Патологічна фізіологія / Оториноларингологія / Організація системи охорони здоров'я / Онкологія / Неврологія і нейрохірургія / Спадкові, генні хвороби / Шкірні та венеричні хвороби / Історія медицини / Інфекційні захворювання / Імунологія та алергологія / Гематологія / Валеологія / Інтенсивна терапія, анестезіологія та реанімація, перша допомога / Гігієна і санепідконтроль / Кардіологія / Ветеринарія / Вірусологія / Внутрішні хвороби / Акушерство і гінекологія
ГоловнаМедицинаВірусологія
« Попередня Наступна »
Ташута С.Г.. Загальна вірусологія, 2004 - перейти до змісту підручника

Реплікація генома вірусів

Реплікація вірусних ДНК. Механізм реплікації геному ДНК-містких вірусів в основному подібний з механізмом реплікації клітинної ДНК (Рис. 15). Оскільки типи і форми вірусних нуклеїнових кислот дуже різноманітні (ДНК, РНК, двоспіральні й односпіральні, лінійні і кільцеві молекули), то і механізми їх реплікації теж різні. Віруси різних родів і родин мають різні способи передачі генетичної інформації і реплікації.

Синтез вірусних ДНК здійснюється за допомогою ДНК-полімераз, джерела яких можуть бути різні. Так, в адено- і герпесвірусів, що містять двоспіральні молекули ДНК, у складі віріонів немає ДНК-полімераз, тому на одній з ниток її синтезується іРНК і транслюється в рибосомах при синтезі ДНК-полімерази. Далі завдяки участі цього ферменту з нуклеотидів клітини синтезується і будується друга комплементарна нитка ДНК, у результаті чого утворюються нові двоспіральні молекули ДНК. Процес реплікації молекул ДНК продовжується доти, поки в клітині не нагромадиться кількість, необхідне для численного потомства вірусної частки, що проникнула в клітину.



Рис. 15. Реплікативний цикл ДНК - геномних вірусів. Після адсорбції (1) вірус проникає в клітину шляхом злиття з мембраною (2), нуклеокапсид транспортується до ядерної оболонки (3), і вірусна ДНК ( вДНК) проникає в ядро, де починається її транскрипція (4). В результаті трансляції вірусного геному синтезуються ранні білки (5), включаючи регуляторні протеїни, вірусні полімерази і матричні білки. Вірусна полімераза проникає в геном клітини (6), де запускає синтез молекули ДНК дочірніх популяцій (7). Частина вірусної ДНК транскрибується клітинною РНК-полімеразою (8), що індукує синтез пізніх білків (9), необхідних для зборки дочірніх популяцій (10); останні залишають ядро, відбруньковуються від його мембрани (11) і включають її фрагменти в склад власної оболонки (12). Зрілі віріони транспортуються через цитоплазму і залишають клітину через комплекс Гольджі або після вибуху клітини.



Реплікація одноланцюгових вірусних ДНК. Одноланцюгові вірусні ДНК у парвовірусів синтезуються по принципу комплементарності з проміжної реплікативної форми (ПРФ). У складі віріонів парвовірусів як структурний компонент є ДНК-залежна ДНК-полімераза. За допомогою цього ферменту за принципом комплементарності на вірусній односпіральній ДНК (плюс-нитці) утворюється одна комплементарна їй мінус-нитка. Надалі на цій двоспіральній структурі синтезуються дочірні плюс-нитки (матрицею для них є мінус-нитки).

Реплікація односпіральних вірусних РНК (пікорна- корона- і арбовірусів). Реплікація вірусних РНК здійснюється без безпосередньої участі клітинних ДНК (Рис.16). Це підтверджується тим, що придушення синтезу ДНК і клітинної іРНК на матриці ДНК клітини не впливає на репродукцію багатьох РНК-містких вірусів.

Як відомо, одноланцюгові інфекційні РНК вірусів містять у собі всю генетичну інформацію, необхідну для синтезу вірусоспецифічних білків, і є, таким чином, інформаційними (іРНК) з матричними функціями. Після проникнення цих вірусів у клітину їх інфекційні РНК надходять безпосередньо в рибосоми і індукують синтез вірусних білків, у тому числі РНК-реплікази, які каталізують реплікацію самих вірусних РНК.

В односпіральних молекул РНК із кодуючими і матричними функціями (плюс-РНК) процес реплікації відбувається таким чином, що на вихідній вірусній молекулі РНК (на плюс-нитці) за участю ферменту РНК-реплікази синтезується друга комплементарна мінус-нитка РНК, у результаті чого, утворюється двоспіральна реплікативна форма РНК. Інформація з плюс-РНК у рибосоми для синтезу вірусних білків передається безпосередньо плюс-РНК. Численні плюс-нитки вірусних інфекційних РНК увійдуть потім у нові частки вірусного потомства.



Рис. 16. Реплікативний цикл +РНК- геномних вірусів.

Після адсорбції вірус проникає в клітину шляхом піноцитозу (1). Реплікативний цикл починається після звільнення вірусного геному в цитоплазмі, так як молекулярна симетрія вірусної РНК ( + РНК) аналогічна мРНК і вона може безпосередньо розпізнаватися і транслюватися рибосомами (2). Клітинні протеази трансформують утворений вірусний поліпротеїн (3) в РНК - залежну РНК - полімеразу, вірусну протеазу та різноманітні структурні білки. Полімераза копіює +РНК ланцюг в вигляді - РНК (4), яка виконує функцію матриці для синтезу молекули +РНК (5), які використовуються в синтезі вірусних білків (6), або білків що входять в склад генома нових популяцій вірусу (7).

В ортоміксовірусів (вірусів грипу А, В і С) на відміну від параміксовірусів геном представлений не однією молекулою нуклеїнової кислоти, а набором односпіральних РНК у виді восьми окремих, неоднакових по розміру субодиниць.


Розрізняють два різновиди РНК-полімерази: віріонну РНК-транскриптазу і РНК-репліказу. Перша відповідальна за переважний синтез мінус-ниток у ранній період інфекції, а друга- за переважний синтез плюс-ниток на більш пізніх етапах реплікації ортоміксовірусів.

Мінус-нитки утворюються на ранній стадії інфекції, і максимальний рівень їх синтезу передує появі плюс-ниток. Мінус-нитки РНК з'являються через 15 хвилин після зараження і незабаром виявляються у вірусоспецифічних полісомах. Мінус-нитки, синтезовані віріонною РНК-транскриптазою на ранній стадії інфекції, є іРНК. Установлено, що і деяка частина плюс-ниток виконує функції іРНК.

Надалі в зараженій клітині була виявлена ще одна форма вірусоспецифічної РНК. Молекули цієї форми містять двоспіральну «серцевину» і односпіральні «хвости». Ця форма одержала назву реплікативного попередника (РП) чи реплікативної проміжної форми (РПФ). Після депротеїнізації вірусу в клітині вивільнена РНК виконує функцію іРНК, направляючи синтез вірус-специфічних білків, у тому числі РНК-полімерази.

Синтез РНК може здійснюватися по одному з двох механізмів: 1) консервативному, при якому полінуклеотидні ланцюги, що входять до складу РПФ РНК, зберігаються (консервуються) і не переходять в односпіральну форму. Цей спосіб синтезу аналогічний способу синтезу односпіральних клітинних РНК на двоспіральній матриці ДНК; 2) утворення плюс-ниток може відбуватися асиметричним напівконсервативним шляхом, коли знову створена плюс-нитка витісняє раніше синтезовану плюс-нитку з РПФ РНК.

При використанні обох механізмів виникають проміжні структури типу РПФ. Кінцевим продуктом синтезу в обох випадках є односпіральна вірусна РНК, причому значна частина її бере участь у трансляції в складі реплікативного комплексу.

Реплікація односпіральних вірусних РНК із негативним геномом. Є велика група односпіральних вірусів (рабдовіруси, пара-і ортоміксовіруси), що містять негативний (неінфекційний) геном. По складу, локалізації, функції й особливостям біосинтезу білків віруси цієї групи дуже подібні (Рис. 17). У них як би єдина стратегія експресії генів. РНК їх (мінус-нитка) не транслюється в рибосомах. Функції іРНК у цих вірусів виконують плюс-нитки, комплементарні геномним. У складі вірусів з негативним геномом немає вірусоспецифічного ферменту типу РНК-реплікази, але міститься (крім вірусу сказу) РНК-залежна РНК-полімераза (РНК-транскриптаза). Остання синтезує на інфекційній мінус-нитці РНК комплементарні плюс-нитки іРНК у виді окремих фрагментів двох типів: перші мають полі (А) - послідовності на З'- кінці, надходять у рибосоми і

Рис. 17. Реплікативний цикл - РНК геномних вірусів.

Проникнення вірусу здійснюється після адсорбції і злиття з клітинною мембраною (1). Після роздягання (2) вірусна -РНК трансформується в плюс ланцюг РНК - залежною РНК-полімеразою, що входить в склад віріону (3), що призводить до утворення повних і коротких ланцюгів. Короткі +РНК- ланцюги зумовлюють синтез ферментів і білків для нових популяцій вірусів (4), серед останніх особливе значення має глікопротеїн оболонки (5), що вбудовується в клітинну стінку на етапах, які відбуваються до процесу відбруньковування. Повний ланцюг +РНК є матрицею для синтезу молекул -РНК нових популяцій вірусу (6). Нуклеокапсиди (утворюються із синтезованих білків) і -РНК прикріпляються до модифікованих ділянок клітинної стінки (7), відщеплюють фрагмент ліпідного шару (що завершує процес зборки вірусу) і відокремлюється шляхом брунькування (8).



служать матрицями для синтезу структурних білків і ферментів РНК-репліказ 1 і 2; другі не мають такої послідовності і служать матрицями для синтезу ниток віріонної РНК (мінус-ниток, що ввійдуть до складу нових часток вірусного потомства) за допомогою цієї синтезованої РНК-реплікази 2.

Реплікація двоспіральних вірусних РНК. Двоспіральні РНК містять реовіруси. Реовірус у складі віріону містить РНК-залежну РНК-полімеразу. Усі 10 фрагментів його генома транскрибуються зазначеною полімеразою. На одній з ниток (на мінус-нитці) синтезується односпіральна копія. Реплікація відбувається в такий спосіб. На мінус-нитці геномної двоспіральної РНК синтезується односпіральна плюс-нитка, що містить сайт зв'язування з рибосомою і сайт зв'язування з РНК-залежною РНК-полімеразою, який кодується вірусним геномом. Пул цих односпіральних (плюс-ниток) РНК служить спочатку матрицею для синтезу вірусних білків, у тому числі і згаданої полімерази. Після синтезу останньої вона зв'язується з цими ж плюс-нитками РНК і синтезує на їх матриці мінус-нитку РНК. Цей процес обумовлений двома унікальними явищами:

- по-перше - одна і та ж молекула РНК служить матрицею для синтезу і білка і комплементарної РНК; - по-друге - структура РНК-залежної РНК-полімерази реовірусів така, що по завершенні синтезу комплементарного ланцюга вона не відокремлюється від двоспіральної РНК.
Як видно з викладеного вище, реплікація двоспіральних РНК має механізм, що у корені відмінний від механізму реплікації двоспіральних ДНК.

Вірусні двоспіральні РНК не можуть надходити в рибосоми безпосередньо. Укладена в них генетична інформація може передаватися в рибосоми опосередковано, тобто через односпіральні іРНК, оскільки в клітині немає вірусоспецифічного ферменту, що синтезував би односпіральну іРНК на матриці двоспіральній вірусної РНК, а також немає ферменту, що каталізував би реплікацію самої двоспіральної вірусної РНК. Фермент, що синтезує односпіральну іРНК на матриці двоспіральної вірусної РНК, - РНК- транскриптаза - знаходиться в самих віріонах. Роль РНК-транскриптази зводиться до переписування генетичної інформації з двоспіральних вірусних РНК на односпіральні іРНК, тобто фермент РНК-транскриптаза виконує функцію, подібну функції ДНК-залежної РНК-полімерази, що синтезує односпіральну іРНК на матриці двоспіральної ДНК клітини.

При передачі інформації з двоспіральних РНК у рибосоми, а також реплікації двоспіральних вірусних РНК РНК-транскриптаза синтезує на мінус-нитці двоспіральної РНК, як на матриці, комплементарну плюс-нитку і транскрибує на неї всю генетичну інформацію. Знову синтезована плюс-нитка РНК стає, таким чином, інформаційною вірусною РНК (іРНК). Остання надходить у рибосоми клітини, де індукує синтез вірусних білків, у тому числі РНК-реплікази. РНК-репліказа синтезує потім на плюс-нитці РНК- комплементарні мінус-нитки, і у результаті чого утворюються знову двоспіральні молекули РНК. Так забезпечується реплікація двоспіральних вірусних молекул РНК.

Реплікація ретровірусів. У ретровірусів для здійснення синтезу ДНК на матриці РНК необхідна наявність у заражених клітинах специфічного ферменту - РНК-залежної ДНК-полімерази (зворотної транскриптази), що міститься в складі віріонів (Рис. 18). Крім того, у складі віріонів виявлена ДНК-залежна ДНК-полімераза, яка здійснює синтез ДНК на матриці ДНК. Таким чином, в утворенні двоспіральної вірусоспецифічної ДНК беруть участь два різних ферменти. Зворотній транскриптазі належить, очевидно, провідна роль у процесах неопластичної трансформації клітин.

У складі віріонів, крім двох полімераз, є й інші ферменти, зв'язані з інтеграцією синтезованої ДНК із геномом клітини хазяїна. Сюди відносяться: ендонуклеаза, екзонуклеаза, полінуклеотидлігаза і рибонуклеаза Н.

Утворення вірусоспецифічної ДНК починається на вірусній РНК, причому синтез здійснюється за допомогою ферменту РНК-залежної ДНК-полімерази. У результаті утворюється гібридна двоспіральна молекула, одна нитка якої РНК, інша - ДНК. Далі, імовірно, відбувається вибіркове відщіплення нитки РНК-гібридної молекули за допомогою ферменту рибонуклеази Н.



Рис. 18. Схема реплікативного циклу ретровірусів. Інфекційна вірусна частинка (1) проникає в клітину шляхом злиття з клітинною мембраною після адсорбції на ній. Потім вірус роздягається (2), а зворотна транскриптаза, що входить в склад віріону індукує синтез - ДНК, яка використовує як матрицю молекулу РНК (3). +ДНК копіюється з нової синтезованої молекули - ДНК, в результаті чого утворюється подвійний ланцюг ДНК ( длДНК) (4). длДНК транспортується в ядро клітини, де клітина ДНК піддається сплайсингу з утворенням рекомбінантів з вірусною ДНК(5). Інтегрована молекула ДНК транскрибується клітинною ДНК -залежною РНК - полімеразою в +РНК , яка використовується в якості геномів нових популяцій (6), а також транслюється як мРНК для синтезу (через стадію утворення поліпротеїнів) структурних білків і ферментів (7). Деяка частина +РНК піддається сплайсингу з утворенням мРНК невеликого розміру, що кодує поверхневі, регуляторні та додаткові білки (8). Зрілі нові популяції вірусів вивільняються з клітини шляхом брунькування (9).

На односпіральній молекулі ДНК, що залишилася після руйнування РНК, синтезується комплементарна нитка ДНК, у результаті чого утворюється двоспіральна ДНК. Ця реакція здійснюється тією ж полімеразою, що бере участь в утворенні першої нитки ДНК. Потім двоспіральна ДНК вбудовується в клітинну хромосому, очевидно, за допомогою різних ферментів.

Вірусоспецифічна ДНК, убудована в клітинний геном, транскрибується з утворенням вірусної РНК, яка спочатку виконує функції іРНК, забезпечуючи синтез вірусних білків, а потім з'єднується з ними, формуючи нове покоління віріонів. На цьому цикл репродукції ретровірусів завершується.
« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
Інформація, релевантна "Реплікація генома вірусів"
  1. ПРО ПРИРОДУ І ПОХОДЖЕННЯ ВІРУСІВ
    На підставі встановлених фактів про фізичну структуру, хімічний склад, механізми репродукції вірусів з'явилася можливість освітити питання про природу і походження їх. Ясно, що в міру подальшого заглибленого вивчення вірусів розуміння, що нижче приводяться, неминуче деякою мірою будуть змінюватися й уточнюватися. Представлення про природу вірусів і їх походження перетерпіли значні зміни протягом
  2. ПРО ПРІОНИ І ВІРОЇДИ
    Крім хвороб, які викликають віруси, є незвичайна група захворювань центральної нервової системи - підгострих спонгіозних трансмісивних енцефалопатій (ПСТЕ) - скрепі (захворювання овець і кіз), трансмісивна енцефалопатія норок, губчаста енцефалопатія ВРХ і чотири хвороби людини: куру - ендемічне захворювання жителів гірських районів Нової Гвінеї, хвороба Крейтцфельда - Якоба, синдром Герстманна -
  3. РЕПРОДУКЦІЯ ВІРУСІВ
    Пошуки етіологічних агентів інфекційних захворювань увінчалися відкриттям сотень вірусів. Патологічні ефекти при вірусних захворюваннях складаються з взаємодії декількох факторів: а) токсичного впливу продуктів вірусних генів на метаболізм заражених клітин; б) реакції хазяїна на експресію вірусних генів у заражених клітинах; в) модифікації експресії генів хазяїна в результаті їх структурної чи
  4. Біологічні і генетичні особливості механізмів репродукції вірусів
    Перша і принципова особливість вірусів, що відрізняє їх від інших організмів, це та, що геноми їх представлено молекулами ДНК, чи РНК. Друга особливість полягає у великій розмаїтості структури і форми їх геномів (одно -, двоспіральні ДНК, одно -, двоспіральні РНК, кільцеві форми нуклеїнових кислот). Геноми РНК-містких вірусів можуть бути представлені як однією молекулою, так і декількома
  5. Зборка віріонів
    Синтез компонентів вірусних часток у клітині роз'єднаний і може протікати в різних структурах ядра і цитоплазми. Віруси, реплікація яких проходить у ядрах, умовно називають ядерними. В основному це ДНК-вмістимі віруси: адено-, папова-, парвовіруси та віруси герпесу. Віруси, які реплікуються в цитоплазмі, називають цитоплазматичними. До них відносяться з ДНК-вмістимих вірус віспи і більшість
  6. МУТАЦІЯ У ВІРУСІВ
    Віруси змінюють свої властивості як у природних умовах розмноження, так і в експерименті. В основі спадкоємної зміни властивостей вірусів можуть лежати два процеси: 1) мутація, тобто зміна послідовності нуклеотидів у визначеній ділянці генома вірусу, що веде до фенотипічної вираженої зміни окремої властивості, і 2) рекомбінація, тобто обмін генетичним матеріалом між двома близькими вірусами, але
  7. ПАТОГЕНЕЗ НА КЛІТИННОМУ РІВНІ
    Позаклітинний віріон біологічно інертний. Ця інертність зберігається до того часу, поки віріон не проникає в клітину і вірусний геном не почне функціонувати як самостійна генетична структура. Лише з цього моменту проявляється своєрідність взаємовідносин вірусу і клітини. Отже, вірусна інфекція клітини - це сукупність процесів, які виникають при взаємодії клітини з вірусним геномом. Зараження
  8. ІНТЕРФЕРОН
    Роль інтерферону. Відкриття інтерферону - це новий розділ імунології - вчення про несприйнятливість організму до інфекцій. Інтерферон - особливий противірусний білок, який продукується зараженими клітинами чи цілим організмом. Відкрили його англійські вірусологи Айзекс і Лінденман (1957). Цьому відкриттю передувало велике число робіт з вірусної інтерференції. Власне, зі спостережень за цим
  9. ІНАКТИВОВАНІ ВАКЦИНИ
    Інактивовані вакцини - складні по складу препарати. Виробництво їх вимагає великої кількості вірусу. Наприклад, у виробництві інактивованої протиящурної вакцини використовуються реактори ємністю до 2 т для вирощування клітин ВНК-21 і вірусу глибинним методом. У виготовленні інактивованих противірусних вакцин з кожним роком проблема сировини (біологічної системи, у якій репродукується вірус)
  10. ПРОТИВІРУСНІ ВАКЦИНИ
    Виготовлення, контроль та застосування. 1) Класифікація і типи вакцинних препаратів. 2) Інактивовані вакцини. 3) Живі вакцини. 4) Гетерологічні вакцини. 5) Субодиничні вакцини. 6) Реасортантні вакцини. 7) Рекомбінантні живі вакцини. 8) Рекомбінантні субодиничні вакцини. 9) Синтетичні вакцини. 1. Класифікація і типи вакцинних препаратів.
© medbib.in.ua - Медична Бібліотека