RAZMNOŽEVANJE VIRUSOV: FAZE IN ZNAČILNOSTI - BIOLOGIJA - 2026

Razmnoževanje virusov in virusne replikacije je dogodek, s katerim virusnih delcev množi več redov, ki jih ugrabitve encimsko mehanizmov gostiteljske celice. Ker virusi niso sestavljeni iz celic, se ne morejo razmnoževati neodvisno, za to pa strogo zahtevajo celičnega gostitelja.

Obstajata dve splošni možnosti, s pomočjo katerih se virus lahko razmnožuje: litski cikel ali lizogeni cikel. Oba procesa smo široko preučevali pri virusih, ki okužijo bakterije ali bakteriofage.

Reproduktivni cikel virusov.
1-fiksacija
2-penetracija
3-razviti
4-sinteza (4a-transkripcija, 4b-prevod, 4c-genom replikacija)
5-sestavni
6-osvobodilni
vir: Franciscosp2

Litični cikel je vrhunec v rupturi gostiteljske celice, medtem ko v lizogenem ciklu celica še naprej živi z genskim materialom virusa v notranjosti.

V primeru litske poti virus najde potencialno celico, ki jo bo okužil, in se nanjo pritrdi s pomočjo receptorjev, ki jih prepozna na celični površini. Nato svojo DNK vbrizga v citoplazmo, kjer se bo začela proizvodnja strukturnih komponent. Ti koščki nukleinskih kislin in beljakovin se zberejo in sprostijo, nato pa lahko okužijo nove gostitelje.

Lizogeni cikel se začne na podoben način, z izjemo, da bo virusna DNA potekala v postopku rekombinacije in bo integrirana v kromosom svojega gostitelja. Virus ostane latenten znotraj celice, dokler delovanje neke kemične ali UV svetlobe ne sproži litičnega cikla.

Kaj je virus?

Preden razložimo, iz česa sestoji razmnoževanje virusov, moramo biti jasni o več vidikih, povezanih z biologijo teh entitet. Virusi niso celice, temveč preproste strukture, sestavljene iz nukleinskih kislin in nekaterih beljakovin.

Celoten in razvit nabor nalezljivega virusnega delca je znan kot virion.

Za razliko od organskih bitij, sestavljenih iz celic, virusi nimajo metabolizma ali nadzorovanih snovi izmenjujejo z zunanjim okoljem. Toda lahko se razmnožujejo v bioloških sistemih, ki predstavljajo te funkcije: to je v živih celicah.

Zaradi tega se virusi štejejo za obvezne celične parazite, saj brez žive celice ne morejo dokončati razmnoževanja. Njeni gostitelji so lahko vretenčarji, nevretenčarji, rastline, protisti, bakterije itd., Odvisno od preučenega virusa.

Za razmnoževanje morajo virusi ugrabiti encimske mehanizme svojega gostitelja. Ta vidik ima posledice pri razvoju zdravil za zaustavitev virusne okužbe, saj lahko vplivanje na razmnoževanje virusa ovira razmnoževanje celic gostitelja. V nadaljevanju bomo raziskali, kako se ta postopek pojavlja.

Kako se virusi množijo?

Kot smo omenili, so virusi biološki delci zelo preproste narave. Zato nukleinska kislina (bodisi DNK ali RNA), ki jo imajo, vsebuje informacije za proizvodnjo nekaj beljakovin in encimov za gradnjo viriona.

V eni sami gostiteljski celici lahko virion ustvari na tisoče virusnih delcev, podobnih začetnim, z uporabo metaboličnih strojev svojega gostitelja.

Kljub temu, da so virusi in njihovi gostitelji zelo spremenljivi, je razmnoževalni cikel pri vseh podoben. Spodaj bomo posplošili postopek in korak za korakom opisali razmnoževanje bakteriofagov, virusov, ki okužijo bakterije. Nato bomo omenili nekatere posebnosti virusov, ki okužijo živali.

Razmnoževanje bakterijskih virusov (bakteriofagi)

Bakteriofagi se lahko razmnožujejo na dva alternativna načina: litski cikel ali lizogeni cikel. Kot pove že njegovo ime, zadnji korak lize vključuje lizo (in s tem smrt) gostiteljske celice. Nasprotno pa lizogeni cikel vključuje razmnoževanje virusov z živo celico.

-Litični cikel

Litični proces v bakteriofagih T (T2, T4 in T6) v znani bakteriji E. coli je znan zelo podrobno. Postopki, ki jih bomo opisali v nadaljevanju, temeljijo na teh modelih študije.

Pojavlja se v petih fazah: fiksacija, penetracija, biosinteza, zorenje in sproščanje.

Pritrditev

Ta korak je znan tudi kot adsorpcija virusa. Prva stvar, ki se mora zgoditi, da se virus razmnoži, je srečanje med virusnim delcem in gostiteljsko celico. Ta trk se zgodi naključno.

Virus se veže na neki komplementarni receptor, ki ga prepozna na celični površini; v tem primeru v bakterijski celični steni. Ta vezava je kemična interakcija, kjer se med virusom in receptorjem pojavijo šibke vezi.

Penetracija

Ko virus prepozna prejemnika, si začne injicirati njegov genetski material. Bakteriofag sprošča encim, ki poškoduje del celične stene. V tem okviru virusni delci delujejo kot hipodermična brizga, zadolžena za injiciranje DNK.

Biosinteza

Ko DNK doseže citoplazmo gostiteljske celice, se začne biosinteza genskega materiala in beljakovin zadevnega organizma. Sintezo beljakovin v gostitelju zaustavimo z nizom korakov, ki jih orkestrira virus.

Napadalec uspe sekvencirati tako proste nukleotide gostitelja, ribosome in aminokisline kot tudi encime, potrebne za kopiranje DNK virusa.

Zorenje

Ko se sintetizirajo vsi gradniki virusov, se začne postopek sestavljanja ali zorenja. Sestava komponent virusnih delcev se zgodi spontano, kar odpravi potrebo po drugih genih, ki bi pomagali procesu.

Izpustite

Po koncu postopka sestavljanja je treba viruse sprostiti v zunajtelesno okolje. Kot pojasnjujemo litski cikel, ta končni korak vključuje lizo celice, ki je pomagala celotnemu procesu.

Lizeza vključuje rupturo plazemske membrane in celične stene. Razgradnja te zadnje komponente se pojavi z delovanjem encima lizocima, ki se sintetizira v celici med opisanim postopkom.

Na ta način se sprostijo na novo sintetizirani virusni delci. Te lahko okužijo sosednje celice in cikel spet ponovijo.

-Lizogeni cikel

Vsi virusi ne prodrejo v gostiteljske celice in jih uničijo na račun lastne reprodukcije. Alternativni način množenja se imenuje lizogeni cikel. Virusi, ki se lahko razmnožujejo na ta način, so znani kot zmerni.

Čeprav se nekateri virusi lahko razmnožujejo po litski poti, opisani v prejšnjem razdelku, se lahko razmnožujejo tudi brez uničenja celice in ostanejo v njej latentni ali neaktivni.

Da bi vam ga opisali, bomo kot vzorčni organizem uporabili bakteriofag lambda (λ), lizogeni bakteriofag, ki smo ga temeljito preučili.

Stopnje, v katerih se pojavi lizogeni cikel, so: penetracija v gostitelja, tvorba krožne DNK iz linearne molekule DNA in rekombinacija z gostiteljsko DNK.

Vključevanje virusne DNK v gostiteljsko DNK

Začetne faze potekajo na podoben način kot prejšnji cikel, le da je virus virusa integriran v DNK gostiteljske celice s postopkom rekombinacije.

V tem stanju je virus v celici latenten, virusna DNK pa se razmnožuje skupaj z gostiteljsko DNK.

Izmenjava liznega in lizogenega cikla

Po drugi strani lahko različni stohastični dogodki vodijo do spremembe iz lizogenega v litični cikel. Med temi dogodki so izpostavljenost UV sevanju ali določenim kemikalijam, ki vodijo v izločanje fazne DNK in začetek lize.

Posledice lizogeneze

Obstajajo pomembne posledice lizogenije, in sicer: (i) lizogene celice so imune na poznejše okužbe istega bakteriofaga, ne pa tudi na drugačen virus; (ii) celice lahko z integracijo genetskega materiala faga pridobijo nove značilnosti, kot je proizvodnja nekaterih toksinov in (iii) je dovoljen poseben postopek transdukcije.

Razmnoževanje živalskih virusov

Na splošno velja, da živalski virusi sledijo vzorcu množenja, ki je precej podoben opisu virusov, ki okužijo bakterije. Vendar pa obstajajo nekatere presenetljive razlike v obeh procesih.

Najočitnejši je mehanizem vstopa v celico zaradi razlik, ki obstajajo na strukturni ravni med evkariontskimi in prokariotskimi celicami. V živalskih celicah so receptorji sestavljeni iz beljakovin in glikoproteinov, zasidranih v plazemski membrani.

Primer tega je virus HIV. Za vstop v celico virus prepozna receptor, imenovan CCR5. Nekateri posamezniki imajo delecijo (tj. Manjkajo delci DNK) 32 baznih parov v genu, ki kodira celični receptor, ki uničuje beljakovine in svojemu lastniku daje odpornost proti strašljivemu virusu.

Številni napadalci izkoristijo receptorje, ki posredujejo pri postopku endocitoze, da vstopijo v celico z nastankom veziklov. Virusi, ki jih prekrije membrana, lahko vstopijo v celico s taljenjem lipidnih membran.

Ko je virus prodrl, je sinteza virusnih delcev nekoliko spremenljiva. Živalske celice imajo drugačne encimske stroje, kot jih najdemo pri bakterijah.

Reference

1. Forbes, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). Diagnostična mikrobiologija. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Biološka znanost. Pearsonova vzgoja.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS, in Pfaller, MA (2015). Medicinska mikrobiologija. Elsevier Health Sciences.
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Campbell biologija. Pearsonova vzgoja.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Mikrobiologija. Uvod. Pearson.