Взаимодействие вируса с клеткой

ВИРУСОЛОГИЯ

Лекция №2

Взаимодействие вируса с клеткой – это сложный процесс, протекающий в едином комплексе «вирус-клетка». Вирусный паразитизм осуществляется на генетическом уровне.

Возможность взаимодействия вируса и клетки обусловлены генетическими особенностями вируса и клетки. Условия среды определяют исход этого взаимодействия.

Типы взаимодействия:

1) Продуктивная вирусная инфекция

Клетка погибает, происходит репродукция вирусов;

2) Абортивная вирусная инфекция

Клетка не погибает, репродукции вирусов нет;

3) Латентная вирусная инфекция

репродукция вирусов и сохранение жизнеспособности клетки; органы и ткани, построенные из таких клеток, сохраняют свою функциональную активность;

4) Вирус-индуцированные трансформации

Клетки, инфицированные вирусом, приобретают новые, ранее не присущие им свойства; происходит репродукция вирусов.

Продуктивная вирусная инфекция

Лежит в основе развития острых вирусных инфекций. Сопровождается гибелью клетки и репродукцией вирусов. Условно делится на периоды→фазы→этапы.

I. Начальный период

1. Фаза адсорбции

а) неспецифическая адсорбция

действуют силы межмолекулярного взаимодействия (электростатические силы, ван-дер-ваальсовы силы); осуществляется за счет сродства химических группировок; она непрочная, непродолжительная; если смесь вируса и клетки встряхнуть, то эта связь может нарушиться;

б) специфическая адсорбция

в основе – химическое сродство рецепторных белков вириона и рецепторов соответствующей клетки;

за счет этих рецепторов вирусы поражают строго определенные клетки (например, вирус гриппа поражает эпителий верхних дыхательных путей).

Таким образом специфическая адсорбция лежит в основе тропизма вирусов.

Рецепторы вирусов настолько специфичны, что они различны даже для близкородственных вирусов.

Факторы, влияющие на адсорбцию:

– множественность инфекции

(количество вирионов на одну чувствительную клетку);

– наличие электролитов

(в среде, богатой электролитами, адсорбция идет эффективнее);

– суспензия или пласт клеток и т.п.

(в суспензии адсорбция идет лучше, так как больше площадь взаимодействия);

– температура

(при снижении температуры адсорбция снижается, при повышении температуры адсорбция повышается);

– наличие ПАВ

(антитела, лекарственные вещества и т.п. угнетают развитие адсорбции);

– гормональный фон

(в условиях макроорганизма;

например: гормон паращитовидной железы снижает эффективность адсорбции, гормон щитовидной железы – повышает).

Процесс адсорбции протекает за короткий промежуток времени. Через 15-20 минут она становится специфичной.

2. Фаза проникновения вирионов в клетку

Первый способ проникновения самый простой и наиболее частый – виропексис (фагоцитоз) – в клетках, обладающих фагоцитарной активностью: макрофаги, нейтрофильные лейкоциты.

На месте адсорбции вириона образуется инвагинация→края мембраны слипаются → вирион оказывается в клетке, окруженный частью клеточной мембраны. Формируется фагосома, которая сливается с клеточными лизосомами и формируется фаголизосома, внутри которой находится вирион. Лизосомальные ферменты начинают разрушать белковую оболочку вириона (депротеинизация), что приводит к освобождению нуклеиновой кислоты.

Второй способ проникновения в клетку:

Фаги впрыскивают свою нуклеиновую кислоту в клетку;

Третий способ проникновения:

Некоторые вирусы на своей поверхности имеют ферменты, расщепляющие компоненты клеточной стенки (нейраминидаза вируса) → образуется отверстие, через которое нуклеиновая кислота попадает в клетку.

3. Фаза депротеинизации

- процесс разрушения белковых оболочек, «раздевание» вируса и освобождение нуклеиновой кислоты.

Не всегда эти процессы идут в такой последовательности. Например, у сложных вирусов депротеинизация начинается с момента адсорбции.

В конце начального периода образуется уникальная биологическая система: клетка, в которой есть собственный геном + нуклеиновая кислота (геном) вируса и один синтетический аппарат → «двоевластие». Это крайне неустойчивая структура.

Если клетка разрушает вирусную нуклеиновую кислоту → сохранение клетки – абортивная вирусная инфекция.

II. Средний период

1. Фаза синтеза ранних «вирусных» белков-ферментов

наступает после высвобождения вирусного генома. Клеточнообусловленные синтезы снижаются на 60% Происходит репрессия клеточного генома и активация вирусного. Начинается с синтеза ранних «вирусных» белков (РВБ).

РВБ – белки, которые обеспечивают подавление клеточного генома.

В норме часть клеточных генов не функционирует, т.к. в клетке есть группа генов, ответственных за синтез регуляторного белка гистона. В ходе взаимодействия вируса и клетки вирусная нуклеиновая кислота активирует гены, ответственные за синтез гистонов, что ведет к подавлению функций клеточного генома. Если клеточный геном подавляется → «двоевластие» заканчивается → формируется биологическая структура, представленная клеточным синтетическим аппаратом и геномом вируса. Теперь клетка не способна на синтез собственных макромолекул. Произошла смена генетической информации – СИ-фаза.

2. Фаза репликации вирусной нуклеиновой кислоты

- двунитевые ДНК

нити расплетаются → на матрице каждой нити формируются дочерние молекулы двуцепочечной вирусной ДНК с участием клеточной ДНК-зависимой ДНК-полимеразы.

- однонитевые ДНК

синтез дочерних молекул на материнской ДНК происходить не может (т.к. способна синтезироваться только комплементарная ДНК). Поэтому на матрице материнской ДНК сначала синтезируется комплементарная нить (репликативная форма), которая служит основой для синтеза дочерних ДНК.

Вирусная РНК может быть в двух формах:

- I функционально тождественна иРНК клеток, т.е. идет на рибосомы и обеспечивает синтез белка. Это «+» нить. У «+» РНК в процессе репликации синтезируется «-» нить (репликативная форма), которая служит матрицей для синтеза дочерних молекул «+» нити. Синтез РНК на матрице РНК осуществляет уникальный фермент РНК-зависимая РНК-полимераза – геномный фермент.

- II форма - «-» нить - не может служить матрицей для синтеза белка (не выполняет функции иРНК). На матрице этих «-» нитей синтезируется «+» нить (промежуточная), которая идет на рибосомы, где участвует в синтезе белка. Она же является матрицей для синтеза «-» нитей РНК, которые войдут в состав новых вирионов.

Ретровирусы – РНК-вирусы. У них реализация генетической информации идет по схеме РНК → ДНК → РНК → белок и осуществляется при участии уникального фермента обратной транскриптазы (ревертаза, РНК-зависимая ДНК-полимераза).

3. Фаза синтеза вирусных белков

т.к. клеточный геном подавлен, клетка начинает воспроизводить вирусные белки. Репликация нуклеиновой кислоты происходит в ядре клетки, а синтез белка на рибосомах. Первый процесс предшествует второму, т.е. они разобщены во времени и пространстве – дисъюнктивный способ репродукции вирусов.

III. Заключительный период

Фаза 1. Сборка новых вирионов

При этом формируются как полноценные, так и дефектные вирионы-«пустышки»)– не содержат нуклеиновой кислоты.

Фаза 2. Выход из клетки

Вновь собранные вирионы покидают инфицированную клетку.

Механизмы:

1. Клеточный геном погиб → гибель и разрушение клетки → вирионы выходят в межклеточное пространство;

2. Механизм обратного виропексиса (≈экзоцитоз)

Новые вирионы подходят к клеточной мембране → вытягивание → разрыв мебраны. В ходе этого процесса новые вирионы могут включить в состав своих суперкапсидных структур элементы клетки-хозяина.

Время репликации у разных вирусов различно. У фагов 30-40 минут, у некоторых вирусов человека – десятки часов. В результате одного цикла может образовываться от нескольких десятков до нескольких тысяч новых вирионов - «урожайность» вирусов.

Латентные вирусные инфекции - лежат в основе медленных вирусных инфекций. Это большая группа заболеваний человека и животных. Они протекают длительно, десятилетиями, без клинических проявлений, но неизбежно прогрессируют и заканчиваются летально. К ним относятся рассеянный склероз, амиотрофический склероз, прогрессирующий склерозирующий панэнцефалит. И другие.

Два типа латентных вирусных инфекций:

- безусловная (абсолютная) – все клетки органа или ткани поражены вирусом. Выделить клон свободных от вирусов клеток не удается. Но в пораженных клетках клеточный и вирусный геномы сосуществуют: 95-98% синтеза в такой клетке детерминированы клеточным геномом, а 2-5% - вирусным. Однако это соотношение непостоянно и может сдвигаться в пользу вирусных и тогда – клиническое проявление. А т.к. поражены все клетки органа и ткани, то они все перестают функционировать. Как они сосуществуют? Если не вся, то часть ДНК вируса встраивается в геном клетки. Если РНК, то она существует наряду с другими РНК этой клетки.

- условная или относительная – вирусом поражены единичные клетки ткани или органа, в них инфекция протекает по продуктиному типу, но т.к. поражены единичные клетки, то ткань или орган в целом сохраняют свою функцию. Почему поражаются отдельные клетки? Различная клональная структурная организация. Невысокая урожайность. Существует целый ряд ингибиторов, которые препятствуют распространению вирусной инфекции на все клетки.

Такой тип взаимодействия может быть нарушен на любом этапе до фазы смены информации → формируется абортивная вирусная инфекция.