Поскольку вирусные частицы бесклеточные, размножаться путем клеточного деления они не могут. Вместо этого, для репликации вируса необходимы определенные гены, белки и органеллы клетки-хозяина. Цикл репликации вируса включает несколько этапов: адсорбцию вируса на клеточной поверхности, захват вирусных частиц клеткой, декапсидацию вируса, биосинтез, сборку вириона и выход из клетки.

Адсорбция происходит при прикреплении вирионов к клеткам путем специфического взаимодействия между капсидом, или оболочкой вируса, и рецепторами на клеточной поверхности. Специфичностью этого взаимодействия между вирусным белком и рецептором хозяина определяются и ограничиваются те виды вирусов и те типы клеток, которые конкретный вирус может инфицировать. Те клетки, на поверхности которых отсутствуют соответствующие клеточные рецепторы для специфического вируса, не подвержены внедрению вируса и инфицированию.

Например, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) внедряется в клетки путем взаимодействия между белком вирусной оболочки и двумя классами рецепторов: клеточными СН4-рецепторами и рецепторами хемокинов. Хотя известно, что большинство людей восприимчивы к ВИЧ-инфекции, были идентифицированы редкие генетические модификации специфических хемокиновых рецепторов, которые придают организмам относительную резистентность к ВИЧ-инфекции или к развитию синдрома приобретенного иммунодефицита.

После адсорбции покрытие оболочечных вирусов может слиться с мембраной клетки-хозяина, и нуклеокапсид вируса выделяется в цитоплазму клетки. Альтернативно, некоторые вирусы могут внедриться в клетку путем инвагинации клеточной мембраны, образуя везикулы в клеточной цитоплазме. Затем происходит декапсидация с высвобождением вирусного генома из его защитного капсида, с чего начинается некорпускулярная фаза жизненного цикла вируса, и нуклеиновая кислота может теперь транспортироваться внутри клетки.

В ходе активации генома или в фазе биосинтеза матричная РНК (мРНК) типично транскрибируется из вирусной ДНК и транслируется клеткой-хозяином под контролем вируса. ДНК-вирусы, такие как папилломавирусы и герпесвирусы, типично реплицируются в ядре. РНК-вирусы реплицируются главным образом в цитоплазме. Однако это явление не абсолютное, что видно на примере поксвирусов, которые содержат ДНК, но реплицируются в цитоплазме клетки-хозяина.

Ранние вирусные белки обычно не структурированы и могут кодировать важные ферменты, в то время как поздние белки обычно являются структурными компонентами для вириона. Не принадлежащие вириону белки (белки, не являющиеся структурными компонентами зрелого вириона) некоторых вирусов могут перенаправлять клетки на синтез белков, необходимых вирусу, за счет белков, необходимых для нормальной функции клетки, фактически присваивая процессы репликации и транскрипции клетки-хозяина.

Следующий этап — сборка вирусных нуклеокапсидов. Это может происходить в ядре, как в случае герпесвирусов, или в цитоплазме, как у полиовирусов, или даже на клеточной поверхности, как у вирусов гриппа.

Выход новых инфекционных вирионов осуществляется несколькими путями. Вирионы большинства вирусов, в том числе папилломавирусов, герпесвирусов и поксвирусов, выделяются при лизисе клеток. Некоторые вирионы высвобождаются отпочкованием от клеточной поверхности и сохраняют мембранную оболочку клетки хозяина. Это может произойти, когда вирусные белки и нуклеиновая кислота конденсируются рядом с клеточной мембраной с последующим отпочкованием от клетки. Вирионы, сохранившие клеточную мембрану, выживают, используя преимущество ослабленной антигенной стимуляции и пониженной активации иммунной системы хозяина. Альтернативно, некоторые вирусы используют механизм клеточной секреции хозяина через транспортные везикулы аппарата Гольджи и, сливаясь с клеточной мембраной, выходят из клетки.

Обычно каждая инфицированная клетка производит сотни тысяч новых вирионов, которые затем продолжают инфицировать другие клетки. Один цикл вирусной репликации может длиться от 3 до 36 часов, в зависимости от вируса и типа инфицируемых клеток. Прерывание любого этапа, будь то внедрение вируса в клетку, декапсидация, синтез, сборка или выход из клетки, может помешать развитию новых инфекционных вирионов. Вирусы могут создать несколько альтернативных механизмов в клетке-хозяине, которые обсуждаются в следующем разделе.

Каждый вирус обладает специфичностью для того типа клеток, которые он может инфицировать. Папилломавирусы человека способны продуктивно инфицировать очень узкий диапазон клеток, а именно некоторые дифференцирующиеся клетки человеческого эпидермиса. Другие вирусы могут инфицировать гораздо более широкий спектр клеток. Вирусы простого герпеса (ВПГ) реплицируются во многих типах клеток как человека, так и других организмов.

Даже в пределах одной ткани вирус может быть вирулентным только для клеток со специфической степенью дифференцировки. Важная роль дифференцированного состояния клетки в определении того, состоится репликация вируса или нет, видна на примере кожных очагов, вызванных вирусом контагиозного моллюска (ВКМ). Поскольку частицы ВКМ иногда обнаруживаются в клетках верхних слоев дермы, вирус должен обладать способностью прикрепляться к этим клеткам и проникать в них. Однако ВКМ не реплицируется в клетках дермы, что указывает на наличие внутриклеточной блокады для синтеза ВКМ в клетках дермы.

Частицы ВКМ обнаруживаются также в базальном слое клеток эпидермиса, но синтез новых компонентов вируса не начинается, пока клетки не достигнут супрабазального слоя, следовательно, репликация ВКМ может происходить только в частично дифференцированных эпидермальных клетках. Отдельные вирусы обсуждаются далее в соответствующих статьях на сайте.

- Рекомендуем далее ознакомиться со статьей "Изменения клеток при инфицировании вирусом"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 2.5.2019