REPRODUKTION AV VIRUS: FASER OCH EGENSKAPER - BIOLOGI - 2025

Den reproduktion av virus eller viral replikation är den händelse, genom vilken en viruspartikel multiplicerar med flera storleksordningar, genom att kapa den enzymatiska maskineriet i värdcellen. Eftersom virus inte består av celler, kan de inte reproducera sig oberoende, vilket strikt kräver att en cellvärd gör det.

Det finns två allmänna alternativ genom vilka ett virus kan reproducera: den lytiska cykeln eller den lysogena cykeln. Båda processerna har studerats i stor utsträckning i virus som infekterar bakterier eller bakteriofager.

Reproduktionscykel av virus.
1-fixering
2-penetration
3-fällbar
4-syntes (4a-transkription, 4b-översättning, 4c-genomreplikation)
5-montering
6-frisläppskälla
: Franciscosp2

Den lytiska cykeln kulminerar i brottet i värdcellen, medan cellen i den lysogena cykeln fortsätter att leva med det genetiska materialet från viruset inuti.

När det gäller den lytiska vägen, hittar viruset den potentiella cellen som det kommer att infektera och fäster sig vid den genom receptorer som det känner igen på cellytan. Den injicerar sedan sitt DNA i cytoplasma, där produktionen av strukturella komponenter kommer att börja. Dessa bitar av nukleinsyror och proteiner samlas och släpps, varefter de kan infektera nya värdar.

Den lysogena cykeln börjar på liknande sätt, med undantag av att virus-DNA: t kommer att genomgå en rekombinationsprocess och kommer att integreras i kromosomen i dess värd. Viruset förblir latent inuti cellen tills verkan av något kemiskt eller UV-ljus utlöser den lytiska cykeln.

Vad är ett virus?

Innan vi förklarar vad reproduktionen av virus består av, måste vi vara tydliga på flera aspekter relaterade till dessa enheters biologi. Virus är inte celler utan snarare enkla strukturer som består av nukleinsyror och vissa proteiner.

Den kompletta och utvecklade uppsättningen av den infektiösa viruspartikeln är känd som en virion.

Till skillnad från organiska varelser som består av celler, har virus inte metabolism eller byter substanser på ett kontrollerat sätt med den yttre miljön. Men vad de kan göra är att reproducera inuti biologiska system som presenterar dessa funktioner: det vill säga i levande celler.

Av detta skäl anses virus vara obligatoriska cellparasiter, eftersom de inte kan fullborda sin reproduktion utan den levande cellen. Dess värdar kan vara ryggradsdjur, ryggradslösa djur, växter, protister, bakterier etc. beroende på det studerade viruset.

För reproduktion måste virus kapa värdens enzymatiska maskiner. Denna aspekt har konsekvenser när man utvecklar läkemedel för att stoppa virusinfektionen, eftersom det kan påverka reproduktionen av viruset kan störa reproduktionen av värdens celler. Vi kommer att undersöka hur denna process sker nedan.

Hur multipliceras virus?

Som vi nämnde är virus biologiska partiklar av mycket enkel natur. Därför innehåller nukleinsyran (antingen DNA eller RNA) som de besitter information för produktion av några proteiner och enzymer för att bygga virionen.

I en enda värdcell kan en virion producera tusentals virala partiklar som liknar den ursprungliga med användning av dess värds metaboliska maskiner.

Trots att virus och deras värdar är mycket varierande, är reproduktionscykeln likadant i alla. Nedan kommer vi att generalisera processen och beskriva steg för steg reproduktion av bakteriofager, virus som infekterar bakterier. Sedan kommer vi att nämna några av de särdragen hos virus som infekterar djur.

Multiplikation av bakterievirus (bakteriofager)

Bakteriofager kan reproducera på två alternativa sätt: den lytiska cykeln eller den lysogena cykeln. Som namnet antyder involverar det sista steget i lytiken lysen (och därmed döden) av värdcellen. Däremot involverar den lysogena cykeln viral reproduktion med den levande cellen.

-Lithic cykel

Den lytiska processen i bakteriofager T (T2, T4 och T6) i de berömda E. coli-bakterierna är känd i stor detalj. De processer som vi kommer att beskriva nedan är baserade på dessa studiemodeller.

Det förekommer i fem olika stadier: fixering, penetration, biosyntes, mognad och frisättning.

Fixering

Detta steg kallas också virusadsorption. Det första som måste hända för att ett virus ska föröka sig är mötet mellan viruspartikeln och värdcellen. Denna kollision sker på ett slumpmässigt sätt.

Viruset binder till någon kompletterande receptor som det känner igen på cellytan; i detta fall i bakteriecellväggen. Denna bindning är en kemisk interaktion där svaga bindningar uppstår mellan viruset och receptorn.

Genomslag

När viruset igen känner igen mottagaren fortsätter det att injicera sitt genetiska material. Bakteriofagen släpper ett enzym som skadar en del av cellväggen. I detta sammanhang fungerar den virala partikeln som en hypodermisk spruta med ansvar för injicering av DNA.

Biosyntes

När DNA har nått värdens cellcytoplasma börjar biosyntesen av det genetiska materialet och proteinerna i organismen i fråga. Värdproteinsyntes stoppas av en serie steg som orkestreras av viruset.

Invaderaren lyckas sekvestera både de fria nukleotiderna i värden, ribosomer och aminosyror, såväl som de enzymer som är nödvändiga för att kopiera virusets DNA.

Mognande

När alla byggstenar av virus syntetiseras börjar monterings- eller mognadsprocessen. Montering av komponenterna i de virala partiklarna sker spontant, vilket eliminerar behovet av andra gener för att stödja processen.

Släpp

I slutet av monteringsprocessen måste virusen släppas in i den extracellulära miljön. När vi förklarar den lytiska cykeln involverar detta sista steg lysningen av cellen som hjälpte till hela processen.

Lysis involverar brott i plasmamembranet och cellväggen. Nedbrytningen av denna sista komponent sker genom verkan av enzymet lysozym, som syntetiseras i cellen under den beskrivna processen.

På detta sätt frigörs de nyligen syntetiserade viruspartiklarna. Dessa kan infektera angränsande celler och upprepa cykeln igen.

-Lysogen cykel

Inte alla virus penetrerar värdcellerna och förstör dem till bekostnad av deras egen reproduktion. Ett alternativt multiplikationssätt kallas den lysogena cykeln. Virus som kan reproducera sig på detta sätt kallas temperater.

Även om vissa virus kan reproducera sig genom den lytiska vägen som beskrivs i föregående avsnitt, kan de också reproducera sig utan att förstöra cellen och förbli latenta eller inaktiva i den.

För att beskriva det för dig kommer vi att använda som modellorganism bakteriofagen lambda (λ), en lysogen bakteriofag som har studerats noggrant.

Stegen genom vilka den lysogena cykeln inträffar är: penetration i värden, bildning av ett cirkulärt DNA från den linjära DNA-molekylen och rekombination med värd-DNA.

Integrering av viralt DNA i värd-DNA

De inledande stadierna inträffar på ett mycket lika sätt som den föregående cykeln, med undantag av att virusets DNA är integrerat i värdcellens DNA genom en process med rekombination.

I detta tillstånd är viruset latent i cellen och viralt DNA replikeras tillsammans med värdens DNA.

Växling mellan lytisk och lysogen cykel

Å andra sidan kan en mängd stokastiska händelser leda till övergången från lysogen till lytisk cykel. Bland dessa händelser är exponering för UV-strålning eller vissa kemikalier som leder till skärning av fag-DNA och initiering av lys.

Konsekvenser av lysogeni

Det finns viktiga konsekvenser av lysogeni, nämligen: (i) lysogena celler är immuna mot efterföljande infektioner från samma bakteriofag, men inte mot ett annat virus; (ii) cellerna kan få nya egenskaper genom att integrera fagens genetiska material, såsom produktion av vissa toxiner och (iii) den specialiserade transduktionsprocessen är tillåten.

Multiplikation av djurvirus

I stort sett följer djurvirus ett multiplikationsmönster som är ganska lika det som beskrivs i virus som infekterar bakterier. Det finns dock några slående skillnader i båda processerna.

Det mest uppenbara är cellinföringsmekanismen på grund av skillnaderna som finns på strukturell nivå mellan eukaryota och prokaryota celler. I djurceller består receptorerna av proteiner och glykoproteiner förankrade i plasmamembranet.

Ett exempel på detta är HIV-viruset. För att komma in i cellen känner igen viruset en receptor som heter CCR5. Vissa individer har en radering (det vill säga delar av DNA saknas) på 32 baspar i genen som kodar för den cellulära receptorn som förstör proteinet och ger resistens mot det fruktade viruset hos dess ägare.

Många inkräktare utnyttjar receptorerna som medierar endocytosprocessen för att få inträde i cellen genom bildning av vesiklar. Virus som täcks av ett membran kan komma in i cellen genom att smälta lipidmembranen.

När viruset har trängt igen är syntesen av viruspartiklarna något varierande. Djurceller har olika enzymatiska maskiner än vi finner i bakterier.

referenser

1. Forbes, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). Diagnostisk mikrobiologi. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Biologisk vetenskap. Pearson Education.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS, & Pfaller, MA (2015). Medicinsk mikrobiologi. Elsevier Health Sciences.
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Campbell biologi. Pearson utbildning.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Mikrobiologi. En introduktion. Pearson.