Репликация вирусов 99

бактерий реплицируются по тета-механизму. Механизм «катящегося кольца» изучался преимущественно на стафилококковых и стрептококковых плазмидах.

4.8 Репликация вирусов

Репликация вирусов происходит в несколько стадий:

1.Адсорбция: вирус контактирует с клеткой специфическими молекулами на своей поверхности: например, ортомиксовирусы и парамиксовирусы адсорбируются с помощью гликопротеинов, а аденовирусы — с помощью пентоновых волокон. В адсорбции участвуют специфические клеточные рецепторы: гликопротеины, фосфолипиды или гликолипиды.

Адсорбция может быть нарушена антителами, связывающимися с вирусной оболочкой или самой клеткой хозяина.

2.Проникновение (пенетрация) следует сразу за адсорбцией. После этого вирусную частицу уже невозможно отделить от клетки хозяина, не повредив её. Механизмы проникновения:

а. Прямое проникновение: капсид остаётся связанным с внешней поверхностью клеточной мембраны, а его содержимое попадает внутрь клетки.

б. Слияние с мембраной. в. Эндоцитоз.

3.Разрушение оболочки происходит благодаря закислению среды эндосомы, в которой находится вирусная частица, до pH = 5. За это ответственны протонные насосы H+-АТФазы в мембранах эндосом. Низкие значения pH приводят к изменению конформации компонентов вирусной оболочки, которые своими гидрофобными участками начинают контактировать с мембранами эндосом, это приводит к попаданию вируса в цитозоль.

4.Репликация вирусного генома становится возможной, благодаря переключению клеточных систем синтеза на репликацию и транскрипцию вируса. Для этого вирус приостанавливает синтез белка клеткой и диссоциирует полирибосомы. Некоторые вирусы не только не блокируют клеточные синтезы, но и ускоряют их.

5.Сборка вирионов.

6.Выход вирионов из клетки.

АРепликация генома ДНК-вирусов

УДНК-вирусов животных процессы транскрипции и трансляции не сопряжены (кроме поксвирусов): транскрипция происходит в ядре, а трансляция — в цитоплазме. Вирусная ДНК служит матрицей для синтеза вирусной мРНК, которая является матрицей для синтеза вирусных белков. Вирусная ДНК содержит «ранние» и «поздние» гены, которые транскрибираются в разное время.

— «Ранние» гены кодируют белки и ферменты, необходимые для начала репликации вирусного генома.

—«Поздние» гены кодируют белки, участвующие в созревании и сборке вирусных частиц.

Репликация вирусов с дцДНК схожа с нормальной репликацией клеточной ДНК. Геном большинства таких вирусов попадает в ядро, где транскрибируется и реплицируется клеточными полимеразами. Так реплицируются, к примеру, вирусы герпеса и папилломавирусы. Однако есть два исключения:

1.Каждая часть вириона поксвирусов синтезируется и собиратся в цитоплазме. Ядро в их репликации не участвует.

2.Геном вируса гепатита B реплицируется иначе: синтезируется РНК-по- средник, а затем в ходе обратной транскрипции синтезируется ДНК на

матрице РНК.

Репликация вирусов с оцДНК тоже происходит в ядре, куда вирусная ДНК проникает после попадания в клетку. Там синтезируется вторая цепь ДНК, комплементарная вирусной. Вместе они образуют дцДНК. Далее всё происходит по вышеописанному механизму: синтез белков, репликация вирусной ДНК и сборка вирионов.

Примеры репликации у различных семейств вирусов:

1.Аденовирусы реплицируют свой геном ассиметрично: репликация начинается на 3’-конце одной из цепей с помощью белкового праймера. Растущая дочерняя цепь ДНК вытесняет одну материнскую и образует полный дуплекс с другой материнской цепью. Вытесненная цепь тоже реплицируется и образует дуплекс.

2.Герпесвирусы имеют линейный геном с терминальными повторами. После попадания в ядро эти повторы частично отщепляются и соединяются, образуя кольцевой дуплекс ДНК. Далее происходит репликация по механизму «катящегося кольца». В ходе созревания вирусной частицы кольцевая ДНК разрезается и снова становится линейной.

3.Паповавирусы имеют кольцевую ДНК, а её репликация происходит по тета-механизму (симметрично и двунаправленно).

4.Парвовирусы имеют одноцепочечную ДНК (положительную или отрицательную), поэтому их репликация начинается, когда две цепи («+» и «– ») из разных вирусных частиц формируют дуплексную спираль ДНК.

5.Поксвирусы имеют необычную двухцепочечную ДНК, концы которой связаны. Их промежуточные реплицированные ДНК, обнаруживаемые в цитоплазме, представляют собой конкатемеры, соединённые «голова-к- голове» или «хвост-к-хвосту».

6.Гепаднавирусы, как, к примеру, вирус гепатита B, используют обратную транскрипцию для репликации. Их геном состоит из частично двухцепочечной кольцевой ДНК с полной отрицательной цепью и неполной положительной. После попадания в клетку положительная цепь достраивается и транскрибируется. Транскрипты РНК становятся матрицей для синтеза ДНК в ходе обратной транскрипции с помощью вирусных ферментов.

Репликация вирусов 101

Б Репликация генома РНК-вирусов

РНК-вирусы можно разделить на 4 группы (см. Рис. 71 ▼):

1.Вирусы с положительной одноцепочечной РНК (оцРНК+).

2.Ретровирусы (разновидность оцРНК+).

3.Вирусы с отрицательной одноцепочечной РНК (оцРНК–).

4.Вирусы с двухцепочечной РНК (дцРНК).

Одноцепочечная РНК, способная быть матрицей в биосинтезе белка (т.е. выполнять роль мРНК), называется положительной РНК или РНК+. Соответственно, отрицательная РНК или РНК– не способна служить матрицей в синтезе белка.

Репликация вирусов с оцРНК+. Как только вирусная оцРНК+ попадает в клетку хозяина, она сразу же транслируется на белок рибосомами. В ней закодированы белки капсида и вирусная РНК-полимераза. Непосредственно репликация вирусной оцРНК+ идёт в два этапа:

1.Сначала на матрице положительной вирусной оцРНК+ синтезируется комплементарная цепь отрицательной РНК (оцРНК–). Этот синтез осуществляет вирусная РНК-полимераза.

2.Затем такая отрицательная РНК транскрибируется и образуются новые молекулы положительной оцРНК+. Они и участвуют в сборке вирио-

нов. Этот процесс уникален для вирусов, поскольку ни одна клетка не транскрибирует РНК с РНК.

Примером вируса с оцРНК+ является полиовирус (вирус полиомиелита). Репликация ретровирусов. Ретровирусы тоже содержат оцРНК+. Однако в от-

личие от других подобных вирусов, они не используют её в качестве мРНК. Репликация ретровирусов идёт следующим образом:

1.Обратная транскриптаза вируса, содержащаяся внутри его капсида, синтезирует ДНК на матрице оцРНК+.

2.Затем эта ДНК затем служит матрицей в синтезе новых оцРНК+, выступающих в качестве мРНК и одновременно образующих новые вирионы.

Примером ретровируса является ВИЧ.

Репликация вирусов с оцРНК–. РНК этих вирусов не может транслироваться на белок напрямую, поскольку не узнается рибосомами. У данных вирусов репликация происходит с помощью собственной РНК-зависимой РНК-транскриптазы (находится внутри капсида и попадает в цитоплазму вместе с вирусным геномом после проникновения в клетку):

1.РНК-транскриптаза синтезирует оцРНК+ на матрице вирусной оцРНК–.

2.Синтезированная оцРНК+ выступает в роли мРНК и служит матрицей в синтезе новых оцРНК–. Последние включаются в состав вирионов.

Примерами вирусов с оцРНК– являются вирусы гриппа и бешенства. Репликация вирусов с дцРНК. Двухцепочечная РНК этих вирусов состоит из

РНК+ и РНК– цепей. Их репликация идёт по следующему сценарию:

1.После попадания в цитоплазму вирусная РНК-полимераза использует дцРНК для синтеза оцРНК+ (матрицей служит отрицательная цепь РНК). ОцРНК+ цепь выполняет роль мРНК, т.е. транслируется рибосомами на