REPRODUCTIE VAN VIRUSSEN: FASEN EN KENMERKEN - BIOLOGIE - 2026

De reproductie van virussen of virale replicatie is de gebeurtenis waarbij een virusdeeltje zich met verschillende orden van grootte vermenigvuldigt door de enzymatische machinerie van de gastheercel te kapen. Omdat virussen niet uit cellen bestaan, kunnen ze zich niet onafhankelijk voortplanten en is daarvoor strikt een cellulaire gastheer nodig.

Er zijn twee algemene alternatieven waarmee een virus zich kan voortplanten: de lytische cyclus of de lysogene cyclus. Beide processen zijn uitgebreid bestudeerd bij virussen die bacteriën of bacteriofagen infecteren.

Reproductieve cyclus van virussen.
1-fixatie
2-penetratie
3-ontvouwing
4-synthese (4a-transcriptie, 4b-vertaling, 4c-genoomreplicatie)
5-assemblage
6-bevrijding
Bron: Franciscosp2

De lytische cyclus culmineert in het scheuren van de gastheercel, terwijl in de lysogene cyclus de cel blijft leven met het genetisch materiaal van het virus erin.

In het geval van de lytische route vindt het virus de potentiële cel die het zal infecteren en hecht het zich eraan via receptoren die het op het celoppervlak herkent. Vervolgens injecteert het zijn DNA in het cytoplasma, waar de productie van structurele componenten begint. Deze stukjes nucleïnezuren en eiwitten worden geassembleerd en vrijgegeven, waarna ze nieuwe gastheren kunnen infecteren.

De lysogene cyclus begint op een gelijkaardige manier, behalve dat het virus-DNA een recombinatieproces zal ondergaan en zal worden geïntegreerd in het chromosoom van zijn gastheer. Het virus blijft latent in de cel, totdat de werking van een chemisch of UV-licht de lytische cyclus activeert.

Wat is een virus?

Voordat we uitleggen waaruit de reproductie van virussen bestaat, moeten we duidelijk zijn over verschillende aspecten die verband houden met de biologie van deze entiteiten. Virussen zijn geen cellen, maar eerder eenvoudige structuren die bestaan ​​uit nucleïnezuren en sommige eiwitten.

De complete en ontwikkelde set van het infectieuze virusdeeltje staat bekend als een virion.

In tegenstelling tot organische wezens die uit cellen bestaan, hebben virussen geen metabolisme en wisselen ze geen stoffen op een gecontroleerde manier uit met de externe omgeving. Maar wat ze wel kunnen doen, is zich voortplanten in biologische systemen die deze functies wel hebben: dat wil zeggen in levende cellen.

Om deze reden worden virussen beschouwd als obligate cellulaire parasieten, omdat ze hun voortplanting niet kunnen voltooien zonder de levende cel. De gastheren kunnen gewervelde dieren, ongewervelde dieren, planten, protisten, bacteriën enz. Zijn, afhankelijk van het bestudeerde virus.

Voor reproductie moeten virussen de enzymatische machinerie van hun gastheer kapen. Dit aspect heeft gevolgen bij het ontwikkelen van geneesmiddelen om de virale infectie te stoppen, aangezien het beïnvloeden van de reproductie van het virus de reproductie van de gastheercellen kan verstoren. We zullen hieronder onderzoeken hoe dit proces verloopt.

Hoe vermenigvuldigen virussen zich?

Zoals we al zeiden, virussen zijn biologische deeltjes van zeer eenvoudige aard. Daarom bevat het nucleïnezuur (ofwel DNA of RNA) dat ze bezitten de informatie voor de productie van een paar eiwitten en enzymen om het virion op te bouwen.

In een enkele gastheercel kan een virion duizenden virale deeltjes produceren die vergelijkbaar zijn met de oorspronkelijke, met behulp van de metabolische machinerie van zijn gastheer.

Ondanks het feit dat virussen en hun gastheren zeer variabel zijn, is de reproductiecyclus in alle opzichten vergelijkbaar. Hieronder zullen we het proces generaliseren en stap voor stap de reproductie van bacteriofagen, virussen die bacteriën infecteren, beschrijven. Dan zullen we enkele van de eigenaardigheden noemen van virussen die dieren infecteren.

Vermenigvuldiging van bacteriële virussen (bacteriofagen)

Bacteriofagen kunnen zich op twee alternatieve manieren voortplanten: de lytische cyclus of de lysogene cyclus. Zoals de naam al aangeeft, omvat de laatste stap van de lytica de lysis (en dus de dood) van de gastheercel. Daarentegen omvat de lysogene cyclus virale reproductie met de levende cel.

-Lithische cyclus

Het lytische proces in bacteriofagen T (T2, T4 en T6) in de beroemde E. coli-bacterie is tot in detail bekend. De processen die we hieronder beschrijven, zijn gebaseerd op deze studiemodellen.

Het komt voor in vijf verschillende stadia: fixatie, penetratie, biosynthese, rijping en afgifte.

Fixatie

Deze stap wordt ook wel virusadsorptie genoemd. Het eerste dat moet gebeuren voordat een virus zich kan vermenigvuldigen, is de ontmoeting tussen het virusdeeltje en de gastheercel. Deze botsing gebeurt lukraak.

Het virus bindt zich aan een of andere complementaire receptor die het op het celoppervlak herkent; in dit geval in de bacteriële celwand. Deze binding is een chemische interactie waarbij zwakke bindingen ontstaan ​​tussen het virus en de receptor.

Penetratie

Zodra het virus de ontvanger herkent, gaat het verder met het injecteren van zijn genetisch materiaal. De bacteriofaag geeft een enzym af dat een deel van de celwand beschadigt. In deze context functioneert het virale deeltje als een injectiespuit die verantwoordelijk is voor het injecteren van DNA.

Biosynthese

Wanneer het DNA het cytoplasma van de gastheercel heeft bereikt, begint de biosynthese van het genetisch materiaal en de eiwitten van het organisme in kwestie. De eiwitsynthese van de gastheer wordt gestopt door een reeks stappen die door het virus worden georkestreerd.

De indringer slaagt erin om zowel de vrije nucleotiden van de gastheer, ribosomen en aminozuren, als de enzymen die nodig zijn om het DNA van het virus te kopiëren, te sekwestreren.

Rijping

Aangezien alle bouwstenen van virussen worden gesynthetiseerd, begint het assemblage- of rijpingsproces. De assemblage van de componenten van de virale deeltjes gebeurt spontaan, waardoor de behoefte aan andere genen om het proces te ondersteunen, overbodig is.

Vrijlating

Aan het einde van het assemblageproces moeten de virussen worden vrijgegeven in de extracellulaire omgeving. Zoals we de lytische cyclus uitleggen, omvat deze laatste stap de lysis van de cel die het hele proces ondersteunde.

Lysis omvat het scheuren van het plasmamembraan en de celwand. De afbraak van deze laatste component vindt plaats door de werking van het enzym lysozym, dat tijdens het beschreven proces in de cel wordt gesynthetiseerd.

Op deze manier komen de nieuw gesynthetiseerde virusdeeltjes vrij. Deze kunnen naburige cellen infecteren en de cyclus opnieuw herhalen.

-Lysogene cyclus

Niet alle virussen dringen de gastheercellen binnen en vernietigen ze ten koste van hun eigen reproductie. Een alternatieve manier van vermenigvuldigen wordt de lysogene cyclus genoemd. Virussen die op deze manier kunnen worden gereproduceerd, worden gematigde temperaturen genoemd.

Hoewel sommige virussen zich kunnen voortplanten via de lytische route die in de vorige sectie is beschreven, kunnen ze zich ook voortplanten zonder de cel te vernietigen en daarin latent of inactief te blijven.

Om het u te beschrijven, zullen we als modelorganisme de bacteriofaag lambda (λ) gebruiken, een lysogene bacteriofaag die grondig is bestudeerd.

De fasen waarin de lysogene cyclus plaatsvindt zijn: penetratie in de gastheer, vorming van een circulair DNA uit het lineaire DNA-molecuul en recombinatie met het gastheer-DNA.

Integratie van viraal DNA in gastheer-DNA

De beginfasen verlopen op een vergelijkbare manier als de vorige cyclus, met de uitzondering dat het DNA van het virus door een proces van recombinatie in het DNA van de gastheercel wordt geïntegreerd.

In deze toestand is het virus latent in de cel en repliceert het virale DNA samen met het DNA van de gastheer.

Afwisseling tussen lytische en lysogene cyclus

Aan de andere kant kan een verscheidenheid aan stochastische gebeurtenissen leiden tot de verandering van lysogene naar lytische cyclus. Onder deze gebeurtenissen vallen blootstelling aan UV-straling of bepaalde chemicaliën die leiden tot het uitsnijden van faag-DNA en het initiëren van lysis.

Gevolgen van lysogenie

Er zijn belangrijke gevolgen van lysogenie, namelijk: (i) lysogene cellen zijn immuun voor latere infecties van dezelfde bacteriofaag, maar niet voor een ander virus; (ii) de cellen kunnen nieuwe kenmerken verwerven door het genetisch materiaal van de faag te integreren, zoals de productie van bepaalde toxines, en (iii) het gespecialiseerde transductieproces is toegestaan.

Vermenigvuldiging van dierlijke virussen

In grote lijnen volgen dierlijke virussen een vermenigvuldigingspatroon dat sterk lijkt op het patroon dat wordt beschreven bij virussen die bacteriën infecteren. Er zijn echter enkele opvallende verschillen in beide processen.

Het meest voor de hand liggende is het celtoegangsmechanisme, vanwege de verschillen die op structureel niveau bestaan ​​tussen eukaryote en prokaryote cellen. In dierlijke cellen bestaan ​​de receptoren uit eiwitten en glycoproteïnen die verankerd zijn in het plasmamembraan.

Een voorbeeld hiervan is het hiv-virus. Om de cel binnen te komen, herkent het virus een receptor genaamd CCR5. Bepaalde individuen hebben een deletie (dat wil zeggen, er ontbreken delen van het DNA) van 32 basenparen in het gen dat codeert voor de cellulaire receptor die het eiwit vernietigt en resistentie verleent tegen het gevreesde virus.

Veel indringers profiteren van de receptoren die het endocytoseproces bemiddelen om de cel binnen te dringen door de vorming van blaasjes. Virussen die door een membraan worden bedekt, kunnen de cel binnendringen door de lipidemembranen te versmelten.

Als het virus eenmaal is binnengedrongen, is de synthese van de virusdeeltjes enigszins variabel. Dierlijke cellen hebben andere enzymatische mechanismen dan we in bacteriën aantreffen.

Referenties

1. Forbes, BA, Sahm, DF en Weissfeld, AS (2007). Diagnostische microbiologie. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Biologische wetenschap. Pearson Education.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS en Pfaller, MA (2015). Medische microbiologie. Elsevier Gezondheidswetenschappen.
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Campbell biologie. Pearson onderwijs.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). Microbiologie. Een introductie. Pearson.