ROZMNOŽOVANIE VÍRUSOV: FÁZY A CHARAKTERISTIKY - BIOLÓGIE - 2026

Rozmnožovanie vírusov alebo vírusovej replikácie je udalosť, ktorú vírus častice násobí o niekoľko rádov, ktoré únos enzymatickou mašinériu hostiteľskej bunky. Pretože vírusy nie sú tvorené bunkami, nemôžu sa rozmnožovať samostatne, čo vyžaduje prísne použitie bunkového hostiteľa.

Existujú dve všeobecné alternatívy, podľa ktorých sa vírus môže rozmnožovať: lytický cyklus alebo lyzogénny cyklus. Oba procesy boli široko študované na vírusoch, ktoré infikujú baktérie alebo bakteriofágy.

Reprodukčný cyklus vírusov.
1-fixácia
2-penetrácia
3-rozvinutie
4-syntéza (4a-transkripcia, 4b-translácia, 4c-genómová replikácia)
5-zostava
6-oslobodenie
Zdroj: Franciscosp2

Lytický cyklus kulminuje v prasknutí hostiteľskej bunky, zatiaľ čo v lyzogénnom cykle bunka naďalej žije s genetickým materiálom vírusu vo vnútri.

V prípade lytickej dráhy vírus nájde potenciálnu bunku, ktorú infikuje, a naviaže sa na ňu prostredníctvom receptorov, ktoré rozpoznáva na povrchu bunky. Potom vstrekuje svoju DNA do cytoplazmy, kde sa začne výroba štruktúrnych komponentov. Tieto kúsky nukleových kyselín a proteínov sa zhromažďujú a uvoľňujú, potom môžu infikovať nových hostiteľov.

Lysogénny cyklus sa začína podobným spôsobom s tým rozdielom, že vírusová DNA podstúpi proces rekombinácie a bude integrovaná do chromozómu svojho hostiteľa. Vírus zostáva vo vnútri bunky latentný, až kým pôsobenie nejakého chemického alebo UV žiarenia nespustí lytický cyklus.

Čo je vírus?

Pred vysvetlením toho, z čoho pozostáva rozmnožovanie vírusov, musíme mať jasno v niekoľkých aspektoch súvisiacich s biológiou týchto subjektov. Vírusy nie sú bunky, ale skôr jednoduché štruktúry tvorené nukleovými kyselinami a niektorými proteínmi.

Kompletná a vyvinutá sada infekčných vírusových častíc je známa ako virión.

Na rozdiel od organických bytostí zložených z buniek, vírusy nemajú metabolizmus ani nevymieňajú látky kontrolovaným spôsobom s vonkajším prostredím. Čo však môžu urobiť, je reprodukovať sa vo vnútri biologických systémov, ktoré majú tieto funkcie: to znamená v živých bunkách.

Z tohto dôvodu sa vírusy považujú za obligatórne bunkové parazity, pretože bez živej bunky nemôžu dokončiť svoju reprodukciu. Jeho hostiteľmi môžu byť stavovce, bezstavovce, rastliny, protisti, baktérie atď., V závislosti od študovaného vírusu.

Na reprodukciu musia vírusy uniesť enzymatické mechanizmy svojho hostiteľa. Tento aspekt má dôsledky pri vývoji liekov na zastavenie vírusovej infekcie, pretože ovplyvnenie reprodukcie vírusu môže narušiť reprodukciu buniek hostiteľa. Ďalej budeme skúmať, ako k tomuto procesu dochádza.

Ako sa vírusy množia?

Ako sme spomenuli, vírusy sú biologickými časticami veľmi jednoduchej povahy. Preto nukleová kyselina (buď DNA alebo RNA), ktorú majú, obsahuje informácie na produkciu niekoľkých proteínov a enzýmov na zostavenie viriónu.

V jedinej hostiteľskej bunke môže virión produkovať tisíce vírusových častíc podobných pôvodným bunkám pomocou metabolického mechanizmu svojho hostiteľa.

Napriek tomu, že vírusy a ich hostitelia sú veľmi variabilné, reprodukčný cyklus je vo všetkých podobný. Nižšie budeme zovšeobecňovať postup a popíšeme postupne reprodukciu bakteriofágov, vírusov, ktoré infikujú baktérie. Potom spomenieme niektoré zvláštnosti vírusov, ktoré infikujú zvieratá.

Násobenie bakteriálnych vírusov (bakteriofágov)

Bakteriofágy sa môžu množiť dvoma alternatívnymi spôsobmi: lytickým cyklom alebo lysogénnym cyklom. Ako už názov napovedá, posledný krok lytiky zahŕňa lýzu (a teda smrť) hostiteľskej bunky. Na rozdiel od toho, lysogénny cyklus zahŕňa vírusovú reprodukciu so živou bunkou.

-Litický cyklus

Lytický proces v bakteriofágoch T (T2, T4 a T6) v známych baktériách E. coli je známy veľmi podrobne. Procesy, ktoré opíšeme ďalej, sú založené na týchto študijných modeloch.

Vyskytuje sa v piatich rôznych fázach: fixácia, penetrácia, biosyntéza, dozrievanie a uvoľnenie.

Fixačný

Tento krok je známy aj ako adsorpcia vírusu. Prvá vec, ktorá sa musí stať, aby sa vírus rozmnožil, je stretnutie vírusovej častice s hostiteľskou bunkou. K tejto zrážke dochádza náhodne.

Vírus sa viaže na nejaký komplementárny receptor, ktorý rozpoznáva na povrchu bunky; v tomto prípade v bakteriálnej bunkovej stene. Táto väzba je chemická interakcia, pri ktorej dochádza k slabým väzbám medzi vírusom a receptorom.

prienik

Akonáhle vírus rozpozná príjemcu, vstúpi do jeho genetického materiálu. Bakteriofág uvoľňuje enzým, ktorý poškodzuje časť bunkovej steny. V tomto kontexte vírusové častice fungujú ako injekčná striekačka zodpovedná za injekciu DNA.

biosyntéza

Keď DNA dosiahne cytoplazmu hostiteľskej bunky, začína sa biosyntéza genetického materiálu a proteínov príslušného organizmu. Syntéza hostiteľských proteínov je zastavená radom krokov organizovaných vírusom.

Útočník dokáže oddeliť tak voľné nukleotidy hostiteľa, ribozómy a aminokyseliny, ako aj enzýmy potrebné na kopírovanie DNA vírusu.

zrenia

Keď sú syntetizované všetky stavebné bloky vírusov, začína sa proces zostavovania alebo dozrievania. K zostaveniu zložiek vírusových častíc dochádza spontánne, čo vylučuje potrebu ďalších génov, ktoré napomáhajú procesu.

uvoľnenie

Na konci procesu zostavenia sa vírusy musia uvoľniť do extracelulárneho prostredia. Ako vysvetľujeme lytický cyklus, tento posledný krok zahŕňa lýzu bunky, ktorá pomáhala celému procesu.

Lýza spočíva v prasknutí plazmovej membrány a bunkovej steny. Degradácia tejto poslednej zložky nastáva pôsobením enzýmu lyzozým, ktorý je syntetizovaný v bunke počas opísaného procesu.

Týmto spôsobom sa uvoľňujú novo syntetizované vírusové častice. Tieto môžu infikovať susedné bunky a cyklus opakovať znova.

- Lyzogénny cyklus

Nie všetky vírusy prenikajú do hostiteľských buniek a ničia ich na úkor vlastnej reprodukcie. Alternatívny spôsob množenia sa nazýva lysogénny cyklus. Vírusy schopné reprodukcie týmto spôsobom sú známe ako mierne.

Aj keď sa niektoré vírusy môžu reprodukovať lytickou cestou opísanou v predchádzajúcej časti, môžu sa množiť aj bez zničenia bunky a zostať v nej latentné alebo neaktívne.

Aby sme to opísali, použijeme ako modelový organizmus bakteriofág lambda (λ), lysogénny bakteriofág, ktorý bol dôkladne študovaný.

Fázy, v ktorých sa vyskytuje lysogénny cyklus, sú: prienik do hostiteľa, tvorba cirkulárnej DNA z molekuly lineárnej DNA a rekombinácia s hostiteľskou DNA.

Integrácia vírusovej DNA do hostiteľskej DNA

Počiatočné štádiá sa vyskytujú veľmi podobným spôsobom ako predchádzajúci cyklus, s tou výnimkou, že DNA vírusu je integrovaná do DNA hostiteľskej bunky pomocou procesu rekombinácie.

V tomto stave je vírus latentný v bunke a vírusová DNA sa replikuje spolu s DNA hostiteľa.

Striedanie lytického a lysogénneho cyklu

Na druhej strane, rôzne stochastické udalosti môžu viesť k zmene z lysogénneho na lytický cyklus. Medzi tieto udalosti patrí vystavenie sa UV žiareniu alebo určitým chemikáliám, ktoré vedú k excízii fágovej DNA a iniciácii lýzy.

Dôsledky lysogénie

Lysogény majú dôležité následky, konkrétne: (i) lysogénne bunky sú imunitné voči následným infekciám z toho istého bakteriofága, ale nie proti inému vírusu; ii) bunky môžu získať nové vlastnosti integráciou genetického materiálu fágu, ako je produkcia niektorých toxínov, a iii) je povolený špecializovaný transdukčný proces.

Násobenie živočíšnych vírusov

Všeobecne povedané, živočíšne vírusy sa podobajú multiplikácii, ktorá je podobná množeniu opísanému vo vírusoch, ktoré infikujú baktérie. V obidvoch procesoch však existujú výrazné rozdiely.

Najzreteľnejším mechanizmom pre vstup do buniek sú rozdiely, ktoré existujú na štrukturálnej úrovni medzi eukaryotickými a prokaryotickými bunkami. V živočíšnych bunkách sú receptory tvorené proteínmi a glykoproteínmi ukotvenými v plazmatickej membráne.

Príkladom je vírus HIV. Aby vírus vstúpil do bunky, rozpoznáva receptor nazývaný CCR5. Niektorí jedinci majú deléciu (to znamená, že časti DNA chýbajú) 32 párov báz v géne, ktorý kóduje bunkový receptor, ktorý ničí proteín a prepožičiava jeho majiteľovi rezistenciu voči obávanému vírusu.

Mnoho útočníkov využíva receptory, ktoré sprostredkovávajú proces endocytózy na získanie vstupu do bunky prostredníctvom tvorby vezikúl. Vírusy pokryté membránou môžu vstúpiť do bunky fúziou lipidových membrán.

Po preniknutí vírusu je syntéza vírusových častíc trochu variabilná. Živočíšne bunky majú rôzne enzymatické mechanizmy, ako zistíme u baktérií.

Referencie

1. Forbes, BA, Sahm, DF a Weissfeld, AS (2007). Diagnostická mikrobiológia. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Biologická veda. Pearson Education.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS a Pfaller, MA (2015). Lekárska mikrobiológia. Elsevier Health Sciences.
4. Reece, JB, Urry, LA, Kain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV a Jackson, RB (2014). Campbellova biológia. Pearsonovo vzdelávanie.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2016). Mikrobiológie. Predstavenie. Pearson.