Վիրուսի վերարտադրությունը հյուրընկալող բջիջներում
Վիրուսները մանրադիտակային վարակիչ նյութեր են, որոնք չեն կարող ինքնուրույն գոյատևել և բազմանալ: Ի տարբերություն մանրէների կամ սնկերի, որոնք ունեն իրենց սեփական նյութափոխանակության համակարգերը, վիրուսները գրեթե ամբողջությամբ ապավինում են հյուրընկալող բջիջներին՝ նոր բաղադրիչներ արտադրելու համար: Հետևաբար, վիրուսային վերարտադրության գործընթացը՝ այն գործընթացը, որի միջոցով վիրուսները պատճենում են իրենց գենետիկական նյութը և հավաքում նոր վիրուսային մասնիկներ, միշտ տեղի է ունենում հյուրընկալող բջջի ներսում: Վիրուսային վերարտադրության փուլերի հասկացումը կարևոր է կենսաբանության, բժշկության և հանրային առողջապահության մեջ, քանի որ կանխարգելման և բուժման բազմաթիվ ռազմավարություններ մշակված են այս ցիկլի հիմնական փուլերից մեկը կասեցնելու համար:
Վիրուսների հիմնական կառուցվածքը և դրանց կախվածությունը տիրոջից
Ընդհանուր առմամբ, վիրուսները կազմված են գենետիկական նյութից (նուկլեինաթթու), որը կարող է լինել ԴՆԹ կամ ՌՆԹ, որը պաշտպանված է սպիտակուցային թաղանթով, որը կոչվում է կապսիդ: Որոշ վիրուսներ ունեն լրացուցիչ շերտ՝ թաղանթ, որը ստացվում է տիրոջ բջջի թաղանթից և հագեցած է մակերեսային սպիտակուցներով՝ թիրախային բջիջներին կպչելու համար: Վիրուսները չունեն ռիբոսոմներ, միտոքոնդրիաներ կամ ամբողջական նյութափոխանակության ֆերմենտներ: Հետևաբար, վերարտադրվելու համար վիրուսները պետք է «գրավեն» տիրոջ բջջային մեխանիզմները, ներառյալ վերարտադրման ֆերմենտները, տրանսկրիպցիոն-թարգմանչական համակարգերը և էներգիայի ու հումքի աղբյուրները:
Չնայած վիրուսները մեծապես տարբերվում են, դրանց վերարտադրության ցիկլը ընդհանուր առմամբ կարելի է հասկանալ մի քանի հիմնական փուլերով՝ ադսորբցիա (կպչում), ներթափանցում (մուտք), ապապատում (գենետիկական նյութի արտազատում), վերարտադրություն և սպիտակուցի սինթեզ, հավաքում և արտազատում: Տարբերությունները կախված են վիրուսային գենոմի տեսակից (ԴՆԹ/ՌՆԹ, միաշղթա/երկշղթա) և թաղանթի առկայությունից կամ բացակայությունից:
1. Ադսորբցիա. վիրուսի կպչումը հյուրընկալող բջջին
Բազմացման առաջին քայլը ադսորբցիան է, այն գործընթացը, որի միջոցով վիրուսը ճանաչում և կպչում է հյուրընկալող բջջի մակերեսին: Այս կպչումը պատահական չէ. վիրուսներն ունեն մասնագիտացված սպիտակուցներ (օրինակ՝ որոշ թաղանթապատ վիրուսների սպիկը), որոնք կապվում են բջջային թաղանթի վրա գտնվող հատուկ ընկալիչների հետ: Այս ընկալիչները կարող են լինել սպիտակուցներ, գլիկոպրոտեիններ կամ բջջային մակերեսի վրա գտնվող այլ բաղադրիչներ:
Վիրուս-ընկալիչ կապի յուրահատկությունը որոշում է վիրուսի տրոպիզմը, այսինքն՝ թե ինչ տեսակի բջիջներ կամ հյուսվածքներ կարող է այն վարակել: Օրինակ, որոշակի վիրուսներ կարող են վարակել միայն շնչառական ուղիների բջիջները, քանի որ անհրաժեշտ ընկալիչները առատությամբ են հանդիպում միայն այդ հյուսվածքում: Սա այն պատճառներից մեկն է, թե ինչու է վիրուսը կարող հարձակվել որոշակի օրգանների վրա և առաջացնել բնորոշ ախտանիշներ:
2. Ներթափանցում. վիրուսի ներթափանցումը բջջի մեջ
Կպչելուց հետո վիրուսը պետք է ներթափանցի բջջի մեջ։ Ներթափանցման մեթոդները տարբերվում են՝ կախված վիրուսի տեսակից։
1. Թաղանթային միաձուլում. թաղանթով պատված վիրուսների դեպքում վիրուսային թաղանթը կարող է միաձուլվել տեր բջջային թաղանթի հետ, որի արդյունքում նուկլեոկապսիդը մտնում է ցիտոպլազմա։
2. Էնդոցիտոզ. բջիջները «կուլ են տալիս» վիրուսները՝ ձևավորելով վեզիկուլներ (էնդոսոմեր): Շատ վիրուսներ օգտագործում են այս ուղին՝ թե՛ թաղանթապատ, թե՛ ոչ թաղանթապատ:
3. Գենետիկական նյութի ներարկում. տարածված է բակտերիոֆագերի (բակտերիաներ վարակող վիրուսներ) մոտ: Վիրուսը կպչում է բակտերիայի բջջային պատին, ապա ներարկում է իր նուկլեինաթթուն բջջի մեջ:
Այս ներթափանցման փուլը հաճախ դեղերի մշակման թիրախ է, քանի որ եթե վիրուսը չի կարողանում ներթափանցել, վարակի ցիկլը չի կարող շարունակվել։
3. Ծածկույթի հանում. վիրուսային գենետիկական նյութի արտազատում
Բջջի ներսում (ցիտոպլազմայում կամ էնդոսոմում) հայտնվելուց հետո վիրուսը ենթարկվում է պատռման, այսինքն՝ նրա կապսիդի արտազատմանը, ինչը նրա գենետիկական նյութը դարձնում է հասանելի վերարտադրության համար: Որոշ վիրուսների մոտ էնդոսոմի pH-ի փոփոխությունները առաջացնում են կապսիդի սպիտակուցների ձևի փոփոխություններ, ինչը հանգեցնում է վիրուսային գենոմի արտազատմանը: Այլ վիրուսների մոտ հյուրընկալող բջջի ֆերմենտները կամ վիրուսի սեփական ֆերմենտները օգնում են պատռել կապսիդը:
Ծածկույթի ապամոնտաժումը կարևոր քայլ է. եթե գենոմը պատշաճ կերպով չի արտազատվում, վերարտադրությունը չի կարող տեղի ունենալ: Ավելին, այս փուլում բջջի պաշտպանական համակարգը կարող է սկսել հայտնաբերել վիրուսի առկայությունը, օրինակ՝ օտար ՌՆԹ/ԴՆԹ սենսորների միջոցով, որոնք առաջացնում են բնածին իմունային պատասխան:
4. Գենոմի վերարտադրություն և վիրուսային սպիտակուցի սինթեզ
Հաջորդ փուլը վերարտադրության էությունն է. վիրուսն օգտագործում է տեր բջիջը՝ իր գենոմը վերարտադրելու և վիրուսային սպիտակուցներ արտադրելու համար: Մեխանիզմը մեծապես կախված է վիրուսային գենոմի տեսակից:
ա. ԴՆԹ վիրուսներ
ԴՆԹ-ի բազմաթիվ վիրուսներ ներթափանցում են տեր բջջի միջուկ՝ օգտագործելով բջջի ԴՆԹ-ի կրկնապատկման ֆերմենտները և տրանսկրիպցիոն մեխանիզմները: Վիրուսային ԴՆԹ-ն տրանսկրիպցիայի է ենթարկվում մՌՆԹ-ի՝ տեր ՌՆԹ պոլիմերազի կողմից, որը այնուհետև ռիբոսոմների միջոցով թարգմանվում է վիրուսային սպիտակուցների: Որոշ խոշոր ԴՆԹ վիրուսներ կրում են իրենց սեփական ֆերմենտները, ինչը դրանք դարձնում է ավելի ինքնաբավ, բայց դրանք դեռևս պահանջում են բջջային ռեսուրսներ:
բ. ՌՆԹ վիրուսներ
ՌՆԹ վիրուսները սովորաբար բազմանում են ցիտոպլազմայում, քանի որ մարդու բջիջներում բացակայում են այն ֆերմենտները, որոնք կարող են բազմացնել ՌՆԹ-ն ՌՆԹ-ից: Հետևաբար, ՌՆԹ վիրուսները սովորաբար կրում կամ կոդավորում են ՌՆԹ-կախյալ ՌՆԹ պոլիմերազ (RdRp) ֆերմենտը: Այս ֆերմենտը պատճենում է վիրուսային ՌՆԹ-ն և արտադրում է mRNA սպիտակուցի սինթեզի համար:
ՌՆԹ վիրուսները կարող են լինել.
– Դրական իմաստով (+) միաշղթա ՌՆԹ. դրա գենոմը կարող է գործել անմիջապես մՌՆԹ-ի նման և անմիջապես թարգմանվում է։
– Բացասական իմաստով (-) միաշղթա ՌՆԹ. թարգմանվելու համար նախ պետք է պատճենվի դրական իմաստով ՌՆԹ-ի մեջ։
– Երկշղթա ՌՆԹ (դսՌՆԹ). մՌՆԹ արտադրելու համար անհրաժեշտ է հատուկ ֆերմենտ։
գ. Ռետրովիրուս
Ռետրովիրուսներն ունեն ՌՆԹ գենոմ, բայց օգտագործում են հակադարձ տրանսկրիպտազ ֆերմենտը՝ ՌՆԹ-ն ԴՆԹ-ի փոխակերպելու համար: Այնուհետև այս ԴՆԹ-ն ինտեգրվում է հյուրընկալող բջջի գենոմի մեջ՝ ինտեգրազ ֆերմենտի օգնությամբ: Ինտեգրվելուց հետո վիրուսային գենետիկական նյութը կարող է լինել կամ «հանգիստ», կամ ակտիվ՝ առաջացնելով նոր մՌՆԹ և վիրուսային գենոմներ: Այս ինտեգրման մեխանիզմը դժվարացնում է ռետրովիրուսային վարակների լիակատար վերացումը:
Գենոմի կրկնապատկումից բացի, տեր բջիջները ստիպված են նաև արտադրել կառուցվածքային սպիտակուցներ (կապսիդ, թաղանթի սպիտակուցներ) և ոչ կառուցվածքային սպիտակուցներ (ռեպրեպլիկացիայի ֆերմենտներ, պրոտեազներ, կարգավորող գործոններ): Շատ վիրուսներ արտադրում են սպիտակուցներ երկար պոլիպրոտեինների տեսքով, որոնք այնուհետև բաժանվում են ֆունկցիոնալ միավորների վիրուսային պրոտեազների կողմից:
5. Հավաքում և հասունացում
Երբ գենոմը և սպիտակուցները ամբողջական են, վիրուսը մտնում է հավաքման փուլ: Կապսիդային սպիտակուցները հավաքվում են որոշակի կառուցվածքների (օրինակ՝ իկոսաեդրիկ կամ պարուրաձև) մեջ՝ միաժամանակ փաթեթավորելով վիրուսային գենոմը: Այս գործընթացը կարող է տեղի ունենալ ցիտոպլազմայում կամ կորիզում՝ կախված վիրուսից:
Որոշ վիրուսներ վարակիչ դառնալու համար պահանջում են հասունացման փուլ։ Հասունացումը կարող է ներառել սպիտակուցի քայքայում պրոտեազների կողմից, կապսիդի կոնֆորմացիայի փոփոխություններ կամ լրացուցիչ բաղադրիչների ավելացում։ Հասունացման բացակայության դեպքում առաջացող վիրուսային մասնիկները կարող են թվալ ամբողջական, բայց անկարող լինել վարակել հաջորդ բջիջները։
6. Նոր վիրուսների արտազատում հյուրընկալող բջիջներից
Վերջնական փուլը վիրիոնների (ամբողջական վիրուսային մասնիկների) արտազատումն է բջջից՝ այլ բջիջներ վարակելու համար։ Մեխանիզմները ներառում են՝
1. Բջջի լիզիս. բջիջը պատռվում և մահանում է՝ միաժամանակ արտազատելով բազմաթիվ վիրիոններ: Հաճախ հանդիպում է ոչ թաղանթավոր վիրուսների և որոշ սուր վարակների դեպքում, որոնք վնասում են հյուսվածքը:
2. Բողբոջում. Թաղանթով պատված վիրուսները առաջանում են՝ որպես թաղանթ, զբաղեցնելով հյուրընկալող բջջի թաղանթի մի մասը։ Այս գործընթացը միշտ չէ, որ անմիջապես սպանում է բջիջը, բայց կարող է խաթարել բջջի գործառույթը և առաջացնել բորբոքում։
3. Էկզոցիտոզ. որոշ վիրուսներ օգտագործում են բջջի սեկրետոր ուղին՝ վեզիկուլների միջոցով դուրս գալու համար։
Այս ցիկլը կարող է լինել արագ (ժամերից մինչև օրեր) կամ ավելի դանդաղ և կարող է ուղեկցվել թաքնված փուլով՝ կախված վիրուսի բնութագրերից և տիրոջ արձագանքից։
Վիրուսի վերարտադրության ազդեցությունը բջիջների և օրգանիզմի վրա
Վիրուսային վերարտադրությունը կարող է բջջային վնաս պատճառել մի քանի եղանակներով՝ սպառելով բջջային ռեսուրսները, վնասելով թաղանթներն ու օրգանոիդները, առաջացնելով ծրագրավորված բջջային մահ (ապոպտոզ) կամ առաջացնելով իմունոլոգիական սթրես։ Հյուսվածքային մակարդակում վնասը և բորբոքումը հանգեցնում են հիվանդության ախտանիշների։
Մյուս կողմից, իմունային համակարգը փորձում է կանխել վերարտադրությունը ինտերֆերոնների, բնական մարդասպան բջիջների, հակամարմինների և ցիտոտոքսիկ T բջիջների միջոցով: Այնուամենայնիվ, վիրուսներն ունեն տարբեր խուսափելու ռազմավարություններ, ինչպիսիք են ինտերֆերոնի ազդանշանային ուղու արգելակումը, արագ մուտացիան կամ թաքնվելը թաքնված փուլում:
Ռեպլիկացիան որպես թերապիայի և կանխարգելման թիրախ
Շատ հակավիրուսային դեղամիջոցներ նախատեսված են որոշակի փուլեր թիրախավորելու համար, օրինակ՝
- կանխում է վիրուսների ներթափանցումը,
– արգելակում է վերարտադրության ֆերմենտները (RdRp, հակադարձ տրանսկրիպտազ),
– արգելակում է պրոտեազները՝ կանխելով հասունացումը,
- կանխում է վիրիոնների արտազատումը։
Պատվաստանյութերը հիմնականում գործում են՝ իմունային համակարգը նախապատրաստելով արագորեն ճանաչելու վիրուսը, նախքան այն կարողանա անվերահսկելիորեն բազմանալ: Չեզոքացնող հակամարմինների և ուժեղ T-բջջային պատասխանի միջոցով կարելի է կանխել վիրուսի կպչելը, ներթափանցելը կամ լայնորեն տարածվելը:
Penutup
Վիրուսի վերարտադրությունը հյուրընկալող բջիջներում մանրակրկիտ, բազմաստիճան գործընթաց է՝ սկսած կպչումից մինչև նոր վիրիոնների արտազատում: Չնայած վիրուսները թվում են «պարզ», բջջային համակարգերը շահագործելու նրանց ունակությունը դրանք դարձնում է բարձր արդյունավետ տարածման և հիվանդությունների առաջացման գործում: Այս վերարտադրության մեխանիզմների հասկացումը ոչ միայն ակադեմիական կարևորություն ունի, այլև հիմնարար նշանակություն ունի հակավիրուսային դեղամիջոցների, պատվաստանյութերի և բռնկումների վերահսկման ռազմավարությունների մշակման համար: Վիրուսային կյանքի ցիկլի կարևորագույն կետերը թիրախավորելով՝ մարդիկ կարող են նվազեցնել վարակների ազդեցությունը և բարելավել հանրային առողջապահության դիմադրողականությունը:
