مواضيع المحاضرة: Replication:Virus Growth Cycle
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Lecture 3 

Replication:Virus Growth Cycle 

Viruses multiply only in living cells. The host cell must provide the energy and synthetic 
machinery  and  the  low-molecular-weight  precursors  for  the  synthesis  of  viral  proteins 
and nucleic acids. The viral nucleic acid carries the genetic specificity to code for all the 
virus-specific macromolecules in a highly organized fashion. 

Soon after interaction with a host cell, the infecting virion is disrupted and its measurable 
infectivity is lost. This phase of the growth cycle is called the eclipse period; followed by 
an interval of rapid accumulation of infectious progeny virus particles. In some cases, as 
soon  as  the  viral  nucleic  acid  enters  the  host  cell,  the  cellular  metabolism  is  redirected 
exclusively toward the synthesis of new virus particles and the cell will be destroyed.  

After  the  synthesis  of  viral  nucleic  acid  and  viral  proteins,  the  components  assemble  to 
form  new  infectious  virions  (from  modest  numbers  to  more  than  100,000  particles) 
during (from 6–8 hours (picornaviruses) to more than 40 hours (some herpesviruses).  

Abortive  infections  fail  to  produce  infectious  progeny,  either  because  the  cell  may  be 
nonpermissive  and  unable  to  support  the  expression  of  all  viral  genes  or  because  the 
infecting virus may be defective, lacking some functional viral gene.  

A latent infection may ensue, with the persistence of viral genomes, the expression of no 
or  a  few  viral  genes,  and  the  survival  of  the  infected  cell.  In  other  cases,  the  metabolic 
processes of the host cell are not altered significantly, although the cell synthesizes viral 
proteins and nucleic acids, and the cell is not killed. 

General Steps in Viral Replication Cycle  

The steps in viral infection are  

1.  Attachment 

2.  Penetration 

3.  Uncoating  


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4.  Gene expression and Synthesis of viral components  

5.  Assembly 

6.  Release  

VIRAL 

LIFE 

CYCLE

ATTACHMENT

PENETRATION

HOST

FUNCTIONS

ASSEMBLY

(MATURATION)

Transcription

REPLICATION

RELEASE

UNCOATING

Translation

MULTIPLICATION

HIV

Membrane of
white blood cell

HIV entering a cell

0.25 µm

New HIV leaving a cell

The reproductive cycle of HIV, the retrovirus that causes AIDS   

 


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1-  Attachment )Adsorption( interaction of a virion with a specific receptors generally 

glycoproteins on the surface of a cell. In some cases the virus binds protein sequences 
(eg,  picornaviruses)  and  in  others  oligosaccharides  (eg,  orthomyxoviruses  and 
paramyxoviruses). For example,  

A-  HIV virus binds to the CD4 receptor on cells of the immune system,  

B-  Rhinoviruses bind ICAM-1,  

C-  Epstein-Barr virus recognizes the CD21 receptor on B cells. 

Not  all  cells  in  a  susceptible  host  will  express  the  necessary  receptors;  for  example, 
poliovirus is able to attach only to cells in the central nervous system and intestinal tract 
of  primates.  Each  susceptible  cell  may  contain  up  to  100,000  receptor  sites  for  a  given 
virus. The attachment step may initiate irreversible structural changes in the virion. 

Attachment

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2-  Penetration  or  Entry:  After  binding,  the  cell  membrane  invaginates  around  the 
adsorped virus particle,  the virus particle is  then engulfed by the cell.  In some systems, 
this is accomplished by receptor-mediated endocytosis, with uptake of the ingested virus 
particles  within  endosomes.  There  are  also  examples  of  direct  penetration  of  virus 
particles across of or fusion of the virion envelope with the plasma membrane.  

3-Uncoating: occurs shortly after penetration. The protein coat of virus is removed by 
the host cell enzymes. After that, the genome may be released as free nucleic acid 
(picornaviruses) or as a nucleocapsid (reoviruses). The infectivity of the parental virus is 
lost at the uncoating stage. 


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 Penetration

u

 

and

 

ncoating

 

4- Gene expression and  synthesis of viral components: The essential point in viral 
replication is that specific mRNAs must be transcribed from the viral nucleic acid for 
successful expression and duplication of genetic information. Once this accomplished, 
viruses use cell components to translate the

  

mRNA

 

 

 In DNA  viruses

 

 mRNA can be formed using the host’s own RNA polymerase to 

transcribe directly from the viral DNA . 

In RNA viruses , the host polymerase does not work from RNA molecules...therefore 
they produce their mRNA by several different routes: 

1- In ds RNA viruses: one strand is first transcribed by viral polymerase into mRNA. 

2- In ss RNA viruses....there are three routes to the formation of mRNA: 

A-  If the ss RNA virus has the same base sequence as that required (+ve sense(….it 

can be used directly as mRNA 

B-  B-If the strand has not the same base sequence as that required for translation (-ve 

sense(…it must be transcribed into a positive sense strand which can then act as 
mRNA. 

C-  In reverse transcribed RNA (RT(, the positive sense ss is first made into a 

negative sense ss DNA using the viral reverse transcriptase enzyme. 


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Once viral mRNA has been formed, translation occurs in the host cytoplasm using host 
ribosome to synthesize viral proteins......At this phase, the virus components appear as 
separate NA and a separate protein coats.  

5- Assembly: viral NA enters into a capsid to be assembled into mature infective virus  
)virion( 

6- Release: the virus is released from the cell either in a dramatic burst (poliovirus(  

or in a steady stream from the cell structure (Herpesvirus and myxovirus( 

 

 

 

 

.

  


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Morphogenesis and Release

 

Newly  synthesized  viral  genomes  and  capsid  polypeptides  assemble  together  to  form 
progeny viruses. In general, non enveloped viruses accumulate in infected cells, and the 
cells eventually lyse and release the virus particles. 

Enveloped  viruses  mature  by  a  budding  process.  Virus-specific  envelope  glycoproteins 
are inserted into cellular membranes; viral nucleocapsids then bud through the membrane 
at  these  modified  sites  and  in  so  doing  acquire  an  envelope.  Enveloped  viruses  are  not 
infectious until they have acquired their envelopes. Therefore, infectious progeny virions 
typically do not accumulate within the infected cell. 

Viral  maturation  is  sometimes  an  inefficient  process.  Excess  amounts  of  viral 
components may accumulate and be involved in the formation of inclusion bodies in the 
cell. As a result of the profound deleterious effects of viral replication, cellular cytopathic 
effects  eventually  develop  and  the  cell  dies.  Virus-induced  mechanisms  may  regulate 
apoptosis, Programmed Cell Death that makes cells undergo self-destruction. Some virus 
infections  delay  early  apoptosis,  which allows time for the production of high  yields  of 
progeny virus. Additionally, some viruses actively induce apoptosis at late stages which 
would facilitate spread of progeny virus to new cells.  

 

Modes of Transmission of Viruses 

Viruses may be transmitted in the following ways:  

(1)  Direct  transmission  from  person  to  person  by  contact.  The  major  means  of 
transmission  may  be  by  droplet  or  aerosol  infection  (eg,  influenza,  measles,  smallpox); 
the fecal-oral route (eg, enteroviruses, rotaviruses, infectious hepatitis A); sexual contact 
(eg,  hepatitis  B,  herpes  simplex  type  2,  human  immunodeficiency  virus);  hand-mouth, 
hand-eye,  or  mouth-mouth  contact  (eg,  herpes  simplex,  rhinovirus,  Epstein-Barr  virus); 
or  by  transfusion  of  contaminated  blood  (eg,  hepatitis  B,  human  immunodeficiency 
virus).  

(2) Transmission from animal to animal, with humans an accidental host. Spread may be 
by bite (rabies) or by droplet or aerosol infection from rodent-contaminated quarters (eg, 
arenaviruses, hantaviruses).  

(3) Transmission by an arthropod vector (togaviruses, flaviviruses, and bunyaviruses). 

 

Emerging Viral Diseases

.

 


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Combinations of factors contribute to disease emergence include:  
(1)  Environmental  changes  (deforestation,  damming  or  other  changes  in  water 
ecosystems, flood or drought, famine nstarvatio

 

 )

).  

(2) Human behavior (sexual behavior, drug use, outdoor recreation).  
(3)  Socioeconomic  and  demographic  phenomena  (war,  poverty,  population  growth  and 
migration, urban decay).  
(4) Travel and commerce (highways, international air travel).  
(5)  Food  production  (globalization  of  food  supplies,  changes  in  methods  of  food 
processing and packaging);  
(6)  Health  care  (new  medical  devices,  blood  transfusions,  organ  and  tissue 
transplantation, drugs causing immunosuppression, widespread use of antibiotics);  
(7) Microbial adaptation (changes in virulence, development of drug resistance, cofactors 
in chronic diseases). 
(8)  Public  health  measures  (inadequate  sanitation  and  vector  control  measures,  lack  of 
trained personnel in sufficient numbers). 

Examples  of  emerging  viral  infections  in  different  regions  of  the  world  include  Ebola 
virus,  Nipah  virus,  hantavirus  pulmonary  disease,  HIV  infection,  dengue  hemorrhagic 
fever,  West  Nile  virus,  Rift  Valley  fever,  and  bovine  spongiform  encephalopathy  (the 
latter a prion disease). 

Because  the  numbers  of  available  human  donor  organs  cannot  meet  the  needs  of  all 
waiting  patients,  xenotransplantation  of  nonhuman  primate  and  porcine  organs  is 
considered  an  alternative.  Concerns  exist  about  the  potential  accidental  introduction  of 
new viral pathogens from the donor species into humans. 

Principles of Viral Diseases 

Viral disease is some abnormality that results from viral infection of the host organism. 
Viral  infections  that  fail to  produce  any  symptoms  in  the  host  are  said  to be  inapparent 
(subclinical).  In  fact,  most  viral  infections  do  not  result  in  the  production  of  disease 
(Figure 30–1). 

Important principles that pertain to viral disease include the following:  

(1) Many viral infections are subclinical.  
(2) The same disease may be produced by a variety of viruses.  
(3) The same virus may produce a variety of diseases. 
(4) The outcome in any particular case is determined by both viral and host factors and is 
influenced by the genetics of each. 

Viral  virulence  in  intact  animals  should  not  be  confused  with  cytopathogenicity  for 
cultured cells; viruses highly cytocidal in vitro may be harmless in vivo, and, conversely, 
noncytocidal viruses may cause severe disease. 


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Table 30–1. Important Features of Acute Viral Diseases. 

 

 

  

Local Infections 

Systemic Infections 

Specific disease example 

Respiratory (rhinovirus)        Measles 

Site of pathology 

Portal of entry 

     Distant site 

Incubation period 

Relatively short 

     Relatively long 

Viremia 

Absent 

     Present 

Duration of immunity 

Variable—may be short       Usually lifelong 

Role of secretory antibody (IgA) in resistance  Usually important 

  Usually not important 

 

  

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
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