Размножение вирусов принципиально отличается от размножения остальных организмов. Вирусы воспроизводятся только внутри живой клетки, используя её для синтеза своей нуклеиновой кислоты и своих белков. Бактериофаги, например, растворяют оболочку бактерии и вводят в бактерию нить нуклеиновой кислоты, причём капсид фага остаётся вне клетки. Многие вирусы поглощаются клеткой путём пиноцитоза. Попав в клетку, они освобождаются от оболочки. Попав внутрь клетки, вирус теряет свою белковую оболочку, его нуклеиновая кислота освобождается и становится матрицей для синтеза белка оболочки вируса из клеток хозяина; при этом ДНК хозяина инактивируется. Вирусы передаются из клетки в клетку в виде инертных существ.

Размножение вирусов включает в себя три процесса: репликацию вирусной нуклеиновой кислоты, синтез вирусных белков и сборку вирионов.

Размножение (репликация) вирусов – процесс, в ходе которого вирус, используя собственный генетический материал и синтетический аппарат клетки-хозяина, воспроизводит подобное себе потомство. В самом общем виде репликация вируса на уровне единичной клетки складывается из нескольких последовательных стадий:

1)      прикрепление вируса к клеточной поверхности;

2)      проникновение через наружные мембраны клетки;

3)      обнажение генома;

4)      синтез (транскрипция) нуклеиновой кислоты вируса с образованием дочерних молекул геномной НК и, в случае ДНК-содержащих вирусов, информационной вирусной и-РНК;

5)      синтез вирус-специфических белков;

6)      сборка новых вирионов и выход их из пораженной клетки.

Прохождение всех указанных стадий составляет один цикл размножения. На уровне системы клеток в виде ткани или органа циклы размножения часто бывают асинхронными, и вирус из пораженных клеток проникает в здоровые. В эксперименте синхронизации циклов репликации удается достичь за счет высокой множественности заражения, при которой на каждую клетку приходится не менее 10 инфекционных частиц вируса. Размножение вируса обычно сопровождается подавлением биологических функций клетки и нарушениями в клеточном метаболизме, в крайней форме оно ведет к полному разрушению клетки с высвобождением вирусного потомства (цитопатогенный эффект).

Рис. 16. Схема размножения вирусов, содержащих в вирионе одну нить ДНК (I) или одну нить РНК (II). ДНК изображена сплошной линией, РНК - пунктиром; А - нуклеиновая к-та вириона; Б - удвоенная нить нуклеиновой кислоты при ее репликации; В - информационная РНК (иРНК), копирующая вирусную ДНК; Г - цепочка рибосом (полисома), соединенная иРНК или вирусной РНК (на рибосомах растет полипептидная цепочка из остатков аминокислот); Д - рибосома с полипептидом, отделившаяся от полисомы; Е - белковая молекула, образованная полипептидными цепочками; Ж - построение дочерней нити нуклеиновой к-ты между двумя материнскими; З - зрелый вирион. Стадия В у вирусов с РНК отсутствует, т.к. их собственная РНК выполняет при синтезе белков роль и РНК.

Фотография взята с сайта

Первые этапы развития вируса в клетке в общих чертах состоят в том, что строятся т.н. ранние белки, т.е. белки-ферменты, необходимые вирусу для репликации (удвоения) их нуклеиновой кислоты. Т.н. поздние белки участвуют в образовании белковых оболочек дочерних вироспор. Из ферментов у вирусов, содержащих ДНК, одним из первых синтезируется полимераза РНК, которая строит на нити ДНК информационную РНК (иРНК). Эта РНК попадает на рибосомы клетки, где и происходит синтез других белков вирусной частицы. Вирусы, содержащие РНК, синтезируют полимеразу, катализирующую синтез новых частиц вирусной РНК. Эта РНК переходит на рибосомы и контролирует синтез белка капсида. Таким образом, вирусы, содержащие РНК, не нуждаются в ДНК для размножения и передачи генетической информации потомству.

От этой общей схемы размножения вирусов имеются различные отклонения. Разнообразие видов и форм вирусных нуклеиновых кислот определяет и разнообразие способов их репликации. Бактериофаг Т4 имеет одну двухцепочечную линейную молекулу ДНК, состоящую из 160*10³ пар нуклеотидов. В ней закодировано более 150 различных белков, в том числе более 30 белков, участвующих в репликации фаговой ДНК. Обезьяний вирус SV40 имеет двухцепочечную кольцевую ДНК. У вируса оспы две комплементарные цепи линейной ДНК на обоих концах соединены одна с другой ковалентной фосфодиэфирной связью. Этот самый крупный из известных вирусов содержит более 240 генов. Репликация у вирусов с двухцепочечной ДНК принципиально не отличается от репликации бактериальной или эукариотической ДНК.

Паразитирующие в бактериальных клетках Е. coli (кишечной палочки) фаги М13 и λХ 174 имеют кольцевую одноцепочечную ДНК. В зараженной клетке бактериальные ферменты репликации синтезируют комплементарную ей цепь, которая служит матрицей для образования фаговых ДНК. Они соединяются с фаговыми белками, также синтезированными бактериальными ферментами, и новые фаги покидают клетку-хозяина.

Многие вирусы растений содержат одну линейную молекулу РНК, например, первый из описанных вирус табачной мозаики (ВТМ). Молекула РНК ВТМ заключена в белковый капсид, состоящий из 2 130 идентичных полипептидных субъединиц. В 1955 г. в эксперименте с «переодеванием» Френкель Конрад впервые показал, что РНК может выполнять функцию носителя генетической информации (для ДНК эта функция была доказана раньше). Он взял два штамма ВТМ, дающих различные картины поражения листьев табака. Отделив белки от РНК, он реконструировал вирионы таким образом, чтобы РНК из одного штамма покрывалась белковым чехлом другого. Картина поражения листьев, зараженных реконструированным вирусом, не зависела от того, какому штамму принадлежали белки, она определялась лишь РНК.