Репликация вируса — это образование биологических вирусов в процессе заражения в клетках-мишенях-хозяевах. Вирусы должны сначала попасть в клетку, прежде чем произойдет репликация вируса. Создавая большое количество копий своего генома и упаковывая эти копии, вирус продолжает заражать новых хозяев. Репликация между вирусами очень разнообразна и зависит от типа задействованных в них генов. Большинство ДНК-вирусов собираются в ядре, тогда как большинство РНК-вирусов развиваются исключительно в цитоплазме. [1]
Вирусы размножаются только в живых клетках. Клетка - хозяин должна обеспечить энергию и синтетические механизмы, а также низкомолекулярные предшественники для синтеза вирусных белков и нуклеиновых кислот. [2]
Репликация вируса происходит в семь этапов, а именно;
Это первый этап репликации вируса. Вирус прикрепляется к клеточной мембране клетки -хозяина . Затем он вводит свою ДНК или РНК в хозяина, чтобы инициировать инфекцию. В клетках животных эти вирусы попадают в клетку в результате процесса эндоцитоза , который происходит за счет слияния вируса и слияния вирусной оболочки с клеточной мембраной животной клетки, а в растительные клетки они проникают через процесс пиноцитоза , который приводит к защемлению. вирусов.
Клеточная мембрана клетки-хозяина инвагинирует вирусную частицу, заключая ее в пиноцитозную вакуоль . Это защищает клетку от антител , как в случае с вирусом ВИЧ .
Клеточные ферменты (из лизосом ) снимают белковую оболочку вируса. Это высвобождает или делает доступной нуклеиновую кислоту или геном вируса .
Для некоторых РНК- вирусов заражающая РНК производит информационную РНК ( мРНК ), которая может транслировать геном в белковые продукты. Вирусы с отрицательно-цепочечной РНК или ДНК производятся путем транскрипции , а затем трансляции.
мРНК используется для того, чтобы дать клетке-хозяину команду производить компоненты вируса. Вирус использует существующие клеточные структуры для репликации.
Компоненты производятся вирусом с использованием существующих органелл хозяина :
Вирион — это просто активная или неповрежденная вирусная частица. На этом этапе вновь синтезированный геном (нуклеиновая кислота) и белки собираются с образованием новых вирусных частиц.
Это может происходить в ядре клетки, цитоплазме или на плазматической мембране большинства развитых вирусов.
Созревающие вирусы высвобождаются либо в результате внезапного разрыва клетки, либо в результате постепенного вытеснения (выталкивания) оболочек вирусов через клеточную мембрану .
Новые вирусы могут проникать в другие клетки или атаковать их или оставаться в спящем состоянии в клетке. В случае бактериальных вирусов высвобождение вирионов-потомков происходит путем лизиса инфицированной бактерии. Однако в случае вирусов животных высвобождение обычно происходит без лизиса клеток.
Вирусы подразделяются на 7 типов генов, каждый из которых имеет свои собственные семейства вирусов, которые, в свою очередь, сами имеют разные стратегии репликации. [4] Дэвид Балтимор , биолог, лауреат Нобелевской премии , разработал систему под названием « Балтиморская классификационная система» , позволяющая классифицировать различные вирусы на основе их уникальной стратегии репликации. На основе этой системы существует семь различных стратегий репликации (Балтиморский класс I, II, III, IV, V, VI, VII). Семь классов вирусов перечислены здесь кратко и в общих чертах. [5]
Этот тип вируса обычно должен проникнуть в ядро хозяина , прежде чем он сможет размножаться. Некоторым из этих вирусов для репликации своего генома требуются полимеразы клеток-хозяев , в то время как другие, такие как аденовирусы или вирусы герпеса, кодируют свои собственные факторы репликации. Однако в любом случае репликация вирусного генома сильно зависит от клеточного состояния, допускающего репликацию ДНК, и, следовательно, от клеточного цикла . Вирус может заставить клетку подвергнуться принудительному делению , что может привести к трансформации клетки и, в конечном итоге, к раку . Примером семейства в этой классификации является Adenoviridae .
Существует только один хорошо изученный пример, когда семейство вирусов класса 1 не реплицируется внутри ядра. Это семейство поксвирусов , в которое входят высокопатогенные вирусы, поражающие позвоночных .
Вирусы, подпадающие под эту категорию, включают вирусы, которые не так хорошо изучены, но все же имеют большое значение для позвоночных. Два примера включают Circoviridae и Parvoviridae . Они реплицируются внутри ядра и во время репликации образуют промежуточную двухцепочечную ДНК. Анелловирус человека, называемый TTV , включен в эту классификацию и обнаруживается почти у всех людей, бессимптомно поражая почти все основные органы .
Как и большинство вирусов с РНК- геномами, двухцепочечные РНК-вирусы не полагаются на полимеразы хозяина для репликации в такой степени, как это делают вирусы с ДНК- геномами. Вирусы с двухцепочечной РНК изучены не так хорошо, как другие классы. Этот класс включает два основных семейства: Reoviridae и Birnaviridae . Репликация является моноцистронной и включает отдельные сегментированные геномы, а это означает, что каждый из генов кодирует только один белок, в отличие от других вирусов, которые демонстрируют более сложную трансляцию.
Эти вирусы состоят из двух типов, однако оба они имеют тот факт, что репликация происходит преимущественно в цитоплазме и что репликация не так зависит от клеточного цикла, как репликация ДНК-вирусов. Этот класс вирусов также является одним из наиболее изученных типов вирусов наряду с вирусами с двухцепочечной ДНК.
РНК-вирусы с положительным смыслом и, действительно, все гены, определенные как позитивные, могут быть напрямую доступны рибосомам хозяина для немедленного образования белков. Их можно разделить на две группы, обе из которых реплицируются в цитоплазме:
Примеры этого класса включают семейства Coronaviridae , Flaviviridae и Picornaviridae .
РНК-вирусы с отрицательным смыслом и, по сути, все гены, определенные как отрицательные, не могут быть напрямую доступны рибосомам хозяина для немедленного образования белков. Вместо этого они должны транскрибироваться вирусными полимеразами в «читаемый» дополнительный положительный смысл. Их также можно разделить на две группы:
Примеры этого класса включают семейства Orthomyxoviridae , Paramyxoviridae , Bunyaviridae , Filoviridae и Rhabdoviridae (включая бешенство ).
Хорошо изученное семейство вирусов этого класса включает ретровирусы . Одной из определяющих особенностей является использование обратной транскриптазы для преобразования РНК с положительным смыслом в ДНК. Вместо использования РНК в качестве шаблонов белков они используют ДНК для создания шаблонов, которые встраиваются в геном хозяина с помощью интегразы . Затем репликация может начаться с помощью полимераз клетки-хозяина.
Эта небольшая группа вирусов, примером которой является вирус гепатита B , имеет двухцепочечный геном с пробелами, который впоследствии заполняется, образуя ковалентно замкнутый круг ( cccDNA ), который служит матрицей для производства вирусных мРНК и субгеномной РНК. Прегеномная РНК служит матрицей для обратной транскриптазы вируса и для производства генома ДНК.