Репликация и патогенез вирусов
Вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами, которые не могут размножаться самостоятельно; они должны проникнуть в клетку-хозяина и перенаправить ее механизмы для производства новых вирусных частиц. В этом разделе рассматриваются общие этапы цикла репликации вируса — проникновение, экспрессия генов, репликация генома, сборка и высвобождение — а также механизмы, посредством которых инфекция и ответная реакция хозяина приводят к заболеванию (патогенезу).
Definition
Репликация вируса — это совокупность внутриклеточных процессов, посредством которых вирус использует механизмы клетки-хозяина для копирования своего генома и производства потомства вирионов; вирусный патогенез — это процесс, посредством которого вирусная инфекция и последующая ответная реакция хозяина приводят к заболеванию.
Scope
Данный раздел знакомит читателя с циклом репликации вируса как с общей концептуальной основой и с понятием патогенеза как цепи событий от инфекции до повреждения. Дочерние темы рассматривают отдельные стадии — проникновение и раздевание, экспрессию генов и синтез белков, репликацию нуклеиновых кислот, сборку и высвобождение — а также механизмы, посредством которых вирусы вызывают заболевания. Это справочный и образовательный обзор, а не клиническое или терапевтическое руководство.
Sub-topics
Core questions
- Какие универсальные этапы должен пройти каждый вирус для размножения внутри клетки-хозяина?
- Как тип генома вируса (ДНК, РНК, полярность, сегментация) ограничивает его стратегию репликации?
- Как события репликации, наряду с иммунным ответом хозяина, вызывают повреждение тканей и заболевание?
Key concepts
- Облигатный внутриклеточный паразитизм
- Общий цикл репликации: проникновение, раздевание, экспрессия генов, репликация генома, сборка, высвобождение
- Период затмения и одноступенчатый рост
- Тип генома как определяющий фактор стратегии репликации
- Тропизм (клетки и ткани, которые вирус может инфицировать)
- Острая против персистентной (латентной, хронической) инфекции
- Прямой цитопатический эффект против иммунопатологии
Key theories
- Классификация Балтимора
- Схема Дэвида Балтимора группирует вирусы по классам в зависимости от природы их генома и пути, по которому они производят матричную РНК, предсказывая молекулярную логику стратегии репликации каждой группы. Она остается организующей основой для сравнения того, как реплицируются различные вирусы.
Mechanisms
Продуктивная инфекция протекает через упорядоченный цикл. Вирион сначала прикрепляется к пермиссивной клетке и проникает в нее, затем раздевается, высвобождая свой геном; геном экспрессируется и реплицируется с использованием комбинации вирусных и хозяйских ферментов; новые структурные белки и геномы собираются в дочерние вирионы; и вирионы высвобождаются для заражения других клеток. Тип генома во многом определяет детали — например, РНК-вирусы с положительной цепью строят мембранно-связанные репликационные компартменты в цитоплазме, что является повторяющейся темой для различных семейств. Заболевание возникает, когда эти события непосредственно повреждают клетки или провоцируют иммунный ответ хозяина, который сам повреждает ткани, и когда баланс между распространением вируса и защитой хозяина определяет, будет ли инфекция устранена, станет ли она персистентной или окажется смертельной.
Clinical relevance
Понимание цикла репликации объясняет, почему противовирусные препараты нацелены на отдельные этапы, такие как проникновение, репликация генома или созревание, и почему иммунный ответ хозяина имеет центральное значение для исхода. Данная статья описывает биологические основы клинической вирусологии и противовирусной стратегии на концептуальном уровне; это образовательный справочный материал, а не основа для диагностики, выбора лекарств или индивидуального ведения пациента.
Epidemiology
Вирусы вызывают значительную долю инфекционных заболеваний человека во всем мире, от самокупирующихся респираторных и желудочно-кишечных заболеваний до хронических инфекций и пандемий. Многие высокопатогенные новые инфекционные заболевания вызываются вирусами, часто зоонозного происхождения, что делает связь между репликацией, кругом хозяев и патогенезом вопросом как популяционного, так и индивидуального здоровья.
History
Работы XX века по бактериофагам и вирусам животных установили одноступенчатую кривую роста и концепцию периода затмения, выявив репликацию как упорядоченный внутриклеточный цикл. Классификация Балтимора (1971) объединила разнообразие вирусных геномов вокруг центральной проблемы синтеза мРНК, а последующие молекулярно-биологические и клеточно-биологические исследования детально картировали каждый этап цикла. Изучение патогенеза расширилось от идеи прямого уничтожения клеток до включения иммунопатологии и спектра острой, латентной и хронической инфекции.
Key figures
- David Baltimore
- Ari Helenius
- Mark Marsh
- Paul Ahlquist
- Herbert W. Virgin
Related topics
Seminal works
- marsh-helenius-2006
- denboon-ahlquist-2010
- virgin-2009
Frequently asked questions
- Почему вирусы не могут размножаться самостоятельно?
- Вирусам не хватает рибосом и метаболических механизмов, необходимых для синтеза белков и выработки энергии, поэтому они должны проникнуть в живую клетку-хозяина и использовать ее механизмы для создания новых вирусных частиц; именно поэтому их называют облигатными внутриклеточными паразитами.
- Вызывается ли вирусное заболевание гибелью клеток вирусом или иммунным ответом?
- Могут происходить оба процесса. Некоторые вирусы непосредственно повреждают клетки (цитопатический эффект), в то время как при других инфекциях большая часть повреждения тканей вызвана иммунным ответом хозяина на вирус (иммунопатология); баланс различается для разных вирусов и заболеваний.