A VÍRUSOK SZAPORODÁSA: FÁZISOK ÉS JELLEMZŐK - BIOLÓGIA - 2026

A vírusok szaporodása vagy a vírus replikációja az az esemény, amely során a vírusrészecske többszörös nagyságrenddel megsokszorozódik a gazdasejt enzimatikus gépeinek eltérítésével. Mivel a vírusok nem sejtekből állnak, nem képesek önállóan szaporodni, szigorúan megkövetelve egy celluláris gazdaszervezet számára.

Két általános alternatíva létezik a vírus szaporodására: a lytikus ciklus vagy a lizogén ciklus. Mindkét folyamatot széles körben tanulmányozták a baktériumokat vagy bakteriofágokat fertőző vírusokban.

A vírusok szaporodási ciklusa.

1-fixálás

2-áthatolás

3-kibontakozó

4-szintézis (4a-transzkripció, 4b-transzláció, 4c-genom replikáció)

5-szerelvényes

6-kiadású

forrás: Franciscosp2

A litikus ciklus a gazdasejt törésével jár, miközben a lizogén ciklusban a sejt továbbra is él a belső vírus genetikai anyagával.

A litikus út esetében a vírus megtalálja a megfertõzõ potenciális sejtet, és a receptorokon keresztül kapcsolódik hozzá, amelyeket felismer a sejt felületén. Ezután befecskendezi a DNS-ét a citoplazmába, ahol megkezdődik a szerkezeti elemek előállítása. Ezeket a nukleinsavak és fehérjék darabjait összegyűjtik és felszabadítják, amelyek után új gazdaszervezeteket megfertőzhetnek.

A lizogén ciklus hasonló módon kezdődik, azzal a különbséggel, hogy a vírus DNS rekombinációs folyamaton megy keresztül, és integrálódik a gazdaszervezet kromoszómájába. A vírus lappangó marad a sejt belsejében, amíg valamilyen kémiai vagy UV fény hatására el nem indul a lízikus ciklus.

Mi a vírus?

Mielőtt elmagyaráznánk a vírusok szaporodását, tisztáznunk kell ezeknek az entitásoknak a biológiájával kapcsolatos számos szempontját. A vírusok nem sejtek, hanem egyszerű szerkezetek, amelyek nukleinsavakból és néhány fehérjéből állnak.

A fertőző vírusrészecske teljes és kifejlesztett készletét virionnak nevezzük.

A sejtekből álló szerves lényekkel ellentétben a vírusok nem metabolizálódnak, vagy nem cserélnek anyagot ellenőrzött módon a külső környezettel. De mit tudnak csinálni, reprodukálják azokat a biológiai rendszereket, amelyek ezeket a funkciókat mutatják: azaz az élő sejtekben.

Ezért a vírusokat kötelező sejtes parazitáknak tekintik, mivel az élő sejt nélkül nem tudják befejezni a szaporodást. Gazdasejtjei gerinces, gerinctelenek, növények, protisták, baktériumok stb. Lehetnek, a vizsgált vírustól függően.

A szaporodáshoz a vírusoknak meg kell gátolniuk a gazdaszervezet enzimatikus gépeit. Ennek a szempontnak következményei vannak a vírusfertőzés megállítására szolgáló gyógyszerek kifejlesztésekor, mivel a vírus szaporodásának befolyásolása akadályozhatja a gazdasejtek szaporodását. Az alábbiakban megvizsgáljuk, hogyan történik ez a folyamat.

Hogyan szaporodnak a vírusok?

Mint már említettük, a vírusok nagyon egyszerű biológiai részecskék. Ezért a birtokukban levő nukleinsav (akár DNS, akár RNS) információkat tartalmaz néhány fehérje és enzim előállításához a virion felépítéséhez.

Egy gazdasejtben a virion a gazda anyagcseréjének mechanizmusa segítségével több ezer vírusrészecskét képes előállítani, mint az eredeti.

Annak ellenére, hogy a vírusok és gazdasejtük nagymértékben változó, a szaporodási ciklus mindenben hasonló. Az alábbiakban általánosítjuk a folyamatot, és lépésről lépésre leírjuk a bakteriofágok, a baktériumokat megfertőző vírusok szaporodását. Aztán megemlítjük az állatokat megfertőző vírusok néhány sajátosságát.

A baktériumvírusok szaporodása (bakteriofágok)

A bakteriofágok kétféle módon szaporodhatnak: a lytikus ciklus vagy a lizogén ciklus. Amint a neve is sugallja, a lízis utolsó lépése a gazdasejt lízisével (és ezzel halálával) jár. Ezzel szemben a lizogén ciklus magában foglalja a vírus szaporodását az élő sejttel.

-Lithic ciklus

A híres E. coli baktériumokban a bakteriofágok T (T2, T4 és T6) lízisfolyamata nagyon részletesen ismert. Az alábbiakban ismertetett folyamatok ezen tanulmánymodelleken alapulnak.

Öt különálló szakaszban fordul elő: rögzítés, penetráció, bioszintézis, érés és felszabadulás.

Rögzítés

Ezt a lépést vírus-adszorpciónak is nevezik. Az első dolog, amelynek a vírus szaporodásakor meg kell történnie, a vírusrészecske és a gazdasejt közötti találkozás. Ez az ütközés véletlenül történik.

A vírus valamilyen komplementer receptorhoz kötődik, amelyet felismer a sejt felszínén; ebben az esetben a baktériumsejt falában. Ez a kötés kémiai kölcsönhatás, ahol gyenge kötés lép fel a vírus és a receptor között.

Behatolás

Amint a vírus felismeri a recipienst, befecskendezi genetikai anyagát. A bakteriofág enzimet szabadít fel, amely károsítja a sejtfal egy részét. Ebben az összefüggésben a vírus-részecske hipodermikus fecskendőként működik, amely felelős a DNS injektálásáért.

bioszintézise

Amikor a DNS eléri a gazdasejt citoplazmáját, megkezdődik a kérdéses szervezet genetikai anyagának és fehérjéinek bioszintézise. A gazdafehérje szintézist a vírus által irányított lépések sorozatával állíthatjuk le.

A betolakodó képes elkülöníteni a gazdaszervezet szabad nukleotidjait, a riboszómákat és az aminosavakat, valamint az enzimeket, amelyek a vírus DNS-ének másolásához szükségesek.

érés

Mivel a vírusok összes építőeleme szintetizálódik, megkezdődik az összeállítási vagy érési folyamat. A vírusrészecskék összetevőinek összeállítása spontán módon történik, így nincs szükség más génekre a folyamat elősegítésére.

Kiadás

Az összeszerelési folyamat végén a vírusokat az extracelluláris környezetbe kell engedni. Ahogy a litikus ciklust magyarázzuk, ez az utolsó lépés magában foglalja a teljes folyamatot segítő sejt lízisét.

A lízis a plazmamembrán és a sejtfal megrepedését foglalja magában. Az utolsó komponens lebomlása a lizozim enzim hatására történik, amelyet a sejtben szintetizálnak a leírt eljárás során.

Ily módon az újonnan szintetizált vírusrészecskék felszabadulnak. Ezek megfertőzhetik a szomszédos sejteket, és megismételhetik a ciklust.

-Lizogén ciklus

Nem minden vírus hatol be a gazdasejtekbe és elpusztítja őket a saját szaporodásuk költségén. Egy alternatív szaporodási módot lizogén ciklusnak hívunk. Az ilyen módon szaporodni képes vírusokat hőmérsékleteknek nevezzük.

Bár egyes vírusok az előző szakaszban leírt litikus úton szaporodhatnak, ők is meg tudnak szaporodni anélkül, hogy megsemmisítenék a sejtet, és latens vagy inaktív maradhatnak benne.

Neked leírva modellszervezetként a lambda (λ) bakteriofágot használjuk, egy lizogén bakteriofág, amelyet alaposan megvizsgáltak.

A lizogén ciklus szakaszai: behatolás a gazdaszervezetbe, kör alakú DNS képződése a lineáris DNS molekulából és rekombináció a gazda DNS-sel.

A vírus DNS integrálása a gazda DNS-be

A kezdeti szakaszok nagyon hasonlóak az előző ciklushoz hasonlóan, azzal a különbséggel, hogy a vírus DNS-ét a gazdasejt DNS-ébe integrálják rekombinációs eljárás útján.

Ebben az állapotban a vírus látens a sejtben, és a vírus DNS replikálódik a gazdaszervezet DNS-ével együtt.

A lytikus és a lizogén ciklus váltakozása

Másrészről, a különféle sztochasztikus események vezethetnek a lizogén és a lízikus ciklus változásához. Ezen események között szerepel az ultraibolya sugárzás vagy bizonyos vegyi anyagoknak való kitettség, amelyek a fág DNS kimetszéséhez és a lízis megindításához vezetnek.

A lizogén következményei

A lizogén fontos következményei vannak, nevezetesen: (i) a lizogén sejtek immunizálódnak az azonos bakteriofágból származó későbbi fertőzésekkel, de nem egy másik vírussal szemben; ii. a sejtek új tulajdonságokat szerezhetnek a fág genetikai anyagának integrálásával, például egyes toxinok előállítása révén; és iii) megengedett a speciális transzdukciós folyamat.

Állati vírusok szaporodása

Általánosságban véve az állati vírusok a szaporodási mintázatot meglehetősen hasonlítják a baktériumokat megfertőző vírusokban leírthoz. Ugyanakkor van néhány feltűnő különbség mindkét folyamatban.

A legnyilvánvalóbb a sejtek belépési mechanizmusa, az eukarióta és a prokarióta sejtek közötti szerkezeti különbségek miatt. Az állati sejtekben a receptorok fehérjékből és a plazmamembránba rögzített glikoproteinekből állnak.

Erre példa a HIV vírus. A sejtbe való belépés érdekében a vírus felismeri a CCR5 nevű receptort. Bizonyos egyéneknek 32 bázispárból deléciója van (azaz hiányzik a DNS egy része), amely a fehérjét elpusztító, és a rettegett vírussal szembeni rezisztenciát biztosító celluláris receptort kódolja.

Sok betolakodó ember kihasználja azokat a receptorokat, amelyek közvetítik az endocitózis folyamatát, hogy a vezikulák képződése révén bejuthassanak a sejtekbe. A membrán által lefedett vírusok a lipid membránok beolvadásával juthatnak a sejtekbe.

Miután a vírus behatolt, a vírusrészecskék szintézise kissé változó. Az állati sejtek eltérő enzimatikus mechanizmussal rendelkeznek, mint a baktériumokban.

Irodalom

1. Forbes, BA, Sahm, DF és Weissfeld, AS (2007). Diagnosztikai mikrobiológia. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Biológiai tudomány. Pearson oktatás.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS és Pfaller, MA (2015). Orvosi mikrobiológia. Elsevier Health Sciences.
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV és Jackson, RB (2014). Campbell biológia. Pearson oktatás.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Mikrobiológia. Bevezetés. Pearson.