Проникновение вируса является самой ранней стадией инфекции в жизненном цикле вируса , поскольку вирус вступает в контакт с клеткой- хозяином и внедряет в клетку вирусный материал. Основные этапы проникновения вируса показаны ниже. [1] Несмотря на различия между вирусами, существует несколько общих черт, касающихся проникновения вирусов. [2]
Способ проникновения вируса в клетку различается в зависимости от типа вируса. Вирус с безоболочечным капсидом проникает в клетку путем прикрепления к фактору прикрепления, расположенному на клетке-хозяине. Затем он проникает в клетку путем эндоцитоза или путем проделывания отверстия в мембране клетки-хозяина и внедрения ее вирусного генома. [2]
Проникновение в клетку вирусов с оболочкой более сложное. Вирусы с оболочкой проникают в клетку, прикрепляясь к фактору прикрепления, расположенному на поверхности клетки-хозяина. Затем они проникают посредством эндоцитоза или прямого слияния мембран. Событие слияния — это когда мембрана вируса и мембрана клетки-хозяина сливаются вместе, позволяя вирусу проникнуть. Он делает это путем прикрепления или адсорбции к восприимчивой клетке; клетка, содержащая рецептор, с которым может связываться вирус. Рецепторы на вирусной оболочке эффективно соединяются с комплементарными рецепторами на клеточной мембране . Это прикрепление заставляет две мембраны оставаться во взаимной близости, способствуя дальнейшему взаимодействию между поверхностными белками. Это также первое условие, которое должно быть выполнено, прежде чем клетка сможет заразиться. Удовлетворение этого требования делает клетку восприимчивой. К вирусам, демонстрирующим такое поведение, относятся многие вирусы с оболочкой, такие как ВИЧ и вирус простого герпеса . [2]
Эти основные идеи распространяются на вирусы, поражающие бактерии, известные как бактериофаги (или просто фаги). Типичные фаги имеют длинные хвосты, которые используются для прикрепления к рецепторам на поверхности бактерий и инъекции их вирусного генома.
Прежде чем проникнуть в клетку, вирус должен прикрепиться к клетке-хозяину. Прикрепление достигается, когда специфические 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 двойным слоем фосфолипидов , естественным барьером клетки для внешнего мира. Процесс преодоления этого барьера зависит от вируса. Типы входа:
Благодаря использованию зеленого флуоресцентного белка (GFP) проникновение вируса и заражение можно визуализировать в режиме реального времени. Как только вирус попадает в клетку, репликация не происходит немедленно и действительно занимает некоторое время (от секунд до 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, и могут присутствовать вторичные рецепторы, инициирующие прокол мембраны или слияние с клеткой-хозяином. После прикрепления вирусная оболочка сливается с мембраной клетки-хозяина, вызывая проникновение вируса. Вирусы, которые проникают 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 посредством слияния мембран, опосредованного белком-шипом , либо на поверхности клетки, либо в везикулах. Усилия исследователей были сосредоточены на взаимодействии белка-шипа с его рецептором клеточной поверхности, ангиотензинпревращающим ферментом 2 (ACE2). Развитый высокий уровень активности, обеспечивающий слияние клеток с клетками, привел к усилению способности к слиянию. [10] Ингибирование инфекции SARS-2 нацелено на белки-шипы, которые обладают способностью к слиянию мембран. [11] Вакцинация основана на ингибировании гликопротеина спайка (S), опосредующего слияние вируса и мембран его клетки-хозяина. [12] Механизм слияния также изучается как потенциальная мишень для разработки противовирусных препаратов. [13]
.svg/1280px-Viral_entry_(Endocytosis_and_lysis).svg.png)
Вирусы без вирусной оболочки проникают в клетку обычно посредством эндоцитоза ; они поглощаются клеткой-хозяином 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 , в которой он был захвачен, чтобы получить доступ к цитоплазме. Примеры включают полиовирус , вирус гепатита С [ 14] и вирус ящура . [15]
Многие вирусы с оболочкой, такие как SARS-CoV-2 , также проникают в клетку посредством эндоцитоза. Вход через эндосому гарантирует низкий уровень pH и воздействие протеаз, которые необходимы для открытия вирусного капсида и высвобождения генетического материала внутри. Кроме того, эндосомы транспортируют вирус через клетку и гарантируют, что на поверхности не останется следов вируса, что может стать субстратом для иммунного распознавания. [16]
Третий и более конкретный пример — просто прикрепиться к поверхности клетки через рецепторы на клетке и ввести в клетку только свой геном , оставив остальную часть вируса на поверхности. Это ограничено вирусами, у которых для заражения клетки требуется только геном (например, вирусы с положительной цепью РНК , поскольку их можно немедленно транслировать), а также ограничивается вирусами, которые действительно демонстрируют такое поведение. Наиболее изученный пример включает бактериофаги ; например, когда хвостовые волокна фага Т2 приземляются на клетку, его центральная оболочка пронзает клеточную мембрану, и фаг вводит ДНК из головного капсида непосредственно в клетку. [17]
Как только вирус попадает в клетку, он активирует образование белков (самостоятельно или с помощью хозяина), чтобы получить полный контроль над клеткой-хозяином, если он способен. Механизмы контроля включают подавление внутренней защиты клеток, подавление клеточной сигнализации и подавление транскрипции и трансляции клеток-хозяев . Зачастую именно эти цитотоксические эффекты приводят к гибели и упадку клетки, зараженной 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 ту или иную форму нуклеиновой кислоты ) как подготовка к следующему этапу вирусной инфекции: репликации вируса .