VIRUSREPLIKATION: MERKMALE, VIRUSREPLIKATIONSZYKLUS, BEISPIEL (HIV) - BIOLOGIE - 2025

Die Virusreplikation ist die Art und Weise, wie sich die verschiedenen Arten von Viren innerhalb der eindringenden Zellen vermehren. Diese DNA- oder RNA-Entitäten haben viele verschiedene Strategien, um Strukturen innerhalb der Zelle zu rekrutieren und sie zur Herstellung von Kopien von sich selbst zu verwenden.

Die biologische "Funktion" jeder Art von Virusreplikation besteht darin, neue Virusgenome und -proteine ​​in ausreichenden Mengen zu erzeugen, um die Vermehrung des in die Zelle eingedrungenen Virusgenoms sicherzustellen.

Schritte der Virusreplikation (Quelle: Alejandro Porto über Wikimedia Commons)

Alle bisher bekannten Viren benötigen Zellenzyme für ihre Vermehrung, da sie keine eigenen Enzyme haben, die es ihnen ermöglichen, sich selbst zu replizieren und zu reproduzieren.

Virale Moleküle können praktisch jeden Zelltyp in der Biosphäre befallen.

Aus diesem Grund hat die Menschheit eine große Menge an Ressourcen und Anstrengungen unternommen, um nicht nur die Funktionsweise von Viren, sondern auch die Virusreplikation zu verstehen, da dieser Prozess der Schlüssel zur ordnungsgemäßen Kontrolle aller Krankheiten ist, die das Ergebnis einer Infektion mit Viren sind viralen Ursprungs.

Viren müssen das Innere von Zellen erreichen und dazu spezielle Mechanismen einrichten, um die endogenen Abwehrkräfte ihrer Wirte zu "umgehen". Sobald sie sich in den "kolonisierenden" Individuen befinden, müssen sie in der Lage sein, in ihre Zellen einzudringen und ihr Genom und ihre Proteine ​​zu replizieren.

Eigenschaften

Die Virusreplikation weist bei jeder Virusart wichtige Variationen auf. Darüber hinaus kann dieselbe Art unterschiedliche Serotypen, „Quasispezies“ und Viren mit großen Veränderungen in ihrer Genomsequenz beherbergen.

Das Genom von Viren kann aus Nukleinsäuren wie DNA, RNA oder beiden Einzel- oder Doppelbanden bestehen. Diese Moleküle können auch eine kreisförmige, lineare Form haben, wie beispielsweise "Haarnadeln" (Haarnadeln).

Aufgrund der großen Unterschiede in der Struktur von Viren gibt es eine große Vielfalt von Strategien und Mechanismen zur Durchführung der Replikation. Einige mehr oder weniger allgemeine Schritte werden jedoch von allen Arten geteilt.

Viraler Replikationszyklus

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Im Allgemeinen umfasst der allgemeine Virusreplikationszyklus 6 oder 7 Schritte, die:

1- Adsorption oder Bindung an die Zelle,

2- Eindringen oder Betreten der Zelle

3- Genomfreisetzung

4- Genomreplikation

5- Montage

6- gereift

7- Lyse oder Freisetzung durch Knospen

Adsorption oder Bindung an die Zelle

Viren haben derzeit in ihrer Struktur ein Protein oder Molekül, das als Antirezeptor bekannt ist und an ein oder mehrere Makromoleküle auf der äußeren Membran der Zelle bindet, in die sie eintreten möchten. Diese Moleküle sind im Allgemeinen Glykoproteine ​​oder Lipide.

Glykoproteine ​​oder Lipide auf der Außenmembran der "Ziel" -Zelle sind als Rezeptoren bekannt, und Viren haften an diesen Rezeptoren oder binden sie kovalent unter Verwendung ihres Proteins oder Anti-Rezeptor-Moleküls.

Penetration oder Eintritt in die Zelle

Sobald sich ein Virus über die Rezeptor-Antirezeptor-Verbindung an die äußere Membran der Zelle anlagert, kann es über drei Mechanismen in die Zelle gelangen: Endozytose, Fusion mit der Zellmembran oder Translokation.

Wenn der Eintritt durch Endozytose erfolgt, erzeugt die Zelle eine kleine Spalte in einem bestimmten Bereich der Membran, genau dort, wo das Virus gebunden ist. Die Zelle bildet dann eine Art Vesikel um das Viruspartikel, das internalisiert wird und sich im Inneren auflöst und das Virus in das Cytosol freisetzt.

Endozytose ist möglicherweise der häufigste Eintrittsmechanismus für Viren, da Zellen Vesikel als Reaktion auf unterschiedliche interne und externe Stimuli und für unterschiedliche funktionelle Zwecke ständig internalisieren.

Die Fusion mit der Zellmembran ist ein Mechanismus, der nur von Viren ausgeführt werden kann, die von einer Schutzhülle umgeben sind, die als Kapsid bezeichnet wird. Während dieses Prozesses verschmelzen die Komponenten des Kapsids mit der Zellmembran und das Innere des Kapsids wird in das Cytosol freigesetzt.

Die Translokation wurde selten dokumentiert und ist nicht vollständig verstanden. Es ist jedoch bekannt, dass das Virus an einem Rezeptormakromolekül auf der Oberfläche der Membran haftet und sich durch Interkalation zwischen den Komponenten der Zellmembran verinnerlicht.

Genomfreisetzung

Dieser Prozess ist der am wenigsten verstandene und vielleicht am wenigsten untersuchte in der Virusreplikation. Währenddessen wird das Kapsid entfernt, wodurch das Virusgenom mit den zugehörigen Nukleoproteinen freigelegt wird.

Es wurde angenommen, dass die Hülle des Virusgenoms mit dem endozytierten Vesikel fusioniert ist. Darüber hinaus wird angenommen, dass dieser Replikationsschritt durch einen zellinternen Faktor wie den pH-Wert oder die Änderung der Elektrolytkonzentration usw. ausgelöst wird.

Replikation des viralen Genoms

Die Replikationsprozesse des viralen Genoms sind zwischen den einzelnen Virusarten sehr unterschiedlich. Tatsächlich werden Viren je nach Art der Nukleinsäure, aus der ihr Genom besteht, in 7 verschiedene Klassen eingeteilt.

In der Regel replizieren sich die meisten DNA-Viren im Zellkern der Zellen, in die sie eindringen, während sich die meisten RNA-Viren im Cytosol replizieren.

Einige einzelsträngige (einzelsträngige) DNA-Viren dringen in den Zellkern ein und dienen als "Matrizen" -Stränge für die Synthese und Vermehrung von mehrsträngigen DNA-Molekülen.

Andere Doppelband-RNA-Viren synthetisieren ihr Genom über Segmente und sobald alle Segmente synthetisiert sind, sammeln sie sich im Cytosol der Wirtszelle an. Einige Genome enthalten in ihrem Genom die genetische Sequenz, die die Information enthält, eine RNA-Polymerase zu codieren.

Sobald diese RNA-Polymerase translatiert ist, beginnt die Replikation mehrerer Kopien des viralen Genoms. Dieses Enzym kann Messenger-RNAs erzeugen, um die Proteine ​​zu produzieren, aus denen das Kapsid des Virus und anderer seiner Komponenten hervorgeht.

Versammlung

Sobald mehrere Kopien des Virusgenoms und aller Komponenten des Kapsids synthetisiert wurden, werden alle auf eine bestimmte Stelle der Zelle wie den Zellkern oder das Zytoplasma gerichtet, wo sie als reife Viren zusammengesetzt werden.

Viele Autoren erkennen Assemblierung, Reifung und Lyse nicht als getrennte Prozesse im Lebenszyklus von Viren an, da diese Prozesse oft nacheinander ablaufen, wenn die Konzentration der Teile und das Genom des Virus in der Zelle vorhanden sind es ist sehr hoch.

Gereift

Während dieser Phase wird das Virus "infektiös"; Das heißt, die Kapsidproteine ​​reifen oder es treten Konformationsänderungen auf, die die ursprüngliche Struktur in Partikel umwandeln, die andere Zellen infizieren können.

Einige Viren reifen ihre Strukturen in den von ihnen infizierten Zellen, andere erst, nachdem sie eine Zelllyse verursacht haben.

Lyse oder Freisetzung durch Knospen

Bei den meisten Viren erfolgt die Freisetzung durch Lyse oder Knospung. Bei der Lyse zerfällt die Zelle und gibt ihren gesamten Inhalt an die extrazelluläre Umgebung ab, sodass sich versammelte und reife Viren frei bewegen können, um eine andere zu infizierende Zelle zu finden.

Die Freisetzung durch Knospen ist spezifisch für Viren, die eine Lipid- und Proteinhülle besitzen. Diese passieren die Plasmamembran und bilden eine Art intrazelluläre Vesikel.

Beispiel für die Virusreplikation (HIV)

Viraler Replikationszyklus des HIV-Virus. Quelle: Jmarchn

Das Human Immunodeficiency Virus, besser bekannt als HIV, ist eines der Viren, die weltweit die meisten Todesfälle beim Menschen verursacht haben. Es ist ein RNA-Virus, das eine Art weißer Blutkörperchen namens CD4-Lymphozyten direkt beeinflusst.

Die Fixierung des Virus erfolgt durch Erkennung und Bindung der Viruskapsidproteine ​​mit den Zellmembranproteinen von CD4-Lymphozyten. Anschließend verschmilzt das Kapsid mit der Zellmembran und der Virusinhalt wird nach innen entleert.

Im Zytoplasma wird RNA revers transkribiert und bildet zwei komplementäre DNA-Banden. Das Doppelband-DNA-Molekül integriert sich in das Genom der Wirtszelle, in diesem Fall des CD4-Lymphozyten.

Als Teil der genetischen Information der Zelle wird DNA viralen Ursprungs wie jeder Strang genomischer DNA des Lymphozyten transkribiert und translatiert.

Sobald alle Bestandteile des Virus im Cytosol produziert wurden, werden die Viruspartikel zusammengesetzt und durch Knospen in die extrazelluläre Umgebung ausgestoßen. Mehrere hunderttausend Beulen bilden sich und führen bei Freisetzung zu reifen HIV-Partikeln.

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