Физиология вирусов

Вирус является облигатным внутриклеточным паразитом и для размножения ему требуется живая клетка. Различают три типа взаимодействия вируса с клеткой:

1. продуктивный, или цитоцидный тип, при котором в зараженных клетках образуется новое поколение вирионов;

2. абортивный тип, характеризующийся прерыванием инфекционного процесса в клетке, поэтому новые вирионы не образуются;

3. интегративный тип, или вирогения, заключающийся в интеграции, т.е. встраивании вирусной ДНК в виде провируса в хромосому клетки и их совместном сосуществовании.

Продуктивный тип взаимодействия вируса с клеткой осуществляется в результате размножения, т.е. репродукции вируса (от англ. reproduce – воспроизводить). Репродукция вируса происходит в несколько стадий, различающихся у разных вирусов:

1. адсорбция вирионов на клетке;

2. проникновение вирусов в клетку;

3. депротеинизация или «раздевание» вирусов и высвобождение вирусного генома;

4. биосинтез компонентов вируса;

5. формирование вирусной частицы;

6. выход вирионов из клетки.

Вирусное инфицирование клетки начинается с адсорбции вируса на ее поверхности (рис. 55). Адсорбция вируса обеспечивается взаимодействием его поверхностных белков со специфическими рецепторами чувствительных клеток. Соответствие клеточных рецепторов и поверхностных вирусных белков определяет тропизм вируса (греч. tropos – поворот, направление), то есть способность избирательно поражать определенные клетки. Вирусы, репродуцирующиеся в клетках печени, называются гепатотропными, в клетках нервной системы – нейротропными и т.д.

Проникновение вируса в клетку происходит либо путем виропексиса (рецепторного эндоцитоза), либо слияния оболочки вируса с клеточной мембраной (при наличии белка слияния), или в результате сочетания этих двух механизмов.

В процессе проникновения вириона в клетку при участии клеточных ферментов происходит его депротеинизация, в результате которой удаляются поверхностные структуры вируса, и высвобождается его внутренний компонент (сердцевина, нуклеокапсид, нуклеиновая кислота).

Биосинтез вирусных компонентов осуществляется в разных частях клетки, поэтому называется дизъюнктивным (от лат. disjunctus – разобщенный). Белки вируса синтезируются в результате транскрипции, т.е. «переписывания» информации с генома вируса на информационную РНК (иРНК) и последующей трансляции (считывание иРНК на рибосомах) с образованием белка вируса. Вирусная нуклеиновая кислота кодирует синтез структурных и неструктурных белков вируса. Структурные белки входят в состав вириона, а неструктурные – являются ферментами и обеспечивают репродукцию вируса. Одновременно с синтезом белка в клетке происходит и репликация (от лат. replicatio – повторение), т.е. синтез вирусных нуклеиновых кислот.

Формирование вирионов происходит путем самосборки: составные части вириона транспортируются в места сборки вируса в ядре или цитоплазме. Сборка компонентов вириона происходит за счет гидрофобных, ионных, водородных связей и стерического соответствия. В результате самосборки капсомеров, образовавшихся из вирусных полипептидов, и взаимодействия их с нуклеиновыми кислотами вируса образуются нуклеокапсиды. Суперкапсидная оболочка сложноорганизованных вирусов включает в себя кроме вирусспецифических белков еще компоненты мембраны клетки.

Рис. 55. Стадии репродукции вирусов.

1 – адсорбция вириона на клетке; 2 – проникновение вириона в клетку путем виропексиса;

3 – вирус внутри вакуоли клетки; 4 – «раздевание вириона вируса; 5 – репликация вирусной нуклеиновой кислоты; 6 – синтез вирусных белков на рибосомах клетки; 7 – формирование вириона; 8 – выход вириона из клетки путем почкования. (Микробиология и иммунология Под редакцией Воробьева А.А. – М. – 1999).

Выход вирионов из клетки реализуется двумя основными путями. Первый тип – взрывной: из погибающей клетки одновременно выходит большое количество вирионов. По взрывному типу выходят из клетки просто устроенные вирусы, не имеющие суперкапсида. Второй тип – почкование, присущ вирусам, имеющим суперкапсид. Сначала образовавшийся нуклеокапсид транспортируется к клеточным мембранам, в которые уже встроены вирусспецифические белки. Затем начинается выпячивание этих участков. Сформировавшаяся почка отделяется от клетки в виде сложно устроенного вируса. При этом клетка способна длительно сохранять жизнеспособность и продуцировать вирусное потомство.

Кроме продуктивного типа взаимодействия вируса и клетки возможно интегративное сосуществование или вирогения. Вирогения характеризуется интеграцией (встраиванием) нуклеиновой кислоты вируса в геном клетки, а также репликацией и функционированием вирусного генома как составной части генома клетки. Для интеграции с клеточным геномом необходимо возникновение кольцевой формы двунитевой ДНК вируса. Встроенная в состав хромосомы клетки вирусная ДНК называется провирусом. Провирус реплицируется в составе хромосомы и переходит в геном дочерних клеток, т.е. состояние вирогении наследуется. Под влиянием некоторых физических или химических факторов провирус может переходить в автономное состояние с развитием продуктивного типа взаимодействия с клеткой. Дополнительная генетическая информация провируса при вирогении сообщает клетке новые свойства, что может быть причиной развития опухолей, аутоиммунных и хронических заболеваний. На способности вирусов к интеграции с геномом клетки основаны персистенция (от лат. persisto – постоянно пребывать, оставаться) вирусов в организме и развитие персистентных вирусных инфекций. Например, вирус гепатита В способен вызывать персистирующие поражения с развитием хронического гепатита и часто опухолей печени.

Культивировать вирусы можно только на биологических моделях: в организме лабораторных животных, в развивающихся куриных эмбрионах и культурах клеток.