19

Репродукция вирусов

Вирусы - облигатные внутриклеточные паразиты, способные размно­жаться только в живой клетке. Для того чтобы вирус мог размножиться, он должен вна­чале заразить клетку. Спектр хозяев определяется как типами клеток, так и видами животных, которых он может заражать и в которых он способен размножаться. Спектр хозяев разных ви­русов значительно варьирует. Одни вирусы имеют широкий спектр хозяев, другие заражают лишь клетки одного типа опре­деленных видов животных'. Способность клетки или животного заражаться называют восприимчивостью, а способность обеспечить репродукцию вируса - пермиссивностью. Восприимчивость клеток не следует пу­тать с пермиссивностью; так, клетки кур не восприимчивы к вирусу полиомиелита, поскольку у них нет рецепторов для свя­зывания с вирионами. Однако они полностью пермиссивны в отношении этого вируса, так как они продуцируют вирус после заражения их интактной РНК, экстрагированной из вирусных частиц.

В отличие от прокариотических и эукариотических микроорганизмов вирусы не размножаются бинарным делением. Размно­жение вирусов происходит путём репродукции (англ, "reproduce" - воспроизво-аить, делать копию), то есть воспроизведение их нуклеиновых кислот и белков c последующей сборкой вирионов. Синтез нуклеиновых кислот и белков вируса происходит в разных частях клетки (ядре и цитоплазме). Такой способ репро­дукции получил название дизъюнктивного (разобщённого).

Цикл размножения

Большое влияние на изучение размножения вирусов жи­вотных оказали более ранние работы по бактериальным виру­сам; в частности, понятие «единичного цикла размножения» возникло при исследовании цитоцидных инфекций, вызванных вирулентными бактериофагами. Эллис и Дельбрюк (1939) разработали постановку эксперимента с одноступенчатым раз­множением путем подбора таких условий, при которых пове­дение популяции зараженных клеток в целом могло быть ис­пользовано для проверки предположений о том, что происхо­дит в любой индивидуальной клетке в данный момент времени после начала инфекции. По существу «одноступенчатый» опыт в том виде, в каком он применяется для вирусов животных, состоит в одновременном заражении популяции клеток с мно­жественностью не менее одной инфекционной вирусной части­цы на клетку. Для того чтобы обеспечить заражение каждой клетки и высокую степень синхронности последующих собы­тий в популяции зараженных клеток, множественность зара­жения должна составлять 10—100 частиц. После инактивации неадсорбированного вирусного материала через небольшие интервалы времени в культуре определяют число образовав­шихся инфекционных вирусных частиц, как внутриклеточных, так и вышедших в среду (рис. 5-1).

Термин эклипс в настоящее время представляет историче­ский интерес; он часто фигурировал в дискуссиях о размно­жении вирусов 10 и более лет назад и отражает тот факт, что заражающий вирион исчезает и его нельзя обнаружить в клетке на протяжении нескольких часов периода эклипса до того момента, когда появляются частицы вирусного потомст­ва. Термин латентный период относится к интервалу между исчезновением внесенных вирионов и выходом в среду новых вирусных частиц. В отличие от бактериофагов для вирусов животных характерен постепенный выход вирионов из клетки поодиночке на протяжении длительного периода, причем иног­да большая часть вирионов остается связанной с клеткой в течение всего периода размножения вируса. Даже если виру­сы разрушают плазматическую мембрану, клетки животных не «взрываются», как бактерии, а несколько сморщиваются, и основная часть вирусного потомства может оставаться за­ключенной в клеточном детрите.

Схема цикла размножения вирусов животных.

Вирусы выходят из клетки на поздней стадии и не полностью. В других случаях,

когда вирионы созревают в процессе выхода из клетки, кривые для внутриклеточной

и внеклеточной инфекционности совпадают.

Чтобы заразить клетку, вирион должен связаться с клеточ­ной поверхностью, проникнуть в клетку и «раздеться» до такой степени, чтобы его геном стал доступен для вирусного или хо­зяйского аппарата, обеспечивающего транскрипцию или транс­ляцию.

Процесс репродукции вирусов условно можно разделить на 2 фазы. Пер­вая фаза включает 3 стадии: 1) адсорбцию вируса на чувствительных клетках; 2) проникновение вируса в клетку; 3) депротеинизацию (раздевание вируса) вируса. Вторая фаза включает стадии реализации вирусного генома: 1) транскрипцию, 2) трансля­цию, 3) репликацию, 4) сборку, созревание вирусных частиц и 5) выход вируса из клетки.

Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, т. е. с прикрепления вируса к поверхности клетки.

АДСОРБЦИЯ (прикркпление).

Адсорбция представляет собой специфическое связывание вирионного белка (антирецептора) с комплементарной структурой клеточной поверхности - клеточным рецептором. Взаимодействие вируса с клеткой начинается с про­цесса адсорбции, т. е. прикрепления вирусных частиц к клеточной поверхности. Процесс адсорбции возможен при наличии соответствующих рецепторов на поверхности клетки и «узнающих» их субстанций на поверхности вируса. Антирецепторы распределены по поверхности вирусов, заражаю­щих клетки человека и животных. Сложные вирусы, такие как вирус осповакцины (поксвирус) и вирус простого герпеса (герпесвирус), могут иметь антирецепторные молекулы нескольких видов. Более того, молекулы антирецепторов могут иметь не­сколько доменов, каждый из которых взаимодействует с опреде­ленным рецептором. Чувствительность клеток ограничена доступностью рецепторов, и не все клетки в воспри­имчивом организме экспрессируют рецепторы. Почечные клетки человека в структуре почек не имеют рецепторов для вируса полиомиелита, но при культивировании этих клеток in vitro рецепторы появляются. Мутации генов, кодирующих антирецепто­ры, иногда ведут к потере их способности взаимодействовать с рецепторами.

Самые начальные процессы адсорбции имеют неспецифический характер, и в основе их может лежать электростатическое взаимодействие положительно и отри­цательно заряженных группировок на поверхности вируса и клетки. Адсорбция происходит лишь при наличии определённых электролитов, в частности ионов Са2+, которые нейтрализуют из­быточные анионные заряды вируса и клеточной поверхности и уменьшают электростатическое отталкивание. Адсорбция вирусов мало зависит от темпера­туры и энергии.

Затем наступает специфическое взаимодействие прикрепительного белка вириона со специфи­ческими группировками на плазматической мембране клетки. Простые вирусы человека и животных содержат прикрепительные белки в составе капсида. У сложно организованных вирусов прикрепительные белки входят в состав суперкапсида. Они могут иметь форму нитей (фибры у аденовирусов), либо шипов, грибоподобных структур у миксо-, ретро-, рабдо- и других вирусов. Однако узнавание клеточных рецепторов вирус­ными белками, ведущее к прикреплению вирусной частицы к клетке, является высоко специфическим процессом. Вирусы используют рецепторы, предназначенные для прохождения в клетку необходимых для ее жизнедеятель ности веществ: питательных веществ, гормонов, факторов роста и т. д. Рецепторы могут иметь разную химическую природу и представлять собой белки, углеводный компо­нент белков и липидов, липиды.

По химической природе рецепторы, на которых фикси­руются вирусы, относятся к двум группам: муко(глико)протеидным и липопротеидным. Вирусы гриппа, парамиксовирусов (парагриппа), аденовирусы фиксируются на мукопротеидных рецепторах (сиаловая кислота в составе гликопротеидов и гликолипидов - ганглиозидов). Энтеровирусы, вирусы герпеса, арбовирусы адсорбируются на липопротеидных рецепторах клетки. Для рабдовирусов и реовирусов — также углеводный компонент в составе белков и липидов, для пикорна- и аденовирусов — белки, для некоторых вирусов — липи­ды. Специфические рецепторы играют роль не только в прикреплении вирусной частицы к клеточной поверх­ности. Они определяют дальнейшую судьбу вирусной частицы, ее внутриклеточный транспорт и доставку в определенные участки цитоплазмы и ядра, где вирус способен инициировать инфекционный процесс. Вирус может прикрепиться и к неспецифическим рецепторам и даже проникнуть в клетку, однако только прикрепление к специфическому рецептору приведет к возникновению инфекции. Вначале происходит единичная связь вириона с рецептором - такое прикрепление не­прочное - адсорбция носит обратимый характер.

Для того чтобы наступила необратимая адсорбция, должны появиться множественные связи между вирусной частицей и многими молекулами рецепторов, т. е. должно произойти стабильное мультивалентное прикрепление. Количество молекул клеточных рецепторов в участках адсорбции может доходить до 3000. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки составляет 10³-104. Рецепторы для некоторых вирусов, например, для арбовирусов, содержатся на клетках как позвоночных, так и беспозвоночных, для других вирусов - только на клетках одного или нескольких видов.