Позаклітинний віріон біологічно інертний. Ця інертність зберігається до того часу, поки віріон не проникає в клітину і вірусний геном не почне функціонувати як самостійна генетична структура. Лише з цього моменту проявляється своєрідність взаємовідносин вірусу і клітини. Отже, вірусна інфекція клітини - це сукупність процесів, які виникають при взаємодії клітини з вірусним геномом.
Зараження вірусом чутливих клітин не означає, що неминуче буде відбуватися його репродукція і формування інфекційного потомства. Розрізняють два основні типи вірусної інфекції клітин: автономна та інтеграційна.
Автономна інфекція характеризується реплікацією вірусного генома незалежно від клітинного. Поняття автономії відносне, обмежується лише відсутністю фізичного зв'язку між вірусним і клітинним геномами, хоч їх взаємодія постійно відбувається протягом інфекційного циклу. Автономний тип інфекцій характерний для всіх вірусів тварин, за винятком ретровірусів.
Інтеграційна інфекція виникає в результаті фізичного об'єднання вірусного генома (або його фрагмента) з клітинним. При цьому вірусний геном реплікується і функціонує як складова частина клітинного генома. Інтегрований в клітину ДНК вірусний геном або субгеномний фрагмент називається провірусом. На цьому цикл репродукцій вірусу може припинитися. Така ситуація спостерігається при інфекціях, спричинених онкогенними вірусами. Заражена клітина не продукує вірусне потомство, зберігає нормальні функції і при поділі передає дочірнім клітинам нуклеотидні послідовності вірусу. Інтеграційна інфекція може призвести до неопластичної трансформації клітин. Трансформовані клітини набувають здатності до необмеженого ділення внаслідок порушення регуляторних механізмів, в результаті чого виникають пухлини. Здатність вірусу стимулювати розмноження заражених клітин називається цитопроліферативним, або трансформуючим ефектом.
В процесі інтеграції вірусного генома з клітинним важливу роль відіграють клітинні фактори господаря, котрі ще мало досліджені.
Основні типи вірусної інфекції клітин - автономна та інтеграційна - поділяються на такі форми :
1) продуктивна та абортивна (в залежності від утворення інфекційного потомства);
2) гостра і хронічна ( в залежності від динаміки взаємодії вірусу і клітини);
3) літична і нелітична ( в залежності від наслідку інфекційного процесу для клітини).
Продуктивна інфекція характеризується повним циклом репродукції вірусу і завершується формуванням повноцінного інфекційного потомства. Дослідження саме цієї форми інфекції дозволяє відповісти на одне з головних питань вірусології: яким чином у зараженій клітині відбувається утворення віріонів і які фундаментальні закономірності лежать в основі цього процесу?
Абортивна інфекція не завершується формуванням інфекційних віріонів або вони утворюються в значно меншій кількості, ніж при продуктивній інфекції. Вивчення механізмів абортивної інфекції представляє великий інтерес для розуміння деталей репродукції вірусів, природи клітинної резистентності до вірусів, дефектності вірусів, хронічної вірусної інфекції клітин і вірусного канцерогенезу. Абортивна інфекція може виникнути за трьох обставин:
1) зараження чутливих клітин дефектним вірусом;
2) зараження чутливих клітин інфекційним вірусом в не дозволяючих умовах;
3) зараження нечутливих клітин інфекційним вірусом.
Зараження чутливих клітин дефектним вірусом. Дефектним називається такий вірус, який нездатний проявити всі генетичні функції, необхідні для утворення інфекційного потомства. Треба розрізняти дефектні віруси і дефектні віріони. Дефектні віруси - сателіти - існують як самостійні види, розмножуючись лише в присутності вірусу - помічника, від якого отримують білки, конче необхідні для відтворення інфекційного потомства (явище комплементації). Наприклад, репродукція вірусу гепатиту Дельта повністю залежить від наявності вірусу гепатиту В, а розмноження аденоасоційованих вірусів з родини парвовірусів - від присутності аденовірусу або вірусу простого герпесу. Якщо не буде вірусу - помічника, в клітині розвинеться абортивна інфекція. Дефектні віріони позбавлені частини генетичного матеріалу. Вони нагромаджуються в популяціях багатьох вірусів (зокрема, вірусів грипу, везикулярного стоматиту, аденовірусів), особливо при пасажуванні з високою множинністю зараження. Дефектні віріони інтерферують в процесі репродукції з інфекційними віріонами, тому їх називають дефектними інтерферуючими частками (ДІ - частками). Зрозуміло, що дефектні віріони можуть спричинити лише абортивну інфекцію. Конкретні механізми абортивної інфекції, що викликаються тими чи іншими дефектними вірусами або віріонами, різноманітні і залежать від природи генетичного дефекту збудника. Єдиною умовою перетворення абортивної інфекції в продуктивну являється комплементація з вірусом - помічником, генетична інформація якого може забезпечити синтез макромолекул, необхідних для формування віріонів потомства.
Абортивна інтеграційна інфекція, спричинена дефектними ДНК - і РНК - геномними онкогенними вірусами, відіграє важливу роль у вірусному канцерогенезі. Абортивну інтеграційну інфекцію може викликати і повний вірус. Клітини з такою формою інфекції можуть спонтанно або під впливом різних факторів (температура, УФ - опромінення) почати продукцію інфекційного вірусу. Це явище називається - вірогенією, а такі клітини - вірогенними ( за аналогією з лізогенією і лізогенними бактеріями в системі фаг - бактерія). Іншими словами, вірогенія - це інтеграційна абортивна інфекція, котра може перейти в продуктивну форму. Явище вірогенії відоме для деяких представників папова-, герпес - ретровірусів. Спонтанну індукцію синтезу інфекційного вірусу у вірогенних клітинах треба відрізняти від автономної хронічної інфекції.
Зараження чутливих клітин інфекційним вірусом у не дозволяючихумовах. Абортивну інфекцію може спричинити зміна умов, за яких відбувається інфекційний процес. Ці умови виникають в організмі, наприклад інфекція клітин, фізіологічно резистентних до віруса, або при підвищеній температурі чи зміненого рН у вогнищі запалення.
Фізіологічна резистентність клітин може бути зв'язана з клітинним циклом. Так, чутливість до віруса SV - 40 клітин нирки зеленої мавпи різко знижується під час мітозу. При цьому виникає абортивна інфекція, що характеризується утворенням Т - антигену і відсутністю синтезу структурних вірусних білків. Важливим фактором, що обумовлює фізіологічну резистентність клітин, є інтерферон - білок, який виробляється в організмі у відповідь на вірусну інфекцію та індукує в незаражених клітинах антивірусний стан.
Абортивну інфекцію можна легко змоделювати в експерименті при зміні температури інкубації заражених клітин, складу поживного середовища, рН та іонної сили живильного середовища, внесення інгібіторів та антиметаболітів. Абортивна інфекція перетворюється в продуктивну при усуненні не дозволяючих умов, а також з допомогою віруса - помічника.
Зараження нечутливих клітин інфекційним вірусом. Як відомо, чутливість клітин до вірусів визначають два основні фактори:
1) наявність на поверхні клітини специфічних рецепторів, необхідних для адсорбції та проникнення віруса;
2) присутність у клітинах протеолітичних ферментів, здатних забезпечити депротеїнізацію віруса.
Якщо якогось із цих чинників немає, клітини є генетично резистентні до конкретного збудника. Окрім того, інші клітинні фактори можуть призвести до переривання циклу репродукції вірусу на будь - якому етапі після початку синтезу вірусоспецифічних макромолекул. Так, клітинні ферменти (ДНК - і РНК - полімерази) беруть участь у транскрипції і реплікації вірусного генома; трансляція вірусних іРНК здійснюється білок - синтезуючим апаратом клітини; процессинг вірусних РНК і білків відбувається з допомогою специфічних клітинних нуклеаз і протеаз; стабільність вірусних компонентів у клітині залежить від можливості їх контакту з гідролітичними ферментами.
Механізм генетично обумовленої резистентності клітин до вірусів широко варіює, але в основі його лежить або відсутність клітинних факторів, необхідних для репродукції вірусу, або наявність чинників, які порушують цей процес, внаслідок чого виникає абортивна інфекція.
Для більшості вірусів можна підібрати дві клітинні системи, в одній з яких буде розвиватися продуктивна інфекція, а в іншій - абортивна. В останньому випадку говорять про дефектність вірусу в конкретній системі. Так, вірус SV - 40 спричиняє продуктивну інфекцію в клітинах нирки зеленої мавпи та абортивну - в клітинах гризунів. Аденовіруси людини добре розмножуються в клітинах нирки людини і викликають абортивну інфекцію в клітинах нирки мавпи. Вірус грипу птиці і вірус Сендай спричиняють продуктивну інфекцію в клітинах курячого ембріона та абортивну - в клітинах асцитної карциноми.
Абортивна інфекція генетично резистентних клітин може перетворитися в продуктивну з допомогою віруса - помічника. Наприклад, аденовіруси мавп і вірус SV - 40 служать помічниками для аденовірусів людини в клітинах нирки мавпи.