Кіріспе
Вирустың репликациясы – инфекция процесінде мақсатты жасушаларда биологиялық вирустардың қалыптасуы. Вирустар көбейе алуы үшін алдымен жасушаға енуі керек. Өз геномдарының көптеген көшірмелерін жасап, оларды қаптау арқылы вирус жаңа жандарға жұғуды жалғастырады. Вирустар арасындағы репликация әртүрлі және олардың құрамындағы гендердің типіне байланысты. Көптеген ДНК вирустары ядрода құрастырылады, ал көптеген РНҚ вирустары тек цитоплазмада дамиды.
Viral replication is the formation of biological viruses during the infection process in the target host cells. Viruses must first get into the cell before viral replication can occur. Through the generation of abundant copies of its genome and packaging these copies, the virus continues infecting new hosts. Replication between viruses is greatly varied and depends on the type of genes involved in them. Most DNA viruses assemble in the nucleus while most RNA viruses develop solely in cytoplasm.
Қосылған
Бұл вирус көбеюінің алғашқы қадамы. Кейбір вирустар ие клеткасының жасушалық мембранасына жабысып, инфекцияны бастау үшін ДНК немесе РНК-сын иеге енгізеді. Ие клеткасына жабысу көбінесе вирустың капсид деп аталатын ақуыз қабығынан созылатын вирус жабысу ақуызы арқылы жүзеге асады. Бұл ақуыз ие клеткасының плазмалық мембранасындағы (немесе мембраналық көмірсулар) беткі рецепторына байланысуға жауапты. Вирустар ие клеткасының рецепторларына байланысатын молекулаларды имитациялап, қалыпты жасушалық рецепторлардың функцияларын пайдаланып, жабысуға мүмкіндік береді. Мысалы, риновирус вирус жабысу ақуызын пайдаланып, басқа ие клеткаларының жабысуын жеңілдету үшін қалыпты түрде қолданылатын ие клеткасындағы ICAM 1 рецепторына байланысады.
Кіру
Ену немесе ену – вирус көбеюінің екінші қадамы. Бұл қадам вирус қожайын жасушасының плазмалық мембранасы арқылы өтуімен сипатталады. Вирус қожайын жасушаға енудің ең көп таралған жолы – рецепторлар арқылы қабылданатын эндоцитоз, бұл вирусқа энергия жұмсау қажеттігін тудырмайды, тек қожайын жасушаға ғана. Рецепторлар арқылы қабылданатын эндоцитоз, вирус сияқты молекула жасуша мембранасындағы рецептормен байланысқанда жүзеге асады. Осы байланыстан туындаған химиялық сигналдар жасушаны өзіне жабысқан вирусқа плазмалық мембрананы орап, жасуша ішінде вирус сақтайтын көпіршік құруға итермелейді. Вирустар плазмалық мембранада бірігіп, қожайын ағзасында бірігу немесе жасушадан жасушаға бірігу арқылы таралуы мүмкін. Вирустар енуге көмектесу үшін қожайын жасуша бетіндегі жасушалық рецепторлар немесе байланысу факторлары деп аталатын белоктарға жабысады. Дәлелдер вирус ену кезінде қожайын жасушаларындағы иондық каналдарды пайдаланатынын көрсетеді. Бірігу: Сыртқы вирус ақуыздары вирионның плазмалық мембранамен бірігуіне көмектеседі. Бұл қожайын мембранасында тесік жасайды, ал енгеннен кейін вирион қабығынан арылады және оның геномдық материалы цитоплазмаға көшіріледі. Жасушадан жасушаға бірігу: Кейбір вирустар жұқтырған жасушалардың бетінде белгілі бір белоктардың өндірілуін қоздырып, жұқтырмаған жасушаларды тартады. Бұл өзара әрекеттесу жұқтырмаған жасушаның төмен pH деңгейінде жұқтырған жасушамен бірігуіне алып келеді, нәтижесінде синцитий деп аталатын көп ядролы жасуша пайда болады. Эндоциттік емес жолдар: вирус бөлшектерінің жасушаға вирус сыртындағы қабықша мен қожайын жасуша мембранасының бірігуі арқылы түсу процесі. Лизогендік тіршілік циклде вирус геномы қожайын геномына енгізіледі. Қожайын геномы өзінің қалыпты тіршілік циклін жалғастырады, вирус геномын көбейтіп, бөлінеді. Вирус геномын химиялық және қоршаған орта факторлары арқылы вирус өндірісін бастауға итермелеуге болады. Лизогендік вирус литикалық тіршілік цикліне енгеннен кейін, вирус өндіру жолдарымен жалғасады және транскрипция/мРНК өндірісін жүзеге асырады. (Мысалы: ауыз жаралары, герпес симплекс вирусы (HSV) 1, лизогендік бактериофагтар және т.б.)
Құрастыру
Ассембле - жаңадан синтезделген вирустық ақуыздар мен геномдар жиналып, дамымаған вирустарды құру үшін біріктіріледі. Басқа кезеңдер сияқты, нақты вирустың қалай құрастырылатыны оның типіне байланысты. Ассембле плазмалық мембранада, цитозольде, ядрода, Гольджи аппаратында және жас ұяшықтың басқа да жерлерінде жүруі мүмкін. Кейбір вирустар геномын капсид толыққаннан кейін ғана капсидке енгізеді, ал басқа вирустарда капсид геном көшіріліп жатқанда оны қаптайды. Нобель сыйлығының лауреаты, биолог Дэвид Балтимор, вирустарды олардың ерекше көбею стратегияларына сүйене отырып жіктеу үшін Балтимор жіктеу жүйесі деп аталатын жүйе ойлап тапты. Бұл жүйеге негізделген жеті түрлі көбею стратегиясы бар (Балтимор класы I, II, III, IV, V, VI, VII). Вирустардың жеті класы туралы қысқаша және жалпылама мәліметтер төменде келтірілген.
1-сынып: Қос тізбекті ДНК вирустары
Вирустың осы түрі көбейе бастамас бұрын әдетте қожайын ядросына енуі керек. Бұл вирустардың кейбіреулері геномдарын көбейту үшін қожайын клетка полимеразаларын қажет етеді, ал басқалары, мысалы аденовирустар немесе герпес вирустары, өздерінің репликациялық факторларын кодтайды. Дегенмен, екі жағдайда да вирус геномының көбейуі ДНК көбейтуге мүмкіндік беретін жасушалық жағдайға және, демек, жасуша цикліне тікелей байланысты. Вирус жасушаны күштеп бөлінуге итермелеуі мүмкін, бұл жасушаның өзгеруіне және соңында қатерлі ісікке алып келуі мүмкін. Осы жіктемедегі туыстың мысалы – аденовирустар. 1-сыныптағы вирустар отбасы ядрода көбеймейтін бір ғана жақсы зерттелген мысал бар. Бұл – омыртқалы жануарларды жұқтыратын жоғары патогенді вирустардан тұратын Poxvirus туысы.
3-сынып: Екі қабатты РНК вирустары
РНҚ геномдары бар көптеген вирустар сияқты, қос тізлімді РНҚ вирустары ДНК геномдары бар вирустарға қарағанда репликация үшін жаңашыр полимеразаларға онша тәуелді емес. Қос тізлімді РНҚ вирустары басқа топтарға қарағанда жақсы зерттелмеген. Бұл топқа екі ірі тұқым – Reoviridae және Birnaviridae жатады. Репликация моноцистронды және жеке, сегменттелген геномдарды қамтиды, яғни әр ген тек бір ақуызды кодтайды, бұл басқа вирустардың күрделірек трансляциясынан өзгеше.
4 және 5-сыныптар: Бір тізбекті РНК вирустары
Бұл вирустар екі түрге бөлінеді, алайда екеуі де репликацияның негізінен цитоплазмада жүретінімен және репликацияның ДНК вирустарына қарағанда жасуша циклына аз тәуелділігімен ортақ. Бұл вирус класы қос тізбекті ДНК вирустарымен бірге ең көп зерттелген вирустардың бірі болып табылады.
4-сынып: Бір тізбекті РНК вирустары - оң сезім
Оң сезімді РНК вирустары және, шын мәнінде, оң сезімді деп анықталған барлық гендер, жаңашыр рибосомаларымен тікелей қол жетімді болып, бірден ақуыздарды құрай алады. Оларды екі топқа бөлуге болады, екеуі де цитоплазмада көбейеді: геномдық РНК-сы мРНК ретінде жұмыс істейтін және пісіп жетілген ақуыздарды құру үшін кесілетін полипротеин өнімін құрайтын полицистрондық мРНК-сы бар вирустар. Бұл геннің РНК-ның бір тізбегінен ақуыздарды өндіру үшін бірнеше әдістерді пайдалануға мүмкіндік береді, соның нәтижесінде геномның мөлшері кішірейеді. Сонымен қатар, күрделі транскрипцияға ие вирустар бар, оларда субгеномдық мРНК, рибосомалық жылғаю және полипротеиндердің протеолитикалық өңделуі қолданылуы мүмкін. Бұлардың барлығы – РНК-ның бір тізбегінен ақуыздарды өндірудің әртүрлі механизмдері. Осы топқа Coronaviridae, Flaviviridae және Picornaviridae тұқымдастары жатады.
Viruses with polycistronic mRNA where the genome RNA forms the mRNA and is translated into a polyprotein product that is subsequently cleaved to form the mature proteins. This means that the gene can utilize a few methods in which to produce proteins from the same strand of RNA, reducing the size of its genome. Viruses with complex transcription, for which subgenomic mRNAs, ribosomal frameshifting and proteolytic processing of polyproteins may be used. All of which are different mechanisms with which to produce proteins from the same strand of RNA. Examples of this class include the families Coronaviridae, Flaviviridae, and Picornaviridae.
5-сынып: Бір тізбекті РНК вирустары - теріс мәнді
Теріс сезімді РНК вирустары және, шындығында, теріс сезім деп анықталған барлық гендер, хост рибосомаларымен тікелей қол жетімді болмайды, тікелей ақуыздарды құру үшін. Олардың орнына, вирустық полимеразалар арқылы "оқылмалы" толықтырғыш оң сезімге транскрипциялануы керек. Бұларды да екі топқа бөлуге болады:
Сегменттелмеген геномдарды қамтитын вирустар, олардың репликациясындағы алғашқы қадам – вирустық РНК-ға тәуелді РНК полимеразаның теріс тізбекті геномнан транскрипциясы болып табылады, нәтижесінде әртүрлі вирустық ақуыздарды кодтайтын моноцистрондық мРНК пайда болады. Содан кейін теріс тізбекті геномды өндіру үшін шаблон ретінде қызмет ететін оң сезімді геном көшірмесі жасалады. Репликация цитоплазмада жүреді. Сегменттелген геномдары бар вирустар, олардың репликациясы цитоплазмада жүреді және вирустық РНК-ға тәуелді РНК полимераза әр геном сегментінен моноцистрондық мРНК өндіреді. Бұл топқа Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Bunyaviridae, Filoviridae және Rhabdoviridae (соның ішінде құтыру ауруы) тұқымдастары жатады.
Viruses containing nonsegmented genomes for which the first step in replication is transcription from the negative stranded genome by the viral RNA dependent RNA polymerase to yield monocistronic mRNAs that code for the various viral proteins. A positive sense genome copy that serves as template for production of the negative strand genome is then produced. Replication is within the cytoplasm. Viruses with segmented genomes for which replication occurs in the cytoplasm and for which the viral RNA dependent RNA polymerase produces monocistronic mRNAs from each genome segment. Examples in this class include the families Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Bunyaviridae, Filoviridae, and Rhabdoviridae (which includes rabies).
6-сынып: ДНҚ аралық түр арқылы көбейетін оң сезімді бір жіпті РНК вирустары
Осы кластағы вирустардың жақсы зерттелген туысына ретровирустар кіреді. Олардың ерекше белгісі – оң бағытталған РНК-ны ДНК-ға түрлендіру үшін кері транскриптазаны пайдалануы. Протеиннің матрицасы ретінде РНК-ны қолданбай, олар ДНК-ны матрица құру үшін пайдаланады, ол интеграза арқылы жаңақтанған жасушаның геномына енгізіледі. Одан кейін жасушаның полимеразаларының көмегімен көбейту басталады.
7-сынып: Бір жіпті РНК аралық түрінде көбейетін екі жіпті ДНҚ вирустары
Бұл шағын вирус тобы, гепатит B вирусы сияқты, екі тізбекті, үзіліске толы геномға ие, ол кейіннен ковалентті жабық шеңбер (cccDNA) құру үшін толықтырылады, ол вирустық мРНК және субгеномдық РНК өндірісі үшін матрица болып табылады. Прегеномдық РНК вирусқа тән кері транскриптаза үшін және ДНК геномын жасау үшін матрица ретінде қызмет етеді.