Общие принципы выражения вирусного генома при репродукции вирусов

В репродукционном цикле вирусов собственно репродук­тивная стадия, включающая фазы транскрипции, трансляции и репликации, у разных групп вирусов и семейств неодинакова.

Транскрипция – первый этап реализации генетической информации вирусов.

У ДНК-содержащих се­мейств папова-, адено- и герпесвирусов, репродукция которых происходит в ядре, осуществляется клеточной РНК-полимеразой, а у репродуцирующихся в цитоплазме иридо- и поксвирусов – вирусоспецифической, попадающей в клетку вместе с их геномом.

Таким же вирусоспецифическим фермен­том осуществляется акт транскрипции у РНК-содержащих виру­сов с негативным геномом. В акте транскрипции для синтеза белка РНК-вирусы с позитивным геномом не нуждаются. Ис­ключение составляют ретровирусы, у которых транскрипция происходит на интегрированных с клеточным геномом вирионных ДНК-транскриптах с помощью клеточных РНК−полимераз.

Характерной особенностью транскрипции уплюс-нитевых РНК-вирусов является кодирование синтеза одной длинной иРНК, а у ДНК-вирусов – многих, но более коротких.

Трансляция. На этом этапе происходит синтез вирусного белка. Трансляция начи­нается с узнавания клеточными рибосомами вирусных иРНК. Переключение на избирательную трансляцию вирус­ных иРНК часто связано с вирусным механизмом подавления трансляции иРНК клеток-хозяев.

В процессе трансляции у вирусов, кодирующих синтез одной длинной иРНК, синтезируется гигантский полипептид-предшественник, впоследствии нарезающийся на несколько раз­личных белков, а у вирусов, кодирующих короткие иРНК, – со­ответствующее им число полностью созревших белков. Об­разующиеся вирусные белки часто подвергаются посттрансля­ционным модификациям, например гликолизированию, ацилированию, метилированию, фосфорилированию.

Репликация ДНК-содержащих вирусов, или копирование их генома, представленного линейной двухцепочечной структурой, сходна с репликацией ДНК клеток и осуществляется их ДНК-полимеразами. Другими словами, синтез гомологичных нуклеи­новых кислот происходит на обеих расплетенных цепях, в ре­зультате чего каждый вновь образующийся вирион получает ДНК, состоящую из старой цепи и ее новой копии. Следует, правда, подчеркнуть, что раскручиванию кольцевых двухцепочечных ДНК предшествует разрезание одной из ее нитей, а реп­ликация однонитчатых ДНК-содержащих парвовирусов проис­ходит после синтеза второй цепи ДНК и образования промежу­точных двухцепочечных его форм.

Репликация вирусных РНК тоже происходит не на родитель­ских, а на промежуточных комплементарных нитях, т. е. образо­ванию новых геномных нитей предшествует синтез их двойников. При этом синтез тех и других нитей РНК, так же как иРНК, осущест­вляют вирусоспецифические РНК-полимеразы.

У вирусов, геном которых представлен двухцепочечной ДНК, механизм ее репликации обеспечивается ДНК-зависимой ДНК-полимеразой.

Особым свойством обладает геномная РНК ретровирусов, имеющих в своем составе обрат­ную (реверсальную) транскриптазу, или РНК-зависимую ДНК-полимеразу. С помощью этого уникального вирусоспецифического фермента на ее матричной основе последовательно синтезируются вначале одна нить ДНК, затем и другая, которые, замкнувшись в кольцо, интегрируют с клеточным геномом, после чего с участием РНК−полимеразы клеток происходит переписывание информации на РНК. Поскольку синтезированная таким окольным путем иРНК не просто комплементарна геномной, как у минус-нитевых ви­русов, а полностью гомологична ей, то ретровирусы с полным правом относят к «плюс-нитевым».

Синтезированный белок, который используется для строительства капсида, и размноженная во многих копиях вирусная ДНК объединяются и формируют новые, «дочерние» вирионы. Сформированное вирусное потомство покидает использованную клетку и заражает новые: цикл репродукции вируса повторяется.

У некоторых ДНК-содержащих вирусов сам цикл репродукции в клетке не связан с немедленной репликацией вирусной ДНК; вместо этого вирусная ДНК встраивается (интегрируется) в ДНК клетки-хозяина. На этой стадии вирус как единое структурное образование исчезает: его геном становится частью генетического аппарата клетки и даже реплицируется в составе клеточной ДНК во время деления клетки. Однако впоследствии, иногда через много лет, вирус может появиться вновь – запускается механизм синтеза вирусных белков, которые, объединяясь с вирусной ДНК, формируют новые вирионы.

Вопросы для самоконтроля

1 Какие типы вирусных геномов существуют?

2 Какие структурные особенности имеют РНК и ДНК вирусного происхождения?

3 Какова структурно-функциональная организация вирусного генома?

4 Что определяет кодирующую способность вирусного генома?

5 Какие типы вирусных мутантов различают?

6 Что собой представляют ДИ-частицы?

7 Какие генетические взаимодействия существуют между вирусами?

8 Какие негенетические взаимодействия существуют между вирусами?

9 Назовите этапы репликации ДНК и РНК вирусов.