Informație

4.5: Replicarea virală - Biologie


4.5: Replicarea virală

Replicarea virală este formarea de viruși biologici în timpul procesului de infecție în celulele gazdă țintă. Virușii trebuie să intre mai întâi în celulă înainte de a putea avea loc replicarea virală. Prin generarea de copii abundente ale genomului său și ambalarea acestor copii, virusul continuă să infecteze noi gazde. Replicarea între virusuri este foarte variată și depinde de tipul de gene implicate în ei. Majoritatea virusurilor ADN se asambleaza in nucleu, in timp ce majoritatea virusurilor ARN se replica doar in citoplasma.

Virusul nu are propriul său sistem metabolic. Celula gazdă infectată trebuie să furnizeze energia, mașinile metabolice și moleculele precursoare pentru sinteza proteinelor virale și a acizilor nucleici.

Replicarea în viruși are loc în șase pași care sunt denumiți mai jos.

  1. Adsorbția/ atașarea virusului la celula gazdă
  2. 2- Penetrarea componentelor virale în celula gazdă
  3. Neacoperire
  4. Sinteza componentelor virale prin producerea de ARNm / Transcriere
  5. Ansamblu Virion
  6. Eliberarea virusului (etapa de eliberare)

1- Adsorbția/ atașarea virusului la celula gazdă

Este primul pas al replicarii virale. Virusul se leagă de membrana celulară a celulei gazdă printr-un situs receptor specific de pe membrana celulei gazdă prin proteine ​​de legare din capside sau prin glicoproteine ​​încorporate în învelișul viral. Specificitatea acestei interacțiuni determină gazda (și celulele din gazdă) care pot fi infectate cu un anumit virus. Acest lucru poate fi imaginat gândindu-ne la mai multe chei cu mai multe încuietori în care fiecare cheie se va potrivi cu o singură încuietoare specifică.

2- Penetrarea componentelor virale în celula gazdă

Apoi virusul își injectează ADN-ul sau ARN-ul în gazdă pentru a începe infecția.

  • Acid nucleic bacteriofag intră goală în celula gazdă, lăsând capsida în afara celulei.
  • Viruși vegetali și animale poate intra prin endocitoza, in care membrana celulara inconjoara si inghite intregul virus. În plantă, membrana celulară a celulei gazdă invaginează particula de virus, înglobând-o într-o vacuola pinocitotică.
  • Unii viruși înveliți intră în celulă atunci când învelișul viral fuzionează direct cu membrana celulară a celulei gazdă.

3- Decuplare

Odată în interiorul celulei, capsida virală este descompusă de enzimele celulare (din lizozomi) gazdei și acidul nucleic viral este eliberat, care este apoi disponibil pentru replicare și transcripție.

4- Sinteza componentelor virale prin producerea/transcrierea mARN

Virusul folosește structurile celulare ale celulei gazdă pentru a se replica. Mecanismul de replicare depinde de genomul viral.

  • virusuri ADN în general, utilizează proteine ​​și enzime din celula gazdă pentru a produce ADN suplimentar care este transcris în ARN mesager (ARNm), care este apoi utilizat pentru a direcționa sinteza proteinelor.
  • virusuri ARN folosesc în general miezul lor de ARN ca șablon pentru sinteza ARN genomic viral (a fi încorporat în structura noului virus) și ARNm. ARNm viral direcționează celula gazdă să sintetizeze două tipuri de proteine.

a) Structural: Proteinele care alcătuiesc particula virală sunt fabricate și asamblate.
b) Nestructurale: nu se găsește în particulele virale. Este compus din enzime pentru replicarea genomului virusului.

Dacă o celulă gazdă nu furnizează enzimele necesare pentru replicarea virală, genele virale oferă informațiile pentru a direcționa sinteza proteinelor lipsă.

Retrovirusurile, cum ar fi HIV, au un genom ARN care trebuie să fie transcris invers în ADN, care este apoi încorporat în genomul celulei gazdă.

Pentru a converti ARN-ul în ADN, retrovirusurile trebuie să conțină gene care codifică enzima revers transcriptază pentru enzima specifică virusului, care transcrie un model de ARN în ADN.

Faptul că HIV produce unele dintre propriile enzime care nu se găsesc în gazdă a permis cercetătorilor să dezvolte medicamente care inhibă aceste enzime. Aceste medicamente, inclusiv inhibitorul de revers transcriptază AZT, inhibă replicarea HIV prin reducerea activității enzimatice fără a afecta metabolismul gazdei. Această abordare a condus la dezvoltarea unei varietăți de medicamente utilizate pentru tratarea HIV și a fost eficientă în reducerea cantității de virioni infecțioși (copii de ARN viral) din sânge la niveluri nedetectabile la multe persoane infectate cu HIV.

Un virion este pur și simplu o particulă virală intactă sau activă. În această etapă, genomul nou sintetizat (acidul nucleic) și proteinele se adună pentru a forma noi particule de virus.

Acest lucru poate avea loc în nucleul celular, citoplasmă sau în membrana plasmatică a majorității virusurilor dezvoltate.

6- Eliberarea virusului (etapa de eliberare)

Este ultima etapă a replicării virale în care virușii, care sunt acum maturi, sunt eliberați în organismul gazdă. Apoi pot infecta celulele adiacente și pot repeta ciclul de replicare. Virușii sunt eliberați prin distrugerea bruscă a celulelor sau prin extrudarea treptată (mugurire) a virușilor învăluiți prin membrana celulară.

Virușii noi pot invada sau ataca alte celule sau pot rămâne latenți în celulă. În cazul virusurilor bacteriene, virionii sunt eliberați din descendență prin liza bacteriilor infectate. Cu toate acestea, în cazul virusurilor animale, eliberarea are loc în general fără liză celulară.


Abstract

Virușii ARN cu catenă pozitivă sunt cea mai mare clasă genetică de viruși și includ mulți agenți patogeni umani serioși. Toți virusurile ARN cu catenă pozitivă își replic genomul în asociere cu rearanjamente ale membranei intracelulare, cum ar fi veziculele cu membrană simplă sau dublă. Cu toate acestea, locurile exacte ale sintezei ARN și relațiile topologice cruciale dintre membranele relevante, interioarele veziculelor, lumenii din jur și citoplasmă sunt în general slab definite. Am aplicat tomografia cu microscop electronic și abordări complementare pentru infectarea cu virusul flock house (FHV) Drosophila celule pentru a furniza prima analiză 3-D a unor astfel de complexe de replicare. Singurul factor de replicare a ARN-ului FHV, proteina A și încorporarea de 5-bromouridină 5'-trifosfat specifică FHV localizate între membranele mitocondriale interioare și exterioare în interiorul veziculelor (sferule) de ~ 50 nm, care sunt astfel compartimente induse de FHV pentru sinteza ARN viral . Toate aceste sferule FHV au fost invaginări ale membranei mitocondriale exterioare cu interioare conectate la citoplasmă printr-un canal cu gât cu diametrul de ~10 nm, ceea ce este suficient pentru importul de ribonucleotide și exportul de ARN de produs. Rezultatele tomografice, biochimice și de altă natură implică faptul că sferulele FHV conțin, în medie, trei intermediari de replicare a ARN și o înveliș interioară de aproximativ 100 de proteine ​​As auto-interacționante care se întind pe membrană. Rezultatele identifică sferulele ca fiind locul acumulării proteinei A și a ARN-ului în curs de dezvoltare și definesc topologia, dimensiunile și stoichiometria sferulelor pentru a dezvălui natura și multe detalii ale organizării și funcției complexului de replicare a ARN-ului FHV. Perspectivele rezultate par relevante pentru multe alte viruși ARN cu catenă pozitivă și susțin paralele structurale și evolutive probabile propuse recent cu retrovirus și virioni cu virus ARN dublu catenar.


Replicarea virală SARS-CoV-2 într-un model de organ al căilor respiratorii epiteliale primare umane de mare capacitate

COVID-19 a apărut ca o pandemie la nivel mondial la începutul anului 2020, iar la această scriere a cauzat peste 170 de milioane de cazuri și 3,7 milioane de decese în întreaga lume și aproape 600.000 de decese în Statele Unite. Dezvoltarea rapidă a mai multor vaccinuri sigure și foarte eficiente este una dintre cele mai extraordinare realizări din medicina modernă, dar identificarea și administrarea de terapii eficiente pentru tratarea pacienților care suferă de COVID-19 a avut mult mai puțin succes. Un factor major care limitează progresul în dezvoltarea de tratamente eficiente a fost lipsa de modele preclinice adecvate pentru boală, care se bazează în prezent pe diverse modele animale și in vitro cultura de linii celulare imortalizate. Aici raportăm prima demonstrație de succes a infecției cu SARS-CoV-2 și a replicării virale într-un organ pe cip uman bazat pe celule primare, utilizând o platformă de cultură tisulară recent dezvoltată, cunoscută sub numele de PREDICT96. Această demonstrație de succes a infecției cu SARS-CoV-2 în celulele epiteliale a căilor respiratorii primare umane derivate de la un donator viu reprezintă o nouă cale puternică pentru modelarea bolii și o cale pentru screeningul candidaților terapeutici într-o platformă de mare capacitate.


Cuprins

Virușii se înmulțesc numai în celulele vii. Celula gazdă trebuie să furnizeze energia și mașinile sintetice și precursorii cu greutate moleculară mică pentru sinteza proteinelor virale și a acizilor nucleici. [2]

Replicarea virusului are loc în șapte etape și anume

  1. Atașament
  2. Intrare,
  3. Uncoating, / producție de ARNm,
  4. Sinteza componentelor virusului, asamblarea și
  5. Eliberare (Etapa de eliberare).

Editare atașament

Este primul pas al replicarii virale. Virusul se atașează de membrana celulară a celulei gazdă. Apoi își injectează ADN-ul sau ARN-ul în gazdă pentru a iniția infecția. În celulele animale, acești virusuri intră în celulă prin procesul de endocitoză care funcționează prin fuziunea virusului și fuziunea învelișului viral cu membrana celulară a celulei animale, iar în celulele vegetale intră prin procesul de pinocitoză care funcționează la ciupirea. a virusurilor.

Editare intrare

Membrana celulară a celulei gazdă invaginează particula de virus, înglobând-o într-o vacuola pinocitotică. Acest lucru protejează celula de anticorpi, ca în cazul virusului HIV.

Uncoating Edit

Enzimele celulare (din lizozomi) îndepărtează învelișul proteic al virusului. Acest lucru eliberează sau face accesibil acidul nucleic sau genomul virusului.

Transcriere / producere ARNm Edit

Pentru unele virusuri ARN, ARN-ul infectant produce ARN mesager (ARNm). Aceasta este traducerea genomului în produse proteice. Pentru alții cu ARN și ADN cu catenă negativă, virușii sunt produși prin transcripție și apoi prin traducere.

ARNm este folosit pentru a instrui celulei gazdă să producă componente ale virusului. Virusul profită de structurile celulare existente pentru a se replica.

Sinteza componentelor virusului Edit

Următoarele componente sunt fabricate de virus folosind organelele existente ale gazdei:

  • Proteine ​​virale: ARNm viral este tradus pe ribozomii celulari în două tipuri de proteine ​​virale:
    • Structural: proteine ​​care alcătuiesc particula virală
    • Nestructurale: proteine ​​care nu se găsesc în particulele virale, în principal enzime pentru replicarea genomului virusului

    Ansamblu Virion Edit

    Un virion este pur și simplu o particulă virală activă sau intactă. În această etapă, genomul nou sintetizat (acidul nucleic) și proteinele sunt asamblate pentru a forma noi particule de virus.

    Acest lucru poate avea loc în nucleul celulei, citoplasmă sau la nivelul membranei plasmatice pentru majoritatea virusurilor dezvoltate.

    Eliberare (etapa de eliberare) Editare

    Virușii, acum fiind maturi, sunt eliberați fie prin ruperea bruscă a celulei, fie prin extrudarea treptată (forțarea) a virușilor înveliți prin membrana celulară.

    Noile viruși pot invada sau ataca alte celule sau pot rămâne latente în celulă. În cazul virusurilor bacteriene, eliberarea virionilor descendenți are loc prin liza bacteriei infectate. Cu toate acestea, în cazul virusurilor animale, eliberarea are loc de obicei fără liză celulară.

    Virușii sunt clasificați în 7 tipuri de gene, fiecare dintre ele având propriile familii de viruși, care, la rândul lor, au strategii de replicare diferite. David Baltimore, un biolog laureat al Premiului Nobel, a conceput un sistem numit Baltimore Classification System pentru a clasifica diferiți viruși pe baza strategiei lor unice de replicare. Există șapte strategii de replicare diferite bazate pe acest sistem (Baltimore Clasa I, II, III, IV, V, VI, VII). Cele șapte clase de viruși sunt enumerate aici pe scurt și în generalități. [3]

    Clasa 1: Viruși ADN dublu catenar Edit

    Acest tip de virus, de obicei, trebuie să intre în nucleul gazdă înainte de a se putea replica. Unii dintre acești virusuri necesită polimeraze ale celulei gazdă pentru a-și replica genomul, în timp ce alții, cum ar fi adenovirusurile sau virusurile herpetice, codifică propriii factori de replicare. Cu toate acestea, în ambele cazuri, replicarea genomului viral este foarte dependentă de o stare celulară permisivă pentru replicarea ADN-ului și, prin urmare, de ciclul celular. Virusul poate induce celula să sufere forțat diviziunea celulară, ceea ce poate duce la transformarea celulei și, în cele din urmă, la cancer. Un exemplu de familie din această clasificare este Adenoviridae.

    Există un singur exemplu bine studiat în care o familie de viruși de clasa 1 nu se reproduce în nucleu. Aceasta este familia Poxvirus, care cuprinde viruși foarte patogeni care infectează vertebratele.

    Clasa 2: Viruși ADN monocatenar Edit

    Virușii care se încadrează în această categorie îi includ pe cei care nu sunt la fel de bine studiati, dar încă se referă la vertebrate. Două exemple includ Circoviridae și Parvoviridae. Se replic în nucleu și formează un intermediar ADN dublu catenar în timpul replicării. Un Anellovirus uman numit TTV este inclus în această clasificare și se găsește la aproape toți oamenii, infectându-i asimptomatic în aproape fiecare organ major.

    Clasa 3: Viruși ARN dublu catenar Edit

    La fel ca majoritatea virusurilor cu genom ARN, virusurile ARN dublu catenar nu se bazează pe polimerazele gazdă pentru replicare în măsura în care o fac virusurile cu genom ADN. Virușii ARN dublu catenar nu sunt la fel de bine studiati ca alte clase. Această clasă include două familii majore, Reoviridae și Birnaviridae. Replicarea este monocistronică și include genomi individuali, segmentați, ceea ce înseamnă că fiecare dintre gene codifică doar o singură proteină, spre deosebire de alți viruși, care prezintă o traducere mai complexă.

    Clasele 4 și 5: Viruși ARN monocatenar Edit

    Acești viruși constau din două tipuri, totuși ambii împărtășesc faptul că replicarea este în primul rând în citoplasmă și că replicarea nu este la fel de dependentă de ciclul celular ca cel al virusurilor ADN. Această clasă de viruși este, de asemenea, unul dintre cele mai studiate tipuri de viruși, alături de virușii ADN dublu catenar.

    Clasa 4: Viruși ARN monocatenar - cu sens pozitiv Edit

    Virușii ARN cu sens pozitiv și într-adevăr toate genele definite ca sens pozitiv poate fi accesat direct de ribozomii gazdă pentru a forma imediat proteine. Acestea pot fi împărțite în două grupuri, ambele se replic în citoplasmă:

    • Viruși cu ARN policistronic în care ARN-ul genomului formează ARNm și este tradus într-un produs poliproteic care este ulterior scindat pentru a forma proteinele mature. Aceasta înseamnă că gena poate utiliza câteva metode prin care să producă proteine ​​din aceeași catenă de ARN, reducând dimensiunea genomului său.
    • Viruși cu transcripție complexă, pentru care se pot utiliza ARNm subgenomici, deplasarea cadrului ribozomal și procesarea proteolitică a poliproteinelor. Toate acestea sunt mecanisme diferite prin care se produc proteine ​​din aceeași catenă de ARN.

    Exemple din această clasă includ familiile Coronaviridae, Flaviviridae și Picornaviridae.

    Clasa 5: Viruși ARN monocatenar - cu sens negativ Edit

    Virușii ARN cu sens negativ și într-adevăr toate genele definite ca sens negativ nu poate fi accesat direct de ribozomii gazdă pentru a forma imediat proteine. În schimb, ele trebuie transcrise de polimeraze virale în sensul pozitiv complementar „lizibil”. Acestea pot fi, de asemenea, împărțite în două grupe:

    • Virușii care conțin genomi nesegmentați pentru care primul pas în replicare este transcripția din genomul cu catenă negativă de către ARN polimeraza dependentă de ARN viral pentru a produce ARNm monocistronici care codifică diferitele proteine ​​virale. Apoi este produsă o copie a genomului cu sens pozitiv care servește ca șablon pentru producerea genomului cu catenă negativă. Replicarea are loc în citoplasmă.
    • Viruși cu genomi segmentați pentru care replicarea are loc în citoplasmă și pentru care ARN polimeraza dependentă de ARN virală produce ARNm monocistronici din fiecare segment de genom.

    Clasa 6: Viruși ARN monocatenar cu sens pozitiv care se reproduc printr-un intermediar ADN

    O familie bine studiată a acestei clase de viruși include retrovirusurile. O caracteristică definitorie este utilizarea transcriptazei inverse pentru a converti ARN-ul cu sens pozitiv în ADN. În loc să folosească ARN-ul pentru șabloane de proteine, ei folosesc ADN-ul pentru a crea șabloanele, care sunt îmbinate în genomul gazdă folosind integrază. Replicarea poate începe apoi cu ajutorul polimerazelor celulei gazdă.

    Clasa 7: Viruși ADN dublu catenar care se reproduc printr-un intermediar ARN monocatenar

    Acest grup mic de viruși, exemplificat de virusul hepatitei B, are un genom dublu catenar, cu gol, care este ulterior completat pentru a forma un cerc închis covalent (cccDNA) care servește ca șablon pentru producerea de ARNm viral și un ARN subgenomic. ARN-ul pregenomului servește ca matriță pentru reversul transcriptaza virală și pentru producerea genomului ADN.


    Cum se reproduce virusul dengue în celulele infectate

    Proteina nestructurală 1 (NS1) a virusului dengue interacționează cu o altă proteină virală numită NS4A-2K-4B pentru a permite replicarea virală, potrivit unui studiu publicat pe 9 mai în jurnalul cu acces deschis. PLOS agenți patogeni de Ralf Bartenschlager de la Universitatea din Heidelberg și colegi. După cum au menționat autorii, harta genetică prezentată în studiu oferă un punct de plecare pentru proiectarea agenților antivirali care vizează NS1, cu scopul de a suprima replicarea virală, precum și manifestările severe ale bolii.

    Virusul dengue este unul dintre cei mai răspândiți agenți patogeni umani transmisi de țânțari. În ciuda impactului socio-economic grav al bolilor asociate dengue, singurul vaccin autorizat are o eficacitate limitată și o terapie antivirală nu este disponibilă. NS1 este secretat de celulele infectate, contracarează răspunsurile imune antivirale și contribuie la manifestările clinice severe ale dengue. În plus, NS1 este esențială pentru ciclul de replicare virală, dar mecanismul molecular de bază este necunoscut. Pentru a aborda acest decalaj în cunoștințe, Bartenschlager și colegii au folosit o combinație de abordări genetice, biochimice și imagistice pentru a determina rolul NS1 în ciclul de replicare virală.

    Cercetatorii au identificat un grup de reziduuri de aminoacizi in NS1 care este important pentru secretia eficienta a acestei proteine. Mai mult, ei au identificat o interacțiune nouă între NS1 și precursorul unei proteine ​​virale numită NS4A-2K-4B, această interacțiune este necesară pentru replicarea ARN viral. Cercetătorii au demonstrat, de asemenea, că NS1 este necesar pentru generarea organelor de replicare a virusului dengue membranos în celulele infectate. Această funcție nu necesită replicare ARN și este independentă de interacțiunea NS1 cu NS4A-2K-4B. Luate împreună, rezultatele oferă noi perspective asupra rolului NS1 în replicarea ARN viral și stabilesc o hartă genetică a reziduurilor din NS1 necesare pentru diversele funcții ale acestei proteine.

    Autorii adaugă: „Un studiu detaliat al proteinei nestructurale 1 a virusului Dengue a identificat determinanții necesari pentru secreția acestei proteine, replicarea ARN viral și formarea organelului de replicare membranoasă a acestui virus. O nouă interacțiune a NS1 cu un NS4A-2K nerecunoscut anterior. S-a constatat că precursorul NS4B al virusului este necesar pentru replicarea virusului Dengue”.


    Etapele infecțiilor cu virus

    Infecția virală implică încorporarea ADN-ului viral într-o celulă gazdă, replicarea acelui material și eliberarea noilor viruși.

    Obiective de invatare

    Enumerați pașii replicării virale și explicați ce se întâmplă la fiecare pas

    Recomandări cheie

    Puncte cheie

    • Replicarea virală implică șase etape: atașare, penetrare, neacoperire, replicare, asamblare și eliberare.
    • În timpul atașării și penetrării, virusul se atașează de o celulă gazdă și își injectează materialul genetic în ea.
    • În timpul neacoperirii, replicării și asamblării, ADN-ul sau ARN-ul viral se încorporează în materialul genetic al celulei gazdă și o induce să reproducă genomul viral.
    • În timpul eliberării, virușii nou creați sunt eliberați din celula gazdă, fie determinând celula să se despartă, așteptând ca celula să moară, fie prin înmugurirea prin membrana celulară.

    Termeni cheie

    • virion: o singură particulă individuală a unui virus (echivalentul viral al unei celule)
    • glicoproteină: o proteină cu carbohidrați legați covalent
    • retrovirus: un virus care are un genom format din ARN

    Etapele infecțiilor cu virus

    Un virus trebuie să folosească procesele celulare pentru a se replica. Ciclul de replicare virală poate produce modificări biochimice și structurale dramatice în celula gazdă, care pot provoca leziuni celulare. Aceste modificări, numite efecte citopatice (care provoacă leziuni celulare), pot modifica funcțiile celulare sau chiar pot distruge celula. Unele celule infectate, cum ar fi cele infectate cu virusul răcelii cunoscut sub numele de rinovirus, mor prin liză (explozie) sau apoptoză (moarte celulară programată sau “sinucidere celulară”), eliberând toți virionii descendenți simultan. Simptomele bolilor virale rezultă din răspunsul imun la virus, care încearcă să controleze și să elimine virusul din organism și din deteriorarea celulară cauzată de virus. Mulți virusuri animale, cum ar fi HIV (Virusul Imunodeficienței Umane), părăsesc celulele infectate ale sistemului imunitar printr-un proces cunoscut sub numele de înmugurire, în care virionii părăsesc celula individual. În timpul procesului de înmugurire, celula nu suferă liză și nu este ucisă imediat. Cu toate acestea, deteriorarea celulelor pe care virusul le infectează poate face imposibilă funcționarea normală a celulelor, chiar dacă celulele rămân în viață pentru o perioadă de timp. Cele mai productive infecții virale urmează pași similari în ciclul de replicare a virusului: atașare, penetrare, dezvelire, replicare, asamblare și eliberare.

    Calea către infecția virală: În infecția cu virusul gripal, glicoproteinele se atașează la o celulă epitelială gazdă. Drept urmare, virusul este înghițit. ARN-ul și proteinele sunt produse și asamblate în noi virioni.

    Atașament

    Un virus se atașează la un anumit situs receptor de pe membrana celulei gazdă prin proteine ​​de atașare din capside sau prin glicoproteine ​​încorporate în învelișul viral. Specificitatea acestei interacțiuni determină gazda (și celulele din gazdă) care pot fi infectate cu un anumit virus. Acest lucru poate fi ilustrat gândindu-ne la mai multe chei și la mai multe încuietori în care fiecare cheie se va potrivi doar cu o anumită încuietoare.

    Intrare

    Acidul nucleic al bacteriofagelor intră gol în celula gazdă, lăsând capside în afara celulei. Virușii vegetali și animale pot pătrunde prin endocitoză, în care membrana celulară înconjoară și înghițe întregul virus. Unii viruși înveliți intră în celulă atunci când învelișul viral fuzionează direct cu membrana celulară. Odată în interiorul celulei, capsida virală este degradată și acidul nucleic viral este eliberat, care apoi devine disponibil pentru replicare și transcripție.

    Replicare și asamblare

    Mecanismul de replicare depinde de genomul viral. Virușii ADN folosesc de obicei proteine ​​​​și enzime ale celulei gazdă pentru a produce ADN suplimentar care este transcris în ARN mesager (ARNm), care este apoi utilizat pentru a direcționa sinteza proteinelor. Virușii ARN folosesc de obicei miezul ARN ca șablon pentru sinteza ARN genomic viral și ARNm. ARNm viral direcționează celula gazdă pentru a sintetiza enzime virale și proteine ​​​​capside și pentru a asambla noi virioni. Desigur, există și excepții de la acest model. Dacă o celulă gazdă nu furnizează enzimele necesare pentru replicarea virală, genele virale furnizează informațiile pentru sinteza directă a proteinelor lipsă. Retrovirusurile, cum ar fi HIV, au un genom ARN care trebuie transcris invers în ADN, care apoi este încorporat în genomul celulei gazdă.

    Pentru a converti ARN-ul în ADN, retrovirusurile trebuie să conțină gene care codifică enzima specifică virusului transcriptaza inversă, care transcrie un șablon ARN în ADN. Transcripția inversă nu are loc niciodată în celulele gazdă neinfectate, enzima necesară, transcriptaza inversă, este derivată numai din expresia genelor virale în celulele gazdă infectate. Faptul că HIV produce unele dintre propriile enzime care nu se găsesc în gazdă a permis cercetătorilor să dezvolte medicamente care inhibă aceste enzime. Aceste medicamente, inclusiv inhibitorul de revers transcriptază AZT, inhibă replicarea HIV prin reducerea activității enzimei fără a afecta metabolismul gazdei. Această abordare a condus la dezvoltarea unei varietăți de medicamente utilizate pentru tratarea HIV și a fost eficientă în reducerea numărului de virioni infecțioși (copii ale ARN viral) din sânge la niveluri nedetectabile la multe persoane infectate cu HIV.

    Ieşire

    Ultima etapă a replicării virale este eliberarea de noi virioni produși în organismul gazdă. Ei sunt apoi capabili să infecteze celulele adiacente și să repete ciclul de replicare. După cum ați învățat, unii viruși sunt eliberați atunci când celula gazdă moare, în timp ce alți viruși pot părăsi celulele infectate prin înmugurire prin membrană fără a ucide direct celula.


    Replicarea virală

    Virușii (virionii) trebuie să facă mai multe copii ale lor pentru a se putea răspândi. Aceasta este ceea ce numim replicare virală.

    În general, replicarea virusului trece prin următorii cinci pași:
    1. Adsorbţie, atașarea virușilor la celulele gazdă.

    Penetrare, intrarea virionilor (sau a genomul acestora) în celulele gazdă. Unii lasă capsida și plicul în urmă.

    Sinteză, sinteza de noi molecule de acid nucleic, proteine ​​capside și alte componente virale în celulele gazdă în timp ce se utilizează mașinile metabolice ale acelor celule. Ele deturnează procesele metabolice ale celulelor.

    Maturarea, asamblarea componentelor virale nou sintetizate în virioni completi.

    Eliberare, plecarea noilor virioni din celulele gazdă. Eliberarea în general, dar nu întotdeauna, ucide (lizează) celulele gazdă. (Unele tipuri vor aștepta mult timp în timp ce se ascund și se spune că sunt lizogenice).


    Cercetătorii identifică un potențial nou medicament antiviral pentru COVID-19

    Medicamentul experimental TEMPOL poate fi un tratament antiviral oral promițător pentru COVID-19, sugerează un studiu al culturilor celulare realizat de cercetătorii de la National Institutes of Health. TEMPOL poate limita infecția cu SARS-CoV-2 prin afectarea activității unei enzime virale numită ARN replicază. Lucrarea a fost condusă de cercetători de la NIH Eunice Kennedy Shriver Institutul Național pentru Sănătatea Copilului și Dezvoltarea Umană (NICHD). Studiul apare în Ştiinţă.

    „Avem nevoie urgent de tratamente suplimentare eficiente și accesibile pentru COVID-19”, a spus Diana W. Bianchi, MD, director NICHD. „Un medicament oral care împiedică replicarea SARS-CoV-2 ar fi un instrument important pentru reducerea severității bolii”.

    Echipa de studiu a fost condusă de Tracey A. Rouault, M.D., șeful Secției NICHD privind metabolismul fierului uman. Ea a descoperit eficacitatea lui TEMPOL evaluând o întrebare mai de bază despre modul în care virusul își folosește replicaza ARN, o enzimă care permite SARS-CoV-2 să-și replica genomul și să facă copii ale lui însuși odată în interiorul unei celule.

    Cercetătorii au testat dacă replicaza ARN (în special subunitatea nsp12 a enzimei) necesită grupuri de fier-sulf pentru suport structural. Descoperirile lor indică faptul că replicaza ARN SARS-CoV-2 necesită două grupuri de fier-sulf pentru a funcționa optim. Studiile anterioare au identificat în mod eronat aceste locuri de legare a grupurilor de fier-sulf pentru situsurile de legare a zincului, probabil pentru că grupurile de fier-sulf se degradează ușor în condiții experimentale standard.

    Identificarea acestei caracteristici a replicazei ARN le permite cercetătorilor să exploateze o slăbiciune a virusului. TEMPOL poate degrada grupurile de fier-sulf, iar cercetările anterioare de la Laboratorul Rouault au arătat că medicamentul poate fi eficient în alte boli care implică grupuri de fier-sulf. În experimentele de cultură celulară cu virusul SARS-CoV-2 viu, echipa de studiu a descoperit că medicamentul poate inhiba replicarea virală.

    Pe baza studiilor anterioare pe animale de TEMPOL în alte boli, autorii studiului au remarcat că dozele de TEMPOL utilizate în experimentele lor antivirale ar putea fi probabil atinse în țesuturi care sunt ținte primare pentru virus, cum ar fi glandele salivare și plămânii.

    Având în vedere profilul de siguranță TEMPOLs și doza considerată terapeutică în studiul nostru, suntem plini de speranță, a spus dr. Rouault. „Cu toate acestea, sunt necesare studii clinice pentru a determina dacă medicamentul este eficient la pacienți, în special la începutul evoluției bolii, când virusul începe să se replice”.

    Echipa de studiu intenționează să efectueze studii suplimentare pe animale și va căuta oportunități de a evalua TEMPOL într-un studiu clinic al COVID-19.

    Autorii NIH din studiu includ cercetători de la Institutul Național al Cancerului, Institutul Național de Alergie și Boli Infecțioase și Institutul Național de Tulburări Neurologice și AVC. Autorii de la Universitatea de Stat din Pennsylvania sunt finanțați de Institutul Național de Științe Medicale Generale al NIH.


    Primele 150 până la 200 de nucleotide din 5′ UTR ale Alphacoronavirusurilor sunt foarte structurate și s-au dovedit a fi conservate la nivel structural. Se preconizează că UTR-urile de 5′ vor conține trei bucle stem conservate: [3]

    • SL1 este important pentru replicarea virală, cel mai probabil jucând un rol în comutatorul șablon al transcripției ARN subgenomic viral (sgRNA). Mutațiile părții superioare a SL1 par să aibă un impact mai mare asupra nivelului de replicare virală.
    • SL2 este crucială pentru viabilitatea virală. Nucleotidele sunt interschimbabile atâta timp cât structura rămâne stabilă. Întreruperea oricărei perechi G-C cauzează defecte majore în replicarea virală.
    • SL4 se presupune că joacă un rol în dirijarea sintezei subgenomice de ARN în timpul replicării virale.

    În aval de SL4 se află SL5, care se suprapune cu primul ORF al genomului viral. Cele trei bucle terminale ale SL5 conțin o secvență conservată 5′-UUCCGU-3′ și se crede că acționează ca semnal de ambalare. [2]

    Similar cu Alphacoronavirus, primele 150 până la 200 de nucleotide din Betacoronavirus 5′ UTR sunt foarte structurate și conține trei bucle tulpini conservate (SL1, SL2 și SL4).

    SARS-CoV și BCoV au o tulpină suplimentară, numită SL3, care conține secvența TRS-L în regiunea sa buclă. [4] Acest lucru este crucial pentru sinteza sgRNA în timpul replicării virale. Cu toate acestea, conform previziunilor, SL3 nu este stabil în alte Betacoronavirus, cum ar fi MHV.

    Similar altor Sarbecovirusuri, 5′ UTR al SARS-CoV-2 este prevăzut să fie format din 4 bucle tulpini distincte, și anume SL1, SL2, SL3 și SL4. În plus, există o structură mai mare, SL5, prezent, care include primele ORF-uri ale poliproteinei pp1a. Rețineți că SL3 este de obicei prezent în coronavirusurile SARS, dar nu este neapărat conservat printre alte Betacoronavirusuri. [5]

    UTR-ul 5′ al Gammacoronavirusurilor este similar cu UTR-urile 5′ ale alfa și Betacoronavirusurilor, deoarece conțin, de asemenea, trei elice notate ca SL1, SL2 și SL4. Mai mult, într-un subset de Gammacoronavirusuri o a treia buclă stem, SL3, este observat. SL1 și SL2 au un impact major asupra nivelului de replicare virală, în timp ce se presupune că SL4 joacă un rol de „distanțător” în timpul comutării șablonului sintezei sgRNA.

    5′UTR al Deltacoronavirusurilor este similar cu 5′UTR al Alpha- și Betacoronavirusuri, deoarece conțin, de asemenea, trei elice notate ca SL1, SL2 și SL4. Predicțiile arată o a patra buclă tulpină conservată (SL3) între SL2 și SL4, uneori observate și în Beta- și Gammacoronavirusuri. SL3 expune de obicei secvența TRS-L în regiunea buclei.


    Priveste filmarea: Replication of DNA viruses (Ianuarie 2022).