- ลักษณะเฉพาะ
- วงจรการจำลองแบบของไวรัส
- การดูดซับหรือการจับกับเซลล์
- การเจาะหรือเข้าสู่เซลล์
- การเปิดตัวจีโนม
- การจำลองจีโนมของไวรัส
- การชุมนุม
- สุก
- สลายหรือปลดปล่อยโดยการแตกหน่อ
- ตัวอย่างการจำลองแบบไวรัส (HIV)
- อ้างอิง
การจำลองแบบของไวรัสเป็นวิธีที่ไวรัสประเภทต่างๆเพิ่มจำนวนขึ้นภายในเซลล์ที่บุกรุกเข้ามา เอนทิตี DNA หรือ RNA เหล่านี้มีกลยุทธ์ที่แตกต่างกันมากมายในการสรรหาโครงสร้างจากภายในเซลล์และใช้ในการสร้างสำเนาของตัวมันเอง
"หน้าที่" ทางชีวภาพของการจำลองแบบของไวรัสทุกประเภทคือการสร้างจีโนมและโปรตีนของไวรัสใหม่ในปริมาณที่เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่ามีการแพร่กระจายของจีโนมของไวรัสที่บุกเข้ามาในเซลล์
ขั้นตอนของการจำลองแบบไวรัส (ที่มา: Alejandro Porto ผ่าน Wikimedia Commons)
ไวรัสทุกชนิดที่รู้จักกันในปัจจุบันต้องการเอนไซม์ในเซลล์สำหรับการเพิ่มจำนวนเนื่องจากไม่มีเอนไซม์ของตัวเองที่อนุญาตให้ทำซ้ำและแพร่พันธุ์ได้ด้วยตัวเอง
โมเลกุลของไวรัสสามารถบุกรุกเซลล์แทบทุกชนิดในชีวมณฑล
ด้วยเหตุนี้มนุษยชาติจึงนำทรัพยากรจำนวนมากและความพยายามในการทำความเข้าใจไม่เพียง แต่การทำงานของไวรัสเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการจำลองแบบของไวรัสด้วยเนื่องจากกระบวนการนี้เป็นกุญแจสำคัญในการควบคุมโรคทั้งหมดที่เหมาะสมซึ่งเป็นผลมาจากการติดเชื้อ ต้นกำเนิดของไวรัส
ไวรัสจำเป็นต้องเข้าไปถึงภายในเซลล์และในการทำเช่นนี้พวกเขาต้องวางกลไกพิเศษเพื่อ "หลบเลี่ยง" การป้องกันภายในของโฮสต์ เมื่ออยู่ภายในบุคคลที่ "ตั้งรกราก" พวกเขาจะต้องสามารถเข้าสู่เซลล์ของตนและจำลองจีโนมและโปรตีนของตนได้
ลักษณะเฉพาะ
การจำลองแบบของไวรัสนำเสนอรูปแบบที่สำคัญของไวรัสแต่ละชนิด นอกจากนี้สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันยังสามารถกักเก็บซีโรไทป์ที่แตกต่างกัน“ quasispecies” และไวรัสที่มีการปรับเปลี่ยนอย่างมากในลำดับจีโนม
จีโนมของไวรัสสามารถประกอบด้วยกรดนิวคลีอิกเช่น DNA, RNA หรือทั้งสองอย่างวงเดียวหรือสองวง โมเลกุลดังกล่าวยังสามารถอยู่ในรูปทรงกลมเป็นเส้นตรงเช่น "กิ๊บติดผม" (hairpin) เป็นต้น
อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของไวรัสทำให้มีกลยุทธ์และกลไกที่หลากหลายในการจำลองแบบ อย่างไรก็ตามขั้นตอนทั่วไปบางอย่างมากหรือน้อยจะมีการแบ่งปันในทุกสายพันธุ์
วงจรการจำลองแบบของไวรัส
แหล่งที่มาของภาพ: ไม่มีผู้เขียนที่อ่านได้โดยเครื่อง Guaguaguagua สันนิษฐาน (ตามการอ้างลิขสิทธิ์)
โดยทั่วไปวงจรการจำลองแบบของไวรัสโดยทั่วไปประกอบด้วย 6 หรือ 7 ขั้นตอนซึ่ง ได้แก่ :
1- การดูดซับหรือการผูกมัดกับเซลล์
2- การเจาะหรือเข้าสู่เซลล์
3- การเปิดตัวจีโนม
4- การจำลองแบบจีโนม
5- การประกอบ
6- ครบกำหนด
7- สลายหรือปลดปล่อยโดยการแตกหน่อ
การดูดซับหรือการจับกับเซลล์
ไวรัสในปัจจุบันมีโครงสร้างโปรตีนหรือโมเลกุลที่เรียกว่า antireceptor ซึ่งจับกับโมเลกุลมาโครหนึ่งตัวหรือมากกว่าบนเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกที่พวกเขาต้องการเข้าไป โมเลกุลเหล่านี้โดยทั่วไปคือไกลโคโปรตีนหรือไขมัน
ไกลโคโปรตีนหรือไขมันที่เยื่อหุ้มชั้นนอกของเซลล์ "เป้าหมาย" เรียกว่าตัวรับและไวรัสจะเกาะติดหรือโควาเลนต์จับกับตัวรับเหล่านี้โดยใช้โปรตีนหรือโมเลกุลต่อต้านตัวรับ
การเจาะหรือเข้าสู่เซลล์
เมื่อไวรัสเกาะติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกผ่านทางแยกตัวรับ - ต้านเซลล์รับเชื้อไวรัสสามารถเข้าสู่เซลล์ได้โดยใช้กลไกสามประการ ได้แก่ เอนโดไซโทซิสการหลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์หรือการย้ายตำแหน่ง
เมื่อเอนโดไซโทซิสเข้ามาเซลล์จะสร้างรอยแหว่งเล็ก ๆ ในบริเวณเฉพาะของเมมเบรนซึ่งเป็นที่ที่ไวรัสติดอยู่ จากนั้นเซลล์จะก่อตัวเป็นถุงรอบ ๆ อนุภาคของไวรัสซึ่งถูกทำให้เป็นภายในและเมื่ออยู่ภายในจะสลายตัวปล่อยไวรัสลงในไซโตซอล
เอนโดไซโทซิสอาจเป็นกลไกการเข้าสู่ระบบที่พบบ่อยที่สุดสำหรับไวรัสเนื่องจากเซลล์สร้างถุงน้ำภายในอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายในและภายนอกที่แตกต่างกันและเพื่อวัตถุประสงค์ในการทำงานที่แตกต่างกัน
การหลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์เป็นกลไกที่สามารถดำเนินการได้โดยไวรัสที่ห่อหุ้มด้วยฝาปิดป้องกันที่เรียกว่า capsid เท่านั้น ในระหว่างกระบวนการนี้ส่วนประกอบของ capsid หลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์และด้านในของ capsid จะถูกปล่อยออกสู่ไซโตซอล
การโยกย้ายแทบไม่ได้รับการจัดทำเป็นเอกสารและยังไม่เข้าใจ อย่างไรก็ตามเป็นที่ทราบกันดีว่าไวรัสเกาะติดกับโมเลกุลขนาดใหญ่ที่รับบนพื้นผิวของเมมเบรนและทำให้ตัวมันเองอยู่ภายในโดยการสอดประสานระหว่างส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์
การเปิดตัวจีโนม
กระบวนการนี้เป็นกระบวนการที่เข้าใจน้อยที่สุดและอาจศึกษาน้อยที่สุดในการจำลองแบบไวรัส ในระหว่างนั้นแคปซิดจะถูกลบออกโดยเปิดเผยจีโนมของไวรัสด้วยนิวคลีโอโปรตีนที่เกี่ยวข้อง
มีการตั้งสมมติฐานว่าซองของจีโนมของไวรัสถูกหลอมรวมกับถุงหุ้มเอนโดไซโทส นอกจากนี้ยังคิดว่าขั้นตอนการจำลองแบบนี้เกิดจากปัจจัยบางอย่างภายในเซลล์เช่น pH หรือการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์เป็นต้น
การจำลองจีโนมของไวรัส
กระบวนการจำลองแบบของจีโนมของไวรัสมีความผันแปรระหว่างไวรัสแต่ละชนิด ในความเป็นจริงไวรัสแบ่งออกเป็น 7 ประเภทตามประเภทของกรดนิวคลีอิกที่ประกอบกันเป็นจีโนม
ตามกฎทั่วไปไวรัส DNA ส่วนใหญ่จะจำลองแบบภายในนิวเคลียสของเซลล์ที่พวกมันบุกรุกในขณะที่ไวรัส RNA ส่วนใหญ่จะทำซ้ำในไซโตซอล
ไวรัสดีเอ็นเอสายเดี่ยว (สายเดี่ยว) บางชนิดจะเจาะเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์และทำหน้าที่เป็นสาย "แม่แบบ" สำหรับการสังเคราะห์และการคูณของโมเลกุลดีเอ็นเอที่มีเกลียวเดี่ยวมากขึ้น
RNA ไวรัสสองแบนด์อื่น ๆ สังเคราะห์จีโนมของพวกมันผ่านส่วนต่างๆและเมื่อสังเคราะห์ส่วนทั้งหมดแล้วพวกมันจะรวมตัวกันในไซโตซอลของเซลล์โฮสต์ จีโนมบางชนิดมีลำดับพันธุกรรมที่มีข้อมูลในการเข้ารหัสอาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส
เมื่อแปล RNA polymerase แล้วการจำลองสำเนาหลายชุดของจีโนมของไวรัสจะเริ่มขึ้น เอนไซม์นี้สามารถสร้างสารอาร์เอ็นเอเพื่อผลิตโปรตีนที่จะก่อให้เกิดแคปซิดของไวรัสและส่วนประกอบอื่น ๆ
การชุมนุม
เมื่อมีการสังเคราะห์จีโนมของไวรัสหลายชุดและส่วนประกอบทั้งหมดของแคปซิดแล้วสิ่งเหล่านี้จะถูกส่งไปยังบริเวณที่เฉพาะเจาะจงของเซลล์เช่นนิวเคลียสหรือไซโทพลาสซึมซึ่งจะรวมตัวกันเป็นไวรัสที่โตเต็มที่
ผู้เขียนหลายคนไม่รู้จักการประกอบการเจริญเติบโตและการแตกตัวเป็นกระบวนการที่แยกจากกันในวงจรชีวิตของไวรัสเนื่องจากหลายครั้งกระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นติดต่อกันเมื่อความเข้มข้นของชิ้นส่วนและจีโนมของไวรัสภายในเซลล์ มันสูงมาก
สุก
ในช่วงนี้ไวรัสจะกลายเป็น "ติดเชื้อ"; นั่นคือโปรตีนแคปซิดที่เติบโตเต็มที่หรือมีการเปลี่ยนแปลงตามโครงสร้างเกิดขึ้นซึ่งเปลี่ยนโครงสร้างเริ่มต้นเป็นอนุภาคที่สามารถติดเซลล์อื่นได้
ไวรัสบางชนิดเจริญเติบโตตามโครงสร้างภายในเซลล์ที่ติดเชื้อส่วนไวรัสอื่น ๆ จะทำเช่นนั้นหลังจากที่ทำให้เกิดการแตกของเซลล์เท่านั้น
สลายหรือปลดปล่อยโดยการแตกหน่อ
ในไวรัสส่วนใหญ่การปลดปล่อยเกิดขึ้นโดยการแตกหรือการแตกหน่อ ในการแตกเซลล์จะแตกและปล่อยเนื้อหาทั้งหมดออกสู่สิ่งแวดล้อมนอกเซลล์ทำให้ไวรัสที่ประกอบและเจริญเติบโตเต็มที่สามารถเดินทางไปหาเซลล์อื่นที่จะติดเชื้อได้อย่างอิสระ
การปลดปล่อยโดยการแตกหน่อมีความจำเพาะต่อไวรัสที่มีซองไขมันและโปรตีน สิ่งเหล่านี้ผ่านเมมเบรนในพลาสมาจนกลายเป็นถุงภายในเซลล์ชนิดหนึ่ง
ตัวอย่างการจำลองแบบไวรัส (HIV)
วงจรการจำลองแบบไวรัสของไวรัสเอชไอวี ที่มา: Jmarchn
ไวรัสภูมิคุ้มกันบกพร่องของมนุษย์หรือที่รู้จักกันดีในชื่อเอชไอวีเป็นหนึ่งในไวรัสที่ทำให้มนุษย์เสียชีวิตมากที่สุดในโลก เป็นไวรัส RNA ที่ส่งผลโดยตรงต่อเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดหนึ่งที่เรียกว่า CD4 lymphocytes
การตรึงไวรัสจะดำเนินการโดยการรับรู้และการรวมตัวกันของโปรตีนของแคปซิดของไวรัสกับโปรตีนของเยื่อหุ้มเซลล์ของลิมโฟไซต์ CD4 จากนั้นแคปซิดจะหลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์และล้างเนื้อหาของไวรัสเข้าไปข้างใน
ในไซโทพลาสซึม RNA จะถูกถ่ายทอดแบบย้อนกลับและสร้างแถบดีเอ็นเอสองแถบที่เสริมกัน โมเลกุลดีเอ็นเอสองแถบรวมเข้ากับจีโนมของเซลล์โฮสต์ในกรณีนี้คือลิมโฟไซต์ CD4
ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของข้อมูลทางพันธุกรรมของเซลล์ DNA ของแหล่งกำเนิดไวรัสจะถูกถอดความและแปลว่าสายของดีเอ็นเอจีโนมของลิมโฟไซต์
เมื่อสร้างส่วนประกอบทั้งหมดของไวรัสในไซโตซอลแล้วอนุภาคของไวรัสจะรวมตัวกันและถูกขับออกสู่สิ่งแวดล้อมนอกเซลล์ผ่านการขยายพันธุ์ การกระแทกหลายแสนครั้งก่อตัวขึ้นและเมื่อปล่อยออกมาจะก่อให้เกิดอนุภาคเอชไอวีที่โตเต็มที่
อ้างอิง
- Burrell, CJ, Howard, CR และ Murphy, FA (2016) ไวรัสวิทยาทางการแพทย์ของเฟนเนอร์และไวท์ สำนักพิมพ์วิชาการ.
- Rosas-Acosta, G. (Ed.). (2013) การจำลองแบบไวรัส BoD - หนังสือตามความต้องการ
- Saag, MS, Holodniy, M. , Kuritzkes, DR, O'Brien, WA, Coombs, R. , Poscher, ME, … & Volberding, PA (1996) เครื่องหมายปริมาณไวรัสเอชไอวีในการปฏิบัติทางคลินิก ยาธรรมชาติ, 2 (6), 625.
- Schmid, M. , Speiseder, T. , Dobner, T. , & González, RA (2014). ช่องจำลองไวรัสดีเอ็นเอ วารสารไวรัสวิทยา, 88 (3), 1404-1420.
- Wunner, BD, Macfarlan, RI, Smith, CL, Golub, E. , และ Wiktor, TJ (1986) สถาบันการศึกษาขั้นสูงของนาโต้: พื้นฐานระดับโมเลกุลของการจำลองไวรัส Journal of Virological Methods, 13, 87-90. Cheng, RH, & Miyamura, T. (2008). การศึกษาตามโครงสร้างของการจำลองแบบไวรัส: ด้วยซีดีรอม วิทยาศาสตร์โลก