VERMEHRUNG VON VIREN: PHASEN UND EIGENSCHAFTEN - BIOLOGIE - 2025

Die Reproduktion von Viren oder die Virusreplikation ist das Ereignis, durch das sich ein Viruspartikel um mehrere Größenordnungen vermehrt, indem die enzymatische Maschinerie der Wirtszelle entführt wird. Da Viren nicht aus Zellen bestehen, können sie sich nicht unabhängig vermehren, was unbedingt einen zellulären Wirt erfordert.

Es gibt zwei allgemeine Alternativen, mit denen sich ein Virus vermehren kann: den Lysezyklus oder den Lysogenzyklus. Beide Prozesse wurden umfassend bei Viren untersucht, die Bakterien oder Bakteriophagen infizieren.

Fortpflanzungszyklus von Viren.
1-Fixierung
2-Penetration
3-Entfaltung
4-Synthese (4a-Transkription, 4b-Translation, 4c-Genom-Replikation)
5-Assemblierung
6-Release
Quelle: Franciscosp2

Der Lysezyklus gipfelt in einem Bruch der Wirtszelle, während die Zelle im lysogenen Zyklus weiterhin mit dem genetischen Material des Virus im Inneren lebt.

Im Fall des lytischen Weges findet das Virus die potenzielle Zelle, die es infizieren wird, und bindet sich über Rezeptoren, die es auf der Zelloberfläche erkennt, an sie. Anschließend injiziert es seine DNA in das Zytoplasma, wo die Produktion von Strukturkomponenten beginnt. Diese Stücke von Nukleinsäuren und Proteinen werden zusammengesetzt und freigesetzt, wonach sie neue Wirte infizieren können.

Der lysogene Zyklus beginnt auf ähnliche Weise, mit der Ausnahme, dass die Virus-DNA einen Rekombinationsprozess durchläuft und in das Chromosom ihres Wirts integriert wird. Das Virus bleibt in der Zelle latent, bis die Einwirkung von chemischem oder UV-Licht den Lysezyklus auslöst.

Was ist ein Virus?

Bevor wir erklären, woraus die Reproduktion von Viren besteht, müssen wir uns über einige Aspekte im Zusammenhang mit der Biologie dieser Entitäten im Klaren sein. Viren sind keine Zellen, sondern einfache Strukturen aus Nukleinsäuren und einigen Proteinen.

Der vollständige und entwickelte Satz des infektiösen Viruspartikels ist als Virion bekannt.

Im Gegensatz zu organischen Wesen, die aus Zellen bestehen, haben Viren keinen Stoffwechsel und tauschen Substanzen nicht kontrolliert mit der äußeren Umgebung aus. Sie können sich jedoch in biologischen Systemen vermehren, die diese Funktionen erfüllen: in lebenden Zellen.

Aus diesem Grund gelten Viren als obligate zelluläre Parasiten, da sie ihre Reproduktion ohne die lebende Zelle nicht abschließen können. Die Wirte können je nach untersuchtem Virus Wirbeltiere, Wirbellose, Pflanzen, Protisten, Bakterien usw. sein.

Zur Reproduktion müssen Viren die enzymatische Maschinerie ihres Wirts entführen. Dieser Aspekt hat Konsequenzen bei der Entwicklung von Arzneimitteln zur Beendigung der Virusinfektion, da die Beeinflussung der Fortpflanzung des Virus die Fortpflanzung der Wirtszellen beeinträchtigen kann. Wir werden im Folgenden untersuchen, wie dieser Prozess abläuft.

Wie vermehren sich Viren?

Wie bereits erwähnt, sind Viren biologische Partikel sehr einfacher Natur. Daher enthält die Nukleinsäure (entweder DNA oder RNA), die sie besitzen, die Informationen für die Produktion einiger Proteine ​​und Enzyme, um das Virion aufzubauen.

In einer einzelnen Wirtszelle kann ein Virion unter Verwendung der Stoffwechselmaschinerie seines Wirts Tausende von Viruspartikeln produzieren, die dem ursprünglichen ähnlich sind.

Trotz der Tatsache, dass Viren und ihre Wirte sehr unterschiedlich sind, ist der Reproduktionszyklus insgesamt ähnlich. Im Folgenden werden wir den Prozess verallgemeinern und Schritt für Schritt die Reproduktion von Bakteriophagen beschreiben, Viren, die Bakterien infizieren. Dann werden wir einige der Besonderheiten von Viren erwähnen, die Tiere infizieren.

Vermehrung von Bakterienviren (Bakteriophagen)

Bakteriophagen können sich auf zwei alternative Arten vermehren: den Lysezyklus oder den Lysogenzyklus. Wie der Name schon sagt, beinhaltet der letzte Schritt der Lyse die Lyse (und damit den Tod) der Wirtszelle. Im Gegensatz dazu beinhaltet der lysogene Zyklus die Virusreproduktion mit der lebenden Zelle.

-Lithischer Zyklus

Der lytische Prozess in den Bakteriophagen T (T2, T4 und T6) in den berühmten E. coli-Bakterien ist sehr detailliert bekannt. Die Prozesse, die wir unten beschreiben werden, basieren auf diesen Studienmodellen.

Es tritt in fünf verschiedenen Stadien auf: Fixierung, Penetration, Biosynthese, Reifung und Freisetzung.

Fixierung

Dieser Schritt wird auch als Virusadsorption bezeichnet. Das erste, was passieren muss, damit sich ein Virus vermehrt, ist das Treffen zwischen dem Viruspartikel und der Wirtszelle. Diese Kollision geschieht zufällig.

Das Virus bindet an einen komplementären Rezeptor, den es auf der Zelloberfläche erkennt. in diesem Fall in der bakteriellen Zellwand. Diese Bindung ist eine chemische Wechselwirkung, bei der schwache Bindungen zwischen dem Virus und dem Rezeptor auftreten.

Penetration

Sobald das Virus den Empfänger erkennt, injiziert es sein genetisches Material. Der Bakteriophage setzt ein Enzym frei, das einen Teil der Zellwand schädigt. In diesem Zusammenhang fungiert das Viruspartikel als Injektionsspritze, die für die Injektion von DNA zuständig ist.

Biosynthese

Wenn die DNA das Zellzytoplasma des Wirts erreicht hat, beginnt die Biosynthese des genetischen Materials und der Proteine ​​des betreffenden Organismus. Die Wirtsproteinsynthese wird durch eine Reihe von Schritten gestoppt, die vom Virus gesteuert werden.

Dem Eindringling gelingt es, sowohl die freien Nukleotide, Ribosomen und Aminosäuren des Wirts als auch die zum Kopieren der Virus-DNA erforderlichen Enzyme zu sequestrieren.

Reifung

Da alle Bausteine ​​von Viren synthetisiert werden, beginnt der Assemblierungs- oder Reifungsprozess. Der Zusammenbau der Komponenten der Viruspartikel erfolgt spontan, so dass keine anderen Gene zur Unterstützung des Prozesses erforderlich sind.

Freisetzung

Am Ende des Assemblierungsprozesses müssen die Viren in die extrazelluläre Umgebung freigesetzt werden. Während wir den Lysezyklus erklären, beinhaltet dieser letzte Schritt die Lyse der Zelle, die den gesamten Prozess unterstützt hat.

Bei der Lyse werden die Plasmamembran und die Zellwand aufgebrochen. Der Abbau dieser letzten Komponente erfolgt durch die Wirkung des Enzyms Lysozym, das während des beschriebenen Prozesses in der Zelle synthetisiert wird.

Auf diese Weise werden die neu synthetisierten Viruspartikel freigesetzt. Diese können benachbarte Zellen infizieren und den Zyklus erneut wiederholen.

-Lysogener Zyklus

Nicht alle Viren dringen in Wirtszellen ein und zerstören sie auf Kosten ihrer eigenen Reproduktion. Ein alternativer Multiplikationsmodus wird als lysogener Zyklus bezeichnet. Viren, die sich auf diese Weise vermehren können, werden als gemäßigt bezeichnet.

Obwohl sich einige Viren über den im vorherigen Abschnitt beschriebenen lytischen Weg vermehren können, können sie sich auch vermehren, ohne die Zelle zu zerstören, und in ihr latent oder inaktiv bleiben.

Um es Ihnen zu beschreiben, verwenden wir als Modellorganismus den Bakteriophagen Lambda (λ), einen lysogenen Bakteriophagen, der gründlich untersucht wurde.

Die Stadien, in denen der lysogene Zyklus auftritt, sind: Eindringen in den Wirt, Bildung einer zirkulären DNA aus dem linearen DNA-Molekül und Rekombination mit der Wirts-DNA.

Integration von viraler DNA in Wirts-DNA

Die Anfangsstadien erfolgen auf sehr ähnliche Weise wie im vorherigen Zyklus, mit der Ausnahme, dass die DNA des Virus durch einen Rekombinationsprozess in die DNA der Wirtszelle integriert wird.

In diesem Zustand ist das Virus in der Zelle latent und die virale DNA repliziert zusammen mit der DNA des Wirts.

Wechsel zwischen lytischem und lysogenem Zyklus

Andererseits kann eine Vielzahl von stochastischen Ereignissen zum Wechsel vom lysogenen zum lytischen Zyklus führen. Zu diesen Ereignissen gehört die Exposition gegenüber UV-Strahlung oder bestimmten Chemikalien, die zur Entfernung von Phagen-DNA und zur Einleitung der Lyse führen.

Folgen der Lysogenese

Es gibt wichtige Konsequenzen der Lysogenese, nämlich: (i) lysogene Zellen sind immun gegen nachfolgende Infektionen durch denselben Bakteriophagen, jedoch nicht gegen ein anderes Virus; (ii) die Zellen können durch Integration des genetischen Materials des Phagen neue Eigenschaften erlangen, wie beispielsweise die Produktion einiger Toxine, und (iii) der spezialisierte Transduktionsprozess ist zulässig.

Vermehrung von Tierviren

Im Großen und Ganzen folgen tierische Viren einem Vermehrungsmuster, das dem bei Viren, die Bakterien infizieren, beschriebenen sehr ähnlich ist. Es gibt jedoch einige bemerkenswerte Unterschiede in beiden Prozessen.

Der offensichtlichste ist der Zelleintrittsmechanismus aufgrund der Unterschiede, die auf struktureller Ebene zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Zellen bestehen. In tierischen Zellen bestehen die Rezeptoren aus Proteinen und Glykoproteinen, die in der Plasmamembran verankert sind.

Ein Beispiel hierfür ist das HIV-Virus. Um in die Zelle zu gelangen, erkennt das Virus einen Rezeptor namens CCR5. Bestimmte Individuen haben eine Deletion (dh Teile der DNA fehlen) von 32 Basenpaaren im Gen, das für den zellulären Rezeptor kodiert, der das Protein zerstört und seinem Besitzer Resistenz gegen das gefürchtete Virus verleiht.

Viele Eindringlinge nutzen die Rezeptoren, die den Endozytoseprozess vermitteln, um durch die Bildung von Vesikeln Zugang zur Zelle zu erhalten. Viren, die von einer Membran bedeckt sind, können durch Fusion der Lipidmembranen in die Zelle gelangen.

Sobald das Virus eingedrungen ist, ist die Synthese der Viruspartikel etwas variabel. Tierzellen haben andere enzymatische Mechanismen als Bakterien.

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