In vivo та in vitro вірус звичайно взаємодіє не з поодинокими клітинами, а з клітинними популяціями. В результаті виникає досить складна гетерогенна система, в якій вірусна інфекція може протікати не так, як на клітинному рівні.
Які фактори визначають принципові відмінності між системами вірус - клітина і вірус - клітинна популяція? По - перше, гетерогенність клітинної популяції за чутливістю до вірусу в конкретний момент. Чутливість клітин до віруса в кожній клітинній популяції коливається в широких межах, що зумовлено генетичними або фізіологічними чинниками. З генетичних факторів велике значення має наявність на плазмолемі специфічних рецепторів, необхідних для адсорбції та проникнення віруса в клітину. Крім того, обов'язкова присутність у клітині відповідних протеолітичних ферментів, які беруть участь у депротеїнізації віруса. Фізіологічна резистентність клітини може бути зв'язана з клітинним циклом і виникає під час мітозу.
По - друге, гетерогенність вірусної популяції, що спричиняє інфекційний процес. В складі вірусної популяції поряд з інфекційними віріонами завжди знаходяться дефектні віріони ( зокрема ДІ - частки), котрі впливають на репродукцію віруса. Крім того, в популяції віруса можуть з'явитися мутанти, котрі відрізняються за цитопатичною активністю.
По - третє, здатність інфікованих клітин впливати на чутливість оточуючих клітин до вірусу. Заражена клітина утворює не тільки інфекційні віріони, але й інтерферон, який адсорбує контактуючими клітинами та індукує в них антивірусний стан.
По - четверте, поширення віруса в клітинній популяції. Якщо не всі клітини даної популяції заражені одночасно, великий вплив на перебіг інфекційного процесу має розповсюдження вірусного потомства, що здійснюється двома шляхами:
1) через позаклітинне середовище;
2) безпосередньо від клітини до клітини.
Поширення через екстрацелюлярний простір є універсальним для всіх вірусів. Якщо в позаклітинному середовищі містяться фактори, що нейтралізують вірус ( антитіла, інгібітори), розповсюдження збудника порушується, і це може суттєво змінити характер інфекційного процесу в клітинній популяції. Деякі віруси, зокрема, герпес віруси, здатні вражати сусідні клітини, обминаючи екстрацелюлярний простір, що дозволяє їм уникати дії віруснейтралізуючих чинників.
Безперечно, характер інфекційного процесу, що відбувається в клітинній популяції, багато в чому залежить від особливостей вірусної інфекції на рівні клітини. Проте, в клітинній популяції спостерігається асинхронність і гетерогенність інфекційного процесу.
Асинхронність - це неоднакова динаміка розвитку інфекції в окремих клітинах популяції, що виникає за рахунок як неоднорідності клітин і віріонів, так і випадкових процесів (неодночасність адсорбції, проникнення і депротеїнізації віруса в окремих клітинах). Наприклад, при тотальному зараженні клітин нирки зеленої мавпи (Vero) вірусом SV - 40 через 10 - 12 годин. В деяких клітинах з'являється Т - антиген, а 100% інфікування клітин досягається лише через 40 годин. Іншими словами, асинхронність в цій системі вимірюється десятками годин. В системі поліовірус - клітини Hela асинхронність утворення вірусного потомства становить декілька годин.
Гетерогенність - це якісна відмінність інфекційного процесу в різних клітинах популяції. Наприклад, в одних клітинах відбувається продуктивна літична інфекція, в інших - абортивна нелітична а в третіх - інфекційний процес взагалі не розвивається. Гетерогенність інфекційного процесу визначається неоднорідністю клітин і віріонів, дією інтерферону та інших інтерферуючих компонентів, що утворюються під час інфекції (інактивовані або дефектні віріони).
Підводячи підсумок патогенезу вірусних інфекцій на клітинному рівні, можна зробити висновок, що результатом взаємодії віруса з чутливою клітиною є: - загибель клітини; - трансформація клітини, що характеризується здатністю до необмеженого поділу; - формування хронічної інфекції - своєрідної рівноваги між вірусом і клітиною без прояву цитопатичних змін, що призводить до персистенції збудника в організмі господаря.