Жизненный цикл ДНК и РНК вирусов

Геном вирусов может быть представлен различными типами нуклеиновых кислот^[1].

ДНК-содержащие вирусы могут иметь двухцепочечную линейную ДНК (герпесвирусы, аденовирусы) или двухцепочечную кольцевую ДНК (папилломавирусы)^[1]. Встречаются также вирусы с одноцепочечной ДНК, например, некоторые фаги^[1]. У поксвирусов, включая вирус натуральной оспы, геном представлен линейной двуцепочечной ДНК с ковалентно-соединёнными концевыми участками, что является одной из его характерных особенностей^[3][2].

РНК-содержащие вирусы представлены несколькими типами. Вирусы растений, такие как вирус табачной мозаики, содержат одну линейную молекулу РНК. Вирусы гриппа имеют так называемый негативный геном, где инфицирующая РНК не кодирует белки. Некоторые ретровирусы содержат две одинаковые молекулы одноцепочечной РНК внутри капсида и имеют внешнюю липидную оболочку^[2]. Ретровирусы, к которым относится ВИЧ, также содержат две идентичные молекулы РНК^[1].

Взаимодействие вируса с клеткой может протекать по трём основным типам^[1].

Продуктивный тип включает несколько последовательных стадий: адсорбция вирионов на клетке; проникновение вируса в клетку; освобождение вирусного генома (депротеинизация вируса); синтез вирусных компонентов; формирование вирусов; выход вирионов из клетки. В результате этого взаимодействия образуются новые вирионы^[1].

Абортивный тип характеризуется прерыванием инфекционного процесса в клетке, поэтому новые вирионы не образуются^[1].

Интегративный тип характеризуется сохранением вирусного генома в составе генетического материала клетки-хозяина. У ретровирусов такая форма называется провирусом^[1].

Проникновение вируса в клетку обычно происходит через эндоцитозные вакуоли или путём прямого слияния оболочки с клеточной мембраной. Рецепторный механизм проникновения обеспечивает специфичность инфекционного процесса^[1].

У ДНК-вирусов репликация генома происходит обычным полуконсервативным способом. После проникновения в клетку ДНК-вирусы используют клеточные или собственные ферменты для репликации генома. Механизмы копирования ДНК различаются у разных групп вирусов и могут включать образование промежуточных форм ДНК. Транскрипция вирусного генома происходит в ядре клетки-хозяина^[1].

Особый механизм репродукции характерен для вируса гепатита В. Его геном представлен двунитевой кольцевой ДНК, одна нить которой короче другой. После проникновения в клетку неполная нить ДНК достраивается, формируя полную двунитевую кольцевую ДНК. Затем клеточная ДНК-зависимая РНК-полимераза синтезирует разные иРНК (для синтеза вирусных белков) и РНК-прегеном — матрицу для репликации генома вируса. иРНК перемещаются в цитоплазму и транслируются, образуя белки вируса. Под действием вирусной полимеразы вируса, обладающей активностью обратной транскриптазы, на матрице прегенома синтезируется отрицательная нить ДНК, на которой образуется положительная нить^[1]. Вирус выходит из клетки путём экзоцитоза^[1].

Репликация РНК-содержащих вирусов имеет свои особенности в зависимости от типа генома.

У вирусов с плюс-РНК (например, вирус табачной мозаики) геномная РНК сама выполняет функцию матрицы для синтеза белка. После проникновения в клетку плюс-РНК может непосредственно использоваться как матрица для синтеза вирусных белков, включая РНК-зависимую РНК-полимеразу. Затем этот фермент обеспечивает образование новых копий вирусной РНК^[2].

У вирусов с негативным геномом (вирус гриппа) инфицирующая РНК является минус-цепью и не кодирует белки^[2]. Вирусная РНК отрицательной полярности не может непосредственно использоваться рибосомами клетки, поэтому вирус приносит собственную РНК-зависимую РНК-полимеразу, которая синтезирует комплементарные РНК для последующего образования вирусных белков. Поскольку необходимого для этого фермента (РНК-зависимой РНК-полимеразы) в клетках нет, вирус приносит его с собой. Молекула фермента освобождается из капсида вместе с геномной РНК и начинает её репликацию^[2].

Двунитевые РНК-вирусы используют механизм, при котором образовавшиеся в процессе транскрипции плюс-нити функционируют не только как иРНК, но и участвуют в репликации: они являются матрицами для синтеза минус-нитей РНК^[1]. Последние в комплексе с плюс-нитями РНК образуют геномные двунитевые РНК вирионов. Репликация вирусных нуклеиновых кислот этих вирусов происходит в цитоплазме клеток^[1].

Ретровирусы представляют собой уникальную группу РНК-содержащих вирусов. После проникновения в клетку геномная РНК освобождается от капсида. Фермент обратная транскриптаза синтезирует сначала одноцепочечную ДНК на матрице вирусной РНК, после чего формируется двуцепочечная ДНК. С последней копируется положительная нить с образованием двойной нити ДНК, которая интегрируется в хромосомную ДНК клетки^[1].

Интегрированная ДНК (провирус) становится частью генетического материала клетки и реплицируется вместе с ней. С рекомбинантной ДНК-провируса синтезируются геномная РНК и иРНК, которые обеспечивают синтез компонентов и сборку вирусов^[1]. Вирусы выходят из клетки путём почкования: сердцевина вируса «одевается» в модифицированную плазматическую мембрану клетки^[1].

Обратная транскрипция — необходимый этап в жизненном цикле ретровирусов^[2]. При нормальной транскрипции вирусной ДНК, интегрированной в хромосому клетки, могут транскрибироваться и расположенные рядом хозяйские гены^[2].

Бактериофаги — это вирусы бактерий, имеющие особый механизм взаимодействия с клеткой-хозяином. В отличие от вирусов животных клеток, многие бактериофаги не проникают внутрь клетки целиком: после прикрепления к рецепторам поверхности бактерии они вводят свой геном через специальные структуры капсида, тогда как белковая оболочка остаётся снаружи^[1].

Геном бактериофага попадает в цитоплазму, а капсид остаётся снаружи. В цитоплазме бактериальной клетки начинается репликация генома бактериофага, синтез его белков и формирование капсида. Через определённый промежуток времени бактериальная клетка гибнет, и зрелые фаговые частицы выходят в окружающую среду^[1].

Бактериофаги взаимодействуют с бактериями либо по продуктивному типу (заканчивается лизисом бактерий), либо по интегративному. При интегративном типе ДНК фага встраивается в хромосому бактерии, реплицируется синхронно с геномом бактерии, не вызывая её лизиса. ДНК фага, встроенная в хромосому бактерии, называется профагом, а сама бактерия — лизогенной^[1].