REPRODUKCE VIRŮ: FÁZE A CHARAKTERISTIKY - BIOLOGIE - 2025

Rozmnožování virů nebo virové replikace je událost, kterou virus částice násobí o několik řádů, které únos enzymatickou mašinérii hostitelské buňky. Protože viry nejsou tvořeny buňkami, nemohou se samostatně rozmnožovat, což striktně vyžaduje, aby tak učinil buněčný hostitel.

Existují dvě obecné alternativy, kterými se virus může množit: lytický cyklus nebo lysogenní cyklus. Oba procesy byly široce studovány u virů, které infikují bakterie nebo bakteriofágy.

Reprodukční cyklus virů.

1-fixace

2-průnik

3-rozvinutí

4-syntéza (4a-transkripce, 4b-překlad, 4c-genomová replikace)

5-sestava

6-osvobození

Zdroj: Franciscosp2

Lytický cyklus vrcholí roztržením hostitelské buňky, zatímco v lysogenním cyklu buňka nadále žije s genetickým materiálem viru uvnitř.

V případě lytické dráhy virus najde potenciální buňku, kterou nakazí, a připojí se k ní prostřednictvím receptorů, které rozpoznává na buněčném povrchu. Poté vstříkne svou DNA do cytoplazmy, kde začne výroba strukturálních složek. Tyto kousky nukleových kyselin a proteinů jsou sestavovány a uvolňovány, poté mohou infikovat nové hostitele.

Lysogenní cyklus začíná podobným způsobem, s tou výjimkou, že virová DNA podstoupí proces rekombinace a bude integrována do chromozomu svého hostitele. Virus zůstává latentní uvnitř buňky, dokud působení nějakého chemického nebo UV světla nespustí lytický cyklus.

Co je to virus?

Než vysvětlíme, z čeho se skládá reprodukce virů, musíme si ujasnit několik aspektů souvisejících s biologií těchto entit. Viry nejsou buňky, ale spíše jednoduché struktury tvořené nukleovými kyselinami a některými proteiny.

Kompletní a rozvinutá sada infekčních virových částic je známa jako virion.

Na rozdíl od organických bytostí složených z buněk, viry nemají metabolismus ani nevyměňují látky kontrolovaným způsobem s vnějším prostředím. Mohou však reprodukovat uvnitř biologických systémů, které tyto funkce prezentují: to znamená v živých buňkách.

Z tohoto důvodu jsou viry považovány za obligatorní buněčné parazity, protože bez živé buňky nemohou dokončit svou reprodukci. Jeho hostiteli mohou být obratlovci, bezobratlí, rostliny, protisté bakterie atd., V závislosti na studovaném viru.

Pro reprodukci musí viry unést enzymatický mechanismus hostitele. Tento aspekt má důsledky při vývoji léčiv pro zastavení virové infekce, protože ovlivnění reprodukce viru může narušit reprodukci buněk hostitele. Níže se podíváme, jak k tomuto procesu dochází.

Jak se viry množí?

Jak jsme zmínili, viry jsou biologické částice velmi jednoduché povahy. Nukleová kyselina (DNA nebo RNA), kterou vlastní, tedy obsahuje informace pro produkci několika proteinů a enzymů, které vytvářejí virion.

V jediné hostitelské buňce může virion produkovat tisíce virových částic podobných původní, pomocí metabolického aparátu svého hostitele.

Navzdory skutečnosti, že viry a jejich hostitelé jsou velmi variabilní, reprodukční cyklus je ve všech podobný. Níže zobecníme tento proces a krok za krokem popíšeme reprodukci bakteriofágů, virů infikujících bakterie. Poté uvedeme některé zvláštnosti virů, které infikují zvířata.

Násobení bakteriálních virů (bakteriofágy)

Bakteriofágy se mohou reprodukovat dvěma alternativními způsoby: lytickým cyklem nebo lysogenním cyklem. Jak jeho název napovídá, poslední krok lytiky zahrnuje lýzu (a tedy smrt) hostitelské buňky. Oproti tomu lysogenní cyklus zahrnuje virovou reprodukci s živou buňkou.

-Litický cyklus

Lytický proces v bakteriofágech T (T2, T4 a T6) u slavných bakterií E. coli je známý velmi podrobně. Procesy, které popisujeme níže, jsou založeny na těchto studijních modelech.

Vyskytuje se v pěti různých fázích: fixace, penetrace, biosyntéza, zrání a uvolnění.

Fixace

Tento krok se také nazývá adsorpce viru. První věcí, která se musí stát, aby se virus rozmnožil, je setkání virové částice s hostitelskou buňkou. K této srážce dochází náhodně.

Virus se váže na nějaký komplementární receptor, který rozpoznává na buněčném povrchu; v tomto případě v bakteriální buněčné stěně. Tato vazba je chemická interakce, kde dochází k slabým vazbám mezi virem a receptorem.

Průnik

Jakmile virus rozpozná příjemce, přistoupí ke vstříknutí svého genetického materiálu. Bakteriofág uvolňuje enzym, který poškozuje část buněčné stěny. V této souvislosti virová částice funguje jako injekční stříkačka odpovědná za injekce DNA.

Biosyntéza

Když DNA dosáhne cytoplazmy hostitelské buňky, začíná biosyntéza genetického materiálu a proteinů daného organismu. Syntéza hostitelského proteinu je zastavena řadou kroků organizovaných virem.

Útočník dokáže sekvestrovat volné nukleotidy hostitele, ribozomy a aminokyseliny, jakož i enzymy nezbytné pro kopírování DNA viru.

Zrání

Protože jsou syntetizovány všechny stavební bloky virů, začíná proces sestavování nebo zrání. K sestavení složek virových částic dochází spontánně, což vylučuje potřebu dalších genů, které by napomohly procesu.

Uvolnění

Na konci procesu montáže musí být viry uvolněny do extracelulárního prostředí. Jak vysvětlujeme lytický cyklus, tento poslední krok zahrnuje lýzu buňky, která napomáhala celému procesu.

Lýza zahrnuje porušení plazmatické membrány a buněčné stěny. K degradaci této poslední složky dochází působením enzymu lysozymu, který je syntetizován uvnitř buňky během popsaného procesu.

Tímto způsobem se uvolňují nově syntetizované virové částice. Mohou infikovat sousední buňky a opakovat cyklus znovu.

-Lysogenní cyklus

Ne všechny viry pronikají do hostitelských buněk a ničí je za cenu vlastní reprodukce. Alternativní způsob množení se nazývá lysogenní cyklus. Viry schopné reprodukce tímto způsobem jsou známé jako mírné.

Ačkoli se některé viry mohou množit prostřednictvím lytické dráhy popsané v předchozí části, mohou se také množit bez zničení buňky a zůstat v ní latentní nebo neaktivní.

Abychom to popsali, použijeme jako modelový organismus bakteriofág lambda (λ), lysogenní bakteriofág, který byl důkladně prostudován.

Fáze, ve kterých dochází k lysogennímu cyklu, jsou: penetrace do hostitele, tvorba cirkulární DNA z molekuly lineární DNA a rekombinace s hostitelskou DNA.

Integrace virové DNA do hostitelské DNA

Počáteční stádia nastávají velmi podobným způsobem jako v předchozím cyklu, s tou výjimkou, že DNA viru je integrována do DNA hostitelské buňky procesem rekombinace.

V tomto stavu je virus latentní v buňce a virová DNA se replikuje spolu s DNA hostitele.

Střídání lytického a lysogenního cyklu

Na druhé straně může řada stochastických událostí vést ke změně z lysogenního na lytický cyklus. Mezi tyto události patří vystavení UV záření nebo určitým chemikáliím, které vedou k excizi fágové DNA a iniciaci lýzy.

Důsledky lysogeny

Lysogeny má důležité důsledky, zejména: (i) lysogenní buňky jsou imunní vůči následným infekcím ze stejného bakteriofága, ale ne vůči jinému viru; ii) buňky mohou získat nové vlastnosti integrací genetického materiálu fága, jako je produkce některých toxinů, a iii) je povolen specializovaný transdukční proces.

Násobení živočišných virů

Obecně řečeno, živočišné viry se chovají podle vzoru rozmnožování, který je docela podobný tomu, který je popsán u virů infikujících bakterie. V obou procesech však existují výrazné rozdíly.

Nejviditelnější je mechanismus vstupu buněk v důsledku rozdílů, které existují na strukturální úrovni mezi eukaryotickými a prokaryotickými buňkami. V živočišných buňkách jsou receptory tvořeny proteiny a glykoproteiny ukotvenými v plazmatické membráně.

Příkladem toho je virus HIV. Aby vir vstoupil do buňky, rozpoznává receptor nazývaný CCR5. Někteří jedinci mají deleci (tj. Části DNA chybí) 32 párů bází v genu, který kóduje buněčný receptor, který ničí protein a uděluje rezistenci vůči obávanému viru jeho vlastníkovi.

Mnoho útočníků využívá receptory, které zprostředkovávají proces endocytózy k získání vstupu do buňky prostřednictvím tvorby vezikul. Viry, které jsou pokryty membránou, mohou vstoupit do buňky fúzováním lipidových membrán.

Jakmile virus pronikl, je syntéza virových částic poněkud variabilní. Živočišné buňky mají různé enzymatické mechanismy, než jaké najdeme u bakterií.

Reference

1. Forbes, BA, Sahm, DF a Weissfeld, AS (2007). Diagnostická mikrobiologie. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Biologická věda. Pearsonovo vzdělávání.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS a Pfaller, MA (2015). Lékařská mikrobiologie. Elsevier Health Sciences.
4. Reece, JB, Urry, LA, Kain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV a Jackson, RB (2014). Campbellova biologie. Pearsonovo vzdělávání.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2016). Mikrobiologie. Úvod. Pearson.