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1

Virus Growth Cycle : Replication


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The steps in viral infection are

1

Attachment

2

Penetration

3

Uncoating

4

Gene expression and Synthesis of viral components

5

Assembly

6

Release

General Steps in Viral Replication Cycle


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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.

latent infection may produce, 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.


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Replication of Viruses: An Overview

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.


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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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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,

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

rhinoviruses bind ICAM-1,

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.


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Attachment


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VIRAL

LIFE

CYCLE

ATTACHMENT

PENETRATION

HOST

FUNCTION

S

ASSEMBLY

(MATURATION)

Transcription

REPLICATION

RELEAS

E

UNCOATING

Translation

MULTIPLICATION


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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.


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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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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

4- Gene expression and  synthesis of viral

components


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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.


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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.

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.

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.


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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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lecture 3


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16

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


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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.


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Transmission of Viruses

Different viruses have evolved ingenious and often
complicated mechanisms for survival in nature and

transmission from one host to the next

.

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

A     droplet or aerosol infection 

(eg, influenza, measles, smallpox);

B    fecal-oral route (

eg, enteroviruses, rotaviruses, infectious hepatitis A

)

;

C    sexual contact 

(eg, hepatitis B, herpes simplex type 2, human

immunodeficiency virus)

;

D    hand-mouth, hand-eye, or mouth-mouth contact 

(eg, herpes simplex,

rhinovirus, Epstein-Barr virus)

; -

E    transfusion of contaminated blood (eg, 

hepatitis B, human immunodeficiency

virus)

.


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(

2

Transmission from animal to animal, with human 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 means of an arthropod vector 

(togaviruses,

flaviviruses, and bunyaviruses)

.


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Emerging Viral Diseases

Combinations of factors contribute to disease emergence
include:

(1) Environmental changes

(deforestation, damming or other

changes in water ecosystems, flood or drought, famine or
starvation).

(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 transplant.


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(

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

xenotransplantation of nonhuman primate and porcine
organs is considered a potential accidental introduction of

new viral pathogens from the donor species into humans

.


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Thank You




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 6 أعضاء و 59 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








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