VIRALE REPLICATIE: KENMERKEN, VIRALE REPLICATIECYCLUS, VOORBEELD (HIV) - BIOLOGIE - 2026

De virale replicatie is de manier waarop de verschillende soorten virussen zich vermenigvuldigen binnen de binnenvallende cellen. Deze DNA- of RNA-entiteiten hebben veel verschillende strategieën om structuren binnen de cel te rekruteren en deze te gebruiken om kopieën van zichzelf te produceren.

De biologische "functie" van elk type virale replicatie is het genereren van nieuwe virale genomen en eiwitten in voldoende hoeveelheden om de voortplanting van het virale genoom dat de cel is binnengedrongen, te verzekeren.

Stappen van virale replicatie (Bron: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Alle virussen die tot nu toe bekend zijn, hebben celenzymen nodig voor hun vermenigvuldiging, aangezien ze geen eigen enzymen hebben waarmee ze zichzelf kunnen vermenigvuldigen en reproduceren.

Virale moleculen zijn in staat om vrijwel elk type cel in de biosfeer binnen te dringen.

Hierdoor heeft de mensheid een grote hoeveelheid middelen en inspanningen ingezet om niet alleen de werking van virussen te begrijpen, maar ook virale replicatie, aangezien dit proces de sleutel is tot de juiste beheersing van alle ziekten die het gevolg zijn van infectie van virale oorsprong.

Virussen moeten het inwendige van de cellen bereiken en daarvoor moeten ze gespecialiseerde mechanismen invoeren om de endogene afweer van hun gastheren te "omzeilen". Eenmaal binnen de "koloniserende" individuen, moeten ze in staat zijn hun cellen binnen te gaan en hun genoom en eiwitten te repliceren.

kenmerken

Virale replicatie vertoont belangrijke variaties in elke soort virus; Bovendien kan dezelfde soort verschillende serotypen, "quasispecies" en virussen herbergen met grote modificaties in hun genomische sequentie.

Het genoom van virussen kan bestaan ​​uit nucleïnezuren zoals DNA, RNA of beide, enkele of dubbele band. Deze moleculen kunnen ook een cirkelvormige, lineaire vorm hebben, zoals onder andere "haarspelden" (haarspeldbochten).

Door de grote variatie in de structuur van virussen is er een grote diversiteit aan strategieën en mechanismen om replicatie uit te voeren. Sommige min of meer algemene stappen worden echter door alle soorten gedeeld.

Virale replicatiecyclus

Afbeeldingsbron: geen machinaal leesbare auteur opgegeven. Guaguaguagua veronderstelde (op basis van auteursrechtclaims).

Over het algemeen omvat de algemene virale replicatiecyclus 6 of 7 stappen, namelijk:

1- Adsorptie of binding aan de cel,

2- Penetratie of binnenkomst in de cel

3- Genoomvrijgave

4- Genoomreplicatie

5- Montage

6- Gerijpt

7- Lysis of loslaten door knopvorming

Adsorptie of binding aan de cel

Virussen hebben momenteel in hun structuur een eiwit of molecuul dat bekend staat als een antireceptor, dat zich bindt aan een of meer macromoleculen op het buitenmembraan van de cel waarin ze willen binnendringen. Deze moleculen zijn over het algemeen glycoproteïnen of lipiden.

Glycoproteïnen of lipiden op het buitenmembraan van de "doel" -cel staan ​​bekend als receptoren, en virussen hechten zich aan of binden zich covalent aan deze receptoren met behulp van hun proteïne of antireceptormolecuul.

Penetratie of binnenkomst in de cel

Zodra een virus zich via de receptor-antireceptorovergang aan het buitenmembraan van de cel hecht, kan het de cel binnenkomen via drie mechanismen: endocytose, fusie met het celmembraan of translocatie.

Wanneer binnenkomst plaatsvindt door endocytose, creëert de cel een kleine spleet in een specifiek gebied van het membraan, precies waar het virus is gehecht. De cel vormt dan een soort blaasje rond het virale deeltje, dat wordt geïnternaliseerd en, eenmaal binnen, uiteenvalt, waardoor het virus in het cytosol vrijkomt.

Endocytose is misschien wel het meest voorkomende toegangsmechanisme voor virussen, aangezien cellen constant blaasjes internaliseren als reactie op verschillende interne en externe stimuli en voor verschillende functionele doeleinden.

Fusie met het celmembraan is een mechanisme dat alleen kan worden uitgevoerd door virussen die worden omhuld door een beschermende omhulling die een capside wordt genoemd. Tijdens dit proces versmelten de componenten van de capside met het celmembraan en komt de binnenkant van de capside vrij in het cytosol.

Translocatie is zelden gedocumenteerd en wordt niet volledig begrepen. Het is echter bekend dat het virus zich hecht aan een receptormacromolecuul op het oppervlak van het membraan en zichzelf internaliseert door tussen de componenten van het celmembraan te intercaleren.

Genoomvrijgave

Dit proces is het minst begrepen en misschien wel het minst bestudeerd bij virale replicatie. Daarbij wordt de capside verwijderd, waardoor het virusgenoom met de bijbehorende nucleoproteïnen wordt blootgesteld.

Er wordt verondersteld dat de envelop van het virusgenoom is gefuseerd met het endocytose blaasje. Bovendien wordt aangenomen dat deze replicatiestap wordt geactiveerd door een of andere interne factor in de cel, zoals pH of verandering in elektrolytconcentratie, enz.

Replicatie van het virale genoom

De replicatieprocessen van het virale genoom zijn zeer variabel tussen elke virussoort; virussen worden in feite ingedeeld in 7 verschillende klassen op basis van het type nucleïnezuur waaruit hun genoom bestaat.

Als algemene regel geldt dat de meeste DNA-virussen repliceren in de kern van de cellen die ze binnendringen, terwijl de meeste RNA-virussen repliceren in het cytosol.

Sommige enkelstrengs (enkelstrengs) DNA-virussen dringen de celkern binnen en dienen als "sjabloon" -strengen voor de synthese en vermenigvuldiging van meer enkelstrengs DNA-moleculen.

Andere dubbelbandige RNA-virussen synthetiseren hun genoom via segmenten en zodra alle segmenten zijn gesynthetiseerd, verzamelen ze zich in het cytosol van de gastheercel. Sommige genomen bevatten in hun genoom de genetische sequentie die de informatie heeft om voor een RNA-polymerase te coderen.

Zodra dat RNA-polymerase is vertaald, begint de replicatie van meerdere kopieën van het virale genoom. Dit enzym kan boodschapper-RNA's genereren om de eiwitten te produceren die de capside van het virus en andere componenten ervan zullen veroorzaken.

bijeenkomst

Zodra meerdere kopieën van het virusgenoom en alle componenten van de capside zijn gesynthetiseerd, worden deze allemaal naar een specifieke plaats van de cel geleid, zoals de kern of het cytoplasma, waar ze worden geassembleerd als volwassen virussen.

Veel auteurs erkennen assemblage, rijping en lysis niet als afzonderlijke processen in de levenscyclus van virussen, aangezien deze processen vaak opeenvolgend plaatsvinden wanneer de concentratie van de delen en het genoom van het virus in de cel het is erg hoog.

Gerijpt

Tijdens deze fase wordt het virus "besmettelijk"; dat wil zeggen, de capside-eiwitten rijpen of er treden conformatieveranderingen op die de initiële structuur transformeren in deeltjes die in staat zijn om andere cellen te infecteren.

Sommige virussen laten hun structuren rijpen in de cellen die ze infecteren, andere doen dit pas nadat ze cellysis hebben veroorzaakt.

Lysis of afgifte door knopvorming

Bij de meeste virussen vindt afgifte plaats door lysis of knopvorming. Bij lysis breekt de cel en geeft zijn volledige inhoud af aan de extracellulaire omgeving, waardoor geassembleerde en volwassen virussen vrij kunnen reizen om een ​​andere cel te vinden om te infecteren.

Afgifte door knopvorming is specifiek voor virussen die een lipiden- en eiwitomhulsel hebben. Deze gaan door het plasmamembraan en vormen een soort intracellulaire blaasjes.

Voorbeeld van virale replicatie (HIV)

Virale replicatiecyclus van het HIV-virus. Bron: Jmarchn

Het Human Immunodeficiency Virus, beter bekend als HIV, is een van de virussen die het hoogste aantal menselijke sterfgevallen ter wereld heeft veroorzaakt. Het is een RNA-virus dat rechtstreeks een type witte bloedcel aantast dat CD4-lymfocyten wordt genoemd.

De fixatie van het virus wordt uitgevoerd door de herkenning en de vereniging van de eiwitten van de capside van het virus met de eiwitten van het celmembraan van de CD4-lymfocyten. Vervolgens versmelt het capside met het celmembraan en wordt de virusinhoud binnenin geleegd.

In het cytoplasma wordt RNA omgekeerd getranscribeerd en vormt het twee DNA-banden die complementair zijn. Het dubbelbandige DNA-molecuul integreert in het genoom van de gastheercel, in dit geval de CD4-lymfocyt.

Als onderdeel van de genetische informatie van de cel wordt DNA van virale oorsprong getranscribeerd en vertaald zoals elke streng genomisch DNA van de lymfocyt.

Zodra alle componenten van het virus in het cytosol zijn geproduceerd, worden de virale deeltjes verzameld en via knopvorming in de extracellulaire omgeving uitgestoten. Honderdduizenden hobbels vormen en, wanneer ze vrijkomen, leiden ze tot volwassen hiv-deeltjes.

Referenties

1. Burrell, CJ, Howard, CR en Murphy, FA (2016). Fenner en White's medische virologie. Academische pers.
2. Rosas-Acosta, G. (Ed.). (2013). Virale replicatie. BoD - Boeken op aanvraag.
3. Saag, MS, Holodniy, M., Kuritzkes, DR, O'Brien, WA, Coombs, R., Poscher, ME, … & Volberding, PA (1996). Hiv-viral load-markers in de klinische praktijk. Natuurgeneeskunde, 2 (6), 625.
4. Schmid, M., Speiseder, T., Dobner, T., & González, RA (2014). DNA-virusreplicatiecompartimenten. Journal of virology, 88 (3), 1404-1420.
5. Wunner, BD, Macfarlan, RI, Smith, CL, Golub, E., & Wiktor, TJ (1986). NAVO Advanced Study Institute: DE MOLECULAIRE BASIS VAN VIRALE REPLICATIE. Journal of Virological Methods, 13, 87-90. Cheng, RH en Miyamura, T. (2008). Op structuur gebaseerde studie van virale replicatie: met cd-rom. Wereld Wetenschappelijk.