การแพร่พันธุ์ของไวรัส: ขั้นตอนและลักษณะเฉพาะ - ชีววิทยา - 2026

การแพร่พันธุ์ของไวรัสหรือการจำลองแบบของไวรัสคือเหตุการณ์ที่อนุภาคของไวรัสทวีคูณตามลำดับขนาดต่างๆโดยการแย่งชิงเครื่องจักรเอนไซม์ของเซลล์โฮสต์ เนื่องจากไวรัสไม่ได้ประกอบด้วยเซลล์จึงไม่สามารถแพร่พันธุ์ได้อย่างอิสระโดยต้องอาศัยโฮสต์เซลลูลาร์ในการทำเช่นนั้นอย่างเคร่งครัด

มีทางเลือกทั่วไปสองทางที่ไวรัสสามารถแพร่พันธุ์ได้: วงจรไลติคหรือวงจรไลโซนิก กระบวนการทั้งสองได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรียหรือแบคเทอริโอเฟจ

วงจรการสืบพันธุ์ของไวรัส
1-Fixation
2-Penetration
3-Unfolding
4-Synthesis (4a-Transcription, 4b-Translation, 4c-Genome Replication)
5-Assembly
6-Liberation
Source: Franciscosp2

วัฏจักร lytic ถึงจุดสุดยอดในการแตกของเซลล์เจ้าบ้านในขณะที่อยู่ในวงจรไลโซนิกเซลล์ยังคงอาศัยอยู่โดยมีสารพันธุกรรมของไวรัสอยู่ภายใน

ในกรณีของ lytic pathway ไวรัสจะค้นพบเซลล์ที่มีศักยภาพที่จะติดเชื้อและยึดติดกับตัวมันเองผ่านตัวรับที่มันรู้จักบนผิวเซลล์ จากนั้นจะฉีดดีเอ็นเอเข้าไปในไซโทพลาสซึมซึ่งจะเริ่มการผลิตส่วนประกอบโครงสร้าง ชิ้นส่วนของกรดนิวคลีอิกและโปรตีนเหล่านี้ถูกประกอบและปล่อยออกมาหลังจากนั้นพวกมันสามารถติดเชื้อโฮสต์ใหม่ได้

วัฏจักรไลโซนิกเริ่มต้นในลักษณะเดียวกันยกเว้นว่า DNA ของไวรัสจะผ่านกระบวนการรวมตัวกันใหม่และจะรวมเข้ากับโครโมโซมของโฮสต์ ไวรัสยังคงแฝงตัวอยู่ภายในเซลล์จนกว่าการกระทำของสารเคมีหรือแสงยูวีบางชนิดจะทำให้เกิดวงจร lytic

ไวรัสคืออะไร?

ก่อนที่จะอธิบายว่าการแพร่พันธุ์ของไวรัสประกอบด้วยอะไรเราต้องมีความชัดเจนเกี่ยวกับแง่มุมต่างๆที่เกี่ยวข้องกับชีววิทยาของเอนทิตีเหล่านี้ ไวรัสไม่ใช่เซลล์ แต่เป็นโครงสร้างที่เรียบง่ายซึ่งประกอบด้วยกรดนิวคลีอิกและโปรตีนบางชนิด

ชุดอนุภาคไวรัสติดเชื้อที่สมบูรณ์และพัฒนาแล้วเรียกว่า virion

ซึ่งแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตอินทรีย์ที่ประกอบด้วยเซลล์ไวรัสไม่มีเมแทบอลิซึมหรือแลกเปลี่ยนสารในลักษณะที่ควบคุมได้กับสภาพแวดล้อมภายนอก แต่สิ่งที่พวกมันทำได้คือการสืบพันธุ์ภายในระบบทางชีววิทยาซึ่งมีหน้าที่เหล่านี้นั่นคือในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

ด้วยเหตุนี้ไวรัสจึงถือเป็นปรสิตระดับเซลล์เนื่องจากไม่สามารถสืบพันธุ์ได้โดยปราศจากเซลล์ที่มีชีวิต โฮสต์ของมันอาจเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังพืชโพรทิสต์แบคทีเรีย ฯลฯ ขึ้นอยู่กับไวรัสที่ศึกษา

สำหรับการแพร่พันธุ์ไวรัสต้องแย่งชิงเครื่องจักรเอนไซม์ของโฮสต์ ด้านนี้มีผลตามมาเมื่อพัฒนายาเพื่อหยุดการติดเชื้อไวรัสเนื่องจากผลกระทบต่อการแพร่พันธุ์ของไวรัสอาจรบกวนการสืบพันธุ์ของเซลล์ของโฮสต์ เราจะสำรวจว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรด้านล่าง

ไวรัสทวีคูณได้อย่างไร?

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วไวรัสเป็นอนุภาคทางชีวภาพที่มีลักษณะเรียบง่าย ดังนั้นกรดนิวคลีอิก (DNA หรือ RNA) ที่มีอยู่จึงมีข้อมูลสำหรับการผลิตโปรตีนและเอนไซม์บางชนิดเพื่อสร้าง virion

ในเซลล์โฮสต์เดียว virion สามารถสร้างอนุภาคของไวรัสได้หลายพันอนุภาคคล้ายกับอนุภาคเริ่มต้นโดยใช้กลไกการเผาผลาญของโฮสต์

แม้ว่าไวรัสและโฮสต์ของมันจะมีความแปรปรวนสูง แต่วงจรการแพร่พันธุ์ก็มีความคล้ายคลึงกันทั้งหมด ด้านล่างนี้เราจะสรุปกระบวนการและอธิบายการสืบพันธุ์ของแบคทีเรียไวรัสที่ติดเชื้อทีละขั้นตอน จากนั้นเราจะกล่าวถึงลักษณะเฉพาะบางประการของไวรัสที่ติดเชื้อในสัตว์

การคูณของไวรัสแบคทีเรีย (bacteriophages)

Bacteriophages สามารถแพร่พันธุ์ได้สองวิธี: วงจรน้ำเหลืองหรือวงจรไลโซจินิก ตามความหมายของชื่อขั้นตอนสุดท้ายของ lytic เกี่ยวข้องกับการแตก (และทำให้ตาย) ของเซลล์โฮสต์ ในทางตรงกันข้ามวัฏจักรไลโซนิกเกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์ของไวรัสกับเซลล์ที่มีชีวิต

วงจร -Lithic

กระบวนการ lytic ใน bacteriophages T (T2, T4 และ T6) ในแบคทีเรีย E. coli ที่มีชื่อเสียงเป็นที่รู้จักในรายละเอียดมาก กระบวนการที่เราจะอธิบายด้านล่างเป็นไปตามแบบจำลองการศึกษาเหล่านี้

มันเกิดขึ้นในห้าขั้นตอนที่แตกต่างกัน: การตรึงการเจาะการสังเคราะห์ทางชีวภาพการเจริญเติบโตและการปลดปล่อย

การตรึง

ขั้นตอนนี้เรียกอีกอย่างว่าการดูดซับไวรัส สิ่งแรกที่ต้องเกิดขึ้นเพื่อให้ไวรัสทวีคูณคือการพบกันระหว่างอนุภาคไวรัสและเซลล์โฮสต์ การปะทะกันนี้เกิดขึ้นตามยถากรรม

ไวรัสจะจับกับตัวรับเสริมบางตัวที่มันรู้จักบนผิวเซลล์ ในกรณีนี้ในผนังเซลล์ของแบคทีเรีย การผูกนี้เป็นปฏิสัมพันธ์ทางเคมีที่พันธะที่อ่อนแอเกิดขึ้นระหว่างไวรัสและตัวรับ

การรุก

เมื่อไวรัสจำผู้รับได้ก็จะทำการฉีดสารพันธุกรรม แบคเทอริโอเฟจจะปล่อยเอนไซม์ที่ทำลายผนังเซลล์บางส่วน ในบริบทนี้อนุภาคของไวรัสทำหน้าที่เป็นกระบอกฉีดยาที่มีหน้าที่ฉีดดีเอ็นเอ

การสังเคราะห์

เมื่อดีเอ็นเอมาถึงไซโตพลาสซึมของเซลล์ของโฮสต์การสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารพันธุกรรมและโปรตีนของสิ่งมีชีวิตที่เป็นปัญหาจะเริ่มขึ้น การสังเคราะห์โปรตีนของโฮสต์ถูกหยุดลงโดยขั้นตอนต่างๆที่ถูกกำหนดโดยไวรัส

ผู้รุกรานจะจัดการแยกทั้งนิวคลีโอไทด์อิสระของโฮสต์ไรโบโซมและกรดอะมิโนตลอดจนเอนไซม์ที่จำเป็นในการคัดลอกดีเอ็นเอของไวรัส

การสุก

เมื่อมีการสังเคราะห์ส่วนประกอบของไวรัสทั้งหมดกระบวนการประกอบหรือการเจริญเติบโตจะเริ่มขึ้น การประกอบส่วนประกอบของอนุภาคไวรัสเกิดขึ้นเองโดยไม่จำเป็นต้องใช้ยีนอื่น ๆ เพื่อช่วยในกระบวนการนี้

ปล่อย

ในตอนท้ายของกระบวนการประกอบไวรัสจะต้องถูกปล่อยออกสู่สภาพแวดล้อมนอกเซลล์ ในขณะที่เรากำลังอธิบายวัฏจักร lytic ขั้นตอนสุดท้ายนี้เกี่ยวข้องกับการแตกของเซลล์ที่ช่วยในกระบวนการทั้งหมด

Lysis เกี่ยวข้องกับการแตกของเยื่อหุ้มพลาสมาและผนังเซลล์ การย่อยสลายของส่วนประกอบสุดท้ายนี้เกิดขึ้นโดยการกระทำของเอนไซม์ไลโซโซมซึ่งสังเคราะห์ภายในเซลล์ในระหว่างกระบวนการที่อธิบายไว้

ด้วยวิธีนี้อนุภาคไวรัสที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จะถูกปล่อยออกมา สิ่งเหล่านี้สามารถทำให้เซลล์ข้างเคียงติดเชื้อและทำวงจรซ้ำอีกครั้ง

วงจร -Lysogenic

ไวรัสบางชนิดไม่สามารถเจาะเซลล์โฮสต์และทำลายได้ด้วยต้นทุนการสืบพันธุ์ของตัวมันเอง โหมดการคูณทางเลือกเรียกว่าวงจรไลโซเจนิก ไวรัสที่สามารถแพร่พันธุ์ด้วยวิธีนี้เรียกว่าเทมเพอเรต

แม้ว่าไวรัสบางชนิดสามารถแพร่พันธุ์ผ่านทางไลติคที่อธิบายไว้ในหัวข้อก่อนหน้านี้ แต่ก็ยังสามารถแพร่พันธุ์ได้โดยไม่ทำลายเซลล์และยังคงแฝงตัวหรือไม่ทำงานอยู่ภายใน

เพื่ออธิบายให้คุณเข้าใจเราจะใช้เป็นสิ่งมีชีวิตแบบจำลองคือ bacteriophage lambda (λ) ซึ่งเป็นแบคทีเรียไลโซจินิกที่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียด

ขั้นตอนที่วัฏจักรไลโซนิกเกิดขึ้น ได้แก่ การแทรกซึมเข้าไปในโฮสต์การสร้างดีเอ็นเอแบบวงกลมจากโมเลกุลดีเอ็นเอเชิงเส้นและการรวมตัวกับดีเอ็นเอของโฮสต์

การรวม DNA ของไวรัสเข้ากับ DNA ของโฮสต์

ขั้นตอนเริ่มต้นเกิดขึ้นในลักษณะที่คล้ายกันมากกับรอบก่อนหน้ายกเว้นว่า DNA ของไวรัสจะรวมเข้ากับ DNA ของเซลล์โฮสต์โดยกระบวนการรวมตัวกันใหม่

ในสถานะนี้ไวรัสจะแฝงอยู่ในเซลล์และดีเอ็นเอของไวรัสจะจำลองแบบพร้อมกับดีเอ็นเอของโฮสต์

การสลับระหว่างวงจร lytic และ lysogenic

ในทางกลับกันเหตุการณ์สุ่มหลายอย่างสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงจากวงจรไลโซนิกเป็นวงจรไลติก ในบรรดาเหตุการณ์เหล่านี้คือการได้รับรังสี UV หรือสารเคมีบางชนิดที่นำไปสู่การตัดออกของ phage DNA และการเริ่มการสลาย

ผลที่ตามมาของ lysogeny

ผลที่ตามมาที่สำคัญของ lysogeny ได้แก่ : (i) เซลล์ไลโซจินิกมีภูมิคุ้มกันต่อการติดเชื้อจากแบคทีเรียชนิดเดียวกัน แต่ไม่ใช่ไวรัสชนิดอื่น (ii) เซลล์สามารถได้รับลักษณะใหม่โดยการรวมสารพันธุกรรมของ phage เช่นการผลิตสารพิษบางชนิดและ (iii) อนุญาตให้ใช้กระบวนการถ่ายทอดเฉพาะ

การคูณไวรัสสัตว์

กล่าวโดยกว้างไวรัสจากสัตว์มีรูปแบบการเพิ่มจำนวนที่ค่อนข้างคล้ายกับที่อธิบายไว้ในไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรีย อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างที่โดดเด่นในทั้งสองกระบวนการ

ที่ชัดเจนที่สุดคือกลไกการเข้าสู่เซลล์เนื่องจากความแตกต่างที่มีอยู่ในระดับโครงสร้างระหว่างเซลล์ยูคาริโอตและเซลล์โปรคาริโอต ในเซลล์สัตว์ตัวรับประกอบด้วยโปรตีนและไกลโคโปรตีนที่ติดอยู่ในเยื่อหุ้มพลาสมา

ตัวอย่างเช่นไวรัสเอชไอวี เพื่อเข้าสู่เซลล์ไวรัสจะจดจำตัวรับที่เรียกว่า CCR5 บุคคลบางคนมีการลบออก (นั่นคือบางส่วนของดีเอ็นเอขาดหายไป) จาก 32 คู่เบสในยีนที่เป็นรหัสสำหรับตัวรับเซลล์ที่ทำลายโปรตีนและให้ความต้านทานต่อไวรัสที่น่ากลัว

ผู้รุกรานจำนวนมากใช้ประโยชน์จากตัวรับที่เป็นสื่อกลางของกระบวนการเอนโดไซโทซิสเพื่อเข้าสู่เซลล์ผ่านการก่อตัวของถุง ไวรัสที่ถูกเยื่อหุ้มสามารถเข้าสู่เซลล์ได้โดยการหลอมรวมเยื่อหุ้มไขมัน

เมื่อไวรัสแทรกซึมเข้าไปแล้วการสังเคราะห์อนุภาคของไวรัสจะค่อนข้างแปรปรวน เซลล์สัตว์มีกลไกของเอนไซม์ที่แตกต่างจากที่เราพบในแบคทีเรีย

อ้างอิง

1. Forbes, BA, Sahm, DF และ Weissfeld, AS (2007) จุลชีววิทยาวินิจฉัย. มอสบี้.
2. ฟรีแมน, S. (2017). วิทยาศาสตร์ชีวภาพ. การศึกษาของเพียร์สัน.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS และ Pfaller, MA (2015) จุลชีววิทยาทางการแพทย์. วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014) ชีววิทยาแคมป์เบล การศึกษาของ Pearson
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2016). จุลชีววิทยา การแนะนำ. เพียร์สัน