Przebieg procesu zakażenia wirusem
W procesie zakażenia wirusowego wyróżniamy następujące etapy:
1. Adsorpcja wirusa na powierzchni komórki żywiciela. Jest to proces fizykochemiczny odbywający się dzięki siłom przyciągania częsteczkowego i różnicom ładunków wirusa i komórki. Do procesu potrzebne są jony wapnia. Grupy aminowe białek wirusa reagują z grupami fosforanowymi plazmolemmy, czyli błony komórkowej. Receptorami dla wirusów są także grupy sulfhydrylowe lipoprotein błonowych oraz mukoproteiny błonowe.
2. Penetracja, czyli przenikanie wirusów. Wirus, który osiadł na błonie komórkowej indukuje proces pinocytozy lub endocytozy, czyli wpuklenia błony do wnętrza komórki, uformowania pęcherzyka i jego transportu w głąb komórki. Pęcherzyk transportowy zostaje włączony do lizosomów. Pochłonięte wirusy zostają poddane działaniu enzymów komórkowych (lizosomalnych), które powodują uwolnienie rdzenia nukleinowego z otoczki białkowej, czyli kapsydu. Niektóre wirusy (np. grypy) nie wnikają w całości do komórki, lecz ich osłonka ulega fuzji z błona komórkową, następnie lipazy i proteazy błonowe trawią kapsyd uwalniając rdzeń nukleinowy. Wówczas do wnętrza komórki wnika tylko rdzeń nukleinowy wirusa. W otoczce wirusa mogą występować białka o charakterze enzymatycznym, które powodują dekapsydację, czyli deproteinizację wirionu uwalniając genom wirusowy. Ponadto w Kapsydzie mogą istnieć enezymy rozkładające ATP żywiciela, dzięki czemu uwolniona zostaje energia niezbędna do przeniknięcia i uwolnienia rdzenia nukleinowego. Bardzo małe wirusy przenikają przez pory błony komórkowej (translokacja wirusów). Wirus grypy zawiera w kapsydzie enzym neuraminidazę, który rozkłada kwas N-acetylo-neuraminowy błony komórkowej i upłynnia śluz wydzielany na powierzchnię nabłonka dróg oddechowych żywiciela.
3. Replikacja genomu wirusowego. Jest ona różna, zależnie od rodzaju kwasu nukleinowego wchodzącego w skład rdzenia wirusa:
Wirusy z jednoniciowym RNA o dodatniej polarności. Wirusowy RNA + posiada właściwości mRNA, czyli jest gotową matrycą wg której może odbywać się translacja białek wirusowych. Innymi słowy RNA wirusowe + jest funkcjonalnym mRNA. Według mRNA wirusowego powstaje enzym- swoista wirusowa polimeraza RNA oraz białka strukturalne wirusa. W wyniku translacji powstaje najpierw poliproteina, która podczas obróbki potranslacyjnej ulega rozdziałowi na szereg różnych protein wirusowych. Polimeraza RNA katalizuje syntezę genomu wirusowego. W I etapie powstaje RI czyli dwuniciowa cząsteczka RNA -/+ (forma pośrednia RNA wirusowego). Następnie z dwuniciowego RNA powstają dwie cząsteczki jednoniciowe RNA -. Te nowe cząsteczki RNA - jednoniciowe służą jako matryca dla kolejnych, nowych cząsteczek RI. W ostatniej fazie powstają jednoniciowe cząsteczki RNA+. Te dopiero są obudowywane kapsydem białkowym. Repikacja zachodzi w cytoplazmie, nie jest potrzebna obecnośc jądra żywiciela. Wirus taki może więc pasożytować komórki bezjądrowe, np. erytrocyty. Taką replikację można zaobserwować u wirusów z rodziny Togaviridae, Flaviviridae i Picornaviridae.
Wirusy z jednoniciowym RNA o ujemnej polarności. Cząsteczka RNA - nie ma właściwości matrycowego RNA. Z tego RNA- musi powstać RNA+ przy udziale transkryptazy RNA. Wg zasady komplementarnosci zasad powstaje RNA+, który służy do syntezy RNA-. To RNA- może dopiero być wbudowane do wirionu. Replikacja RNA genomu odbywa się przy udziale replikazy RNA poprzez formy pośrednie RI. Taką replikację można zaobserwować u wirusów z rodziny Arenaviridae, Paramyxoviridae i Orthomyxoviridae.
Wirusy z jednoniciowym RNA i rewertazą (odwrotną transkryptazą). Przypominam, że rewertaza to polimeraza DNA zależna od RNA, czyli enzym przekładający sekwencję nukleotydową RNA na sekwencję nukleotydową DNA. Inaczej mówiąc rewertaza umożliwia wirusom przepisanie genomowego RNA na ekwiwalent DNA. Z jednoniciowej cząsteczki RNA (ssRNA - single-stranded RNA) powstaje kolista cząsteczka dwuniciowego dsDNA (double-stranded DNA). Kodowana przez wirusa integraza umożliwia wbudowanie dsDNA wirusowego do DNA żywiciela. Jest to tzw. provirus. Prowirusy są powielane w procesie podziału komórek. Transkrypcja wirusowego mRNA powoduje powstanie szeregu zróżnicowanych cząsteczek matrycowego RNA. W procesie translacji na podstawie mRNA powstają białka enzymatyczne i strukturalne wirusa. Kopie RNA tworzone na podstawie prowirusowego DNA to potomne łańcuchy RNA, które są obudowywane kapsydem. Taką replikację można zaobserwować u wirusów z rodziny Retroviridae.
Wirusy z dwuniciowym RNA. Powielanie dwniciowego RNA wirusa przebiega wg schematu +/-RNA --- > +RNA --- > +/-RNA. Najpierw więc powstaje forma pośrednia RI, potem asymetryczna konserwatywna nić RNA + (o dodatniej polarności) o właściwościach mRNA. Matrycowe RNA podlega transkrypcji i replikacji. Powstaje dwuniciowe RNA-/+. Taką reprodukcję można zaobserwować u wirusów z rodziny Reoviridae.
Wirusy z jednoniciowym DNA. Zawierają one DNA+. Najpierw powstaje dwuniciowa forma pośrednia, potem replikatywna forma dwuniciowa
-/+DNA. Ta forma ulega namnożeniu. Wirusowy mRNA powstaje na podstawie formy pośredniej -/+DNA przy udziale polimerazy RNA. Jednoniciowe +DNA powstaje również na podstawie formy pośredniej +/-DNA zgodnie z zasadą komplementarności (przynależności) zasad. Taka replikacja zachodzi u Parvoviridae i bakteriofagów.
Wirusy z dwuniciowym DNA. Replikacja przebiega wg schematu: -/+DNA --- > -/+DNA. Przed replikacją wirusowe, spiralnie skręcone łańcuchy DNA ulegają rozpleceniu. Transkrypcja genomu, czyli synteza jednoniciowego RNA na matrycy dwuniciowego DNA przebiega wg schematu -/+DNA --- > +RNA, przy udziale enzymu - polimerazy RNA. Transkrypcja jest kontrolowana i sukcesywna. Oznacza to, że w geny podlegają ekspresji w ściśle określonym czasie. Wyróżnia się w związku z tym białka regulatorowe bardzo wczesne, wczesne i późne. Powstały mRNA koduje białka regulatorowe, aktywujące poszczególne geny. Utworzone w translacji białka enzymatyczne i strukturalne wirusowe są transportowane do jądra, gdzie odbywa się składanie wirusów. Taka replikacja występuje u wirusa opryszczki herpes simplex.
4. Dojrzewanie i morfogenenza wirusów. Po syntezie wszystkich skladników wirusa odbywa się składanie, czyli organizowanie jego cząsteczki - wirionu. Poszczególny elementy składowe wirusa rozpoznają się wzajemnie i tworzą kompleksy w ścisłej kolejności. Miejsce dojrzewania wirusów jest różne, zależne od rodzaju wirusa. Dla przykładu poksvirusy dojrzewają w cytoplazmie, a herpesvirusy w jądrze. Wirusy nabywają osłonki podczas przechodzenia przez otoczkę jądrową, błony wakuolarne (tonoplast), ponadto w diktiosomach oraz w retikulum endoplazmatycznym. Ostateczny kształt i postać uzyskują w czasie przenikania przez plazmolemmę. Togavirusy, flavovirusy, retrovirusy czy rabdovirusy uzyskują dodatkowe elementy kapsydowe w trakcie opuszczania komórki w procesie pączkowania. Wirusy są transportowane w kierunku plazmolemmy w retikulum endoplazmatycznym (za jego pośrednictwem) oraz dzięki skurczom cytoszkieletu.
5. Uwalnianie wirusów. Wirusy opuszczają komórki w procesie pączkowania, egzocytozy, cytopempsji i translokacji przez pory błonowe. Niektóre wirusy doprowadzają do rozpadu całej komórki.
6. Zakażanie sąsiednich komórek. Następuje w wyniku fuzji błon: błony komórki zakażonej z błoną komórki zdrowej - wirus przenika wówczas bezpośrednio z jednej do drugiej i kolejnych po replikacji. Ponadto za pośrednictwem limfy i krwi oraz ich przesączów (np. płynu mózgowo-rdzeniowego).
Proces rozwojowy wirusa