рецепторам на поверхности бактерий и внедрения их вирусного генома.
Перед проникновением вирус должен прикрепиться к клетке-хозяину. Прикрепление достигается, когда определенные белки на вирусном капсиде или вирусной оболочке связываются со специфическими белками, называемыми рецепторными белками на клеточной мембране клетки-мишени. Теперь вирус должен проникнуть в клетку, которая покрыта фосфолипидным бислоем, естественным барьером клетки от внешнего мира. Процесс, посредством которого этот барьер нарушается, зависит от вируса. Типы проникновения:
Благодаря использованию зеленого флуоресцентного белка (GFP) проникновение вируса и заражение можно визуализировать в режиме реального времени. После того, как вирус проникает в клетку, репликация не происходит немедленно и действительно занимает некоторое время (от нескольких секунд до нескольких часов). [3] [4]
.svg/1280px-Viral_entry_(Fusion).svg.png)
Самый известный пример — слияние мембран. У ряда вирусов с вирусной оболочкой вирусные рецепторы прикрепляются к рецепторам на поверхности клетки, а вторичные рецепторы могут присутствовать для инициирования прокола мембраны или слияния с клеткой-хозяином. После прикрепления вирусная оболочка сливается с мембраной клетки-хозяина, заставляя вирус проникать внутрь. Вирусы, проникающие в клетку таким образом, включают ВИЧ , KSHV [5] [6] [7] [8] и вирус простого герпеса . [9]
В SARS-CoV-2 и подобных вирусах проникновение происходит через слияние мембран , опосредованное спайковым белком , либо на поверхности клетки, либо в везикулах. Усилия исследователей были сосредоточены на взаимодействии спайкового белка с его рецептором на поверхности клетки, ангиотензинпревращающим ферментом 2 (ACE2). Развитый высокий уровень активности для опосредования слияния клеток привел к повышению способности к слиянию. [10] Текущая профилактика против инфекции SARS-2 нацелена на спайковые белки (S), которые обладают способностью к слиянию мембран. [11] Вакцинации основаны на блокировании вирусного гликопротеина S с клеткой, тем самым останавливая слияние вируса и его мембран клетки-хозяина. [12] Механизм слияния также изучается как потенциальная цель для разработки противовирусных препаратов. [13]
.svg/1280px-Viral_entry_(Endocytosis_and_lysis).svg.png)
Вирусы без вирусной оболочки проникают в клетку, как правило, посредством эндоцитоза ; они «обманывают» клетку-хозяина, чтобы она поглотила вирионы через клеточную мембрану. Клетки могут получать ресурсы из окружающей среды за пределами клетки, и эти механизмы могут использоваться вирусами для проникновения в клетку таким же образом, как и обычные ресурсы. Попав внутрь клетки, вирус покидает везикулу хозяина , с помощью которой он был захвачен, и таким образом получает доступ к цитоплазме. Примерами вирусов, которые проникают таким образом, являются полиовирус , вирус гепатита С , [14] и вирус ящура . [15]
Многие оболочечные вирусы, такие как SARS-CoV-2 , также проникают в клетку посредством эндоцитоза. Проникновение через эндосому гарантирует низкий pH и воздействие протеаз, которые необходимы для открытия вирусного капсида и высвобождения генетического материала внутри цитоплазмы хозяина. Кроме того, эндосомы транспортируют вирус через клетку и гарантируют, что на поверхности не останется никаких следов вируса, которые в противном случае могли бы вызвать иммунное распознавание хозяина. [16]
Третий метод заключается в простом присоединении к поверхности клетки-хозяина через рецепторы на клетке, при этом вирус вводит в клетку только свой геном , оставляя остальную часть вируса на поверхности. Это ограничивается вирусами, в которых для заражения клетки требуется только геном (например, вирусы с положительной цепью РНК, поскольку они могут быть немедленно транслированы), и далее ограничивается вирусами, которые действительно демонстрируют такое поведение. Наиболее изученный пример включает бактериофаги ; например, когда хвостовые волокна фага Т2 приземляются на клетку, его центральная оболочка прокалывает клеточную мембрану, и фаг вводит ДНК из капсида головы непосредственно в клетку. [17]
Как только вирус попадает в клетку, он активирует образование белков (сам по себе или с использованием механизмов хозяина), чтобы получить полный контроль над клеткой хозяина, если это возможно. Механизмы контроля включают подавление внутренней защиты клетки, подавление клеточной сигнализации и подавление транскрипции и трансляции клетки хозяина . Часто эти цитотоксические эффекты приводят к гибели и упадку клетки, инфицированной вирусом.
Клетка классифицируется как восприимчивая к вирусу, если вирус способен проникнуть в клетку. После внедрения вирусной частицы происходит распаковка содержимого (вирусных белков в тегументе и вирусного генома через некоторую форму нуклеиновой кислоты ) как подготовка к следующей стадии вирусной инфекции: репликации вируса .