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Kinetic Modeling of Virus Growth in Cells
Microbiology and Molecular Biology Reviews ( IF 12.9 ) Pub Date : 2018-03-28 , DOI: 10.1128/mmbr.00066-17
John Yin 1 , Jacob Redovich 1
Affiliation  

SUMMARY When a virus infects a host cell, it hijacks the biosynthetic capacity of the cell to produce virus progeny, a process that may take less than an hour or more than a week. The overall time required for a virus to reproduce depends collectively on the rates of multiple steps in the infection process, including initial binding of the virus particle to the surface of the cell, virus internalization and release of the viral genome within the cell, decoding of the genome to make viral proteins, replication of the genome, assembly of progeny virus particles, and release of these particles into the extracellular environment. For a large number of virus types, much has been learned about the molecular mechanisms and rates of the various steps. However, in only relatively few cases during the last 50 years has an attempt been made—using mathematical modeling—to account for how the different steps contribute to the overall timing and productivity of the infection cycle in a cell. Here we review the initial case studies, which include studies of the one-step growth behavior of viruses that infect bacteria (Qβ, T7, and M13), human immunodeficiency virus, influenza A virus, poliovirus, vesicular stomatitis virus, baculovirus, hepatitis B and C viruses, and herpes simplex virus. Further, we consider how such models enable one to explore how cellular resources are utilized and how antiviral strategies might be designed to resist escape. Finally, we highlight challenges and opportunities at the frontiers of cell-level modeling of virus infections.



中文翻译:

细胞中病毒生长的动力学模型

概括当病毒感染宿主细胞时,它会劫持细胞产生病毒后代的生物合成能力,这一过程可能需要不到一个小时或一周以上的时间。病毒繁殖所需的总时间总体上取决于感染过程中多个步骤的速率,包括病毒颗粒与细胞表面的初始结合,病毒内化和细胞内病毒基因组的释放,基因组以制备病毒蛋白,基因组复制,子代病毒颗粒组装以及将这些颗粒释放到细胞外环境中。对于许多类型的病毒,已经学到了很多有关各种步骤的分子机制和速率的知识。然而,在过去的50年中,只有极少数情况下使用数学模型进行了尝试,以说明不同的步骤如何影响细胞中感染周期的总体时机和生产率。在这里,我们回顾了最初的案例研究,其中包括对感染细菌(Qβ,T7和M13),人类免疫缺陷病毒,甲型流感病毒,脊髓灰质炎病毒,水疱性口炎病毒,杆状病毒,乙型肝炎病毒的单步生长行为的研究和C病毒,以及单纯疱疹病毒。此外,我们考虑这种模型如何使人们能够探索如何利用细胞资源以及如何设计抗病毒策略来抵抗逃逸。最后,我们重点介绍了病毒感染的细胞级建模前沿所面临的挑战和机遇。其中包括研究感染细菌(Qβ,T7和M13),人类免疫缺陷病毒,甲型流感病毒,脊髓灰质炎病毒,水疱性口炎病毒,杆状病毒,乙型和丙型肝炎病毒以及单纯疱疹病毒的病毒的一步生长行为。此外,我们考虑这种模型如何使人们能够探索如何利用细胞资源以及如何设计抗病毒策略来抵抗逃逸。最后,我们重点介绍了病毒感染的细胞级建模前沿所面临的挑战和机遇。其中包括研究感染细菌(Qβ,T7和M13),人类免疫缺陷病毒,甲型流感病毒,脊髓灰质炎病毒,水疱性口炎病毒,杆状病毒,乙型和丙型肝炎病毒以及单纯疱疹病毒的病毒的一步生长行为。此外,我们考虑这种模型如何使人们能够探索如何利用细胞资源以及如何设计抗病毒策略来抵抗逃逸。最后,我们重点介绍了病毒感染的细胞级建模前沿所面临的挑战和机遇。我们考虑这种模型如何使人们探索如何利用细胞资源以及如何设计抗病毒策略以抵抗逃逸。最后,我们重点介绍了病毒感染的细胞级建模前沿所面临的挑战和机遇。我们考虑这种模型如何使人们探索如何利用细胞资源以及如何设计抗病毒策略以抵抗逃逸。最后,我们重点介绍了病毒感染的细胞级建模前沿所面临的挑战和机遇。

更新日期:2018-06-03
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