רבייה של נגיפים: שלבים ומאפיינים - ביולוגיה - 2025

הרבייה של וירוסים או שכפול נגיפי היא האירוע שבאמצעותו מתרבה חלקיק וירוס בכמה סדרי גודל, על ידי חטיפת מכונות האנזימטית של התא המארח. מכיוון שנגיפים אינם מורכבים מתאים, הם אינם יכולים להתרבות באופן עצמאי, דבר המחייב בקושי מארח סלולרי לעשות זאת.

יש שתי אלטרנטיבות כלליות שבאמצעותן יכול וירוס להתרבות: המחזור הליטי או המחזור הליזוגני. שני התהליכים נחקרו באופן נרחב בנגיפים המדביקים חיידקים או חיידקים.

מחזור רבייה של נגיפים.
קיבוע
1-חדירה
3-פירוק
סינתזה 4 (תעתיק 4a, תרגום 4b, שכפול 4 גנום)
5-מכלול
6-
מקור שחרור : Franciscosp2

המחזור הליטי מסתיים בקרע של התא המארח ואילו במחזור הליזוגני התא ממשיך לחיות עם החומר הגנטי של הנגיף בפנים.

במקרה של המסלול הליטי, הנגיף מוצא את התא הפוטנציאלי שהוא ידביק ומתחבר אליו דרך קולטנים שהוא מכיר על פני התא. לאחר מכן הוא מזריק את ה- DNA שלו לציטופלזמה, שם תחל ייצורם של רכיבים מבניים. חלקים אלו של חומצות גרעין וחלבונים מורכבים ומשתחררים, לאחר מכן הם יכולים להדביק מארחים חדשים.

המחזור הליזוגני מתחיל באופן דומה, למעט ש- DNA הנגיף יעבור תהליך של קומבינציה וישולב בכרומוזום של המארח שלו. הנגיף נשאר סמוי בתוך התא, עד שפעולת אור כימי או UV מפעילה את המחזור הליטי.

מהו וירוס?

לפני שנסביר ממה מורכב ההתרבות של וירוסים, עלינו להיות ברורים לגבי כמה היבטים הקשורים לביולוגיה של ישויות אלה. נגיפים אינם תאים, אלא מבנים פשוטים המורכבים מחומצות גרעין וכמה חלבונים.

הסט השלם והמפותח של חלקיק הנגיף הזיהומי ידוע בשם ויריון.

שלא כמו יצורים אורגניים המורכבים מתאים, לוירוסים אין מטבוליזם או מחליפים חומרים באופן מבוקר עם הסביבה החיצונית. אבל מה שהם יכולים לעשות זה להתרבות בתוך מערכות ביולוגיות שכן מציגות פונקציות אלה: כלומר בתאים חיים.

מסיבה זו, וירוסים נחשבים לטפילים תאיים מחייבים, מכיוון שהם אינם יכולים להשלים את רבייתם ללא התא החי. מארחיה יכולים להיות חוליות, חסרי חוליות, צמחים, פרוטסטים, חיידקים וכו ', תלוי בנגיף שנחקר.

לצורך ההתרבות, וירוסים חייבים לחטוף את המכונות האנזימטיות של מארחיהם. להיבט זה השלכות בעת פיתוח תרופות להפסקת הזיהום הנגיפי, שכן השפעה על רביית הנגיף עלולה להפריע להתרבות התאים של המארח. נבדוק כיצד מתרחש תהליך זה להלן.

כיצד וירוסים מתרבים?

כפי שציינו, נגיפים הם חלקיקים ביולוגיים בעלי אופי פשוט מאוד. לכן חומצת הגרעין (DNA או RNA) שיש ברשותם מכילה את המידע לייצור כמה חלבונים ואנזימים לבניית הוויריון.

בתא מארח בודד יכול ויריון לייצר אלפי חלקיקים ויראליים הדומים לזו הראשונית, באמצעות מכונות מטבוליות של המארח שלו.

למרות העובדה שנגיפים ומארחיהם משתנים מאוד, מחזור ההתרבות דומה לכולם. להלן נכליל את התהליך ונתאר שלב אחר שלב את ההתרבות של בקטריופאגים, נגיפים המדביקים חיידקים. אז נזכיר כמה מהמוזרויות בנגיפים המדביקים בעלי חיים.

כפל נגיפי חיידקים (בקטריופאגים)

בקטריופאגים יכולים להתרבות בשתי דרכים חלופיות: המחזור הליטי או המחזור הליזוגני. כפי שמשתמע משמו, השלב האחרון של הלייטי כולל את התמוגה (ובכך מוות) של התא המארח. לעומת זאת, המחזור הליזוגני כרוך בהתרבות ויראלית עם התא החי.

-מחזור ליטי

התהליך הליטי בחיידקים T (T2, T4 ו- T6) בחיידק E. coli המפורסם ידוע בפרטי פרטים. התהליכים אותם נתאר להלן מבוססים על מודלי מחקר אלה.

זה מתרחש בחמישה שלבים שונים: קיבוע, חדירה, ביוסינתזה, התבגרות ושחרור.

קיבוע

שלב זה מכונה גם ספיחת וירוסים. הדבר הראשון שצריך לקרות כדי שוירוס יתרבה הוא המפגש בין חלקיק הנגיף לתא המארח. התנגשות זו מתרחשת באקראי.

הנגיף נקשר לאיזה קולטן משלים שהוא מכיר על פני התא; במקרה זה, בדופן התא של החיידק. קשר זה הוא אינטראקציה כימית בה מתרחשים קשרים חלשים בין הנגיף לקולטן.

חֲדִירָה

ברגע שהנגיף מזהה את הנמען, הוא ממשיך להזרים את החומר הגנטי שלו. החיידק משחרר אנזים הפוגע בחלק מדופן התא. בהקשר זה החלקיק הנגילי מתפקד כמזרק היפודרמי האחראי על הזרקת DNA.

ביוסינתזה

כאשר ה- DNA הגיע לציטופלזמה של התא, מתחילה הביוסינתזה של החומר הגנטי והחלבונים של האורגניזם המדובר. סינתזת חלבון מארח נעצרת על ידי סדרת צעדים המתוזמרים על ידי הנגיף.

הפולש מצליח לבצע רצף של שני הנוקלאוטידים החופשיים של המארח, ריבוזומים וחומצות אמינו, כמו גם את האנזימים הנחוצים להעתקת ה- DNA של הנגיף.

הַבשָׁלָה

כאשר כל אבני הבניין של וירוסים מסונתזים, מתחיל תהליך ההרכבה או ההתבגרות. הרכבת מרכיבי החלקיקים הנגיפים מתרחשת באופן ספונטני, ומבטלת את הצורך בגנים אחרים שיסייעו בתהליך.

לְשַׁחְרֵר

בסיום תהליך ההרכבה, יש לשחרר את הנגיפים לסביבה החוץ תאית. כפי שאנו מסבירים את המחזור הליטי, שלב אחרון זה כולל תמוגה של התא שסייע לתהליך כולו.

ליזיס כרוך בקרע בקרום הפלזמה ובקיר התא. השפלה של מרכיב אחרון זה מתרחשת על ידי פעולת האנזים ליזוזימים, המסונתז בתוך התא במהלך התהליך המתואר.

בדרך זו משתחררים חלקיקי הנגיף החדשים המסונתזים. אלה יכולים להדביק תאים סמוכים ולחזור שוב על המחזור.

-מחזור ליזוגני

לא כל הנגיפים חודרים לתאי מארח ומשמידים אותם במחיר ההתרבות שלהם. מצב כפל חלופי נקרא המחזור הליזוגני. וירוסים המסוגלים להתרבות בדרך זו ידועים כממוזגים.

למרות שוירוסים מסוימים יכולים להתרבות במסלול הליטי המתואר בסעיף הקודם, הם יכולים גם להתרבות בלי להרוס את התא ולהישאר סמויים או לא פעילים בתוכו.

כדי לתאר את זה אנו נשתמש כאורגניזם מודל בבקטריופאגה למבדה (λ), חיידק ליזוגני שנחקר היטב.

השלבים שבהם מתרחש המחזור הליזוגני הם: חדירה למארח, היווצרות של DNA מעגלי ממולקולת ה- DNA הליניארית, ושילוב מחדש עם ה- DNA המארח.

שילוב של DNA נגיפי ב- DNA מארח

השלבים הראשוניים מתרחשים בצורה דומה מאוד למחזור הקודם, למעט העובדה כי ה- DNA של הנגיף משולב ב- DNA של התא המארח, על ידי תהליך של קומבינציה מחדש.

במצב זה הנגיף סמוי בתא, וה- DNA הנגיפי משכפל יחד עם ה- DNA של המארח.

תחלופה בין מחזור ליתי ליזוגני

מצד שני, מגוון אירועים סטוכסטיים יכולים להוביל לשינוי ממחזור ליזוגני למחזור ליטי. בין אירועים אלה ניתן למצוא חשיפה לקרינת UV או כימיקלים מסוימים המובילים לכריתה של ה- DNA הפאגי והתחלת הליזה.

השלכות ליזוגניות

יש השלכות חשובות של ליזוגניות, כלומר: (i) תאים ליזוגניים חסינים מפני זיהומים הבאים מאותו בקטריופאג, אך לא לנגיף אחר; (ii) התאים יכולים לרכוש מאפיינים חדשים על ידי שילוב החומר הגנטי של הפאג ', כמו ייצור כמה רעלנים ו- (iii) מותר להעביר את תהליך ההולכה המתמחה.

כפל נגיפי בעלי חיים

באופן כללי, נגיפי בעלי חיים עוקבים אחר דפוס הכפל הדומה לזה המתואר בנגיפים המדביקים חיידקים. עם זאת, ישנם כמה הבדלים בולטים בשני התהליכים.

המובהק ביותר הוא מנגנון כניסת התא, בגלל ההבדלים הקיימים ברמה המבנית בין תאים אוקריוטיים לפרוקריוטים. בתאים מן החי הקולטנים מורכבים מחלבונים וגליקופרוטאינים המעוגנים בקרום הפלזמה.

דוגמא לכך היא נגיף ה- HIV. על מנת להיכנס לתא, הנגיף מזהה קולטן בשם CCR5. לאנשים מסוימים יש מחיקה (כלומר, חלקים של DNA חסרים) של 32 זוגות בסיס בגן המקודד לקולטן הסלולרי שהורס את החלבון ומעניק התנגדות לנגיף האיום על בעליו.

פולשים רבים מנצלים את הקולטנים המתווכים את תהליך האנדוציטוזיס בכדי לקבל כניסה לתא, באמצעות היווצרות שלפוחית. וירוסים המכוסים על ידי קרום יכולים להיכנס לתא על ידי מיזוג ממברנות השומנים.

לאחר שהווירוס חדר, הסינתזה של חלקיקי הנגיף משתנה במקצת. לתאים בבעלי חיים מכונות אנזימטיות שונות מכפי שאנו מוצאים בחיידקים.

הפניות

1. פורבס, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). מיקרוביולוגיה אבחנתית. מוסבי.
2. Freeman, S. (2017). מדע ביולוגי. פירסון חינוך.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS, & Pfaller, MA (2015). מיקרוביולוגיה רפואית. מדעי הבריאות Elsevier.
4. Reece, JB, Urry, LA, Kain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, and Jackson, RB (2014). ביולוגיה של קמפבל. חינוך פירסון.
5. טורטורה, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). מִיקרוֹבִּיוֹלוֹגִיָה. הקדמה. פירסון.