Результаты процесса взаимодействия вируса с клеткой микробиология. Взаимодействие вируса с клеткой

Типы взаимодействия вируса с клеткой. Различают три типа взаимодействия вируса с клеткой: продуктивный, абортивный и интегративный.

Продуктивный тип - завершается образованием нового поколения вирионов и гибелью (лизисом) зараженных клеток (цитолитическая форма). Некоторые вирусы выходят из клеток, не разрушая их (нецитолитическая форма).

Абортивный тип - не завершается образованием новых вирионов, поскольку инфекционный процесс в клетке прерывается на одном из этапов.

Интегративный тип, или вирогения - характеризуется встраиванием (интеграцией) вирусной ДНК в виде провируса в хромосому клетки и их совместным сосуществованием (совместная репликация).

Репродукция вирусов осуществляется в несколько стадий, последовательно сменяющих друг друга: адсорбция вируса на клетке; проникновение вируса в клетку; «раздевание» вируса; биосинтез вирусных компонентов в клетке; формирование вирусов; выход вирусов из клетки.

Адсорбция. Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т. е. прикрепления вирусов к поверхности клетки. Это высокоспецифический процесс. Вирус адсорбируется на определенных участках клеточной мембраны - так называемых рецепторах. Клеточные рецепторы могут иметь разную хи­мическую природу, представляя собой белки, углеводные компоненты белков и липидов, липиды. Число специфических рецепторов на поверхности одной клетки колеблется от 10 4 до 10 5 . Следовательно, на клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирусных частиц.

Проникновение в клетку. Существует два способа проникновения вирусов животных в клетку: виропексис и слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной. При виропексисе после адсорб­ции вирусов происходят инвагинация (впячивание) участка кле­точной мембраны и образование внутриклеточной вакуоли, которая содержит вирусную частицу. Вакуоль с вирусом может транспортироваться в любом направлении в разные участки цитоплазмы или ядро клетки. Процесс слияния осуществляется одним из поверхностных вирусных белков капсидной или суперкапсидной оболочки. По-видимому, оба механизма проникновения вируса в клетку не исключают, а дополняют друг друга.

«Раздевание». Процесс «раздевания» заключается в удалении защитных вирусных оболочек и освобождении внутреннего компонента вируса, способного вызвать инфекционный процесс. «Раздевание» вирусов происходит постепенно, в несколько этапов, в определенных участках цитоплазмы или ядра клетки, для чего клетка использует набор специальных ферментов. В случае проникновения вируса путем слияния вирусной оболочки с клеточной мембраной процесс проникновения вируса в клетку сочетается с первым этапом его «раздевания». Конечными продуктами «раздевания» являются сердцевина, нуклеокапсид или нуклеиновая кислота вируса.

Биосинтез компонентов вируса. Проникшая в клетку вирусная нуклеиновая кислота несет генетическую информацию, которая успешно конкурирует с генетической информацией клетки. Она дезорганизует работу клеточных систем, подавляет собственный метаболизм клетки и заставляет ее синтезировать новые вирусные белки и нуклеиновые кислоты, идущие на построение вирусного потомства.

Реализация генетической информации вируса осуществляется в соответствии с процессами транскрипции, трансляции и репликации.

Формирование (сборка) вирусов. Синтезированные вирусные нуклеиновые кислоты и белки обладают способностью специфически «узнавать» друг друга и при достаточной их концентрации самопроизвольно соединяются в результате гидрофобных, солевых и водородных связей.

Существуют следующие общие принципы сборки вирусов, имеющих разную структуру:

1. Формирование вирусов является многоступенчатым процессом с образованием промежуточных форм;

2. Сборка просто устроенных вирусов заключается во взаимодействии молекул вирусных нуклеиновых кислот с капсидными белками и образовании нуклеокапсидов (например, вирусы полиомиелита). У сложно устроенных вирусов сначала формируются нуклеокапсиды, с которыми взаимодействуют белки суперкапсидных оболочек (например, вирусы гриппа);

3. Формирование вирусов происходит не во внутриклеточной жидкости, а на ядерных или цитоплазматических мембранах клетки;

4. Сложно организованные вирусы в процессе формирования включают в свой состав компоненты клетки-хозяина (липиды, углеводы).

Выход вирусов из клетки. Различают два основных типа выхода вирусного потомства из клетки. Первый тип - взрывной - характеризуется одновременным выходом большого количества вирусов. При этом клетка быстро погибает. Такой способ выхода характерен для вирусов, не имеющих суперкапсидной оболочки. Второй тип - почкование. Он присущ вирусам, имеющим суперкапсидную оболочку. На заключительном этапе сборки нуклеокапсиды сложно устроенных вирусов фиксируются на клеточной плазматической мембране, модифицированной вирусными белками, и постепенно выпячивают ее. В результате выпячивания образуется «почка», содержащая нуклеокапсид. Затем «почка» отделяется от клетки. Таким образом, внешняя оболочка этих вирусов формируется в процессе их выхода из клетки. При таком механизме клетка может продолжительное время продуцировать вирус, сохраняя в той или иной мере свои основные функции.

Время, необходимое для осуществления полного цикла репродукции вирусов, варьирует от 5-6 ч (вирусы гриппа, натуральной оспы и др.) до нескольких суток (вирусы кори, аденовирусы и др.). Образовавшиеся вирусы способны инфицировать новые клетки и проходить в них указанный выше цикл репродукции. Продуктивная вирусная инфекция с 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-рующих 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 постепенно 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.

Типы взаимодействия вируса с клеткой (формы инфекции):

Ø продуктивный – репродукция вируса с образованием новых вирионов и гибелью клетки;

Ø абортивный – нарушение репродукции вируса на одном из этапов;

Ø интегративный (вирогения) – встраивание вирусной нуклеиновой кислоты в клеточный геном в виде провируса.

Клетка может быть поражена только одним вирусом – это явление получило название феномена интерференции.

Стадии взаимодействия вируса с клеткой:

1. Адсорбция вируса на рецепторах чувствительной клетки с помощью прикрепительных белков капсида/гликопротеиновых шипиков суперкапсида – происходит в две фазы:

Ø неспецифическая – электростатическое межмолекулярное притяжение (обратима);

Ø специфическая – комплементарное связывание рецепторов чувствительной клетки и вируса, обусловленное структурной гомологией (необратима).

2. Проникновение вируса в клетку – может происходить несколькими путями:

Ø рецепторный эндоцитоз (виропексис) – впячивание ЦПМ внутрь клетки с захватом вируса и образованием эндосомы с последующим слиянием оболочек вируса и вакуоли;

Ø слияние ЦПМ клетки и оболочки вируса (только сложноустроенные вирусы);

Ø впрыскиванием нуклеиновой кислоты (бактериофаги).

3. Раздевание (депротеинизация) вириона – освобождение нуклеиновой кислоты вируса, начинается сразу же после прикрепления вируса к рецептору клетки и продолжается в эндосоме, а также в цитоплазме клетки.

4. Эклипс-фаза (фаза затемнения) – репликация нуклеиновой кислоты и синтез вирусных белков, протекает в три стадии:

Ø синтез «ранних» белков – ферментов репликации;

Ø транскрипция, трансляция и репликация нуклеиновой кислоты;

Ø синтез «поздних» белков (капсидных).

Репликация нуклеиновой кислоты, как правило, происходит в ядре, а синтез белков – на рибосомах в цитоплазме, поэтому репродукцию вирусов называют дизъюнктивной/разобщенной.

5. Сборка вириона – вирусные белки и нуклеиновая кислота узнают друг друга и самопроизвольно соединяются, происходит сборка нуклеокапсида на мембранах эндоплазматической сети и аппарате Гольджи.

6. Выход вируса из клетки следующими путями:

Ø лизиса (взрыва) клетки (простоустроенные вирусы);

Ø почкованием (экзоцитозом) с захватом части ЦПМ, из которой образуется суперкапсид сложноорганизованных вирусов;

Ø просачиванием через поры ЦПМ клетки без ее гибели (только очень мелкие вирусы).

Наряду с полноценными вирионами в процессе репродукции формируются необычные по структуре и функции вирусные частицы:

Псевдовирионы – это вирионы, содержащие помимо собственной нуклеиновой кислоты и фрагменты нуклеиновой кислоты клетки-хозяина/другого вируса.

Вирусы-мутанты – это вирионы, по структуре и фенотипу отличающиеся от родительского (дикого штамма), но имеющие его генетическую основу. Известно 4 класса вирусов-мутантов:

Ø вирусы с условно-дефектными геномами – имеют мутантные геномы, дефектные при определенных условиях (изменение температуры, смена хозяина и др.);

Ø дефектные интерферирующие частицы (ДИ-частицы) – вирионы, у которых отсутствует часть геномной РНК/ДНК, но сохранены структурные белки;

Ø интеграционные вирусы с дефектным геномом – мутантные вирионы, геномы которых встроены в хромосому клетки-хозяина, потерявшие способность превращаться в полноценный вирус.

Взаимодействие вириона с живой клеткой осуществляется в несколько этапов.

В начальный (подготовительный) период вирион прикрепляется к клетке, проникает внутрь ее, после чего белковая оболочка вириона разрушается, освобождая нуклеиновую к-ту.

Наступает скрытый (латентный) период вирусной инфекции, во время которого присутствие в зараженной клетке вирусных частиц нельзя обнаружить никакими методами - родительский вирион как бы исчезает. В этот период проникшая в клетку вирусная нуклеиновая кислота организует синтез вирусных компонентов потомства, используя для этой цели ферментативную систему хозяина. Цикл размножения заканчивается формированием дочерних вирионов и выходом их из клетки (конечный период ).

Более просто устроенные бактерии не способны сами захватывать частицы из окружающей среды. Поэтому у бактериофагов имеются спец. приспособления для преодоления плотной бактериальной стенки. В концевой части хвоста содержится особый фермент, который растворяет бактериальную оболочку. Затем микроскопические «мышцы» хвоста сокращаются и нуклеиновая кислота фага «впрыскивается» внутрь клетки, происходит как бы инъекция с помощью шприца.

В результате белковый чехол фага остается на поверхности клетки, а внутрь клетки попадает лишь нуклеиновая кислота.

Нуклеиновые кислоты вирусов осуществляют программу по созданию в клетке нового вирусного потомства. Это было доказано оригинальными опытами. Удалось разделить вирусы на составляющие их компоненты - белки и нуклеиновые кислоты. Оказалось, что заражение клеток и размножение вирусов происходило только после добавления к клеткам вирусной нуклеиновой кислоты. Иными словами, нуклеиновые кислоты вирусов сами по себе могут вызывать размножение вирусов, т. е. обладают инфекционными свойствами. В другом опыте два вируса были разделены на составляющие компоненты, а затем «переодеты»: нуклеиновую кислоту одного вируса «одели» в оболочку другого. Полученными гибридами были заражены чувствительные клетки. Было обнаружено, что оба «переодетых» вируса способны размножаться, а образующееся потомство всегда подобно тому вирусу, нуклеиновую кислоту которого содержал гибрид.

Проникшая в клетку вирусная нуклеиновая кислота управляет всеми процессами размножения вируса. Сначала она заставляет клетку синтезировать так называемые ранние белки, подавляющие собственный обмен веществ клетки и обеспечивающие синтез нуклеиновых кислот дочерних частиц. Образование их происходит в результате самокопирования родительской нуклеиновой кислоты. Генетическая информация, заложенная в нуклеиновой кислоте вируса, определяет состав белков, из которых строятся дочерние частицы так называемых поздних белков. В ДНК-со держащих вирусах реализация этой информации осуществляется обычным для клетки путем: на ДНК синтезируется информационная РНК (транскрипция), управляющая последующим биосинтезом белков (трансляция). В нуклеиновой кислоте многих РНК-содержащих В. объединены и генетическая, и информационная функции: РНК участвует и в репликации, и в трансляции (в воспроизводстве нуклеиновых кислот и белка вируса). У многих вирусов построение белковых оболочек и внутреннего содержимого идет раздельно. Клетка «нарабатывает» отдельные детали, которые потом соединяются, образуя вирусные частицы. Когда в зараженной клетке накопится достаточное количество “заготовок” для будущих вирусных частиц, наступает как бы сборка деталей (композиция). Процесс этот происходит обычно вблизи клеточной оболочки, которая принимает в нем участие. В составе вирусной частицы часто обнаруживаются вещества,

характерные для клетки, в которой размножается вирус. Например, у вируса гриппа заключительный этап формирования вирусной частицы - своеобразное обволакивание ее слоем клеточной мембраны. То есть, клетка не только «кормит» и «поит» вирус, но на прощание еще и «одевает» их. Последний этап взаимодействия вируса и клетки, как правило, непродолжителен. Образовавшиеся полноценные вирусные частицы быстро выходят во внешнюю среду. Весьма своеобразно происходит выход потомства у бактериофагов. Он сопровождается обычно растворением (лизисом) бактериальных клеток под действием особого фермента, который накапливается в клетке параллельно размножению фага и приводит ее к разрушению и гибели. Под микроскопом хорошо видно, как это происходит. Иногда бактерии как бы взрываются, в других случаях в бактерии (в середине или на одном из концов) образуется отверстие, через которое вытекает ее содержимое. Из одной погибшей бактерии может освободиться до нескольких сотен новых частиц фага. Процесс размножения фагов продолжается до тех пор, пока не будут уничтожены все чувствительные к этому фагу бактерии. Для вируса оспы, полиомиелита, энцефалитов также характерен быстрый выход в окружающую среду сотен, а порой тысяч дочерних вирионов. Другие вирусы человека и животных (вирус герпеса, свинки, реовирусы) выходят из клеток по мере созревания. Эти вирусы до момента гибели клеток успевают проделать несколько циклов размножения, постепенно истощая синтетические ресурсы клеток и вызывая их разрушение. В отдельных случаях В. могут накапливаться внутри клеток, образуя кристаллоподобные скопления (В. бешенства, аденовирусы и др.), которые называют тельцами включений.

При гриппе, бешенстве, пситтакозе, оспе такие тельца обнаруживают в цитоплазме клеток, при весенне-летнем энцефалите, желтой лихорадке, герпесе и полиомиелите - в ядре; при некоторых инфекциях тельца включений находили как в ядре, так и в цитоплазме. Исследования последних лет показали, что в подавляющем большинстве случаев эти включения представляют собой колонии вируса, причем их образование закономерно на определенной стадии размножения возбудителей инфекции. Высокая специфичность внутриклеточных включений при вирусных заболеваниях позволяет использовать этот признак для диагностики. Например, обнаруженные в нервных клетках головного мозга цитоплазматические включения (так называемые тельца Негри) являются основным доказательством заболевания бешенством, а специфические образования круглой или овальной формы (так наз. тельца Гварниери), обнаруженные в эпителиальных клетках, указывают на заболевание оспой. Включения описаны также при энцефалите, детском спинномозговом параличе, ящуре и других заболеваниях. Очень своеобразные включения, имеющие кристаллическую форму, образуют вирусы растений. То есть, размножение вирусов происходит особым, ни с чем несравнимым способом. Сначала вирусные частицы проникают внутрь клеток и освобождаются вирусные нуклеиновые к-ты. Затем заготавливаются детали будущих вирусных частиц. Размножение заканчивается сборкой новых вирусных частиц и выходом их в окружающую среду. Выпадение любого из указанных этапов приводит к нарушению нормального цикла и влечет за собой либо полное подавление размножения В., либо появление неполноценного потомства.

Основные этапы взаимодействия вируса с клеткой хозяина.

1. Адсорбция - пусковой механизм, связанный с взаимодействием специфических рецепторов вируса и хозяина (у вируса гриппа- гемагглютинин, у вируса иммунодефицита человека - гликопротеин gp 120).

2. Проникновение - путем слияния суперкапсида с мембраной клетки или путем эндоцитоза (пиноцитоза).

3. Освобождение нуклеиновых кислот - ―раздевание нуклеокапсида и активация нуклеиновой кислоты.

4. Синтез нуклеиновых кислот и вирусных белков , т.е. подчинение систем клетки хозяина и их работа на воспроизводство вируса.

5. Сборка вирионов - ассоциация реплицированных копий вирусной нуклеиновой кислоты с капсидным белком.

6. Выход вирусных частиц из клетки , приобретения суперкапсида оболочечными вирусами.

Формы вирусной инфекции.

На уровне макроорганизма основные формы вирусных поражений принципиально не отличаются от таковых, наблюдаемых при инфицировании вирусами отдельных клеток.

Продуктивная вирусная инфекция с 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 персистирующих 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 постепенно 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.

Вирусные частицы, или вирионы являются инертны­ми, статическими формами вируса. Когда вирионы находятся вне клетки, они не репродуцируются. В настоящее время известно три типа взаимодействия вирусов с клетками хозяина.

Продуктивный тип взаимодействия заканчивается образова­нием вирусного потомства.

Абортивный тип не завершается образованием вирусных час­тиц, поскольку инфекционный процесс прерывается и не сопро­вождается формированием инфекционного потомства.

Интегративный тип взаимодействия вирусов с клеткой харак­терен для онкогенных вирусов, нуклеиновая кислота которых спо­собна встраиваться (интегрироваться) в клеточную хромосому, вызывая трансформацию клеток. Границы между вирусами с ав­тономной репликацией геномов и интеграционными вирусами довольно условны, и один и тот же вирус, в зависимости от вида клеток, может вести себя либо как инфекционный, либо как ин­теграционный геном. Результатом такого взаимодействия вируса и клетки является изменение наследственных свойств клетки. Данный тип взаимодействия вируса и клетки называют вироге-

нией, подобно лизогении при взаимодействии фагов с бактерия­ми. Вирусы, способные вызывать вирогению, относят к группе умеренных.

Продуктивный тип взаимодействия вируса и клетки получил название репродукции вирусов (от англ. rерroduсе - воспроизво­дить). Репродукция вирусов - это образование по принципу комплементарности и путем репликации копий вирусных нуклеиновых кислот и индуцирование молекулами последних биосинтеза вирусных белков с последующей самоорганизацией этих компонентов в вирусные частицы.

Синтез и репликацию нуклеиновых кислот вирусов осуществляют ферменты. Используя нуклеотиды клетки, ферменты создают из них полинуклеотидные цепи новых молекул нуклеиновых. кислот вирусов. В зависимости от типа синтезируемых нуклеиновых кислот они называются ДНК-полимеразами или РНК-синтетазами. В некоторых случаях нуклеиновые кислоты вирусов реплицируются клеточными полимеразами - ферментами, присутствующими в клетке до ее заражения вирусом, хотя чаще репликацию вирусных нуклеиновых кислот осуществляют полимеразы, появляющиеся после заражения клетки вирусом. Такие полимеразы называют вирусспецифическими, так как биосинтез их закодирован в структуре нуклеиновых кислот самих вирусов. И, наконец, репликация нуклеиновых кислот некоторых вирусов происходит за счет предсуществующих в вирионе полимераз. Синтез вирусспецифических полимераз и вирусных структурных белков осуществляется на рибосомах клетки. Вирусные полимеразы, например РНК-репликазы, являются строго специфичными.

При большом разнообразии механизмов репродукции вирусов общим для них является то, что источником мономеров для синтеза и репликации нуклеиновых кислот служат нуклеотиды клетки. Источником мономеров для синтеза и построения белков всех вирусов являются аминокислоты, и синтез белков всех вирусов независимо от ультраструктуры их нуклеиновых кислот осуществляется в клеточных рибосомах. Источником энергии для биосинтетических процессов при репродукции вирусов является АТФ, которая вырабатывается в митохондриях клет­ки-хозяина.

Процесс репродукции вирусов включает шесть этапов: адсор­бцию вируса на клетке; проникновение в клетку; депротеинизацию и освобождение вирусного генома; синтез вирусных компо­нентов в клетке-хозяине; сборку и формирование вирусов; выход зрелых вирусов из клетки.

Адсорбция, то есть прикрепление ви руса к клетке, осущес­твляется специфическими и неспецифическими механизмами. Неспецифический - определяется силами электростатического

взаимодействия. В этом процессе участвуют положительно заря­женные аминные группы вирусного белка и кислые фосфатные группы клеточной поверхности, имеющие отрицательный заряд. Специфический механизм взаимодействия вируса и клетки обус­ловлен комплементарными клеточными и вирусными рецепто­рами. Вирусные рецепторы подразделяют на липопротеиновые (у арбовирусов) и мукопротеиновые (у миксовирусов и аденовирусов). Спектр чувствительности клеток к вирусам часто опреде­ляется наличием соответствующих рецепторов.

Резистентность клеток можно преодолеть путем разрушения клеточной мембраны, для чего используют инактивированный вирус Сендай. Специфические противовирусные антитела и ан­титела к нормальным клеткам препятствуют адсорбции виру­сов. Процесс адсорбции состоит из двух периодов - обратимого и необратимого. Период обратимой адсорбции может закончить­ся десорбцией вируса. При длительном контакте клеток и вируса наступает стадия необратимой адсорбции. Адсорбированные вирионы таким образом могут частично элюироваться с поверхнос­ти клеток, небольшая часть остается интактной, а основная масса вирусных частиц проникает в клетку.

Проникновение вирусов в клетку осуществляется путем ви-ропексиса, или пиноцитоза. При этом в месте адсорбции вириона происходит сначала инвагинация наружной мембраны клетки и образование внутриклеточной вакуоли с вирусной частицей. Че­рез некоторое время вирусная и клеточная мембраны вакуоли лизируются и высвобождается нуклеокапсид вируса. Другие виру­сы, например вирус Неrреs simр1ех, проникают в клетку не путем виропексиса, а расплавления мембран вируса и клетки. После расплавления вирусный нуклеопротеид оказывается в цитоплаз­ме. Большинство вирусов проникают в клетку путем виропекси­са, меньшинство видов - путем сплавления. У фагов этот про­цесс, то есть освобождение ДНК и ее последующая инъекция сквозь оболочку бактериальной клетки, происходит непосредст­венно на поверхности этой клетки сразу же после прикрепления к ней фага.

Депротеинизация, или «раздевание» происходит постепенно в несколько этапов. Процесс освобождения вирусной нуклеино­вой кислоты идет при активном участии самого вируса, индуци­рующего образование в клетке ферментов и активаторов фермен­тов, необходимых для депротеинизации вирусной нуклеиновой кислоты. В процессе депротеинизации вирусов могут участвовать ферменты клеточных лизосом. Таким образом, депротеинизация завершается освобождением вирусного генома.

Как только вирусный геном освобождается от белка, вирус­ная нуклеиновая кислота дезорганизует работу клеточных систем. Вирус стимулирует синтез ингибитора клеточных РНК. Ингиби-

тор представляет собой белок - гистон, кроме того блокирующий процесс синтеза клеточной ДНК. Второй «ранний» вирусный белок препятствует осуществлению функции клеточной и-РНК. Термин «ранние» обозначает молекулы, синтезированные до репликации ДНК.

Реализация генетической информации вирусов осуществля­ется в соответствии с процессами транскрипции - синтеза ин­формационных РНК, комплементарных матричным ДНК или РНК; трансляции - синтеза белков на рибосомах клетки с участием и-РНК; репликации - синтеза молекул нуклеиновой кислоты, гомологичных геному (рис. 7).

| Синтез вирусных ДНК у ДНК-содержащих вирусов осущес­твляется с помощью ДНК-полимераз. Благодаря участию этого фермента из нуклеотидов клетки синтезируется и строится вторая комплементарная нить ДНК, в результате чего образуются новые двухцепочечные молекулы ДНК. Процесс репликации молекул ДНК продолжается до тех пор, пока в клетке не накопится определенное их количество, необходимое для потомства вирусной частицы, проникшей в клетку.

Поскольку типы и формы нуклеиновых кислот разнообразны - кроме двухцепочечной ДНК могут быть РНК, одно- и двухцепочечные, линейные и кольцевые молекулы - то и механизмы их репликации различны.

У вирусов, содержащих двунитевуюРНК, синтез вирусных компонентов происходит сходным образом. «Ранняя» транскрип­ция у них осуществляется благодаря вирионному ферменту - РНК-зависимой РНК-полимеразе. Вирусы с однонитевой РНК по характеру синтеза белков разделяются на две группы: вирусы,

В отличие от про- и эукариотических микроорганизмов вирусы не размножаются бинарным делением. В 50-х годах было установлено, что вирусы размножаются путем репродукции, т.е.воспроизведения их нуклеиновых кислот и синтеза белков «клеткой-хозяином»с последующей сборкой вирионов. Эти процессы происходят в разных частях клетки-хозяина, например в ядре и цитоплазме. Такой разобщенный способ репродукции получил название дизъюнктивного.

Вирусная репродукция, хотя и осуществляется согласно триаде ДНК РНК белок, представляет собой уникальную форму выражения чужеродной (вирусной) информации в клетках человека, животных, насекомых, растений, бактерий. Эта уникальность состоит прежде всего в подчинении клеточных матрично-генетических механизмов вирусной информации.

Поскольку вирусы не имеют собственного метаболизма, они не нуждаются в ферментах, необходимых для многочисленных катаболических и анаболических реакций. Однако у вирусов обнаружено свыше 10 ферментов, разных по своему происхождению и функциональному назначению.

По происхождению вирусные ферменты делятся на три группы:

1. вирионные - входят в состав вирионов;

2. вирусиндуцированные - ферменты, структура которых закодирована в геноме вируса, а синтез происходит на рибосомах клетки-хозяина;

3. клеточные , модифицированные вирусом - это ферменты клетки-хозяина, которые не являются вирусспецифическими и которые участвуют в репродукции вируса.

По функциональному значению вирусные ферменты можно подразделить на 2 группы:

1) ферменты, участвующие в процессе репликации и транскрипции вирусной нуклеиновой кислоты;

2) ферменты, способствующие проникновению вирусной НК в клетку-хозяина и выходу образовавшихся вирионов.

Известны три типа взаимодействия вируса с клеткой:

1) продуктивный ти п, завершающийся образованием вирусного потомства;

2) абортивный тип , не завершающийся образованием новых вирусных частиц, поскольку инфекционный процесс прерывается на одном из этапов;

3) интегративный тип(или вирогения), характеризующийся встраиванием вирусной ДНК в хромосому клетки-хозяина.

ПРОДУКТИВНЫЙ ТИП взаимодействия (репродукция вирусов) осуществляется в несколько стадий, последовательно сменяющих друг друга:

1. Адсорбция вируса на клетке , т.е. прикрепление вирусов к поверхности клетки. Вирус адсорбируется на клеточных рецепторах разной химической природы (белки, углеводные компоненты белков и липидов, липиды), число которых на поверхности одной клетки колеблется между 10 4 и 10 5 . Следовательно, на клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирусных частиц. Поверхностные структуры вируса, узнающие специфические клеточные рецепторы и взаимодействующие с ними, называются прикрепительными белками. Обычно эту функцию выполняет один из поверхностных белков капсида или суперкапсида. Соответствие (комплементарность) клеточных рецепторов вирусным прикрепительным белкам определяет возможность возникновения инфекционного процесса в клетке; от этого зависят спектр клеток, поражаемых вирусом, или его тропизм, и в ряде случаев, чувствительность организма к данному вирусу.

2. Проникновение вируса в клетку: существует два способа проникновения вирусов животных в клетку: виропексис и слияниевирусной оболочки с клеточной мембраной.

При виропексисе, после адсорбции вирусов, происходит инвагинация (впячивание) участка клеточной мембраны и образование внутриклеточной вакуоли, которая содержит вирусную частицу. Вакуоль с вирусом может транспортироваться в любом направлении в разные участки цитоплазмы или ядро клетки.

Процесс слияния осуществляется одним из поверхностных вирусных белков капсидной или суперкапсидной оболочек.

По-видимому, оба механизма проникновения вируса в клетку не исключают, а дополняют друг друга.

3. «Раздевание» вируса: процесс заключается в удалении защитных вирусных оболочек и освобождении внутреннего компонента вируса, способного вызвать инфекционный процесс. «Раздевание» вирусов происходит постепенно, в несколько этапов, а конечными продуктами «раздевания» являются сердцевина, нуклеокапсид или нуклеиновая кислота.

4. Биосинтез компонентов вируса; проникшая в клетку вирусная нуклеиновая кислота несет генетическую информацию, которая успешно конкурирует с генети-ческой информацией клетки. Она дезорганизует работу клеточных систем, подавляет собственный метаболизм клетки и заставляет ее синтезировать новые вирусные белки и нуклеиновые кислоты, идущие на построение вирусного потомства.

Синтез компонентов вируса (белков и нуклеиновых кислот) разобщен во времени и пространстве, т.е. протекает в разных структурах ядра и цитоплазмы клетки. Вот почему этот уникальный способ размножения вирусов называется дизъюнктивным (разобщенным).

5. Формирование (сборка) вирионов: синтезированные вирусные нуклеиновые кислоты и белки обладают способностью специфически узнавать друг друга и при достаточной их концентрации самопроизвольно соединяются в результате гидрофобных, солевых и водородных связей. Сборка просто устроенных вирусов заключается во взаимодействии молекул вирусных нуклеиновых кислот с капсидными белками и образовании нуклеокапсидов (например, вирусы полиомиелита). У сложно устроенных вирусов сначала формируются нуклеокапсиды, с которыми взаимодейст-вуют белки суперкапсидных оболочек (например, вирусы гриппа). Формирование вирусов происходит на ядерных или цитоплазматических мембранах клетки.

6. Выход вирусов из клетки: различают 2 основных типа выхода вирусного потомства из клетки:

а) взрывной - характеризуется одновременным выходом большого количества вирусов. При этом клетка быстро погибает. Такой тип выхода характерен для вирусов, не имеющих суперкапсида.

б) почкование - он присущ вирусам, имеющим суперкапсид. На заключительном этапе сборки нуклеокапсиды сложно устроенных вирусов фиксируются на клеточной плазматической мембране, модифицированной вирусными белками, и постепенно выпячивают ее. В результате выпячивания образуется «почка», содержащая нуклеокапсид. Затем «почка» отделяется от клетки. Таким образом, внешняя оболочка этих вирусов формируется в процессе их выхода из клетки. При таком механизме клетка может продолжительное время продуцировать вирус, сохраняя в той или иной мере свои основные функции.

Время, необходимое для осуществления полного цикла репродукции вирусов, варьирует от 5-6 часов (вирусы гриппа, натуральной оспы) до нескольких суток (вирусы кори, аденовирусы). Образовавшиеся вирусы способны инфицировать новые клетки и проходить в них указанный выше цикл репродукции.

ИНТЕГРАТИВНЫЙ ТИП ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (ВИРОГЕНИЯ) характеризуется встраиванием (интеграцией) нуклеиновой кислоты вируса в хромосому клетки. При этом вирусный геном реплицируется и функционирует как составная часть клеточного генома.

Интеграция вирусного генетического материала с ДНК клетки характерна для определенных групп вирусов: бактериофагов, онкогенных (опухолеродных) вирусов, вируса гепатита В, вирус герпеса, ВИЧ.

Для интеграции с хромосомой клетки необходима кольцевая форма двунитчатой вирусной ДНК. У ДНК-содержащих вирусов (вирус гепатита В) их ДНК обладает свойством встраиваться в геном клетки при участии ряда ферментов. У некоторых РНК-содержащих вирусов (ВИЧ, онкогенные вирусы) сначала на матрице РНК с помощью вирусспецифического фермента синтезируется ДНК-копия, которая затем встраивается в ДНК клетки. ДНК вируса, находящаяся в составе хромосомы клетки, называется ДНК-провирусом.

При делении клетки, сохраняющей свои нормальные функции, ДНК-провирус переходит в геном дочерних клеток, т.е. состояние вирогении наследуется. ДНК-провирус несет дополнительную генетическую информацию, в результате чего клетка приобретает ряд новых свойств. Так, интеграция может явиться причиной возникновения ряда аутоиммунных и хронических заболеваний, разнообразных опухолей. Под воздействием ряда физических и химических факторов ДНК-провирус может вырезаться из клеточной хромосомы и переходить в автономное состояние, включаясь в обычный цикл репродукции.