Размножение вирусов: общие представления. Поиски этиологических агентов инфекционных заболеваний увенчались открытием сотен вирусов. Патологические эффекты при вирусных заболеваниях складываются из взаимодействия нескольких факторов: а) токсического воздействия продуктов вирусных генов на метаболизм зараженных клеток; б) реакции хозяина на экспрессию вирусных генов в зараженных клетках; в) модификации экспрессии генов хозяина в результате их струк¬турного или функционального взаимодействия с генетическим материалом вируса.
В большинстве случаев симптомы острых вирусных заболеваний могут быть непосредственно связаны с разрушением клеток инфицирующим их вирусом.
Ключом к по¬ниманию размножения вирусов является ряд положений и опре-делений. 1. Для того чтобы вирус мог размножиться, он должен вна¬чале заразить клетку. Спектр хозяев определяется как типами клеток, так и видами животных, которых он может заражать и в которых он способен размножаться. Спектр хозяев разных ви¬русов значительно варьирует. Одни вирусы имеют широкий спектр хозяев, другие заражают лишь клетки одного типа опре¬деленных видов животных Способность клетки или животного заражаться называют восприимчивостью.
Факторы, определяю¬щие спектр хозяев и восприимчивость, обсуждаются в следую¬щем разделе. Когда человек вступает в контакт с вирусом, в спектр хозяев которого он входит, немедленно заражаются лишь восприимчивые клетки, находящиеся у входных ворот инфекции. Однако для клинического проявления инфекции заражения этих клеток может оказаться недостаточно. Как правило, болезнь возникает вследствие заражения клеток-мишеней (например, клеток центральной нервной системы) вирусом, размножившим¬ся в чувствительных клетках в месте проникновения инфекции.
Во многих случаях (например, респираторные инфекции, инфекции гениталий вирусом простого герпеса) клетки-мишени распо¬лагаются у входных ворот инфекции. 2. В начале инфекции вирус вводит в клетку свой генетиче¬ский материал —РНК или ДНК, часто вместе с необходимыми белками. Размеры, состав и генная организация вирусных гено¬мов очень сильно варьируют. Вирусы, по-видимому, эволюционируют разными путями, и не существует какого-либо одного пре-обладающего способа их репликации.
Здесь следует подчеркнуть два положения. Во-первых, способность вирусов к размножению и судьба зараженных клеток зависят от синтеза и функции продуктов вирусных генов — белков. Нигде корреляция между структурой и функцией — в данном случае между составом и расположением генетического материала и механизмом экспрес¬сии вирусных генов — не является столь очевидной, как у виру¬сов. Различие механизмов, с помощью которых вирусы обеспе¬чивают синтез своих белков, отражено в их генетической, структуре, но далеко не всегда может быть выведено из нее. Во-вторых, хотя вирусы значительно различаются по числу со¬ держащихся в них генов, можно сказать, что все вирусы кодиру¬ют функции трех типов, которые выражаются специфическим» для них белками. Вирусные белки обеспечивают: а) репликацию» вирусного генома, б) упаковку генома в вирусные частицы (вирионы) в) изменение структуры и (или) функции зараженных: клеток.
Стратегия, применяемая вирусами для обеспечения этих функций, варьирует.
Иногда (паповавирусы) вирусные белки просто помогают ферментам клетки хозяина реплицировать ви¬русный геном. В большинстве случаев (пикорнавирусы, герпес-вирусы, реовирусы) вирусные белки сами обеспечивают репли¬кацию вирусного генома, но даже наиболее независимые вирусы используют при этом по крайней мере несколько белков хозяина. Во всех случаях именно вирусные белки ответственны за упа¬ковку генома в вирионы, даже если белки хозяина и полиамины связываются с вирусным геномом (например, у паповавирусов) до или во время формирования вирусных частиц.
Последствия; размножения вируса в клетке могут варьировать от гибели клет¬ки до незначительных, но потенциально очень важных измене¬ний ее функции и антигенной специфичности. 3. Наши знания относительно циклов репродукции вирусов. получены главным образом из анализа событий, происходящих, в синхронно инфицированной культуре клеток. О вирусах, кото¬рые не удается вырастить в культуре клеток, мало что извест¬но; в будущем, вероятно, решению этого вопроса поможет моле-кулярное клонирование.
Цикл репродукции всех вирусов имеетнесколько общих черт (рис.1). Вскоре после заражения и в течение нескольких часов после него удается обнаружить лишь Рис.1. Цикл репродукции ви¬русов, заражающих клетки эукариот. Время цикла различа¬ется для разных вирусов; оно может колебаться от 8 ч (вирус полиомиелита) до более чем 40 ч (цитомегаловирус). небольшое количество родительского вируса.
Этот период извес¬тен как эклипсная фаза; в это время геном вируса взаимодейст¬вует с хозяйским или вирусным аппаратом, необходимым для «го экспрессии, но численность потомства вируса еще не превы¬шает фонового уровня. Затем следует интервал, во время кото¬рого вирионы потомства накапливаются внутри или вне клетки с экспоненциальной скоростью. Этот период известен как фаза созревания. Через несколько часов в клетках, зараженных литическими вирусами, снижается метаболическая активность и они теряют структурную целостность.
Клетки, зараженные другими вирусами, могут продолжать синтез вирионов неограниченное время. .Цикл репродукции вирусов варьирует от 6—8 ч (пикорнавирусы) до 40 ч и более (некоторые герпесвирусы). Урожай вируса в расчете на одну клетку широко варьирует и в случае вируса полиомиелита, например может превышать 100 000 час¬тиц. 4. Заражение восприимчивых клеток не означает, что неиз¬бежно будут происходить размножение вируса и накопление его потомства.
Эта концепция, одна из важнейших в вирусоло¬гии, возникла в последнее десятилетие и ее следует рассмотреть детальнее. Инфекция восприимчивых клеток может быть продук-тивной, ограниченной и абортивной. Продуктивная инфекция происходит в пермиссивных клетках и характеризуется продук¬цией инфекционного потомства. Абортивная инфекция может наступить в силу двух обстоятельств. Несмотря на восприимчи¬вость к заражению, клетки могут оказаться непермиссивными, так как, чаще всего по неизвестным причинам, в них способны экспрессироваться лишь некоторые вирусные гены. Абортивная инфекция может быть также результатом заражения как пер¬миссивных, так и непермиссивных клеток дефектными вирусами, которых отсутствует полный набор вирусных генов.
Наконец, слетки могут быть только временно пермиссивными, вследствие шго вирус либо сохраняется в клетках до момента, когда они становятся пермиссивными, либо в любой данный момент вирус-гое потомство образуется только в немногих клетках популяции.
Этот вид инфекции одними исследователями был определен как рестриктивный (restrictive), другими — как ограниченный (restingent). Данная классификация важна; ее значение обусловлено тем, что цитолитические вирусы, как правило разрушающие дермиссивные клетки во время продуктивной инфекции, могут просто повреждать, но не разрушать абортивно зараженные пер-миссивные и непермиссивные клетки. Вследствие повреждения может происходить такая экспрессия хозяйских функций, в результате которой клетка превращается из нормальной в злокачественную. Дополнительным следствием ограниченной и абор¬тивной инфекций является персистенция (сохранение в клетке) вирусного генома.