Репродукция вируса – процесс размножения вирусных частиц в чувствительных к ним клетках. Репродуцируются только вирулентные вирусы, обладающие высокой степенью патогенности.

Процесс репродукции вируса внутри инфицированной клетки называют жизненным циклом вируса. Цикл репродукции у РНК-вирусов продолжается 4–8 часов, а у ДНК-вирусов – 12–24 часа.

Общие закономерности репродукции вируса

К самостоятельному размножению вирусы не способны. Синтез вирусных белков и воспроизведение копий вирусного генома обеспечиваются биосинтетическими процессами клетки-хозяина. Для вирусов характерен дизъюнктивный (разобщенный) тип репродукции. Он осуществляется при взаимодействии вируса с инфицируемой клеткой. В этом случае белковые молекулы и НК образуются отдельно друг от друга. После чего происходит сборка дочерних популяций.

Особенности репродукции вирусов зависят от типа вирусного генома. Однако отмечается существование целого ряда общих закономерностей репродукции вируса:

1-й Все вирусы, содержащие молекулу РНК, кроме вирусов гриппа и ретровирусов, репродуцируются в цитоплазме клетки. Геномы ретровирусов и вирусов гриппа при репродукции проникают в ядро клетки-хозяина.

2-й Все вирусы, содержащие молекулу ДНК, кроме вируса оспы репродуцируются в ядре и в цитоплазме клетки. В ядре происходит транскрипция и репликация вирусных нуклеиновых кислот, а в цитоплазме – трансляция вирусных белков и сборка дочерних вирионов. Вирус оспы размножается только в цитоплазме клетки.

3-й Процесс синтеза нуклеокапсидных белков происходит на свободных полирибосомах (не связанных с мем). Процесс синтеза суперкапсидных белков проходит на рибосомах, ассоциированных с мембранами.

4-й Белки вирусов после образования подвергаются протеолитическому процессингу (разрезанию или расщеплению).

5-й Суперкапсидные белки оболочечных вирусов при транспортировке к клеточной мембране проходят гликозирование (присоединении к полипептиду углеводных остатков).

Этапы репродукции (жизненного цикла) вируса

Этапы репродукции вируса

1-йАдсорбция на мембране клетки.

2-йПроникновение в клетку.

3-йДепротеинизация.

4-йСинтез компонентов вирусов.

5-йФормирование дочерних вирионов.

6-йВыход вирионов.

Процесс адсорбции вириона на поверхности клетки

Адсорбция на мембране клетки клетки идет по пути взаимодействия вирусного белка (антирецептора) с кл рецепторами. Для каждого вируса на кл мем сущ-т специфические рецепторы, с к-м он и связывается. По хим природе рецепторы, фиксирующие вирус, могут являться мукопротеиновыми либо липопротеиновыми. Распознавание кл рецепторов осуществляют капсидные или суперкапсидные белки вириона.

Антирецепторы вирионов являются прикрепительными белками. Они могут иметь форму шипов, нитей, грибовидных структур.

В самом процессе адсорбции большую роль играют электрические заряды. Вирусы обычно отрицательно заражены, а участки клеточной стенки – положительно. Процесс занимает от 5 до 90

минут. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки 104 –105. Путь проникновения вируса в клетку зависит от наличия оболочки у вириона:

1-йПуть I – слиянии вирусной оболочки с клеточной мембраной. 2-йПуть II – рецептор-опосредованный эндоцитоз.

Путем слияния суперкапсида с клеточной мембраной (путь I) в клетку проникают оболочечные вирусы. Этот процесс обусловлен наличием специфических белков слияния. При этом наблюдается высвобождение нуклеокпсида в цитоплазму клетки.

Путем рецептор-опосредованного эндоцитоза (путь II) в клетку проникают безоболочечные вирусы. Первоначально вирион связывается со специфическими рецепторами, расположенными на клеточной поверхности. Затем наблюдается инвагинация (впячивание) клеточной мембраны, образование эндосом (внутриклеточных вакуолей) и их слияние с лизосомами. В заключении, вирусный геном в цитоплазме клетки освобождается из эндосомы.

Процесс депротеинизации (освобождения вирусной нуклеиновой кислоты – раздевание вируса) осуществляют протеолитические ферменты клетки (протеазы и липазы). Смысл этого процесса состоит в удалении капсидов (вирусных оболочек). Конечные продукты раздевания вируса – сердцевины, нуклеокапсиды, нуклеиновые кислоты. Некоторые вирусы в качестве конечного продукта представлены НК, связанными с внутренним вирусным белком. После прохождения этапа депротеинизации выделить вирус из культуры клеток невозможно. Такое положение называют теневой фазой или фазой эклипса (затмения). В этот период вирус перестаёт существовать в качестве оформленного вириона.

Синтез компонентов вирусов заключается в репликации вирусных НК и синтезе вирусных белков. Под репликацией понимается процесс самовоспроизведения нуклеиновых кислот, генов и хромосом, в основе которого лежит ферментативный синтез ДНК или РНК, проходящий по матричному синтезу.

Место синтеза компонентов дочерних вирионов зависит от типа генома:

реализация генетической инфо у ДНК-вирусов идет по пути: ДНК → транскрипция → иРНК → трансляция → белок; реализация генетической информации у +РНК-вирусов идёт без этапа транскрипции: +-РНК → трансляция → белок;

реализация генетической информации у РНК-вирусов с негативным геномом идёт по схеме: минус-РНК → транскрипция → иРНК → трансляция → белок; РНК-содержащие ретровирусы идут по следующему пути передачи информации: РНК → обрат-

ная транскрипция → ДНК → транскрипция → иРНК → трансляция → белок.

ДНК-вирус, проникший в цитоплазму, транспортирует нуклеокапсид к ядру клетки. Вирусная ДНК проникает в структуры клеточного ядра, где и совершается транскрипция или переписывание инфо с ДНК на РНК при помощи клеточной полимеразы. Исключение – вирус оспы. Несмотря на то, что он относится к ДНК-содержащим, но его транскрипция протекает в цитоплазме при участии ДНК-полимеразы, проникающего в клетку в составе вириона.

Результатом транскрипции является и то, что на одной из нитей ДНК синтезируется иРНК. В последствии, она перемещается в цитоплазму клетки и запускает процесс трансляции – перевода генетической информации с иРНК на последовательность аминокислот в вирусных белках.

Синтез белков наблюдается в рибосомах клетки-хозяина. Одновременно в ядре клетки протекает репликация (образование) дочерних нуклеиновых кислот на матрице материнской ДНК.

Синтезированные дочерние молекулы ДНК в составе нуклеокапсида путем почкования перемещаются из ядра клетки в цитоплазму. При этом они захватывают фрагмент ядерной мембраны. В цитоплазме процесс репродукции завершается.

Репликация «плюс»-РНК-содержащих вирусов происходит в цитоплазме. В данном случае функцию иРНК выполняет вирусная нуклеиновая кислота. В итоге трансляции на рибосомах формируется белковая молекула, которая разрезается клеточными протазами на структурные или неструктурные вирусные белки. Одновременно образуется полимераза, способствующая образованию «минус»-РНК на матрице родительской «плюс»-РНК. На матрице «минус»-РНК происходит синтез молекул «плюс»-РНК, принимающих участие в биосинтезе белков дочерних вирионов.

Вирусы, содержащие «минус»-РНК, отличаются тем, что их геном не способен выполнить функцию иРНК. Поэтому в цитоплазме клетки на матрице «минус»-РНК первоначально синтезируется «плюс»-РНК. Процесс катализируется полимеразой (транскрипазой), находящейся в составе проникшего в клетку вириона.

Синтез «плюс»-РНК приводит к образованию полных и коротких нитей. Короткие «плюс»-РНК– нити принимают участие в синтезе ферментов и бликов для дочерних популяций. Полные нити «плюс»-РНК служат матрицей для синтеза молекул «минус»-РНК дочерних вирионов. Последние транспортируются к клеточной мембране и высвобождаются, захватывая при этом ее фрагмент. Этот фрагмент служит для вирусной частицы суперкапсидом.

РНК-содержащие ретровирусы отличаются тем, что после проникновения в клетку генетическая информация с их РНК переписывается на ДНК, то есть с помощью фермента ревертаза происходит обратная транскрипция. Ревертаза так же попадает в клетку вместе с ретровирусом. Вновь образованная ДНК интегрирует с клеточным геномом и в его составе участвует в образовании иРНК, необходимой для синтеза вирусных белков. Транскрипцию интегрированной ДНК в составе клеточных геномов (переписывание информации с ДНК на РНК) осуществляет клеточная ДНК-зависимая РНК полимераза.

Формирование дочерних вирионов возможна только при узнавании вирусных нуклеиновых кислот и белков, и самопроизвольном их соединении друг с другом. На мембранах эндоплазматического ретикулума взаимодействуют нуклеиновая кислота и белки просто устроенных вирусов, что приводит к образованию упорядоченной структуры.

Сложно устроенные вирусы характеризуются многоступенчатой сборкой. Первоначально их нуклеиновые кислоты взаимодействуют с внутренними белками, образуя нуклеокапсиды. Затем нуклеокапсиды выстраиваются с внутренней стороны клеточной мембраны под участками модифицированными оболочечными вирусными белками. В результате происходит самосброска вирионов. Количество зрелых вирионов, сформировавшихся в клетке, варьирует от 10 до 10000 и б.

Выход дочерних вирионов из клетки может быть осуществлено двумя способами:

Путь лизиса клетки тесно связан ее деструкцией. Он характерен для безоболочечных вирусов, не имеющих суперкапсидной оболочки (суперкапсида).

Выход путём почкования характерен для оболочечных вирусов. При этом клетка-хозяин некоторое время сохраняет жизнеспособность. Содержащие суперкасид вирусы, высвобождаются в течении 2–6 часов. В начале суперкапсидные белки устанавливаются на наружной поверхности мембраны в виде своеобразных шипов, вытесняя клеточные белки. Затем через модифицированную клеточную мембрану проходит нуклеокапсид с образованием суперкапсида.

Продуктивная вирусная инфекцияс образованием дочерних популяций и характерными клиническими проявлениями возможна лишь при наличии в заражённом организме чувствительных клеток, в которых осуществляется репродуктивный цикл возбудителя. Например, возбудитель полиомиелита может реплицировать только в клетках ЖКТ и ЦНС приматов и человека.

Абортивная инфекция развивается при проникновении возбудителя в нечувствительные клетки (например, при попадании вируса лейкоза коров в организм человека) либо в клетки, не способные обеспечить полный репродуктивный цикл (например, находящиеся в стадии клеточного цикла G0). Способность клеток к поддержанию вирусспецифических репродуктивных процессов также подавляет ИФН, противовирусный эффект которого направлен против самых различных вирусов.

Персистирующая вирусная инфекция возникает при таком взаимодействии между вирусом и заражённой клеткой, когда в последней продолжается выполнение собственных клеточных функций. Если заражённые клетки делятся, образуется инфицированный клон. Таким образом, увеличение числа заражённых клеток способствует увеличению общей популяции возбудителя в организме. Тем не менее персистирующие вирусные инфекции обычно нарушают функции клеток, что в конце концов приводит к клиническим проявлениям. У человека развитие персисти-ру- ющих инфекций в определённой степени зависит от возраста. Например, внутриутробное заражение вирусом коревой краснухи или цитомегаловирусом (ЦМВ) приводит к ограниченному по времени персистированию возбудителя. Появление симптоматики связано с возможностью плода развивать иммунные реакции на инфекционный агент.

Латентная (скрытая) вирусная инфекция. В то время как персистирующие инфекции сопровождаются постоянным высвобождением дочерних вирусных популяций, при латентных поражениях они образуются спорадически. Репродуктивный цикл подобных возбудителей резко замедляется на поздних стадиях и активируется под влиянием различных факторов. Латентные инфекции характерны для большинства герпесвирусов, вызывающих рецидивирующие и обычно не прогрессирующие заболевания.

Инаппарантные инфекции [от лат. in-, отрицание, + арраrео, являться] сопровождаются бессимптомной циркуляцией незначительных количеств возбудителя в отдельных органах. При этом выявить возбудителя можно лишь специальными методами. От бессимптомного носительства подобные поражения отличает большая вероятность возникновения клинических проявлений. Этот термин применяют при целом ряде инфекций, при которых нет явных признаков заболевания. В практике вирусных инфекций у человека часто применяют альтернативный термин «субклиническая инфекция». Собственно, и латентные инфекции можно расценивать как хронически протекающие инаппаратные инфекции, при которых устанавливается баланс между организмом и возбудителем.

Дремлющая (криптогенная) вирусная инфекция — форма проявления вирусной инфекции при которой возбудитель в неактивном состоянии находится в отдельных очагах (например, в нервных ганглиях). Клинически инфекция проявляется лишь при резком ослаблении защитных сил организма. Например, вирус герпеса 3 типа, вызывающий при первичном заражении ветряную оспу, пожизненно сохраняется в организме. Рецидив заболевания в форме опоясывающего лишая возможен лишь при нарушениях иммунного статуса (наиболее часто в пожилом возрасте).

Медленные вирусная инфекции характеризуются длительным инкубационным периодом (месяцы и годы), в течение которого возбудитель размножается, вызывая всё более явные повреждения тканей. Первоначально возбудитель размножается в ограниченной группе клеток, но по-

степенно инфицирует всё большее их число. Заболевания заканчиваются развитием тяжёлых поражений и смертью больного. К медленным вирусным инфекциям относят подострый склерозирующий панэнцефалит, ВИЧ-инфекцию и др.

Бактериофаг способен инфицировать бактериальную клетку, репродуцироваться в ней, образуя многочисленное потомство, и вызывать ее лизис, сопровождающийся выходом фаговых частиц в среду обитания бактерий. Бактериофаги широко распространены в почве, воде, экскрементах больных и здоровых животных, человека и обнаружены более чем у 100 видов бактерий. Хозяивами бактериофагов являются ешерихии и сальмонеллы, стафилококки и стрептококки, микобактерии, листерии, коринебактерии и другие микроорганизмы. Процесс взаимодействия фага с клеткой протекает по типу продуктивной инфекции, или лизогении. В зависимости от этого раз-

личают вирулентные и умеренные фаги.

Вирулентные фаги при проникновении в клетку бактерий размножаются в ней и вызывают лизис; умеренные фаги не вызывают лизиса, а остаются в состоянии лизогении. По степени специфичности фаги разделяют на три группы: полифаги – лизируют родственные бактерии, монофаги – бактерии одного вида, а фаговары – только определенные варианты данного вида бактерий.

При контакте умеренного бактериофага с микробной клеткой последняя не лизируется и становится носителем бактериофага. Это явление получило название лизогении, а бактериальные культуры, обладающие этим свойством, называются лизогенными. Различают монолизогенность и полилизогенность.

Бактериальная культура, образующая один вид фага, является монолизогенной. Бактериальная культура, образующая несколько видов фагов, называется полилизогенной. Фаг способный лизогенировать клетку - хозяина, называется умеренным. При лизогении бактериофаг находится в состоянии профага, при котором бактериальная клетка не погибает. Профаг представляет собой геном вируса, ассоциированный с бактериальной ХРС. Профаг в отличии от генома вирулентного фгага воспроизводится как часть бактериальной ДНК и синхронно с ней реплицируется. Изменение свойств бактериальной культуры под влиянием фага получило название конверсии.

Данный феномен заключается в приобретении лизогенными бактериями способности продуцировать токсины, изменять морфологию бактерий или их антигенные свойства. Наиболее изучена фаговая конверсия при образовании соматических антигенов у штаммов Salmonella.

В микробиологической практике бактериофаги используют для дифференциации бактериальных культур (сибиреязвенных, стафилококковых, рожистых, сальмонеллезных, колибактериозных и др.). С помощью фага возможна также индикация патогенных бактерий во внешней среде (вода, выделения животных, пищеыве продукты и другие субстраты) с помощью реакции нарастания титра фага.

Биологическая промышленность выпускает в жидкой форме коли-гертнерфаг против сальмонеллеза и колибактериоза телят, сибиреязвенные бактериофаги, фаг-гамму, фаг ВИЭВ и др.

Персистенция́ вирусов́ - способность вирусов циклично и непрерывно реплицироваться в инфицированных пермиссивных кл организма и клеточных культур. Персистенцией обладает большая́ часть вирусов, и этот признак закреплён в процессе эволюции как способ сохранения вида. Вирусы приобрели в ходе эволюции способность модулировать или ускользать от иммунного ответа организма-хозяина. К персистирующим вирусам человека относятся вирусы кори, полиомиелита, клещевого энцефалита, ретровирусы, вирусы гепатита В и С, герпесвирусы, вирус иммунодефицита человека и др.

Онковирус́ (также онкогенный вирус, опухолеродный вирус) — общее название для всех виру-

сов, потенциально приводящих к развитию опухолей. Вирусы могут встраиваться в ДНК клеток организма человека и изменять ее нормальное функционирование. Они могут влиять на работу генов, которые контролируют рост и размножение клеток. Это может приводить к неконтроли-

руемому делению клеток и, в конечном итоге, к образованию опухоли. К таким вирусам от-

носятся: вирус Т-клеточного лейкоза/лимфомы (human T-leukemia/lymphoma virus), ви-

рус иммунодефицита человека (ВИЧ), вирус папилломы человека (ВПЧ), вирусы гепатита В и С, вирус Эпштейна-Барр (ВЭБ) и другие.