Cykl zakażenia
Encyclopædia Britannica, Inc.See all videos for this article
Wirusy mogą się rozmnażać tylko w komórce gospodarza. Wirus macierzysty (wirion) daje początek licznemu potomstwu, zwykle genetycznie i strukturalnie identycznemu z wirusem macierzystym. Działanie wirusa zależy zarówno od jego tendencji destrukcyjnych w stosunku do konkretnej komórki gospodarza, jak i od warunków ¶rodowiskowych. W cyklu wegetatywnym infekcji wirusowej namnażanie się wirusów potomnych może być szybkie. Ten cykl infekcji często kończy się śmiercią komórki i uwolnieniem wielu potomnych wirusów. Niektóre wirusy, szczególnie bakteriofagi, nazywane są umiarkowanymi (lub utajonymi), ponieważ infekcja nie prowadzi natychmiast do śmierci komórki. Wirusowy materiał genetyczny pozostaje w stanie uśpienia lub jest wręcz zintegrowany z genomem komórki gospodarza. Komórki zainfekowane wirusami umiarkowanymi nazywane są lizogenicznymi, ponieważ komórki te mają tendencję do rozpadu po zetknięciu się z jakimś czynnikiem chemicznym lub fizycznym, np. światłem ultrafioletowym. Ponadto, wiele wirusów zwierzęcych i roślinnych, których informacja genetyczna nie jest zintegrowana z DNA gospodarza, może pozostawać w stanie uśpienia w tkankach przez długi okres czasu, nie powodując dużych, jeśli w ogóle, uszkodzeń tkanek. Infekcja wirusowa nie zawsze prowadzi do śmierci komórek lub uszkodzenia tkanek; w rzeczywistości większość wirusów pozostaje w stanie uśpienia w tkankach, nigdy nie powodując efektów patologicznych, lub robi to tylko pod wpływem innych, często środowiskowych, prowokacji.
Pomimo, że drogi reprodukcji różnych wirusów różnią się znacznie, istnieją pewne podstawowe zasady i szczególna seria zdarzeń w cyklu infekcji dla większości, jeśli nie wszystkich, wirusów. Pierwszym krokiem w cyklu zakażenia jest to, że inwazyjny wirus macierzysty (wirion) musi przyłączyć się do powierzchni komórki gospodarza (adsorpcja). W drugim etapie nieuszkodzony wirion albo przenika przez błonę zewnętrzną i wnika do wnętrza komórki (cytoplazmy), albo wprowadza materiał genetyczny wirusa do wnętrza komórki, podczas gdy białkowy kapsyd (i otoczka, jeśli jest obecna) pozostaje na powierzchni komórki. W przypadku wniknięcia całego wirionu, kolejny proces (uncoating) uwalnia materiał genetyczny z kapsydu i otoczki, jeśli są obecne. W obu przypadkach wirusowy materiał genetyczny nie może rozpocząć syntezy białka, dopóki nie wydostanie się z kapsydu lub otoczki.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Niektóre wirusy bakteryjne, takie jak bakteriofag T4, rozwinęły skomplikowany proces infekcji: po zaadsorbowaniu i mocnym przytwierdzeniu ogona wirusa do powierzchni bakterii za pomocą białkowych „szpilek”, mięśniopodobny ogon kurczy się, a wtyczka ogonowa przenika przez ścianę komórkową i błonę podstawową oraz wstrzykuje DNA wirusa (faga) do komórki. Inne bakteriofagi penetrują błonę komórkową w inny sposób, np. wstrzykując kwas nukleinowy przez męskie (płciowe) pili bakterii. U wszystkich wirusów bakteryjnych penetracja przenosi wirusowy kwas nukleinowy przez sztywną ścianę komórki bakteryjnej.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Komórki roślinne mają również sztywne ściany komórkowe, przez które wirusy roślinne zwykle nie mogą przenikać. Wirusy roślinne nie wykształciły jednak własnych systemów wstrzykiwania kwasów nukleinowych do komórek gospodarza, dlatego są przenoszone przez czułki owadów żerujących na roślinach. W laboratorium wirusy roślinne wnikają do komórek roślinnych, jeśli ściany komórkowe zostały starte papierem ściernym lub jeśli protoplasty komórkowe (błona plazmatyczna, cytoplazma i jądro) są pozbawione ścian.
Penetracja komórek zwierzęcych przez wirusy wiąże się z innymi procesami, ponieważ komórki zwierzęce nie są otoczone ścianami, lecz elastyczną błoną z dwuwarstw lipoprotein. Większość wirusów zwierzęcych, niezależnie od tego, czy są one zamknięte w otoczkach lipidowych, czy nie, wnika do komórek w nienaruszonej postaci w procesie zwanym endocytozą. Błona inaginuje i wchłania cząstkę wirusa zaadsorbowaną na komórce, zwykle w obszarze błony zwanym jamą powlekaną, która jest wyścielona specjalnym białkiem znanym jako klatyna. W miarę jak wgłębienie powlekane ulega inaginacji, jest ono odcinane w cytoplazmie, tworząc pęcherzyk powlekany. Pęcherzyk opłaszczony łączy się z cytoplazmatycznymi endosomami (pęcherzykami zamkniętymi w błonie), a następnie z organellami komórkowymi zwanymi lizosomami, które są zamkniętymi w błonie pęcherzykami zawierającymi enzymy. W kwaśnym środowisku błona wirusa otoczkowego łączy się z błoną endosomów, a nukleokapsyd wirusa jest uwalniany do cytoplazmy. Wirusy nieopakowane prawdopodobnie przechodzą podobny proces, w którym białkowy kapsyd jest degradowany, uwalniając nagi wirusowy kwas nukleinowy do cytoplazmy.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Porządek etapów replikacji wirusowej, które następują po rozpakowaniu genomu jest różny dla różnych klas wirusów. Dla wielu rodzin wirusów trzecim etapem cyklu zakażenia jest transkrypcja genomu wirusa w celu wytworzenia wirusowego mRNA, a następnie czwarty etap, translacja wirusowego mRNA na białka. Dla tych wirusów, w których genomowy kwas nukleinowy jest RNA, który może służyć jako komunikator (tj. wirusy RNA o dodatniej nici), trzecim etapem jest translacja RNA w celu utworzenia białek wirusowych; niektóre z tych nowo syntetyzowanych białek wirusowych są enzymami syntetyzującymi kwasy nukleinowe (polimerazy), które przeprowadzają czwarty etap, transkrypcję większej ilości mRNA z genomu wirusowego. Dla bardziej skomplikowanych wirusów DNA, takich jak adenowirusy i herpeswirusy, niektóre regiony genomu syntetyzują „wczesne” mRNA, które są tłumaczone na polimerazy, które inicjują transkrypcję „późnych” regionów DNA na mRNA, które są następnie tłumaczone na białka strukturalne.
Niezależnie od tego, jak przebiegają trzeci i czwarty krok, piątym krokiem w cyklu infekcji jest replikacja (powielanie genomu rodzicielskiego w celu utworzenia genomów potomnych). Szóstym krokiem jest łączenie nowo zreplikowanych genomów potomnych z białkami strukturalnymi w celu utworzenia w pełni uformowanych wirionów potomnych. Siódmym i ostatnim etapem jest uwolnienie wirusów potomnych poprzez lizę komórki gospodarza w procesie ekstruzji lub pączkowania, w zależności od rodzaju wirusa. W zwierzęciu-gospodarzu lub w hodowli komórkowej ten siedmioetapowy proces może być powtarzany wielokrotnie; wirusy potomne uwolnione z pierwotnego miejsca zakażenia są następnie przenoszone do innych miejsc lub na inne osobniki.
W przypadku większości zwierzęcych i roślinnych wirusów RNA wszystkie zdarzenia replikacyjne zachodzą w cytoplazmie; w rzeczywistości wiele z tych wirusów RNA może rosnąć w komórkach gospodarza, z których usunięto jądro. Replikacja większości zwierzęcych i roślinnych wirusów DNA, jak również wirusa grypy RNA, odbywa się w jądrze. W wirusach tych transkrypcja odbywa się w jądrze, mRNA migruje do cytoplazmy, gdzie jest tłumaczone, a białka wirusowe migrują z powrotem do jądra, gdzie łączą się z nowo zreplikowanymi genomami potomnymi. Migracja nowo przetłumaczonych białek wirusowych z cytoplazmy do jądra jest na ogół funkcją specyficznych sekwencji aminokwasowych zwanych „sygnałami”, które przenoszą białko przez pory w błonie jądra.
.