REPRODUKCJA WIRUSÓW: FAZY I CECHY - BIOLOGIA - 2025

Reprodukcji wirusów lub replikacja wirusa jest zdarzenie, w którym cząstka wirusa namnaża się o kilka rzędów wielkości, przez porwanie maszyn enzymatycznej komórce gospodarza. Ponieważ wirusy nie są zbudowane z komórek, nie mogą rozmnażać się niezależnie, ściśle wymagając tego od gospodarza komórkowego.

Istnieją dwie ogólne alternatywy, dzięki którym wirus może się rozmnażać: cykl lityczny lub cykl lizogenny. Oba procesy były szeroko badane w wirusach infekujących bakterie lub bakteriofagi.

Cykl reprodukcyjny wirusów.
1-Fixation
2-Penetration
3-Unfolding
4-Synthesis (4a-transkrypcja, 4b-translacja, 4c-replikacja genomu)
5-Assembly
6-Release
Źródło: Franciscosp2

Kulminacją cyklu litycznego jest pęknięcie komórki gospodarza, podczas gdy w cyklu lizogennym komórka nadal żyje z materiałem genetycznym wirusa.

W przypadku szlaku litycznego wirus znajduje potencjalną komórkę, którą zarazi i przyłącza się do niej poprzez receptory, które rozpoznaje na powierzchni komórki. Następnie wstrzykuje swoje DNA do cytoplazmy, gdzie rozpocznie się produkcja elementów strukturalnych. Te fragmenty kwasów nukleinowych i białek są składane i uwalniane, po czym mogą zarazić nowych gospodarzy.

Cykl lizogenny rozpoczyna się w podobny sposób, z wyjątkiem tego, że DNA wirusa przejdzie proces rekombinacji i zostanie zintegrowany z chromosomem gospodarza. Wirus pozostaje utajony wewnątrz komórki, dopóki działanie jakiegoś światła chemicznego lub UV nie wyzwoli cyklu litycznego.

Co to jest wirus?

Zanim wyjaśnimy, na czym polega reprodukcja wirusów, musimy jasno określić kilka aspektów związanych z biologią tych bytów. Wirusy nie są komórkami, ale raczej prostymi strukturami zbudowanymi z kwasów nukleinowych i niektórych białek.

Kompletny i opracowany zestaw cząsteczek zakaźnego wirusa jest znany jako wirion.

W przeciwieństwie do organizmów organicznych złożonych z komórek wirusy nie mają metabolizmu ani nie wymieniają substancji w kontrolowany sposób ze środowiskiem zewnętrznym. Ale mogą rozmnażać się w systemach biologicznych, które spełniają te funkcje, to znaczy w żywych komórkach.

Z tego powodu wirusy są uważane za bezwzględnych pasożytów komórkowych, ponieważ nie mogą zakończyć swojej reprodukcji bez żywej komórki. Jego żywicielami mogą być kręgowce, bezkręgowce, rośliny, protisty, bakterie itp., W zależności od badanego wirusa.

W celu rozmnażania wirusy muszą przejąć maszynerię enzymatyczną gospodarza. Ten aspekt ma konsekwencje przy opracowywaniu leków zatrzymujących infekcję wirusową, ponieważ wpływ na rozmnażanie wirusa może zakłócać rozmnażanie się komórek gospodarza. Poniżej omówimy, jak przebiega ten proces.

Jak namnażają się wirusy?

Jak wspomnieliśmy, wirusy to cząsteczki biologiczne o bardzo prostej naturze. Dlatego kwas nukleinowy (DNA lub RNA), który posiadają, zawiera informacje potrzebne do produkcji kilku białek i enzymów potrzebnych do budowy wirionu.

W jednej komórce gospodarza wirion może wytwarzać tysiące cząsteczek wirusa podobnych do pierwotnej, wykorzystując mechanizm metaboliczny gospodarza.

Pomimo faktu, że wirusy i ich gospodarze są bardzo zmienni, cykl reprodukcji jest we wszystkich podobny. Poniżej uogólnimy ten proces i opiszemy krok po kroku rozmnażanie bakteriofagów, wirusów infekujących bakterie. Następnie wspomnimy o niektórych osobliwościach wirusów, które infekują zwierzęta.

Namnażanie wirusów bakteryjnych (bakteriofagi)

Bakteriofagi mogą rozmnażać się na dwa alternatywne sposoby: w cyklu litycznym lub lizogennym. Jak sama nazwa wskazuje, ostatni etap lizy obejmuje lizę (a tym samym śmierć) komórki gospodarza. W przeciwieństwie do tego, cykl lizogenny obejmuje reprodukcję wirusa wraz z żywą komórką.

-Cykl lityczny

Proces lityczny w bakteriofagach T (T2, T4 i T6) u słynnych bakterii E. coli jest znany bardzo szczegółowo. Procesy, które opiszemy poniżej, oparte są na tych modelach badawczych.

Występuje w pięciu różnych etapach: utrwalanie, penetracja, biosynteza, dojrzewanie i uwalnianie.

Utrwalenie

Ten krok jest również znany jako adsorpcja wirusów. Pierwszą rzeczą, która musi się wydarzyć, aby wirus mógł się rozmnażać, jest spotkanie cząsteczki wirusa z komórką gospodarza. Ta kolizja dzieje się przypadkowo.

Wirus wiąże się z pewnym komplementarnym receptorem, który rozpoznaje na powierzchni komórki; w tym przypadku w bakteryjnej ścianie komórkowej. To wiązanie jest interakcją chemiczną, w której między wirusem a receptorem zachodzą słabe wiązania.

Penetracja

Gdy wirus rozpozna biorcę, przystępuje do wstrzykiwania swojego materiału genetycznego. Bakteriofag uwalnia enzym, który uszkadza część ściany komórkowej. W tym kontekście cząstka wirusa działa jak strzykawka podskórna odpowiedzialna za wstrzykiwanie DNA.

Biosynteza

Kiedy DNA dotrze do cytoplazmy komórki gospodarza, rozpoczyna się biosynteza materiału genetycznego i białek danego organizmu. Synteza białka gospodarza jest zatrzymywana przez szereg kroków zaaranżowanych przez wirusa.

Najeźdźcy udaje się sekwestrować zarówno wolne nukleotydy gospodarza, rybosomy i aminokwasy, jak i enzymy niezbędne do skopiowania DNA wirusa.

Dojrzewanie

Gdy wszystkie elementy budulcowe wirusów są syntetyzowane, rozpoczyna się proces składania lub dojrzewania. Gromadzenie się składników cząstek wirusa następuje spontanicznie, eliminując potrzebę innych genów wspomagających ten proces.

Wydanie

Pod koniec procesu montażu wirusy muszą zostać uwolnione do środowiska zewnątrzkomórkowego. Jak wyjaśniamy cykl lityczny, ten ostatni etap obejmuje lizę komórki, która wspomagała cały proces.

Liza obejmuje pęknięcie błony komórkowej i ściany komórkowej. Degradacja tego ostatniego składnika następuje w wyniku działania enzymu lizozymu, który jest syntetyzowany w komórce podczas opisywanego procesu.

W ten sposób nowo zsyntetyzowane cząsteczki wirusa są uwalniane. Mogą one zainfekować sąsiednie komórki i powtórzyć cykl.

-Cykl lizogenny

Nie wszystkie wirusy wnikają do komórek gospodarza i niszczą je kosztem własnej reprodukcji. Alternatywny sposób namnażania nazywany jest cyklem lizogennym. Wirusy zdolne do rozmnażania się w ten sposób są znane jako umiarkowane.

Chociaż niektóre wirusy mogą rozmnażać się szlakiem litycznym opisanym w poprzedniej sekcji, mogą również rozmnażać się bez niszczenia komórki i pozostawać w niej w stanie utajonym lub nieaktywnym.

Aby wam to opisać, wykorzystamy jako organizm modelowy bakteriofaga lambda (λ), dokładnie przebadanego lizogennego bakteriofaga.

Etapy, w których zachodzi cykl lizogenny, to: wnikanie do organizmu gospodarza, tworzenie kolistego DNA z liniowej cząsteczki DNA i rekombinacja z DNA gospodarza.

Integracja wirusowego DNA z DNA gospodarza

Początkowe etapy przebiegają w sposób bardzo podobny do poprzedniego cyklu, z tym wyjątkiem, że DNA wirusa jest integrowane z DNA komórki gospodarza w procesie rekombinacji.

W tym stanie wirus jest utajony w komórce, a wirusowe DNA replikuje się wraz z DNA gospodarza.

Przemiana między cyklem litycznym i lizogennym

Z drugiej strony, różne zdarzenia stochastyczne mogą prowadzić do zmiany cyklu z lizogennego na lityczny. Wśród tych zdarzeń jest ekspozycja na promieniowanie UV lub pewne substancje chemiczne, które prowadzą do wycięcia DNA faga i zainicjowania lizy.

Konsekwencje lizogenezy

Istnieją ważne konsekwencje lizogenezy, a mianowicie: (i) komórki lizogenne są odporne na późniejsze infekcje wywołane tym samym bakteriofagiem, ale nie innym wirusem; (ii) komórki mogą uzyskać nowe cechy poprzez integrację materiału genetycznego faga, takie jak produkcja niektórych toksyn, oraz (iii) dozwolony jest specjalistyczny proces transdukcji.

Namnażanie się wirusów zwierzęcych

Mówiąc ogólnie, wirusy zwierzęce podążają za wzorcem namnażania dość podobnym do tego, który opisujemy w wirusach infekujących bakterie. Istnieją jednak pewne uderzające różnice w obu procesach.

Najbardziej oczywisty jest mechanizm wejścia do komórki, ze względu na różnice, które istnieją na poziomie strukturalnym między komórkami eukariotycznymi i prokariotycznymi. W komórkach zwierzęcych receptory składają się z białek i glikoprotein zakotwiczonych w błonie komórkowej.

Przykładem tego jest wirus HIV. Aby dostać się do komórki, wirus rozpoznaje receptor zwany CCR5. U niektórych osób występuje delecja (to znaczy brak fragmentów DNA) 32 par zasad w genie kodującym receptor komórkowy, który niszczy białko i nadaje odporność na strasznego wirusa.

Wielu najeźdźców wykorzystuje receptory, które pośredniczą w procesie endocytozy, aby dostać się do komórki poprzez tworzenie się pęcherzyków. Wirusy pokryte błoną mogą przedostać się do komórki poprzez fuzję błon lipidowych.

Po przeniknięciu wirusa synteza cząstek wirusa jest nieco zmienna. Komórki zwierzęce mają inną maszynerię enzymatyczną niż bakterie.

Bibliografia

1. Forbes, BA, Sahm, DF i Weissfeld, AS (2007). Mikrobiologia diagnostyczna. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Nauki biologiczne. Edukacja Pearson.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS i Pfaller, MA (2015). Mikrobiologia medyczna. Elsevier Health Sciences.
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV i Jackson, RB (2014). Biologia Campbella. Edukacja Pearson.
5. Tortora, GJ, Funke, BR i Case, CL (2016). Mikrobiologia. Wstęp. Osoba.