Основы молекулярной биологии. Часть 2: Молекулярные генетические механизмы - А.Н. Огурцов 2011

Вирусы
Нелитический жизненный цикл вирусов

7.4.1. Лизогения. Некоторые бактериальные вирусы, называемые нелитическими (умеренными) фагами (temperate phages), ассоциируются с инфицируемой клеткой нелитическим образом и поэтому это не приводит к смерти клетки. Например, при инфицировании Е. coli бактериофагом А. виральная ДНК может интегрироваться в хромосому инфицируемой клетки, вместо того, чтобы реплицироваться.

Такая интегрированная в хромосому вирусная ДНК называется профагом (или провирусом), а само явление включения ДНК вируса в хромосому инфицированной клетки называется лизогения.

Бактериофаги, способные включаться в бактериальные хромосомы, называются лизогенизирующими бактериофагами.

При определённых условиях (например, иногда, при ультрафиолетовом облучении) ДНК профага лизогенной бактерии активируется, вырезается из хромосомы, запускает литический цикл с соответствующим синтезом и высвобождением дочерних вирионов.

7.4.2. Ретровирусы. Геномы многих вирусов животных также могут интегрироваться в хромосомы инфицируемых клеток. Наиболее интересными являются ретровирусы - оболочечные вирусы с геномом, содержащим две идентичные нити РНК.

Само название ретровирусы отражает тот факт, что часть их жизненного цикла составляет процесс, обратный нормальной транскрипции, т.е. транскрипции ДНК в РНК. Их РНК геном служит матрицей, по которой синтезируется молекула ДНК с помощью специального фермента - обратная транскриптаза (reverse trascriptase).

Обратная транскриптаза в жизненном цикле ретровируса (рисунок 72) сначала копирует вирусную РНК в комплементарную однонитевую ДНК, а затем, по этой первой нити, синтезирует вторую, комплементарную нить ДНК.

На первом этапе жизненного цикла ретровируса после того, как гликопротеины оболочки присоединятся к мембране клетки, оболочка ретровируса сливается с плазматической мембраной клетки, и нуклеокапсид попадает в цитоплазму (рисунок 72, этап 1).

Затем обратная транскриптаза ретровируса вместе с другими белками копирует вирусную однонитевую РНК (single-stranded RNA, ssRNA) в двойную цепь ДНК (double-stranded DNA, dsDNA) (рисунок 72, этап 2).

Вирусная dsDNA транспортируется в ядро клетки и интегрируется в одно из многих возможных мест в хромосомной ДНК инфицированной клетки - формируется так называемый провирус (рисунок 72, этап 3). Для простоты на рисунке 72 показана только одна хромосома клетки.

Рисунок 72 - Жизненный цикл ретровируса

Таким образом, вирусное заражение приводит к стойкому генетическому изменению в инфицированной клетке.

Далее, интегрированная вирусная ДНК (провирус) транскрибируется РНК-полимеразой клетки, образуя геномные РНК и матричную мРНК, с которой трансляционный аппарат клетки синтезирует вирусные гликопротеины и белки нуклеокапсида вируса (рисунок 72, этап 4). Затем происходит ассемблирование дочерних вирионов и их отпочкование от инфицированной клетки (рисунок 72, этап 5).

Поскольку большинство ретровирусов не убивают пораженные клетки, эти клетки могут далее реплицироваться, порождая дочерние клетки с изначально интегрированной ДНК провируса. Эти дочерние клетки продолжают транскрибировать ДНК провируса и отпочковывать следующие поколения вирионов.

Некоторые ретровирусы содержат гены, которые вызывают рак, онкогены, и заражение клеток такими вирусами приводит к трансформации (перерождению) инфицированных клеток в опухолевые клетки. Исследования онкогенных вирусов (преимущественно вирусов птиц и мышей) позволили значительно продвинуться в понимании процессов, которые ведут к перерождению нормальной клетки в опухолевую.

Среди известных ретровирусов человека отметим лимфотрофный вирус Т-клеток человека (human limphotrophic T-cell virus, HTLV), который вызывает некоторые формы лейкемии, и вирус иммунодефицита человека, ВИЧ (human immunodeficiency virus, HIV), который вызывает синдром приобретенного иммунодефицита, СПИД (acquared immuno deficiency syndrome, AIDS).

Оба эти вируса могут инфицировать только специфические клетки, прежде всего некоторые клетки иммунной системы и, в случае ВИЧ, некоторые нейроны центральной нервной системы и глиальные клетки. Только эти клетки имеют поверхностные рецепторы, с которыми взаимодействуют белки вирусной оболочки, что объясняет клеточную специфичность этих вирусов.

В отличие от большинства остальных ретровирусов, ВИЧ, в конце концов, убивает инфицированные клетки. Такая смерть большого числа клеток иммунной системы приводит к искажению иммунной реакции организма, т. е. к СПИДу.

Некоторые ДНК-вирусы также могут интегрироваться в хромосомы инфицированных клеток. Например, вирус папилломы человека (human papillomavirus, HPV), который обычно вызывает бородавки и другие кожные новообразования. Геном некоторых серотипов HPV, однако, случайно интегрируется в хромосомные ДНК инфицированных эпителиальных клеток шеи, инициируя развитие рака шеи.

Серотипом называется антигенная характеристика клеток и вирусов, установленная с помощью методов серологии - раздела иммунологии, изучающего взаимодействие между антигенами и антителами сыворотки крови (blood serum)).

ВЫВОДЫ

Вирусы являются паразитами, которые могут размножаться только в инфицированных клетках. Вирусные геномы могут быть либо ДНК (ДНК-вирусы), либо РНК (РНК-вирусы), и либо одно-, либо двухцепочечные.

Капсид, окружающий вирусный геном, состоит из множества копий одного или небольшого числа разных белков, кодируемых геномом вируса. Некоторые вирусы окружены липопротеидной оболочкой, которая подобна плазматической мембране, но содержит вирусные трансмембранные белки.

Большинство ДНК-вирусов растений и животных используют ферментативный аппарат инфицированных клеток для транскрипции вирусных геномов в мРНК и синтеза дочерних геномов. Напротив, большинство РНК-вирусов сами кодируют ферменты, которые транскрибируют РНК-геномы в вирусные мРНК, с которых затем синтезируются новые копии РНК-геномов.

Трансляционный аппарат инфицированных клеток - рибосомы, тРНК, факторы трансляции - используются для синтеза всех вирусных белков.

Литическая вирусная инфекция, состоящая из адсорбции, внедрения, синтеза вирусных белков и дочерних геномов (репликация), ассемблирования дочерних вирионов и высвобождения сотен и тысяч вирионов, ведет к смерти инфицированной клетки. Высвобождение оболочечных вирусов происходит путем отпочковывания от плазматической мембраны клетки.

Нелитическая инфекция происходит, когда вирусный геном интегрируется в ДНК инфицированной клетки, и, как правило, не ведет к смерти клетки.

Ретровирусы, это оболочечные вирусы животных, имеющие одноцепочечный РНК-геном. После проникновения в клетку, вирусный фермент обратная транскриптаза синтезирует по матрице вирусной РНК двухцепочечную ДНК, которая интегрируется в хромосому клетки.

В отличие от других ретровирусов, ВИЧ-инфекция, в конце концов, убивает инфицированные клетки, вызывая искажения в иммунной реакции организма (СПИД).

Опухолевые вирусы, содержащие онкогены, могут иметь РНК-геном (например, лимфотрофный вирус Т-клеток человека) или ДНК-геном (например, вирус папилломы человека). В случае таких вирусов интегрирование вирусного генома в хромосому клетки вызывает трансформацию (перерождение) клетки в опухолевую клетку.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем отличие РНК-вирусов от ДНК-вирусов?

2. Что такое вирион?

3. Что такое диапазон инфицирования вируса?

4. Какие вирусы называются бактериофагами?

5. Что такое вирусный капсид?

6. Что такое нуклеокапсид вируса?

7. Какие Вы знаете способы организации вирусного капсида?

8. Из каких компонентов состоит липопротеидная оболочка вирусов?

9. Чем отличается механизм взаимодействия с рецепторами клетки малых и больших икосаэдрических вирусов?

10. В чем заключается метод бляшек исследования вирусов?

11. Перечислите и охарактеризуйте основные этапы литического пути развития вируса.

12. В чем отличие процесса ассемблирования ДНК-вирусов прокариот и эукариот?

13. В чем отличие процесса адсорбции оболочечных и безоболочечных вирусов?

14. В чем отличие процессов высвобождения из клетки оболочечных и безоболочечных вирусов?

15. Что такое лизогения?

16. Какие бактериофаги называются лизогенизирующими бактериофагами.

17. Какие вирусы называются ретровирусами?

18. Какова функция фермента обратная транскриптаза?