Der virale Replikationszyklus ist die Abfolge von Ereignissen, die ein Virus durchläuft, um eine Wirtszelle zu infizieren, sein Genom zu replizieren, neue Virionen zusammenzusetzen und sich auf neue Zellen auszubreiten. Während spezifische Details je nach Virusfamilie variieren, sind die allgemeinen Schritte universell.

Schritt 1: Anlagerung (Adsorption)

Virale Oberflächenproteine (Liganden) binden spezifisch an Rezeptormoleküle auf der Oberfläche der Wirtszelle, und die Spezifität dieser Interaktion bestimmt die Wirtsreichweite und den Gewebetropismus. HIV-gp120 bindet beispielsweise CD4 und Co-Rezeptoren (CXCR4/CCR5) auf T-Zellen, während Influenza-Hämagglutinin Sialinsäurereste auf respiratorischen Epithelzellen bindet.

Schritt 2: Einstieg (Penetration)

Eine direkte Fusion erfolgt, wenn die Virushülle mit der Wirtszellmembran verschmilzt und das Kapsid in das Zytoplasma freisetzt, wie es von HIV-, Influenza- und Herpesviren verwendet wird. Bei der rezeptorvermittelten Endozytose wird der Virus-Rezeptor-Komplex in einem mit Clathrin beschichteten Vesikel internalisiert, und ein niedriger pH-Wert im Endosom löst die Fusion oder Enthüllung aus, wie es bei Adenoviren und Flaviviren der Fall ist. Die Translokation wird von nackten Viren genutzt, die ihr Genom durch die Zellmembran injizieren, wie bei Bakteriophagen zu sehen ist.

Schritt 3: Entschichten

Das virale Kapsid dissoziiert oder wird durch Wirtsenzyme abgebaut, wodurch das virale Genom in das entsprechende Zellkompartiment (Kern bei den meisten DNA-Viren, Zytoplasma bei den meisten RNA-Viren) freigesetzt wird. Der Zeitpunkt und der Ort der Entfernung der Beschichtung sind entscheidend für eine erfolgreiche Replikation.

Schritt 4: Replikation und Transkription

DNA-Viren replizieren sich typischerweise im Zellkern unter Verwendung der DNA-abhängigen RNA-Polymerase des Wirts für die Transkription und der Virus- oder Wirts-DNA-Polymerase für die Genomreplikation. RNA-Viren replizieren im Zytoplasma mithilfe der viruskodierten RNA-abhängigen RNA-Polymerase (RdRp), da den Wirtszellen Enzyme für die RNA-Replikation fehlen. Retroviren wandeln RNA über Reverse Transkriptase in DNA um und integrieren sich dann als Provirus in das Wirtsgenom.

Schritt 5: Zusammenbau (Reifung)

Virale Strukturproteine und neu synthetisierte Genome werden zu Montageorten innerhalb der Zelle transportiert. Kapsidproteine ​​organisieren sich durch spezifische Protein-Protein- und Protein-Nukleinsäure-Wechselwirkungen rund um das Genom. Bei umhüllten Viren sprießen Nukleokapside durch Zellmembranen und übernehmen die Hülle und die Glykoproteine.

Schritt 6: Freigeben

Unbehüllte Viren (z. B. Poliovirus) verursachen einen Zellaufbruch (Lyse), setzen Nachkommen-Virionen frei und töten die Wirtszelle. Umhüllte Viren (z. B. Influenza, HIV) verlassen die Plasmamembran durch Sprossung, oft ohne die Zelle sofort abzutöten. Einige Viren (z. B. Herpesviren, HIV) können sich durch Synzytienbildung oder Zellverbindungen (direkte Ausbreitung von Zelle zu Zelle) verbreiten und so der Erkennung durch das Immunsystem entgehen.

Latenz und Persistenz

Einige Viren wie Herpes simplex und HIV verursachen latente Infektionen, bei denen das virale Genom ohne aktive Replikation in Zellen verbleibt und eine Reaktivierung unter Immunsuppression oder Stress erfolgen kann.