Размножение вирусов всегда происходит внутри клеток живого организма, поэтому их невозможно культивировать на искусственных питательных средах или во внешних условиях. Проникнув в организм человека, животного, растения или бактерии, эти мелкие создания проходят несколько этапов преобразования, в результате которых формируются дочерние вирионы.
Типы вирусных микроорганизмов
Классификация вирусов базируется на:
- разновидности их нуклеиновой кислоты;
- внутреннем строении;
- характере симметрии;
- локализации репродукции в клетке;
- антигенных качествах;
- наличии капсида и др.
Из перечисленных характеристик наибольшее значение имеет тип НК. По количеству нитей выделяют вирусы РНК- и ДНК-содержащие. Они имеют различия в химическом составе. Микроорганизмы, содержащие двуцепочную кольцевую ДНК, содержат тимин и дезоксирибозу, а вирусы с одноцепочной РНК — урацил и рибозу.
РНК-содержащие могут иметь положительный геном, выполняющий наследственную и одновременно информационную функцию, и отрицательный геном, несущий только наследственную информацию.
Врачи отмечают, что размножение вирусов представляет собой сложный процесс, состоящий из нескольких этапов. Сначала вирус проникает в клетку хозяина, используя специальные белки, которые связываются с рецепторами на поверхности клетки. После этого вирусная генетическая информация, будь то ДНК или РНК, высвобождается и интегрируется в клеточные механизмы. Врачи подчеркивают, что на следующем этапе происходит репликация вирусной ДНК или РНК, что приводит к образованию новых вирусных частиц. Эти частицы затем собираются и выходят из клетки, часто разрушая её в процессе. Важно отметить, что этот процесс может вызывать различные заболевания, и понимание механизмов размножения вирусов помогает в разработке эффективных методов лечения и профилактики инфекций.
Из чего состоит вирус
В микробиологии различают две разновидности вирусов:
- Простые. В их состав входит нуклеиновая кислота, являющаяся переносчиком генетической информации, и специфический белок, позволяющий распознавать данные микроорганизмы в ходе лабораторной диагностики.
- Сложные. Кроме перечисленных компонентов, они содержат липиды, углеводы и ферменты, участвующие в размножении возбудителей.
У большинства нуклеиновая кислота располагается в центральной части. Она окружена протеиновой оболочкой (капсидом), состоящей из капсомеров.
Сложные вирионы дополнительно заключены во внешнюю оболочку, состоящую из белков, гликопротеинов и липидов.
Цикл жизни
Вирус является единственным живым организмом, не способным выживать самостоятельно. Поэтому его жизненный цикл начинается с момента проникновения в клетки хозяина, где он активно использует питательные вещества для создания потомства и инфицирования других клеток.
В тело хозяина микроорганизм попадает:
- через механические повреждения кожных покровов и слизистых оболочек (раны, порезы, трещины, ссадины);
- с вдыхаемым воздухом;
- при укусах кровососущих насекомых.
Достигнув чувствительных структур, возбудитель прикрепляется к клеточной мембране, связывается с ее белками, через образовавшееся отверстие проникает внутрь и начинает воспроизводство потомства. В ходе этого процесса отдельно продуцируются нуклеиновые кислоты и белки, которые затем собираются в новые вирионы.
Использовав все ресурсы клетки хозяина, огромное количество вирусов разрушает ее мембрану, выходит наружу и внедряется в новые «жертвы». Далее жизненный цикл повторяется.
Вирусы — это уникальные микроорганизмы, которые размножаются, проникая в клетки хозяев. Люди часто удивляются, как именно происходит этот процесс. Вирусы не имеют собственных механизмов для размножения, поэтому они используют клеточные структуры организма. Сначала вирус прикрепляется к поверхности клетки, затем проникает внутрь и высвобождает свою генетическую информацию. На следующем этапе клетка начинает производить вирусные частицы, используя свои ресурсы. Этот процесс может привести к разрушению клетки, что вызывает симптомы заболевания. Важно отметить, что разные вирусы имеют свои особенности размножения, что делает их изучение актуальным для медицины и науки. Понимание этих этапов помогает разработать эффективные методы лечения и профилактики вирусных инфекций.
Условия для размножения
Для размножения вирусу обязательно нужна живая клетка. Репликация одних микроорганизмов протекает в цитоплазме, других — в ядре, третьих — в обеих структурах одновременно.
Но существуют представители, для размножения которых нужно присутствие вирионов другой видовой принадлежности.
Типы размножения вирусов
Для большинства вирусов характерен дизъюнктивный тип размножения, при котором их НК и белки сначала синтезируются отдельно, а потом комплектуются в вирионы.
Цикл размножения вирусов может заканчиваться лизисом клетки (литический путь) или встраиванием нуклеиновой кислоты в хромосому хозяина (интегративный путь), с последующей репликацией и функционированием в качестве составного участка ее генома.
Как происходит размножение вирусов: этапы
Продуктивный способ размножения вирусов. Заканчивается он формированием новых вирусных частиц и разрушением (лизисом) пораженной клетки. Этот способ проходит в несколько этапов. Именно так большинство патогенных микроорганизмов взаимодействует с клеткой. Но выделяют еще два способа размножения вирусов, когда не происходит нарушение целостности клеточной оболочки:
- абортивный тип: процесс репликации прекращается на одной из фаз и не заканчивается появлением новых вирионов;
- интегративный тип: интеграция молекулы ДНК вируса в хромосому хозяина с последующей совместной репликацией.
Схема продуктивного размножения вирусов начинается с их распада на НК и белок. Далее нуклеиновая кислота лишается защитной оболочки (капсида) и начинает воспроизводить себе подобные структуры, согласно заложенной в ней информации. При этом в инфицированной клетке запускается синтез ферментов, необходимых для репликации НК и белков.
После прохождения последовательности стадий размножения ДНК-содержащих вирусов их геном увеличивается вдвое и больше, соединяется с белками и образует дочерние вирионы.
Установлено, что полный цикл последовательности стадий размножения ДНК-содержащих микроорганизмов включает в себя 6 фаз.
Читайте также:
Адсорбция
Начальная стадия репродукции характеризуется прикреплением вириона к наружной стенке живой клетки. Процесс протекает в 2 стадии:
- неспецифическая фаза, при которой притяжение микроорганизма и клеточной мембраны происходит за счет ионных связей;
- высокоспецифическая фаза, во время которой специфические (прикрепительные) вирусные белки распознают определенные клеточные рецепторы и взаимодействуют с ними.
Особенные клеточные рецепторы обусловливают тропизм возбудителей. Тропизм – это нацеленность вирусов определенного вида на жизнь и размножение в клетках определенного типа. Так, вирус гепатита имеет тропизм к клеткам печени (гепатотропный), ВИЧ – иммунотропный, герпес – нейротропный и т.д.
Проникновение в живую клетку
Существует несколько механизмов проникновения вирусных частиц в клетки:
- Виропексис. После прикрепления вириона к клеточной мембране, она начинает впячиваться внутрь, постепенно формируя новое включение (эндосому), содержащее вирион. Дальнейшее слияние белково-жировой оболочки микроорганизма с мембраной эндосомы приводит к выходу его нуклеокапсида в цитоплазму. Оставшиеся компоненты разрушаются под воздействием лизосом хозяина.
- Объединение оболочки микроорганизма с клеточной. Данный способ характерен только для микробов, имеющих белки слияния, которые точечно взаимодействуют с жировыми частицами мембраны. В результате данной интеграции внутренний компонент вируса попадает в клеточную гиалоплазму.
- Сочетание двух описанных механизмов.
Механизм проникновения вирусов зависит от их видовой принадлежности. Она же определяет тропизм к бактериальным клеткам, структурным единицам растений, грибов, человека или животных.
Репликация нуклеиновой кислоты
Синтез молекулы нуклеиновой кислоты обеспечивает накопление в клетке многочисленных вирусных копий, используемых далее в формировании вирионов. Тип данного механизма зависит от разновидности НК, присутствия клеточных полимераз и способности микроорганизмов способствовать их образованию.
Синтез белков
В инфицированной структурной единице организма геном вируса кодирует образование двух разновидностей белковых молекул:
- неструктурные белки, обеспечивающие процесс репродукции;
- структурные белки, входящие в состав вириона.
Образование белков происходит по типу транскрипции: генетическая информация, заложенная в матрице, синтезирует множество вирусных РНК. Далее эта информация транслируется на рибосомы, где происходит ее считывание и формирование белков.
Передача наследственной информации в ДНК-содержащих вирусах осуществляется через транскрипцию иРНК (информационной РНК) и трансляцию вирусных протеинов. С этой целью они используют фермент, называемый клеточной полимеразой.
У некоторых вирусов построение белков происходит также под действием синтезированных бактериальных ферментов или собственных полимераз, ускоряющих формирование новых структурных единиц РНК.
-
Читайте также:
Сборка вириона
Для формирования вирионов их составные части транспортируются в определенные отделы ядра или цитоплазмы хозяина, где происходит их соединение посредством соответствия «ключ-замок», а также с помощью водородных, гидрофобных и других видов связей.
Для вирусных микроорганизмов характерна многоступенчатость синтеза протеинов с образованием промежуточных форм.
- При комплектации просто устроенных микробов образование нуклеокапсидов происходит при соединении НК и капсидных протеинов.
- У сложно устроенных вирусов получившиеся нуклеокапсиды продолжают взаимодействовать с клеточной мембраной, формируя собственный липопротеиновый суперкапсид.
Выход из клетки хозяина
Существует два пути выхода вирионов из зараженной клетки.
- Взрывной. Результатом является разрушение погибающей клетки хозяина.
- Экзоцитоз, присущий микроорганизмам, заключенным в липопротеиновую оболочку. На первом этапе сформированный нуклеокапсид подводится к клеточной мембране, которая начинает выпячиваться и отделяться в виде почки, представляющей собой полноценный вирион. Сама клетка не теряет своей жизнеспособности и способна далее продуцировать вирионы.
Возможные варианты
Имеющиеся отклонения от общей схемы репликации заставляют ученых выяснять, какие особенности размножения фагов и вирусов еще существуют.
Открыты вирусы, у которых синтезируются белки, захватывающие только отдельные участки нуклеиновых кислот. Если при этом формируются вирионы, содержащие недостаточное количество генной информации, то они становятся неинфекционными.
Что такое латентный период
В силу невыясненных причин некоторые вирусы после проникновения в живые структуры встраиваются в их хромосомы и передаются при размножении дочерним элементам на протяжении определенного времени. Подобное поведение микроорганизмов называется латентностью.
При возникновении провоцирующего фактора возбудители активируются, начинают активно размножаться и вызывают заболевание.
Как иммунитет не позволяет вирусам размножаться
После проникновения вирусов в организме запускаются факторы иммунной системы, блокирующие их размножение:
- Макрофаги. Стимулируют синтез иммуноглобулинов, выталкивающих чужеродных агентов из цитоплазмы и органелл клеточных структур.
- Интерфероны. Неспецифические врожденные элементы иммунитета. Они начинают действовать с первого момента проникновения вирусов в организм, блокируя клеточную протеинкиназу, которая катализирует репликацию. Также интерфероны провоцируют активность эндонуклеазы, разрушающей вирусную РНК. Таким образом, данные факторы иммунной системы не контактируют непосредственно с инфекционным агентом, поэтому не позволяют выработать против себя способ защиты.
- NK-киллеры, убивающие собственные инфицированные клеточные структуры путем фагоцитоза. Они провоцируют выделение белка перфорина, находящегося в цитоплазматических включениях, и встраивание его в пораженную клеточную мембрану. В результате этого образуются поры, через которые проникают ферменты, запускающие процесс самоликвидации пораженного элемента.
- Комплемент и Т-лимфоциты, относящиеся к факторам специфического иммунитета и губительно воздействующие непосредственно на вирионы.
Несмотря на обилие факторов защиты, иммунная система не всегда способна противостоять размножению микробов. Например, возбудители хронического гепатита C, B или герпеса длительное время находятся в организме, не проявляя себя клиническими симптомами, но постепенно разрушая его и вызывая рецидивы болезней.
Помощь при выполнении школьных тестов по биологии
«Когда вирусы не размножаются?»
У вирусов отсутствует процесс размножения, если они находятся за пределами живой клетки.
«Назовите признаки размножения вирусов в выращиваемых культурах»
О размножении вирусов в выращиваемой культуре клеток свидетельствуют морфологические изменения в клетках, возникающие в результате цитопатического действия микроорганизмов. Под микроскопом можно обнаружить разрушенные клетки, отслоившиеся от стенок пробирок, а также отдельные участки клеток, оставшиеся от монослоя.
«Какой способ размножения присущ вирусам?»
Способ размножения вирусов – бесполый. Он сопровождается растворением оболочки, распадом на нуклеиновые кислоты и протеины, с их последующей репликацией и соединением в новые вирионы. Размножение вирусов происходит только в том случае, если вирус попадает в живую клетку.
«Способен ли вирус к самостоятельному размножению?»
Нет.
«Каковы особенности размножения вирусов-бактериофагов?»
Размножение бактериофагов происходит по принципу литического цикла, включающего следующие фазы:
- адсорбция частиц бактериофагов на поверхности бактерий;
- проникновение активного компонента в клетку;
- перестройка метаболизма бактерии и провоцирование ее на репликацию ДНК бактериофага;
- гибель клетки из-за нарушения целостности оболочки и выход фагов во внешнюю среду.
«Охарактеризуйте механизм размножения вирусов»
Вирусам присущ дизъюнктивный механизм размножения, при котором после внедрения в живую клетку происходит их распад на белки и нуклеиновые кислоты, с последующей репликацией, формированием и выходом в межклеточное пространство новых вирионов.
Вопрос-ответ
Как размножаются вирусы и каковы особенности этого процесса?
Вирусы не размножаются клеточным делением, поскольку не имеют клеточного строения. Вместо этого они используют ресурсы клетки-хозяина для образования множественных копий самих себя, и их сборка происходит внутри клетки.
Каким образом вирус размножается?
Вирус использует механизмы клетки-хозяина для создания новых копий. Части вируса собираются вместе, заключая генетический материал в капсид. Таким образом, вирусы создают множество своих копий.
Каковы особенности строения вирусов?
Вирусы не имеют клеточного строения, содержат только один тип нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), облигатные внутриклеточные (генетические) паразиты, воспроизводятся только за счет одной НК, а не за счет своих составных частей. Вирусам присущи две качественно разные формы существования – внеклеточная и внутриклеточная.
Что такое вирусы и как они размножаются?
Вирус — это крошечная инфекционная частица, которая может размножаться только путём заражения клетки-хозяина. Вирусы «захватывают» клетку-хозяина и используют её ресурсы для производства новых вирусов, фактически перепрограммируя её в фабрику вирусов. Поскольку они не могут размножаться самостоятельно (без хозяина), вирусы не считаются живыми организмами.
Советы
СОВЕТ №1
Изучайте различные типы вирусов и их способы размножения. Понимание различий между вирусами поможет вам лучше осознать, как они взаимодействуют с клетками хозяев и какие механизмы используют для репликации.
СОВЕТ №2
Обратите внимание на роль иммунной системы в борьбе с вирусами. Знание о том, как ваш организм реагирует на вирусные инфекции, может помочь вам принимать меры для укрепления иммунитета и предотвращения заболеваний.
СОВЕТ №3
Следите за новыми исследованиями в области вирусологии. Научные открытия могут изменить наше понимание вирусов и их размножения, что может быть полезно для разработки новых методов лечения и профилактики инфекций.
