שכפול ויראלי: מאפיינים, מחזור שכפול ויראלי, דוגמה (HIV) - ביולוגיה - 2025

השכפול הנגיפי הוא הדרך הסוגים השונים של נגיף מתרבה בתוך התאים פולשים. ישויות DNA או RNA אלה כוללות אסטרטגיות רבות ושונות לגיוס מבנים בתא ולהשתמש בהם כדי להפיק עותקים של עצמם.

ה"פונקציה "הביולוגית של כל סוג של שכפול ויראלי היא לייצר גנומים וחלבונים ויראליים חדשים בכמויות מספיקות בכדי להבטיח את התפשטות הגנום הנגיפי שפלש לתא.

שלבים של שכפול ויראלי (מקור: Alejandro Porto דרך Wikimedia Commons)

כל הנגיפים הידועים עד היום זקוקים לאנזימים תאים לצורך הכפלתם, מכיוון שאין להם אנזימים משלהם המאפשרים להם לשכפל ולהתרבות בעצמם.

מולקולות נגיפיות מסוגלות לפלוש כמעט לכל סוג של תא בביוספרה.

כתוצאה מכך, האנושות כיוונה כמות גדולה של משאבים ומאמצים להבנת לא רק את תפקוד הנגיפים, אלא גם שכפול ויראלי, מכיוון שתהליך זה הוא המפתח לשליטה נכונה של כל המחלות הנובעות מזיהום בנגיף. מוצא ויראלי.

נגיפים צריכים להגיע אל פנים התאים, וכדי לעשות זאת, עליהם להקים מנגנונים ייעודיים "לעקוף" את ההגנות האנדוגניות של מארחיהם. ברגע שהם נמצאים בתוך האנשים "המתיישבים" עליהם להיות מסוגלים להיכנס לתאים שלהם ולהעתיק את הגנום והחלבונים שלהם.

מאפיינים

שכפול ויראלי מציג וריאציות חשובות בכל מין של נגיף; יתר על כן, אותו המין יכול להכיל סרוטיפים שונים, "quasispecies" ווירוסים עם שינויים גדולים ברצף הגנומי שלהם.

הגנום של נגיפים יכול להיות מורכב מחומצות גרעין כמו DNA, RNA או שניהם, פס יחיד או כפול. מולקולות כאמור יכולות להיות גם בצורת מעגלית, ליניארית, כמו "סיכות שיער" (סיכת שיער), בין השאר.

כתוצאה מהשונות הגדולה במבנה הנגיפים, קיים מגוון גדול של אסטרטגיות ומנגנונים לביצוע שכפול. עם זאת, כמה צעדים כלליים פחות או יותר משותפים בין כל המינים.

מחזור שכפול ויראלי

מקור תמונה: לא סופק מחבר קריא במכונה. גוגואגוגואה הניח (בהתבסס על טענות בזכויות יוצרים).

באופן כללי, מחזור השכפול הנגיפי הכללי כולל 6 או 7 שלבים, שהם:

1- ספיחה או כריכה לתא,

2- חדירה או כניסה לתא

3 - שחרור גנום

4- שכפול גנום

5- הרכבה

6- התבגר

7- ליזיס או שחרור על ידי ניצני

ספיחה או כריכה לתא

בנגיפים קיימים כיום במבנה שלהם חלבון או מולקולה המכונה אנטי-קולטון, הנקשרים לאחת או יותר מקרומולקולות על הממברנה החיצונית של התא שאליו הם רוצים להיכנס. מולקולות אלה הן בדרך כלל גליקופרוטאינים או ליפידים.

גליקופרוטאינים או ליפידים על הממברנה החיצונית של תא ה"מטרה "ידועים כקולטנים, וירוסים דבקים או קשורים בקובלינציה לקולטנים אלה בעזרת מולקולת החלבון או האנטי-קולטן שלהם.

חדירה או כניסה לתא

ברגע שנגיף מתחבר לקרום החיצוני של התא דרך צומת הקולטן-אנטי-קולטני, הוא יכול להיכנס לתא דרך שלושה מנגנונים: אנדוציטוזיס, היתוך עם קרום התא, או טרנסלוקציה.

כאשר הכניסה מתרחשת על ידי אנדוציטוזיס, התא יוצר שסע קטן באזור ספציפי של הממברנה, ממש במקום בו הנגיף מחובר. התא יוצר אז סוג של שלפוחית ​​סביב החלקיק הנגיף המופנם, ופעם בפנים, מתפרק ומשחרר את הנגיף לציטוזול.

אנדוציטוזיס הוא אולי מנגנון הכניסה הנפוץ ביותר לנגיפים, שכן התאים מפנימים ללא הפסקה שלפוחית ​​כתגובה לגירויים פנימיים וחיצוניים שונים ולמטרות תפקודיות שונות.

איחוי עם קרום התא הוא מנגנון שיכול להתבצע רק על ידי וירוסים העוטפים את כיסוי המגן הנקרא קפסיד. במהלך תהליך זה, מרכיבי הקפסיד נתיכים עם קרום התא וחלקו הפנימי של הקפסיד משתחרר לציטוזול.

לעתים רחוקות תועד התרגום ואינו מובן לחלוטין. עם זאת, ידוע כי הנגיף דבק במקרומולקולת מקולטן על פני הממברנה ומפנימה את עצמה על ידי אינטראקציה בין מרכיבי קרום התא.

שחרור גנום

תהליך זה הוא הכי פחות מובן ואולי פחות נחקר בשכפול ויראלי. במהלכו מוציאים את הקפסיד וחושף את הגנום הנגיף עם נוקלאופרוטאינים הקשורים אליו.

משערים כי מעטפת הגנום של הנגיף התמזגה עם שלפוחית ​​האנדוציטוזה. יתר על כן, נהוג לחשוב כי שלב שכפול זה מופעל על ידי גורם כלשהו הפנימי לתא כמו pH או שינוי בריכוז האלקטרוליטים וכו '.

שכפול של הגנום הנגיפי

תהליכי השכפול של הגנום הנגיפי משתנים מאוד בין כל אחד ממיני הנגיף; למעשה, נגיפים מסווגים ל -7 מחלקות שונות לפי סוג החומצה הגרעינית המרכיבה את הגנום שלהם.

ככלל, מרבית נגיפי ה- DNA משכפלים בתוך גרעין התאים אליהם הם פולשים, ואילו מרבית נגיפי ה- RNA משכפלים בתוך הציטוזול.

כמה נגיפי DNA חד-גדילים (חד-גדילים) חודרים לגרעין התא ומשמשים כגדילי "תבנית" לסינתזה וכפל של מולקולות DNA חד-גדיליות יותר.

נגיפי RNA דו-פעמיים אחרים מסנתזים את הגנום שלהם באמצעות קטעים וברגע שמסנתז כל המקטעים הם מתכנסים בציטוזול של התא המארח. יש גנומים המכילים בגנום שלהם את הרצף הגנטי שיש לו מידע לקידוד פולימראז RNA.

ברגע שתרגום אותו פולימראז RNA מתחיל ההעתקה של מספר עותקים של הגנום הנגיפי. אנזים זה יכול לייצר RNA של שליחים לייצור החלבונים שיולידו את הקפסיד של הנגיף ושאר מרכיביו.

הַרכָּבָה

לאחר סינתזה של עותקים מרובים של גנום הנגיף וכל מרכיבי הקפסיד, כל אלה מופנים לאתר ספציפי בתא כמו הגרעין או הציטופלזמה, שם הם מורכבים כנגיפים בוגרים.

מחברים רבים אינם מכירים בהרכבה, בשלות והתזונה כתהליכים נפרדים במחזור החיים של נגיפים, מכיוון שפעמים רבות תהליכים אלה מתרחשים ברצף כאשר ריכוז החלקים והגנום של הנגיף בתא. זה מאוד גבוה.

התבגר

בשלב זה הנגיף הופך ל"ידבק "; כלומר, חלבוני הקפסיד בוגרים או מתרחשים שינויים בקונפורמציה שהופכים את המבנה הראשוני לחלקיקים המסוגלים להדביק תאים אחרים.

יש וירוסים שמבשילים את המבנים שלהם בתוך התאים שהם מדביקים, אחרים עושים זאת רק לאחר שהם גורמים לתמונת תא.

ליזיס או שחרור על ידי ניצני

ברוב הנגיפים, השחרור מתרחש על ידי תמוגה או ניצני. בתסיסה, התא שובר ומשחרר את כל תוכנו לסביבה החוץ תאית, ומאפשר לנגיפים מורכבים ובוגרים לנסוע בחופשיות כדי למצוא תא אחר שידביק.

שחרור על ידי ניצני ספציפי לנגיפים שיש להם מעטפת ליפידים וחלבון. אלה עוברים דרך קרום הפלזמה ויוצרים סוג של שלפוחיות תוך-תאיות.

דוגמה לשכפול נגיפי (HIV)

מחזור שכפול ויראלי של נגיף ה- HIV. מקור: Jmarchn

נגיף הכשל החיסוני האנושי, הידוע יותר בשם HIV, הוא אחד הנגיפים שגרמו למספר מקרי המוות האנושיים הגבוה ביותר בעולם. זהו נגיף RNA הפוגע ישירות בסוג של תאי דם לבנים הנקראים לימפוציטים CD4.

קיבוע הנגיף מתבצע דרך זיהוי ואיחוד של חלבוני הקפסיד של הנגיף עם חלבוני קרום התא של לימפוציטים CD4. לאחר מכן, הקפסיד נתיך עם קרום התא ותוכן הנגיף מתרוקן בפנים.

בציטופלזמה, ה- RNA מתועתק הפוך ויוצר שתי להקות DNA המשלימות. מולקולת ה- DNA הכפולה משתלבת בגנום של התא המארח, במקרה זה הלימפוציט CD4.

כחלק מהמידע הגנטי של התא, תעתיק DNA ממקור ויראלי מתורגם כמו כל גדיל של DNA גנומי של הלימפוציט.

לאחר שיוצרו כל מרכיבי הנגיף בציטוזול, החלקיקים הנגיפיים מורכבים ומגורשים לעבר הסביבה החוץ תאי באמצעות ניצני ניצנים. נוצרות כמה מאות אלפי בליטות, וכשמשתחררים מולידות חלקיקי HIV בוגרים.

הפניות

1. בורל, סי.ג'יי, הווארד, CR, ומרפי, FA (2016). הווירולוגיה הרפואית של פנר ווייט. עיתונות אקדמית.
2. רוזאס-אקוסטה, ג '(עורכת). (2013). שכפול ויראלי. BoD - ספרים לפי דרישה.
3. Saag, MS, Holodniy, M., Kuritzkes, DR, O'Brien, WA, Coombs, R., Poscher, ME, … & Volberding, PA (1996). סמני עומס נגיפי HIV בטיפול קליני. רפואת טבע, 2 (6), 625.
4. Schmid, M., Speiseder, T., Dobner, T., and González, RA (2014). תאי שכפול לנגיף ה- DNA. Journal of virology, 88 (3), 1404-1420.
5. Wunner, BD, Macfarlan, RI, Smith, CL, Golub, E., & Wiktor, TJ (1986). מכון המחקר המתקדם של נאט"ו: הבסיס המולקולרי לתשובה ויראלית. כתב העת לשיטות וירולוגיות, 13, 87-90. צ'נג, RH ומיאמורה, ט (2008). מחקר מבוסס מבנה של שכפול ויראלי: בעזרת CD-ROM. עולם מדעי.