REPRODUCEREA VIRUSURILOR: FAZE ȘI CARACTERISTICI - BIOLOGIE - 2025

Reproducerea virusurilor sau replicarea virală este evenimentul prin care o particulă de virus se multiplica de mai multe ordine de mărime, prin deturnarea echipamentului enzimatic al celulei gazdă. Deoarece virusurile nu sunt alcătuite din celule, ele nu se pot reproduce independent, necesitând strict o gazdă celulară pentru a face acest lucru.

Există două alternative generale prin care un virus se poate reproduce: ciclul litic sau ciclul lizogen. Ambele procese au fost studiate pe scară largă la virușii care infectează bacteriile sau bacteriofagele.

Ciclul reproducător al virusurilor.
1-Fixare
2-Penetrare
3-Desfășurare
4-Sinteză (4a-Transcriere, 4b-Traducere, replicare 4c-Genom)
5-Ansamblu
6-Eliberare
Sursa: Franciscosp2

Ciclul litic culminează cu ruperea celulei gazdă, în timp ce în ciclul lisogen, celula continuă să trăiască cu materialul genetic al virusului din interior.

În cazul căii litice, virusul găsește celula potențială pe care o va infecta și se atașează de ea prin intermediul receptorilor pe care îi recunoaște pe suprafața celulei. Apoi, își injectează ADN-ul în citoplasmă, unde va începe producția de componente structurale. Aceste bucăți de acizi nucleici și proteine ​​sunt asamblate și eliberate, după care pot infecta gazde noi.

Ciclul lisogenic începe într-un mod similar, cu excepția faptului că ADN-ul virusului va suferi un proces de recombinare și va fi integrat în cromozomul gazdei sale. Virusul rămâne latent în interiorul celulei, până când acțiunea unei lumini chimice sau UV declanșează ciclul litic.

Ce este un virus?

Înainte de a explica în ce constă reproducerea virusurilor, trebuie să fim clar despre câteva aspecte legate de biologia acestor entități. Virusurile nu sunt celule, ci mai degrabă structuri simple formate din acizi nucleici și unele proteine.

Setul complet și dezvoltat al particulelor de virus infecțios este cunoscut sub numele de virion.

Spre deosebire de ființele organice compuse din celule, virusurile nu au metabolism sau schimb de substanțe într-un mod controlat cu mediul extern. Dar ceea ce pot face este să se reproducă în sistemele biologice care prezintă aceste funcții: adică în celulele vii.

Din acest motiv, virușii sunt considerați obligați paraziți celulari, deoarece nu își pot completa reproducerea fără celula vie. Gazdele sale pot fi vertebrate, nevertebrate, plante, protisti, bacterii etc., în funcție de virusul studiat.

Pentru reproducere, virușii trebuie să deturneze echipamentul enzimatic al gazdei. Acest aspect are consecințe atunci când se dezvoltă medicamente pentru stoparea infecției virale, deoarece afectarea reproducerii virusului poate interfera cu reproducerea celulelor gazdei. Vom explora cum se produce acest proces mai jos.

Cum se înmulțesc virusurile?

Așa cum am menționat, virusurile sunt particule biologice de natură foarte simplă. Prin urmare, acidul nucleic (fie ADN, fie ARN) pe care îl dețin conține informații pentru producerea câtorva proteine ​​și enzime pentru a construi virionul.

Într-o singură celulă gazdă, un virion poate produce mii de particule virale similare cu cea inițială, folosind utilajul metabolic al gazdei sale.

În ciuda faptului că virusurile și gazdele lor sunt extrem de variabile, ciclul de reproducere este similar în toate. Mai jos vom generaliza procesul și vom descrie pas cu pas reproducerea bacteriofagilor, virușilor care infectează bacteriile. Apoi vom menționa unele dintre particularitățile la virușii care infectează animalele.

Înmulțirea virusurilor bacteriilor (bacteriofage)

Bacteriofagii se pot reproduce în două moduri alternative: ciclul litic sau ciclul lizogen. După cum îi spune și numele, ultima etapă a liticii implică liza (și deci moartea) celulei gazdă. În schimb, ciclul lizogen implică reproducerea virală cu celula vie.

-Ciclul litic

Procesul litic din bacteriofagele T (T2, T4 și T6) din celebra bacterie E. coli este cunoscut în detaliu. Procesele pe care le vom descrie mai jos se bazează pe aceste modele de studiu.

Apare în cinci etape distincte: fixare, penetrare, biosinteză, maturizare și eliberare.

Fixare

Această etapă este cunoscută și sub denumirea de adsorbție de virus. Primul lucru care trebuie să se întâmple pentru ca un virus să se înmulțească este întâlnirea dintre particula de virus și celula gazdă. Această coliziune se întâmplă întâmplător.

Virusul se leagă de un receptor complementar pe care îl recunoaște pe suprafața celulei; în acest caz, în peretele celular bacterian. Această legătură este o interacțiune chimică în care apar legături slabe între virus și receptor.

penetrație

Odată ce virusul recunoaște destinatarul, acesta continuă să-și injecteze materialul genetic. Bacteriofagul eliberează o enzimă care dăunează unei porțiuni din peretele celular. În acest context, particulele virale funcționează ca o seringă hipodermică însărcinată cu injectarea ADN-ului.

biosinteza

Când ADN-ul a ajuns în citoplasma celulară a gazdei, începe biosinteza materialului genetic și proteinelor organismului în cauză. Sinteza proteinelor gazdă este oprită printr-o serie de pași orchestrați de virus.

Invadatorul reușește să sechestreze atât nucleotidele libere ale gazdei, ribozomii și aminoacizii, cât și enzimele necesare pentru a copia ADN-ul virusului.

maturizare

Pe măsură ce toate blocurile de viruși sunt sintetizate, procesul de asamblare sau maturizare începe. Asamblarea componentelor particulelor virale are loc spontan, eliminând necesitatea altor gene care să asiste la proces.

Eliberare

La sfârșitul procesului de asamblare, virușii trebuie eliberați în mediul extracelular. Așa cum explicăm ciclul litic, acest ultim pas implică liza celulei care a asistat întregul proces.

Liza presupune ruperea membranei plasmatice și a peretelui celular. Degradarea acestei ultime componente se produce prin acțiunea lizozimei enzime, care este sintetizată în interiorul celulei în timpul procesului descris.

În acest fel, particulele de virus nou sintetizate sunt eliberate. Acestea pot infecta celulele vecine și pot repeta ciclul.

-Ciclul lisogen

Nu toate virusurile pătrund în celulele gazdă și le distrug cu prețul propriei reproduceri. Un mod alternativ de înmulțire se numește ciclu lizogen. Virusurile capabile să se reproducă în acest mod sunt cunoscute sub numele de temperaturi.

Deși unele virusuri se pot reproduce pe calea litică descrisă în secțiunea precedentă, se pot reproduce, de asemenea, fără a distruge celula și rămân latente sau inactive în cadrul acesteia.

Pentru a vă descrie, vom folosi ca organism model bacteriofagul lambda (λ), un bacteriofag lizogen care a fost studiat în profunzime.

Etapele prin care se produce ciclul lizogen sunt: ​​penetrarea în gazdă, formarea unui ADN circular din molecula ADN liniară și recombinarea cu ADN-ul gazdă.

Integrarea ADN-ului viral în ADN-ul gazdă

Etapele inițiale apar într-un mod foarte similar cu ciclul precedent, cu excepția faptului că ADN-ul virusului este integrat în ADN-ul celulei gazdă, printr-un proces de recombinare.

În această stare, virusul este latent în celulă, iar ADN-ul viral se reproduce împreună cu ADN-ul gazdei.

Alternanța între ciclul litic și lizogen

Pe de altă parte, o varietate de evenimente stocastice poate duce la trecerea de la lizogen la ciclul litic. Printre aceste evenimente se numără expunerea la radiații UV sau anumite substanțe chimice care duc la excizia ADN-ului fag și inițierea lizei.

Consecințele lizogeniei

Există consecințe importante ale lizogeniei, și anume: (i) celulele lizogene sunt imune la infecțiile ulterioare din același bacteriofag, dar nu la un virus diferit; (ii) celulele pot dobândi noi caracteristici prin integrarea materialului genetic al fagului, cum ar fi producerea unor toxine și (iii) procesul de transducție specializat este permis.

Înmulțirea virusurilor animale

În linii mari, virusurile animale urmează un model de înmulțire destul de similar cu cel descris la virușii care infectează bacteriile. Cu toate acestea, există unele diferențe izbitoare în ambele procese.

Cel mai evident este mecanismul de intrare a celulelor, datorită diferențelor care există la nivel structural între celulele eucariote și procariote. În celulele animale, receptorii sunt alcătuiți din proteine ​​și glicoproteine ​​ancorate în membrana plasmatică.

Un exemplu în acest sens este virusul HIV. Pentru a intra în celulă, virusul recunoaște un receptor numit CCR5. Anumiți indivizi au o ștergere (adică porțiuni de ADN lipsă) din 32 de perechi de baze din gena care codifică receptorul celular care distruge proteina și conferă rezistenței la temutul virus asupra proprietarului său.

Mulți invadatori profită de receptorii care mediază procesul de endocitoză pentru a obține intrarea în celulă, prin formarea veziculelor. Virusurile care sunt acoperite de o membrană pot intra în celulă prin fuzionarea membranelor lipidice.

Odată ce virusul a pătruns, sinteza particulelor de virus este oarecum variabilă. Celulele animale au diferite utilaje enzimatice decât le găsim în bacterii.

Referințe

1. Forbes, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). Microbiologie diagnostică. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Stiinta biologica. Pearson Education.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS, & Pfaller, MA (2015). Microbiologie medicală. Științele sănătății Elsevier
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Biologie Campbell. Educația Pearson.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Microbiologie. O introducere. Pearson.