ЭТАПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИРУСА С КЛЕТКОЙ-ХОЗЯИНОМ

Глава 3. Взаимодействие вируса с клеткой-хозяином

• Общие представления о цикле репликации вирусов
• Прикрепление вируса к клетке
• Проникновение вируса в клетку
• Раздевание вируса
• Стратегия репликации генома и экспрессия генов
• Сборка вирионов
• Созревание и выход вирионов из клетки
• Взаимодействие вируса с клеткой-хозяином. Типы, характеристика

Общие представления о цикле репликации вирусов

Чтобы заразить клетку, вирион должен связаться с ней, затем проникнуть сквозь клеточную поверхность и, наконец, «раздеться» до такой степени, чтобы его геном приобрел доступность для ферментов, обеспечивающих транскрипцию и репликацию генома.

Цикл репликации вирусов можно разложить на ряд стадий (рис. 3.2).

Следует подчеркнуть, что приведенное деление на ста­дии — чисто произвольное, используемое для удобства изложения. Причем на рисунке отражена репликация «ти­пичного», т.е., по сути дела, несуществующего вируса. Не все представленные на схеме стадии в реальном инфекци­онном процессе можно различить как отдельные этапы репликации. У большинства вирусов они накладываются друг на друга во времени, а иногда даже протекают одно­временно. Некоторые из стадий репликации изучены досконально, о других известно мало, а ряд стадий остает­ся вообще пока умозрительными.

Рис. 3.2. Основные стадии репродукции вирусов

Прикрепление вируса к клетке

Прикрепление (адсорбция) вируса представляет собой специфическое связывание вирионного белка (антирецеп­тора) с молекулой клеточного рецептора. В настоящее вре­мя известно много примеров вирусных антирецепторов. Классическим примером антирецептора является гемагглютенин вируса гриппа. Некоторые сложные вирусы (в том числе поксвирусы, герпесвирусы) используют более чем один рецептор.

Подавляющее большинство рецепторов и все антире­цепторы, идентифицированные к настоящему времени, от­носятся по своей химической природе к гликопротеидам.

С рядом проблем на стадии проникновения в клетку стал­киваются вирусы растений. Причем, дело не только в том, что снаружи растения покрыты несколькими слоями воска и пектина. Более важным является то, что каждая клетка окружена толстой стенкой из целлюлозы. Пока не известны растительные вирусы, которые бы использовали для при­крепления к клетке какие-либо специфические клеточные рецепторы наподобие тех, что используют фаги или вирусы животных. Ясно, что вирусы растений могут попасть в клетку-хозяина только при нарушении целостности клеточной стенки. Такое нарушение стенки имеет место или при меха­ническом повреждении клеток, или в результате воздей­ствия на растения насекомых-переносчиков.

Вирус адсорбируется на клетке вначале обратимым об­разом и может быть элюирован с нее. Затем адсорбция принимает необратимый характер, что связано с измене­нием как вируса, так и клетки.

Следует отметить, что чувствительность клетки (т.е. ее восприимчивость к тому или иному вирусу) определяется наличием рецепторов, однако восприимчивость клеток не следует путать с пермиссивностью — способностью их обеспечивать размножение вируса. Так, клетки кур не восприимчивы к вирусу полиомиелита, поскольку у них отсутствуют рецепторы для связывания вирионов. Однако они способны продуцировать полноценные вирионы после заражения их интактной РНК, изолированной из вирус­ных частиц, т.е. являются полностью пермиссивными в отношении этого вируса.

Одним из хорошо изученных примеров вирус-рецепторного взаимодействия является адсорбция на клетке ви­руса гриппа. Белок гемагглютенин образует один из двух типов гликопротеидных шипов на поверхности вирусной частицы. Второй тип шипов формирует белок нейраминидаза. Каждый гемагглютениновый шип состоит из трех молекул, в то время как нейраминидазный шип является тетрамером. Гемагглютениновые шипы отвечают за свя­зывание вируса с рецепторами, которые представляют со­бой сиаловые (N-ацетилнейраминовые) кислоты — угле­водные группы, обычно входящие в состав большинства гликозилированных белков. Из-за сравнительно низкой специфичности такого взаимодействия, вирусы гриппа (кроме клеток, в которых может иметь место продуктив­ная инфекция) способны связываться с клетками самых разнообразных типов (в том числе с эритроцитами, вызы­вая их агглютинацию).

Нейраминидаза является эстеразой, которая отщепля­ет сиаловую кислоту от углеводной цепи. Это очень важно для вируса гриппа. Поскольку рецепторы для этого виру­са широко распространены, вирус часто присоединяется к непермиссивным клеткам и даже к их обломкам. Для того чтобы десорбироваться с таких неподходящих клеток, ви­рус гриппа способен отделяться от рецепторов в результа­те отщепления нейраминовой кислоты от полисахаридной части рецепторной молекулы.

В большинстве случаев наличие (или отсутствие) ре­цепторов на поверхности клетки определяет тропизм ви­руса, т.е. тип клеток-хозяев, в которых вирус способен реплицироваться. Гораздо реже такую роль играет блоки­рование репликации на ее более поздних стадиях. Други­ми словами, самая первоначальная стадия взаимодей­ствия между вирусом и клеткой имеет важнейшее влия­ние на вирусный патогенез и определяет судьбу вирусной инфекции.

Проникновение вируса в клетку

Этот процесс следует за этапом связывания вируса с ре­цепторами клетки и протекает сравнительно быстро. В от­личие от предыдущей стадии процесс проникновения обычно требует затрат энергии. Считается, что проникнове­ние происходит в результате одного из следующих событий:

• транслокации вируса целиком через клеточную мембрану (рис. 3.3). Такой способ вирусы используют ред­ко, и он еще плохо изучен. Процесс опосредуется белками, находящимися в составе вирусного капсида, и специфи­ческими мембранными рецепторами;
• виропексиса (рецепторного эндоцитоза), в результате которого вирус накапливается в цитоплазматических ва­куолях (рис. 3.4). По всей вероятности, это наиболее обыч­ный способ проникновения вирусов в клетки. Процесс эн­доцитоза подобен фагоцитозу, т.е. заглатыванию чуже­родных частиц клеткой. Он не требует участия каких-ли­бо специальных вирусных белков, кроме антирецепторов. Эндоцитарные вакуоли могут перемещаться внутри клет­ки, перенося находящиеся в ней вирусы вплоть до ядра;
• слияния оболочки вириона с клеточной мембраной (рис. 3.5). Этот процесс происходит или непосредственно на поверхности клетки, или следует за эндоцитозом в ци­топлазматической вакуоли и требует наличия в составе вирусной оболочки специфического белка слияния. Под действием этого белка происходит слияние вирусной обо­лочки с мембраной клетки (или вакуоли), в результате чего вирусная оболочка и встроенные в нее белки становятся частью клеточной мембраны (или мембраны вакуоли), а капсид, содержащий генетический материал, проникает в цитоплазму и вызывает инфекцию.

Рис. 3.3. Транслокация вириона через клеточную мембрану с помощью рецептора на поверхности клетки

 

С помощью первых двух способов в клетку проникают простые вирусы. Сложные вирусы используют варианты третьего механизма. При этом миксовирусы и герпесвирусы служат примерами вирусов, проникающих в клетки путем слияния их оболочек с плазматической мембраной клетки, т.е. минуя стадию эндоцитоза.

Особый механизм введения своего генома в клетку бак­терий обнаружен у Т-четных фагов, хозяевами которых являются клетки Е. coli. В результате взаимодействия ви­риона с клеточными рецепторами происходит обнажение фермента — лизоцима, который до того был экранирован. Лизоцим вызывает разрушение самого прочного, внутрен­него слоя клеточной стенки, состоящего из мукопептидов. На следующей стадии чехол отростка, прикрепленный к клеточной стенке, сокращается, что приводит к проколу стенки и клеточной мембраны стержнем отростка. Меха­низм сокращения чехла сходен с механизмом сокращения мышечного белка — актина. Сократительные белки фагов обладают АТФазной активностью и в этом отношении так­же напоминают мышечные белки. Чехлы отростка содержат АТФ, которая, как известно, является источником энергии при мышечном сокращении. На заключительном этапе про­цесса фаговая ДНК инъецируется внутрь клетки. При этом цепь ДНК перемещается из головки внутри полости отрост­ка, наподобие тому, как жидкость выдавливается из шприца через иглу. Характерно, что выход ДНК происходит также и при контакте фагов с изолированными клеточными рецепто­рами. Отсюда следует, что в процессе инъекции фаговой ДНК клетка не принимает никакого участия.

Раздевание вируса

Раздевание — обобщенное наименование событий, ко­торые происходят после проникновения вируса в клетку и завершаются полным (или частичным) разрушением ви­русного капсида и появлением в цитоплазме вирусного ге­нома в форме, способной к экспрессии. К сожалению, раз­девание является стадией репликации вирусов, которая пока остается наименее изученной.

В определенном смысле удаление вирусной оболочки, которое происходит во время слияния вирусной и клеточ­ной мембран, уже можно рассматривать как часть процес­са раздевания. Слияние вирусной оболочки и эндосомаль- ной мембраны контролируется вирусными белками слия­ния. Они обычно активируются под действием низких уровней pH внутри эндосомы. Следует отметить, что эндоцитоз таит для вирусов определенную опасность, посколь­ку, если вирус задерживается в эндосоме надолго, то необ­ратимо повреждается лизосомальными ферментами.

Чем заканчивается стадия раздевания — зависит от ви­да вируса. В случае адено- и герпесвирусов клеточные ферменты разрушают капсид до ДНК или комплекса ДНК с основным (нуклеокапсидным) белком. У реовирусов уда­ляется только часть капсида, что не мешает, однако, вирус­ному геному экспрессировать все свои функции. Поксвирусы раздеваются в две стадии: вначале ферменты клетки-хо­зяина удаляют наружное покрытие, а на второй стадии для окончательного освобождения вирусной ДНК требуется участие уже вновь синтезированных вирусных ферментов.

Стратегия репликации генома и экспрессия генов

Общие сведения. Важной особенностью вирусов, отли­чающей их от других организмов, является то, что компо­ненты вируса синтезируются в клетке раздельно, а затем соединяются в зрелую вирусную частицу. Такой способ размножения носит название дизъюнктивного.

Ключевым моментом в репликации вирусов является использование для синтеза вирусных белков клеточной белоксинтезирующей системы. При этом основная трудность состоит в том, что в клетке — ни в ядре, ни в цито­плазме нет ферментов, необходимых для синтеза мРНК на вирусных РНК (т.е. нет ферментов, обеспечивающих транскрипцию вирусных РНК-геномов). Кроме того, в ци­топлазме нет ферментов, способных транскрибировать ви­русную ДНК. В связи с этим клеточную транскриптазу для синтеза вирусных мРНК могут использовать только ДНК-содержащие вирусы, способные проникать в ядро. Все остальные вирусы вынуждены создавать собственные ферменты для синтеза мРНК. Еще одна сложность заклю­чается в том, что белоксинтезирующий аппарат эукариот способен транслировать только моноцистронные мРНК (он не распознает участки инициации внутри молекул мРНК). Как результат, вирусы вынуждены синтезировать либо индивидуальные мРНК для каждого гена (моноцист­ронные мРНК), либо мРНК, кодирующие большой поли­протеин, который затем расщепляется на отдельные белки.

Стратегия любого вируса после проникновения в клет­ку направлена на синтез собственных белков (транскрип­ция и трансляция) и дочерних вирусных геномов (репли­кация). Способ решения этих задач зависит от природы вирусного генетического аппарата. В этом отношении все вирусы разделяют на семь групп (рис. 3.6-3.12).

Группа I (двухцепочечная ДНК). Группу составляют ви­русы, инфицирующие: бактерии (например, Podoviridae, фа­ги Е. coli); высших животных (Pox-, Herpes-, Adeno-, Papovaviridae); насекомых (Baculo-, Irido- и Polydnaviridae); эукариотические водоросли (Phycodnaviridae); грибы.

Эти вирусы обладают: кольцевыми геномами (Papova-, Baculo- и Polydnaviridae); линейными геномами (Adeno- и Herpesviridae, некоторые фаги); циркулярно пермути- рованными линейными геномами (фаги Т4, некоторые представители сем. Iridoviridae); линейными геномами с ковалентно замкнутыми концами (Рол:- и Phycodnaviridae).

Все вирусы, кроме входящих в сем. Polydnaviridae, имеют однокомпонентные геномы; у представителей пос­леднего семейства геном фрагментирован. Репликация ге­номов во всех случаях полуконсервативна.

Вирусы эукариот размножаются исключительно в яд­ре, используя клеточные ферменты (рис. 3.6).

Однако репликация поксвирусов, некоторых бакулови- русов и иридовирусов происходит в вирусоспецифических «тельцах включения» в цитоплазме. Эти вирусы имеют все необходимые факторы для репликации и транскрипции и поэтому почти не зависят от клеточных ферментов.

Транскрипция вирусного генома носит каскадный харак­тер, т.е. происходит в несколько последовательных раундов с образованием сверхранних, ранних и поздних белков.

Группа II (одноцепочечная ДНК). Эта группа включает вирусы, инфицирующие: бактерии (фаги сем. Inoviridae и Microviridae); млекопитающих (Circoviridae, Parvoviridae); птиц (цирковирусоподобные организмы); растения (Gemini- viridae, Nanoviridae).

Вирусы обладают: линейным однокомпонентным гено­мом (Parvoviridae); кольцевым однокомпонентным гено­мом (Microvirida, Inoviridae Circoviridae, некоторые представители сем. Geminiviridae); кольцевым двухком­понентным геномом (некоторые представители сем. Geminiviridae); кольцевым многокомпонентным (>3) гено­мом (Nanoviridae).

Репликация всех этих вирусов протекает (рис. 3.7) в яд­ре через образование репликативной формы — реплика­тивного интермедиата, представляющего собой двухцепо­чечную ДНК, которая образуется вскоре после начала ин­фекции при участии (почти всегда) клеточных ДНК- полимераз.

Группа III (двухцепочечная РНК). Группа объединяет вирусы, инфицирующие: бактерии (Cystoviridae); живот­ных, растения, насекомых (Reoviridae, Partitiviridae); позвоночных и беспозвоночных (Birnaviridae); грибы (Partitiviridae, Totiviridae).

Вирусы обладают геномами: однокомпонентным

(Totiviridae); двухкомпонентным (Birna-, Cripto- и Partitiviridae); трехкомпонентным (Cystoviridae); много­компонентным (10-12 сегментов) (Reoviridae).

Таким образом, большинство вирусов этой группы име­ет сегментированный геном. Все фрагменты генома нахо­дятся в составе одной вирусной частицы.

Геномы вирусов этой группы реплицируются (рис. 3.8) в цитоплазме клетки-хозяина по консервативно­му механизму с помощью вирионной РНК-зависимой РНК-полимеразы. При этом двухцепочечная РНК тран­скрибируется в моноцистронные мРНК, которые выпол­няют две функции:

• транслируются, обеспечивая синтез вирусных белков;
• служат матрицами для синтеза комплементарных до­черних цепей, что ведет к образованию двухцепочечных сегментов генома.

Группа IV (одноцепочечная (+)РНК). Эта группа вклю­чает вирусы, инфицирующие: эубактерии (Leviviridae); вирусы насекомых (Noda- и Tetraviridae); грибов (Barnaviridae); растений (Вгото-, Сото-, Poty-, Sequi- и Tombusviridae); позвоночных (Asfro-, Calici-, Corona-, Flavi-, Picorna- и Togaviridae).

Вирусы обладают разнообразными видами геномов. Однокомпонентные геномы свойственны представителям сем. Poty-, Picorna-, Sequi-, Calici-, Toga-, Tombusviridae. Двухкомпонентные геномы найдены у вирусов сем. Сото-, Noda-, Tetra- и Potyviridae. Трехкомпонентные геномы обнаружены у представителей сем. Bromoviridae.

Эти вирусы размножаются в цитоплазме и у них имеет­ся несколько вариантов экспрессии генома. В качестве ос­новного варианта рассмотрим репликацию пикорнавирусов (рис. 3.9). Их геномные РНК выполняют две функции. Во-первых, они функционируют как мРНК — после про­никновения в клетку связываются с рибосомами и цели­ком транслируются, образуя полипротеин. Затем поли­протеин с помощью специфических клеточных и вирус­ных протеаз расщепляется на функциональные белки. Во- вторых, геномная РНК выполняет функцию матрицы для синтеза на ней комплементарной (-)РНК при участии РНК-полимеразы, появляющейся в клетке в результате расщепления полипротеина. При этом образуется репли­кативный интермедиат, формирующий молекулы дочер­них (+)РНК, которые могут, в свою очередь, использовать­ся в качестве мРНК или включаться в состав вирионов.

У тогавирусов реализуется иной вариант стратегии. Сна­чала транслируется (в виде полипротеина) часть генома, ко­дирующая синтез неструктурных белков (РНК-полимераз- ный комплекс), затем синтезируется (-)РНК с образовани­ем репликативного интермедиата. Информация для синте­за структурных белков считывается уже с дочерних (+)це- пей РНК. При этом белки синтезируются в виде полипроте­инов с последующим протеолитическим нарезанием.

Итак, главным в репликации вирусов с позитивным ге­номом является то, что геномная РНК способна служить в клетке в качестве мРНК. Таким образом, вирус имеет воз­можность сразу же после заражения клетки синтезиро­вать белки, ответственные за репликацию своего генома, и нет необходимости в их внесении в клетку вместе с вирионом. Вот почему «голая» РНК, изолированная из вирио­нов, инфекционна. Вторая особенность таких вирусов сос­тоит в том, что первичными продуктами трансляции РНК являются нефункциональные полипротеины, которые, подвергаясь специфическому протеолизу, распадаются на функциональные белки.

Группа V (одноцепочечная (-)РНК). Вирусы этой груп­пы инфицируют: позвоночных (сем. Arena-, Orthomyxo- и Р агату xoviridae); позвоночных и членистоногих (Випуа- и Rhabdoviridae); растения и членистоногих (Випуа- и Rhabdoviridae).

В вирионах представителей сем. Filo-, Рагатухо-, Rhabdoviridae найдены односегментные геномы. Фрагментированные геномы обнаружены у вирусов сем. Випуа- и Ort homy xoviridae.

Вирусы этой группы считаются эволюционно молодыми, так как встречаются только у членистоногих и позвоноч­ных. Свойство инфицировать растения возникло на сравни­тельно позднем этапе эволюции как результат тесных взаи­моотношений насекомых с их растениями-хозяевами.

Для вирусов с геномной одноцепочечной негативной РНК (рис. 3.10) характерно то, что геномная РНК выпол­няет две матричные функции.

Во-первых, она используется для транскрипции и, во- вторых, для репликации. В связи с тем что для синтеза мРНК должна транскрибироваться вирусная РНК, а в клетке-хозяине соответствующего фермента нет, все ви­русы с негативным геномом содержат в вирионе собственную РНК-зависимую РНК-полимеразу — транскриптазу.

Первым событием после проникновения вируса в клет­ку является транскрипция в цитоплазме вирусного гено­ма, в результате чего накапливаются моноцистронные мРНК, каждая из которых кодирует один белок. Новосин- тезированные вирусные белки, в свою очередь, начинают репликацию. Они катализируют образование полнораз­мерной (+)РНК, служащей матрицей для синтеза на ней геномной (-)РНК потомства

Итак, главное в репликации вирусов с негативной ге­номной РНК заключается в том, что она функцинирует как матрица и для транскрипции, и для репликации. От­сюда следует, что:

• вирус должен вносить в клетку при заражении транскриптазу;
• «голая» РНК, изолированная из вирионов, неинфекционна;
• синтезируемые мРНК имеют длину одного гена, т.е. они кодируют один белок.

Группа VI (одноцепочечная (+)РНК, имеющая в реп­ликативном цикле ДНК в качестве интермедиата). Виру­сы этой группы инфицируют только позвоночных и предс­тавлены единственным сем. Retroviridae. Важнейшие представители: мышиный вирус рака молочной железы, вирус лейкоза мышей (вирус Молони), вирус лейкоза обезьян, Т-лимфотропный вирус человека.

Геном вирусов — монолитный. Его уникальность среди вирусов заключается в том, что он диплоидный (представ­лен димерной одноцепочечной РНК).

Единственная известная функция геномной РНК — мат­ричная функция для синтеза ДНК. Поскольку клетки-хозя­ева не имеют для этого соответствующего фермента, вирус кроме генома содержит еще и РНК-зависимую ДНК-полимеразу — обратную транскриптазу, а также смесь тРНК хозяи­на, которые при синтезе ДНК служат в качестве затравки. Следует отметить, что в русскоязычной литературе принят для обратной транскриптазы также термин «ревертаза».

В цикле репродукции вирусов (рис. 3.11) можно выде­лить ряд основных стадий.

• Синтез в цитоплазме ДНК-копии, комплементарной по отношению к РНК. Эта стадия завершается образова­нием кольцевой одноцепочечной молекулы ДНК, связан­ной водородными связями с линейной геномной РНК.
• Расщепление геномной РНК нуклеазой, атакующей только РНК в составе гибридов ДНК/РНК (РНКазой-Н, также содержащейся в вирионе).
• Синтез комплементарной копии вирусной ДНК. Эта стадия осуществляется при участии вирионной ДНК-за- висимой ДНК-полимеразы.
• Перемещение кольцевой двухцепочечной вирус­ной ДНК из цитоплазмы в ядро, где она (благодаря действию вирионной интегразы) интегрирует в геном клетки-хозяина.
• После интеграции в геном хозяина вирусная ДНК (провирус) попадает под контроль клетки и транскрибиру­ется транскриптазой клетки-хозяина точно так же, как другие клеточные гены. Продуктом транскрипции явля­ется молекула мРНК, равная по длине геномной РНК. Эта РНК транслируется для синтеза (через стадию образова­ния и протеолиза полипротеинов) структурных белков и ферментов, а также используется в качестве геномов до­черних популяций.
• Самосборка вирусных нуклеопротеидов происходит в цитоплазме, а созревание вирусных частиц происходит на клеточной оболочке, откуда они отделяются почковани­ем. При этом нуклеопротеид обволакивается клеточной мембраной, содержащей предварительно встроенные туда вирусные белки.

В дополнение к описанной выше стратегии размноже­ния ретровирусов следует отметить два важных обстоятель­ства. Прежде всего, все ферментативные активности, фигу­рирующие в описании репликативного цикла, начиная с обратной транскрипции геномной РНК и включая интегра­цию вирусной ДНК в геном клетки-хозяина, являются про­явлением единого, трудноразделимого вирусоспецифиче­ского интегразного комплекса, который присутствует в каждом вирионе и вводится в клетку вместе с вирусным ге­номом. И далее, экспрессия вирусных генов в составе про­вируса не обязательна. В течение долгого времени провирус может ничем себя не проявлять и передаваться «вертикаль­ным» образом потомкам клетки-хозяина.

Группа VII (двухцепочечная ДНК, имеющая в репли­кативном цикле РНК в качестве интермедиата). Этот класс вирусов включает сложные вирусы, содержащие в составе вириона кольцевые двухцепочечные ДНК (обычно с брешью или разрывами цепи), которые реплицируются с образованием одноцепочечных РНК-интермедиатов.

Эти вирусы инфицируют: позвоночных (сем. Hepadna- viridae) и растения (роды Caulimoviruses и Badnaviruses).

Геномы вирусов представлены: частично двухцепочеч­ной незамкнутой ковалентно кольцевой ДНК (Hepadnaviridae); кольцевой двухцепочечной ДНК с разрывами в обеих цепях (Caulimoviruses и Badnaviruses).

Все эти вирусы, по-видимому, эволюционно произошли от того же предка, что и вирусы сем. Retroviridae. По этой причине некоторые исследователи предлагают все вирусы группы VII объединить в сем. Pararetroviridae.

Экспрессия геномов этих вирусов сложна и сравнитель­но слабо изучена. Гепаднавирусы имеют несколько пере­крывающихся рамок считывания, что позволяет кодиро­вать большой объем информации, используя относитель­но компактный геном.

После этапа раздевания ДНК и вирионная полимераза мигрируют в ядро клетки-хозяина, где ДНК (рис. 3.12) достраивается с помощью ДНК-полимеразы и превраща­ется в сверхспирализованную молекулу. Эта молекула транскрибируется с образованием молекул (+)РНК двух типов — небольших мРНК, кодирующих белки, и полно­размерной геномной РНК, которую затем транскрибирует обратная транскриптаза, синтезируя геномную ДНК.

Репликация генома включает ряд последовательных процессов. Сначала прегеномная (+)РНК инкапсулирует­ся в сердцевину вириона, содержащую полимеразу, где фермент, действуя как обратная транскриптаза, синтези­рует (-)ДНК. Затем эта цепь ДНК используется как мат­рица для синтеза (+)цепи ДНК, однако процесс носит не­завершенный характер и заканчивается образованием двухцепочечной молекулы ДНК с неполной (+)цепью.
Одновременно с реализацией сложного репликативно­го цикла вирусная ДНК может интегрироваться в геном клетки. Этот процесс не обязателен, но если он имеет мес­то, то ДНК вируса расщепляется на много фрагментов и встраивается в различные участки клеточной ДНК. При этом доступными для транскрипции оказываются лишь некоторые фрагменты вирусной ДНК.

Следует отметить, что достройка неполной цепи вирион- ной ДНК, синтез прегеномной РНК, обратная транскрип­ция этой РНК, разрушение РНК-матрицы и синтез непол­ной второй цепи вирусной ДНК — все эти процессы осущес­твляются единым вирусным полимеразным комплексом.

Таким образом, несмотря на некоторое сходство про­цессов обратной транскрипции у гепаднавирусов и ретро- вирусов, их не объединяют в одно семейство, поскольку у ретровирусов репликативным интермедиатом является не РНК, а ДНК. Кроме того, у ретровирусов в ДНК клетки- хозяина интегрирует целый геном, а у гепаднавирусов — его фрагменты. При этом у ретровирусов экспрессируется весь провирусный геном, а у гепаднавирусов — только не­которые его области. К тому же интеграция ДНК у послед­них вообще не обязательна.

Экспрессия генов. Сегментированные вирусные гено­мы обычно транскрибируются с образованием моноцистронных мРНК. Преимущество таких мРНК заключается в том, что разные белки могут синтезироваться в различных количествах.

При экспрессии несегментированных геномов сущест­вует тенденция к продукции полицистронных мРНК. Эти мРНК транслируются с образованием полипротеинов, ко­торые затем расщепляются на зрелые (функционально ак­тивные) белковые продукты.

Для того чтобы использовать клеточную машинерию, вирусные мРНК на уровне первичной, вторичной или тре­тичной структур должны нести определенные информа­ционные сигналы, которые распознаются клеткой (напри­мер, сайты связывания рибосом, полиаденилатные после­довательности и т.д.). Сходным образом некоторые ДНК-» содержащие вирусы (например, паповавирусы) кодируют белки, которые связываются с участком «ориджин» для репликации и стимулируют клеточную ДНК-полимеразу реплицировать именно вирусный геном.

Известны вирусы (аденовирусы, например), которые кодируют свои собственные ДНК-полимеразы, но остают­ся зависимыми от некоторых клеточных факторов, необ­ходимых для репликации.

Сложные вирусы, например герпесвирусы, кодируют большое число белков, вовлекаемых в процесс синтеза ДНК, и почти не зависят от клеточной машинерии.

Сборка вирионов

Под сборкой понимают концентрирование всех компо­нентов, необходимых для формирования зрелого вириона в определенном месте клетки. Во время этого процесса формируются основные структуры вируса. Место сборки варьирует у разных вирусов. Например, пикорна-, покс- и реовирусы собираются в цитоплазме, адено-, папова- и парвовирусы — в ядре. Место сборки ретровирусов — на внутренней поверхности клеточной мембраны.

Несмотря на усиленное изучение этой стадии вирусно­го репликативного цикла, не понятно еще, как осуще­ствляется регуляция этого процесса. Считается, что уве­личение внутриклеточного уровня вирусных белков и нуклеиновых кислот до какого-то критического уровнят включает процесс сборки. Многие вирусы достигают высо­ких концентраций вновь синтезированных структурных компонентов путем концентрирования их в особых внутриклеточных компартментах, видимых в световой микро­скоп, которые называют «тельцами включения». Появле­ние таких телец — обычное явление на поздних стадиях ин­фекции многих вирусов. Размеры и локализация таких те­лец часто являются весьма характерным признаком неко­торых вирусов. Например, инфекция вирусом бешенства приводит к появлению больших внутриядерных «телец Негри», которые впервые наблюдал Адельчи Негри в 1903 г.

Формирование вирусных частиц может быть относи­тельно простым процессом, в котором участвуют только субъединицы капсида и нуклеиновые кислоты и который контролируется только законами симметрии. В других случаях, сборка представляет собой весьма сложный мно­гостадийный процесс, в котором участвуют не только структурные белки, но и особые вирусоспецифические белки, служащие матрицами для сборки вирусов. Форми­рование нуклеокапсида может происходить на ранних стадиях сборки капсида (например, многие вирусы со спи­ральной симметрией «собираются» на геноме) или на поздних стадиях, когда геном комплексируется с уже поч­ти готовым капсидом.

Некоторые вирусы синтезируют морфогенетические факторы, не являющиеся структурной частью вируса, но присутствие которых требуется для нормальной сборки. Эти факторы называют молекулярными шаперонами. Следует отметить, что иногда в процессах сборки вирусов принимают участие и шапероны клетки.

Созревание и выход вирионов из клетки

На этой стадии жизненного цикла вирус приобретает инфекционность. Она обычно сопровождается структур­ными изменениями частицы в результате специфического расщепления определенных полипротеинов — предшест­венников зрелых структурных белков. Для одних вирусов сборка и созревание неразделимы, в то время как для дру­гих созревание может происходить после того, как вирус­ная частица покинула клетку.

Для вирулентных вирусов (в основном простые виру­сы) выход из клетки является сравнительно простым про­цессом: клетка разрушается, освобождая при этом вирус.

Сложные вирусы при выходе из клетки путем отпочковывания приобретают липидную оболочку. Такой способ выхода вируса из клетки не всегда приводит к ее гибели.