К РНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы растений, возбудители заболеваний человека и животных: вирус полиомиелита, вирусы гриппа А, В и С, вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки), бешенства, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). В отдельную группу выделяются арбовирусы, которые переносятся членистоногими (клещами, москитами), например, вирусы клещевого энцефалита, желтой лихорадки. Многие РНК-содержащие вирусы вызывают ОРВИ (например, коронавирусы), желудочно-кишечные заболевания (реовирусы птиц, млекопитающих и человека). Некоторые РНК-содержащие вирусы используются в биотехнологии, например, вирусы полиэдроза насекомых.
Вирионы РНК-содержащих вирусов содержат РНК. После проникновения в клетку вирусная РНК становится матрицей для синтеза ДНК и РНК.
Примеры организации генома РНК-содержащих вирусов
- 1. Линейная одноцепочечная мРНК (плюс-цепь) длиной около 4 тн; в виде единой молекулы или в виде нескольких разных молекул. Плюс-цепь сразу же может использоваться для трансляции. Вегетативно-репродуктивная фаза этих вирусов протекает в цитоплазме. В плюс-цепи закодирована РНК-репликаза (РНК-зависимая РНК-полимераза). Представители:
- - Вирус табачной мозаики (ВТМ) - сегментированная РНК. Вирион нитевидный (18х300 нм). ВТМ открыт Д.И. Ивановским в 1982 г.
- - Вирус полиомиелита - несегментированная РНК. Вирионы мелкие, в виде икосаэдра. Капсид белковый.
- - Вирус бешенства. Нитевидный вирион. Имеетсядополнительная липопротеиновая оболочка.
- - Арбовирусы (переносятся членистоногими: клещами, москитами) - вирусы клещевого энцефалита, желтой лихорадки. Морфология и размеры вирионов разнообразны, например, вирус энцефалита содержит 9 белков. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.
- - Мелкие бактериофаги (с несегментированной РНК).
- 2. Линейная одноцепочечная кРНК (минус-цепь, порядок нуклеотидов комплементарен по отношению к мРНК). Минус-цепь не может служить для трансляции и используется как матрица для синтеза плюс-цепи. Плюс-цепь служит для трансляции вирусных белков и используется как матрица для синтеза вирусной кРНК. Вегетативно-репродуктивная фаза этих вирусов также протекает в цитоплазме.
- - Вирусы гриппа А, В, С. Вирус гриппа А содержит минус-цепь РНК, состоящую из 8 фрагментов. Фрагменты РНК связаны с вирусными белками и образуют спиральный нуклеокапсид. Поверх нуклеокапсида располагается гликолипопротеиновый суперкапсид. В составе вириона 10 белков. В состав суперкапсида входит два белка, определяющих антигенные свойства вируса: гемагглютинин и нейраминидаза. Кроме того, в состав вириона входит уже готовая РНК-репликаза, обеспечивающая синтез плюс-цепи на матрице минус-цепи.
- - Вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки). Сферический вирион средних размеров. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка.
- 3. Линейная двухцепочечная РНК
- - Мелкие бактериофаги. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый.
- - Вирусы полиэдроза насекомых. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый. Используются в биотехнологии (для синтеза интерферона).
- - Реовирусы птиц, млекопитающих и человека. Вирионы мелкие, сферические или в виде икосаэдра. Капсид белковый. Вызывают ОРВИ, желудочно-кишечные заболевания. РНК фрагментированная (10...11 фрагментов), кодирует 11 белков.
- 4. Двелинейные одноцепочечные одинаковые молекулы мРНК длиной около 10 тн. Ретровирусы. Способны интегрироваться в ДНК. В состав вирионов входит фермент обратная транскриптаза (ревертаза). Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка. Многие ретровирусы вызывают онкологические заболевания: лейкозы, саркомы, опухоли молочных желез. К ретровирусам относится и вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД.
- - Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Содержит одну плюс-цепь РНК, кодирует 13 белков. Сферический вирион. Имеется дополнительная липопротеиновая оболочка, включающая фрагменты мембран человека. Избирательно поражает Т-лимфоциты.
Пикорна-, калици-, астро-, тога- и флавивирусы реплицируются наиболее коротким путем: их (+)РНК геном функционирует непосредственно как мРНК.
Геномы пикорна- и флавивирусов функционируют как единая полицистрон- ная мРНК, транслирующаяся прямо в единый полипротеин, который впоследствии расщепляется с образованием индивидуальных структурных и неструктурных белков. Одним из них является РНК-зависимая PH К-полимераза, которая реплицирует вирусный геном. Вирусная (+)РНК транскрибируется в комплиментарную (-)РНК-копию, которая служит матрицей для синтеза новых цепей (+)РНК (рис. 6), или может использоваться в качестве мРНК-матриц для синтеза новых минус-цепей и геномной РНК вирусного потомства.
Тога-, корона- и калицивирусы отличаются от пикорнавирусов тем, что на начальном этапе инфекции экспрессируется лишь часть геномной РНК с образованием белков. Последние осуществляют синтез минус-цепи, являющейся матрицей для синтеза различных по размеру классов молекул плюс-РНК. Полипротеины, образующиеся на коротких молекулах мРНК, расщепляются на структурные вирионные белки. Полноразмерные плюс-РНК упаковываются в вирионы.
У тогавирусов транслируется только около 2/3 вирусной РНК (5"-конец); образующийся полипротеин расщепляется на неструктурные белки, которые необходимы для транскрипции и репликации РНК. Вирусная РНК-полимераза синтезирует полноразмерную (-)РНК, на которой затем синтезируются два вида (+)РНК: полноразмерная вирионная РНК, предназначенная для включения в вирионы, и РНК, длина которой равна 1/3, и которая является колинеарной с 3"-концом вирусной РНК и транслируется в полипротеин, который расщепляется на структурные белки (рис. 7). У калицивирусов образуются полигеномные и субгеномные мРНК .
Корона- и артеривирусы демонстрируют необычную стратегию транскрипции: первоначально часть вирионной (+) РНК функционирует как мРНК и транслируется с образованием РНК-полимеразы, которая затем синтезирует полногеномную (-)РНК. На этой (-)РНК транскрибируется гнездо субгеном- ных мРНК с общими 3"-концами. Транслируются только 5"-концевые последовательности каждого члена этого гнезда транскриптов.
Главным отличием вирусов с позитивным геномом является их способность синтезировать ферменты, ответственные за репликацию вирусного генома. Поэтому РНК, выделенная из таких вирусов, инфекционна. Второе отличие состо-
ит в монолитности вирусного генома. Поэтому первичный продукт трансляции обеих РНК (геномной и мРНК) представляет собой единый белок, который в дальнейшем расщепляется на индивидуальные вирусные белки (в том числе структурные) .
Ортомиксо-, бунья- и аренавирусы. Геном представлен (-)РНК. Каждый геномный сегмент транскрибируется отдельно вирионной РНК-транскриптазой и транслируется в один или несколько белков. Эти вирусы характеризуются тем, что их геномная РНК выполняет две матричные функции: в процессе транскрипции и репликации. Транскрипция вирусного генома - первое событие после проникновения вируса в клетку, в результате которого образуются моноцис- тронные мРНК, кодирующие один белок. Репликацию начинают вновь синтезированные вирусные белки, приводящие к образованию плюс-цепи, которая служит матрицей для синтеза геномной (-)РНК (рис. 8).
Следовательно, плюс-транскрипт, функционирующий в качестве мРНК, отличается от (+)РНК, служащей матрицей для вирусного потомства, хотя и первый, и вторая синтезируются на геномной РНК.
Следует отметить, что S-сегмент РНК аренавирусов и некоторых буньявиру- сов является двуполярным, т.е. одна часть сегмента имеет (+) полярность, другая (-) полярность. Стратегия репликации двуполярных РНК-вирусов соответствует полярности их геномов и является смешанной, присущей стратегии репликации (+)РНК и (-)РНК вирусов .
Парамиксо-, рабдо-, фило- и борнавирусы имеют геномную одноцепочечную РНК и РНК-зависимую РНК-полимеразу (транскриптазу), которая транскрибирует пять или более субгеномных (+)РНК, каждая из которых служит в каче-
стве моноцистронной мРНК. В противоположность транскрипции в результате репликации (с помощью той же самой полимеразы, действующей в качестве репликазы) образуются полноразмерные (+)цепи РНК, которые служат матрицей для синтеза новых вирионных (-)цепей РНК. Стратегия репликации борна- вирусов в некоторых деталях является более сложной .
Рео- и бирнавирусы имеют сегментированный двуцепочечный РНК-геном. Негативные цепи каждого сегмента (2-12 сегментов) транскрибируются раздельно в цитоплазме вирионной транскриптазой с образованием мРН К. Эти позитивно полярные (+)РНК служат матрицей для репликации. Образовавшиеся двуспиральные РНК в свою очередь служат матрицей для дальнейшей транскрипции мРНК. Транскрипция генома реовирусов происходит внутри субвирусной частицы с помощью вирионной транскриптазы, причем копируется только одна нить каждого фрагмента двуцепочечной РНК (асимметричная транскрипция). Синтезирующиеся мРНК выходят из сердцевины вириона через 12 полых вершин частично разрушенного капсида. Таким образом, молекулы мРНК реовирусов выполняют две функции. Во-первых, они транслируются, обеспечивая синтез вирусных белков, и, во-вторых, они включаются (по одной молекуле мРНК каждого из 10--12 генов) в состав частиц-предшественниц вирионов. Каждая мРНК служит в этих частицах матрицей для синтеза комплементарной цепи, что ведет к образованию двуцепочечных сегментов вирусного генома (рис. 9).
Молекулы (+)РНК, синтезированные на родительской двуспиральной РНК, связываются с белками и образуют субвирусные частицы, в которых содержится 10-12 фрагментов (+)РНК. Фрагменты (+)РНК в составе субвирусных частиц служат матрицами для синтеза (-)РНК, которые в свободном виде в инфицированных клетках не обнаружены. Полагают, что транскрипция и репликация РНК
реовирусов осуществляется одним ферментом, который модифицируется в процессе репликации вируса .
Ретровирусы. Геном представлен двумя идентичными молекулами (+)РНК. Вместо того чтобы функционировать как мРНК, геном транскрибируется с помощью вирионной обратной транскриптазы, с образованием гибридной молекулы РНК-ДНК. Затем на (-)ДНК синтезируется (+)ДНК и образуется двуспиральная ДНК (другой активностью того же самого фермента) и непрерывно включается в клеточную ДНК. Интегрированная вирусная ДНК (провирус) транскрибируется клеточной РНК-полимеразой II с последующим сплайсингом РНК-транскриптов и расщеплением образующихся белков. Часть вновь синтезированных полноразмерных (+)РНК транскриптов соединяется в пары и образует диплоидные геномы новых вирионов (рис. 10).
Геном ретровирусов состоит из трех генов: (5" - 3") gag, pol и env, которые кодируют, соответственно, внутренние белки вируса, обратную транскриптазу и белки оболочки. Вирус саркомы Рауса имеет в своем геноме четвертый ген - онкоген (src), продукт которого играет ключевую роль в трансформации клеток, но не является необходимым для размножения вируса .
Экспрессия и репликация вирусного генома
Требования и ограничения
В ходе эволюции вирусов сложилось несколько стратегий, обеспечивающих: а) организацию вирусных генов и их кодирующую функцию, б) экспрессию вирусных генов, в) репликацию вирусных геномов и г) сборку и созревание вирусного потомства.
Прежде чем мы рассмотрим каждое из этих положений в деталях, стоит напомнить, что ключевым моментом в репликации вирусов является использование для синтеза вирусных белков хозяйских структур, синтезирующих белки клетки. Независимо от размеров, состава и организации своего генома вирус должен предоставить белоксинтезирующему аппарату эукариоти-ческой клетки информационную РНК, которую клетка должна распознать и транслировать. В этом отношении клетка навязывает вирусу два ограничения.
Во-первых, клетка синтезирует в ядре свою собственную мРНК путем транскрипции своей ДНК и последующего постранскрипционного процессинга транскрипта. Поэтому в клетке: а) ни в ядре, ни в цитоплазме нет фер* ментов, необходимых для транскрипции мРНК с вирусного РНК-генома, и б) в цитоплазме нет ферментов, способных транскрибировать вирусную ДНК. В связи с этим клеточную транскриптазу для синтеза вирусных мРНК могут использовать только вирусы, содержащие ДНК и способные проникать в ядро. Все другие вирусы вынуждены создавать собственные ферменты для синтеза мРНК.
Второе ограничение состоит в том, что синтезирующий аппарат эукариотических клеток приспособлен только для трансляции моноцистронных мРНК, так как он не распознает внутренних участков инициации в мРНК. В результате вирусы вынуждены синтезировать либо отдельные мРНК для каждого гена (функционально моноцистронная мРНК), либо мРНК, включающую несколько генов и кодирующую большой «полипротеин», который затем разрезается на индивидуальные белки.
Вирусные гены кодированы либо в РНК, либо в ДНК, которые могут быть либо одно-, либо двухцепочечными. Кроме того, геномы могут быть либо монолитными, когда все гены вируса содержатся в одной хромосоме, либо состоять из раздельных блоков , которые все вместе и составляют геном вируса. Во избежание ошибок мы обозначаем как «геномную» только нуклеиновую кислоту, которая заключена в вирионах.
Для удобства сначала лучше обсудить РНК-содержащие вирусы, фокусируя внимание прежде всего на функции геномной РНК.
Вирусы с одноцепочечной РНК можно подразделить на три группы. В первую группу входят пикорнавирусы и тогавирусы. Их геномы выполняют две функции (рис. 5.2 и 5.3). Во-первых, они функционируют как мРНК. Вирусы, геном которых может служить в качестве мРНК, принято называть вирусами с позитивным геномом. РНК пикорнавирусов после проникновения в клетку связывается с рибосомами и полностью транслируется. Затем продукт этой трансляции - полипротеин - расщепляется. Во-вторых, геномные РНК выполняют функцию матрицы для синтеза на ней комплементарных минус-цепей при участии полимеразы, появившейся в результате расщепления полипротеина. Образуется двуспиральная репликативная форма. На ее минус-цепях синтезируются новые плюс-цепи, которые могут использоваться в качестве а) мРНК, б) матриц для синтеза новых минус-цепей и в) составной части вирусных частиц потомства.
Размножение пикорнавирусов.
Тогавирусы и ряд других вирусов с позитивным геномом отличаются от пикорнавирусов в одном отношении: для трансляции в первом цикле синтеза белков доступна только часть их геномной РНК. Вероятной функцией образующихся при этом белков является способность транскрибировать геномную РНК. Они осуществляют синтез минус-цепи, которая в свою очередь служит матрицей для синтеза двух различных по размеру классов молекул плюс-РНК. В клетках, зараженных тогавирусами, РНК первого класса представлены небольшими молекулами мРНК, фланкирующими участок геномной РНК, который не транслировался в первом цикле. Образующиеся на них полипротеины расщепляются на белки, которые играют структурную роль в вирионах. Плюс-РНК второго класса состоит из полноразмерных цепей, которые упаковываются в вирионы.
Размножение тогавирусов.
Главным в репликации вирусов с позитивным геномом является способность геномной РНК служить в качестве мРНК после заражения. Это имеет двоякие последствия. Во-первых, ферменты, ответственные за репликацию генома, синтезируются после заражения, и нет необходимости в их внесении в зараженную клетку вместе с вирионом. Вот почему «голая» РНК, экстрагированная из вирионов, инфекционна. Во-вторых, так как все позитивные геномы относятся к монолитным и все их гены сосредоточены в одной хромосоме, первичный продукт трансляции обеих РНК (как геномной, так и мРНК) обязательно представляет собой единый белок. Продукты трансляции пикорнавиру-сов и тогавирусов должны быть затем расщеплены на индивидуальные белки, которые и обнаруживаются в вирионе или в зараженной клетке.
Их геномная РНК выполняет две матричные функции: во-первых, для транскрипции и, во-вторых, для репликации. В связи с тем что для синтеза мРНК должен транскрибироваться вирусный геном, а в клетках соответствующие ферменты отсутствуют, все вирусы с негативным геномом содержат в вирионе кроме вирусного генома транскриптазу. Транскрипция вирусного генома - первое событие после проникновения вируса в клетку, в результате которого накапливаются функционально активные моноцистронные мРНК [позитивные, или плюс-цепи], кодирующие один белок. Репликацию начинают новосинтезированные вирусные белки, катализирующие образование полной плюс-цепи, которая служит матрицей для синтеза геномной минус-РНК (рис. 5.4).
Главное в репликации вирусов с негативным геномом заключается в том, что геномная РНК функционирует как матрица и для транскрипции, и для репликации. Отсюда следует, что, во-первых, вирус должен внести с собой в зараженную клетку транскриптазу; во-вторых, «голая» РНК, экстрагированная из вирионов, неинфекционна; в-третьих, синтезируемые мРНК имеют длину одного гена, они кодируют один белок - единичный полипептид. Присутствие сигналов сплайсинга в определенных участках может обеспечить формирование нескольких мРНК (каждая из которых кодирует особый белок) с одного и того же участка генома. Следовательно, плюс-транскрипт, функционирующий в качестве мРНК, отличается от плюс-РНК, служащей матрицей для вирусного потомства, хотя и первый, и вторая синтезируются на геномной РНК. Кроме РНК-транскриптазы в репликации вирусной РНК участвуют вирусиндуцированнные: репликаза 1 (обрзование репликативной формы) и репликаза 2 (синтез вирионных -нитей).
Размножение ортомиксовирусов и парамиксовирусов.
Ортомиксовирусы (вирусы гриппа А; В;С) генм представлен не одной а набором односпиральных РНК (грипп птиц и человека 8-7фрагментов). В структуре вириона:
– РНК зависимая РНК полимераза (синтез +нитей,
– две разновидности РНК полимераз
РНК транскриптаза (синтез +нитей в начале инфекции,
РНК репликаза (– нитей в конце инфекции)
Ретровирусы входят в третью группу РНК-содержащих вируссов .
Характерно, что геномы ретровирусов монолитны, но имеют диплоидную структуру, и обе цепи либо частично соединены водородными связями друг с другом, либо спарены неизвестным до настоящего времени образом. Единственная известная функция геномной РНК - матричная функция для синтеза вирусной ДНК. Поскольку эукариотические клетки не имеют для этого соответствующих ферментов, вирион кроме генома содержит еще и РНК-зависимую ДНК-полимеразу (обратную транскриптазу 1), а также смесь тРНК хозяина, одна из которых служит в качестве затравки. В цикле репродукции можно выделить следующие ключевые ступени: а) связывание комплекса тРНК -обратная транскриптаза с геномной РНК; б) синтез ДНК-копии, комплементарной по отношению к РНК, с переходом полимеразы с одной молекулы РНК-матрицы на другую, что приводит к образованию кольцевой одноцепочечной молекулы ДНК, связанной водородными связями с линейной геномной РНК; в) расщепление геномной РНК нуклеазой, атакующей только РНК в ДНК-РНК-гибридах (рибонуклеазои Н, также содержащейся в вирионе), и г) синтез комплементарной копии вирусной ДНК. Затем кольцевая двухцепочечная ДНК перемещается в ядро, где интегрирует с геномом хозяина, но последующая экспрессия вирусных генов не обязательна. Если экспрессия происходит, то интегрированная.вирусная ДНК транскрибируется транскриптазой клетки-хозяина. Продуктами транскрипции являются молекулы РНК, как равные по длине молекуле генома, так и более короткие мРНК-транскрипты нескольких соседних генов, которые транслируются с образованием полипротеинов. Полипротеины затем расщепляются на отдельные вирусные белки. В состав вирионов включаются только транскрипты, содержащие весь геном.
Размножение ретровирусов.
Семейство Пикорнавирусы (Picornaviridae) состоит из 8 родов:
Энтеровирусы (полиомиелит)
Риновирусы (ОРВИ)
Афтовирусы (ящур)
Гепатовирусы (гепатит А)
Это семейство относится к безоболочечным вирусам, содержащих однонитевую плюс РНК. Диаметр вируса около 30нм, вирион состоит из икосаэдрического капсида, окружающего однонитевую плюс РНК с протеином VPg. Капсид состоит из 12 пятиугольников (пентамеров), каждый из которых в свою очередь состоит из 5 белковых субъединиц-протомеров: VP1, VP2, VP3, VP4.
Семейство Реовирусы (Reoviridae) содержит 4 рода:
Ортовирусы (желудочно-кишечные и респираторные инфекции)
Арбовирусы (арбовирусные инфекции: вирус Кемерово переносится клещами, вирус синего языка овец переносится мокрицами)
Колтивирусы (вирус колорадской клещевой лихорадки)
Ротавирусы (диареи)
Вирион реовирусов имеет сферическую форму (диаметр 70-85нм), двухслойный капсид икосаэдрического типа, оболочки нет. Геном представлен двунитевой фрагментированной (10-12 сегментов) линейной РНК. Внутренний капсид и геномная РНК составляют сердцевину вириона. Внутренний капсид реовирусов содержит систему транскрипции: белки лямбда -1, лямбда -3, мю -2. От сердцевины отходят шипы, представленные белком лямбда – 2. У ротавирусов внутренний капсид включает белки VP1, VP2, VP3, VP6. Наружный капсид реовирусов состоит из белков сигма – 1, сигма – 3, мю – 1с, а также белков лямбда -2, выступаюших в виде шипов. Белок сигма -1 является гемагглютинином и прикрепительным белком, белок мю -1с обладает способностью заражать клетки кишечника и впоследствии поражать ЦНС.
Семейство Буньявирусы (Bunyaviridae) включает 5 родов:
Буньявирусы (калифорнийский энцефалит, энцефалит Джеймстаун- каньон, энцефалит Ла-Кросс, лихорадки Тягиня, Инко, Гуароа – переносчиком вирусов являются комары, заболеваемость эндемична в 20 штатах США)
Флебовирусы (москитная лихорадка или лихорадка паппатачи). Резервуаром и переносчиком вируса являются самки москитов. Заболевание встречается в Европе (Средиземноморье), Азии (Иран, Пакистан), в Северной Африке, Италии, Португалии. Вспышки имели место в Закавказье, Крыму, Молдавии и Средней Азии.
Нейровирусы (геморрагическая лихорадка Крым-Конго, основным резервуаром вируса в природе являются многие виды пастбищных клещей, заражение происходит через присасывание клещей. В России это заболевание встречается на территории Краснодарского, Ставропольского краев, Астраханской, Волгоградской и Ростовской областей, республик Дагестан, Калмыкия и Карачаево-Черкесии.
Хантавирусы (ГЛПС-геморрагическая лихорадка с почечным синдромом)
Тосповирусы непатогенны для человека и поражают растения
Вирионы имеют овальную или сферическую форму, диаметр 80-120нм. Это сложные РНК-геномные вирусы, содержащие три внутренних нуклеокапсида со спиральным типом симметрии. Каждый нуклеокапсид состоит из нуклеокапсидного белка N, одноцепочечной минус РНК и фермента транскриптазы. Три сегмента РНК, связанные с нуклеокапсидом, обозначают по размерам: L (long) – большой, M (medium) – средний, S (short) – малый. Сердцевина вириона окружена липопротеидной оболочкой, на поверхности которой находятся шипы – гликопротеины G1 и G2, которые кодируются М-сегментом РНК. ш80-
Семейство Тогавирусы (Togaviridae) состоит из 4 родов, 2 из которых играют роль в патологии человека:
Альфавирус (вирусы, передаваемые членистоногими, вызывают у человека заболевания, сопровождающиеся лихорадкой, высыпаниями на коже, развитием энцефалита и артрита, в Приморском крае – вирус лихорадки леса Семлики)
Рубивирус (вирус краснухи)
Их геном состоит из линейной однонитчатой плюс-РНК, окруженной капсидом (С-белок) с кубическим типом симметрии и состоящим из 32 капсомеров. Нуклеокапсид окружен наружной двухслойной липопротеидной оболочкой, на поверхности которой располагаются гликопротеины Е1, Е2, Е3, пронизывающие липидный слой. Диаметр вирионов- от 65 до 70 нм.
Семейство Флавивирусы (Flaviviridae) происходит от латинского flavus – желтый, по названию заболевания желтая лихорадка. Патогенные для человека входят в состав 2 родов:
Флавивирус (желтая лихорадка, вирус клещевого энцефалита, вирус омской геморрагической лихорадки, вирус лихорадки денге, вирус японского энцефалита, вирус лихорадки Западного Нила)
Гепацивирус (вирус гепатита С)
Это сложные РНК геномные вирусы сферической формы, их диаметр 40-60 нм. Геном состоит из линейной однонитчатой плюс-нитевой РНК, окруженной капсидом с кубическим типом симметрии. В состав нуклеокапсида входит один белок – V2. Нуклеокапсид окружен суперкапсидом, на поверхности которого содержится гликопротеин V3. На внутренней стороне суперкапсида расположен структурный белок V1.
Семейство Ортомиксовирусы (Orthomyxoviridae) включает в себя род:
Инфлюэнцавирус (вирус гриппа, который включает 3 серотипа: А, В,С)
Диаметр вирусной частицы 80-120 нм. Вирион имеет сферическую форму, В центре вириона расположен нуклеокапсид, имеющий спиральный тип симметрии. Геном вирусов гриппа представляет собой спираль однонитчатой сегментированной минус-нитевой РНК. Капсид состоит в основном из белка – нуклеопротеина (NР), а также белков полимеразного комплекса (Р). Нуклеокапсид окружен слоем матриксных и мембранных белков (М), которые участвуют в сборке вирусной частицы. Поверх этих структур располагается суперкапсид – наружная липопротеиновая оболочка, которая несет на своей поверхности шипики. Шипики образованы двумя сложными белками-гликопротеинами: гемагглютинином (Н) и нейраминидазой (N).
Семейство Парамиксовирусы (Paramyxoviridae), которое включает 2 подсемейства:
Подсемейство Парамиксовирусы:
Морбилливирус (вирус кори)
Респировирус (вирус парагриппа)
Рубулавирус (вирус паротита, парагриппа)
Подсемейство Пневмовирусы:
Пневмовирус (респираторно-синцитиальный вирус (РС))
Метапневмовирус (РС-вирус)
Вирион парамиксовирусов имеет сферическую форму, диаметр 150-300 нм, окружен оболочкой с гликопротеиновыми шипами. Под оболочкой находится спиральный нуклеокапсид, состоящий из нефрагментированной линейной однонитевой минус-РНК, связанной белками: нуклеопротеином (NР), полимеразой-фосфопротеином (Р) и большим (L) белком. Нуклеокапсид ассоциирован с матриксным (М) белком, расположенным под оболочкой вириона. Оболочка вириона содержит шипы – два гликопротеина: белок слияния (F), прикрепительный белок гемагглютинин-нейраминидаза (HN), гемагглютинин (Н) или (G) белок.
Семейство Рабдовирусы (Rhabdoviridae) включает около 80 родов, вызывают заболевания животных и растений.
Лассавирус (вирус бешенства)
Везикуловирус (вирус везикулярного стоматита)
Вирионы имеют форму цилиндра с полукруглым и плоским концами (форма пули), размер вирионов 130х300х60х80. Состоят из двухслойной липопротеиновой оболочки и нуклеокапсида спиральной симметрии. Оболочка изнутри выстлана М-белком, а снаружи от нее отхоят шипы гликопротеина G. РНП нуклеокапсида состоит из геномной РНК и белков: N – белок, укрывающий как чехол РНК, L –белок и NS – белок, являющиеся транскриптазой вируса. Геном рабдовирусов представлен однонитевой нефрагментированной линейной минус-РНК.
Семейство Филовирусы (Filoviridae) содержит два рода:
Род марбургподобных вирусов (африканская геморрагическая лихорадка Марбург)
Род эболаподобных вирусов (африканская геморрагическая лихорадка Эбола)
Вирусы имеют вид длинных филаментов (80-1000нм) с оболочкой и однонитевой минус-РНК, заключенной в капсид. Содержит полимеразу. Симметрия капсида спиральная. На оболочке имеются шипы (спикулы).
Семейство Коронавирусы (Coronaviridae), включает в себя 1 род, объединяющий более 10 видов, вызывающих заболевания у человека и животных.
Коронавирус (вызывает поражения респираторных органов, в т.ч. SARS, ЖКТ, нервной системы)
Вирионы округлой формы размером 80-220нм. Сердцевина вириона представлена спиральным нуклеокапсидом, содержащим однонитевую плюс-РНК. Нуклеокапсид окружен липидной оболочкой, покрытой снаружи булавовидными выступами – пепломерами. Пепломеры придают вирусной частице вид солнечной короны. В оболочку вириона встроены гликопротеины Е1 и Е2, которые отвечают за адсорбцию вируса на клетке и проникновение в клетку хозяина.
Семейство Ретровирусы (Retroviridae), которое влючает 7 родов:
Альфаретровирус (вирусы лейкоза, саркомы птиц, саркомы Рауса кур)
Бетаретровирус (вирус рака молочных желез мышей, эндогенный ретровирус человека, вирус обезьян)
Гаммаретровирус (вирусы саркомы и лейкемии мышей, кошек, приматов)
Дельтаретровирус (вирус лейкемии КРС, лимфотропные вирусы Т-клеток человека)
Эпсилоретровирус (вирус саркомы кожи)
Лентивирус (вирус иммунодефицита человека)
Спумавирус (пенящие вирусы человека, обезьян, бычий синцитиальный вирус)
Ретровирусы имеют сферическую форму, размер 80-130нм. Вирион имеет оболочку и нуклеокапсидную сердцевину. Капсид икосаэдрический. Обратная транскриптаза связана с геномом однонитевой плюс- РНК. Вирусы содержат протеины: группового антигена (gag), полимеразный протеин (pol) и белки оболочки (env). Известно около 30 онкоантигенов.
Семейство Аренавирусы (Arenaviridae) включает род:
Аренавирус (вирусы лимфоцитарного хориоменингита, Ласа, Хунин, Мачупо, Гуанарито, вызывающие тяжелые геморрагические лихорадки)
Вирион имеет сферическую или овальную форму, диаметр около 120нм. Снаружи он окружен оболочкой с булавовидными гликопротеиновыми шипами GP1, GP2. Под оболочкой расположены 12-15 клеточных рибосом, капсид спиральный. Геном представлен двумя сегментами (L, S) однонитевой минус-РНК, кодируется 5 белков:L, Z, N, G.
Семейство Калицивирусы (Caliciviridae) содержит вирусы гастроэнтерита группы Норволк и вирус везикулярной экзантемы свиней.
Вирион безоболочечный, имеет икосаэдрический капсид с 32 чашеобразными углублениями (ямками). Форма сферическая, диаметр 27-38нм. На поверхности вириона различают 10 выступов, сформированных краями чашеобразных углублений. Геном – линейная, однонитевая плюс-РНК.
Из нескольких сотен известных в настоящее время вирусов человека и животных РНК-геном содержит около 80% вирусов. Способность РНК хранить наследственную информацию является уникальной особенностью вируса.
У просто организованных и некоторых сложно органи-зованных вирусов вирусная РНК в отсутствие белка мож^т вызвать инфекционный процесс. Впервые инфекционная активность РНК вируса табачной мозаики была продемон-^ стрирована X. Френкель-Конратом и соавт. в. и А. Гирером и Г. Шраммом в. Впоследствии положение об инфекционной активности РНК было пере-несено на все РНК-содержащие вирусы, однако долголет-ние усилия доказать это для таких вирусов, как вирусы гриппа, парамиксовирусы, рабдовирусы (так называемые минус-нитевые вирусы), оказались бесплодными: у этих ви-русов инфекционной структурой являются не РНК, а комплекс РНК с внутренними белками. Таким образом, геномная РНК может обладать инфекционной активно-стью в зависимости от своей структуры.
Структура вирусных РНК чрезвычайно разнообразна. У вирусов обнаружены однонитчатые и двунитчатые, ли-нейные, фрагментированные и кольцевые РНК (см. табл. 2). РНК-геном в основном является гаплоидным, Ж) геном ретровирусов - диплоидный, т. е. состоит из двух идентичных молекул РНК.
Однонитчатые РНК. Молекулы однонитчатых вирусных РНК существуют в форме одиночной полинуклеотидной цепи со спирализованными ДНК-подобными участками. При этом некомплементарные нуклеотиды, разделяющие комплементарные участки, могут выводиться из состава спирализованных участков в форме различных «петель» и «выступов» (рис. 2). Суммарный процент спирализации вирусных РНК не обнаруживает каких-либо особенностей по сравнению с таковыми у клеточных РНК.
(1971), РНК со свойствами информационной условно обозначена знаком «плюс» и в связи с этим вирусы, со-держащие такие РНК (пикорнавирусы, тогавирусы, коро-навирусы, ретровирусы), обозначены как «плюс-нитевые» вирусы, или вирусы с позитивным геномом.
Вторая группа РНК-содержащих вирусов содержит ге-ном в виде однонитчатой РНК, которая сама не обладает функциями иРНК. В этом случае функцию иРНК выпол-няет РНК, комплементарная геному. Синтез этой РНК (транскрипция) осуществляется в зараженной клетке на матрице геномной РНК с помощью вирусспецифиче-ского фермента - транскриптазы. В составе «минус-ните-вых» вирусов обязательно присутствие собственного фер-мента, осуществляющего транскрипцию геномной РНК и синтез иРНК, так как аналога такого фермента в клетках нет. Геном этих вирусов условно обозначают как «минуса-РНК, а вирусы этой группы как «минус-нитевые» вирусы, или вирусы с негативным геномом. К этим вирусам отно-сятся ортомиксовирусы, парамиксовирусы, буньявирусы, рабдовирусы. РНК этих вирусов не способна вызвать инфекционный процесс.
В соответствии с разными свойствами вирусных РНК между двумя группами вирусов есть и структурные разли-чия. Поскольку РНК «плюс-нитевых» вирусов выполняет функцию иРНК, она имеет специфические структурные особенности, характерные для 5"- и З"-концов этих РНК.
где т 7 0 представляет собой 7-метилгуанин, присоединен-ный через пирофосфатную связь к гуаниловому нуклео-тиду, сахарный остаток которого также метилирован по второму углеродному атому. На З"-конце информационных РНК имеются поли (А), количество которых достигает 200 и выше. Эти модификации концов иРНК, осуществляе-мые после синтеза полинуклеотидной цепи, имеют сущест-венное значение для функции иРНК: «шапочка» нужна для специфического узнавания иРНК рибосомами, функ-ции поли (А) менее точно определены и, по-видимому, заключаются в придании стабильности молекулам иРНК.
Такими же модифицированными концами обладают ге-номные РНК «плюс-нитевых» вирусов. Исключение со-ставляет 5"-конец геномной РНК вируса полиомиелита, которая не содержит «шапочку», и вместо нее имеет на 5"-конце ковалентно присоединенный к остатку урацила низкомолекулярный терминальный белок. Геномные РНК «минус-нитевых» вирусов не имеют ни «шапочки», ни по-ли (А); модифицированные концы характерны для иРНК этих вирусов, синтезирующихся в клетке на матрице ви-рионной РНК и комплементарных ей. Геномная РНК, ретровирусов, хотя и является «плюс-нитевой», однако не содержит «шапочку»; эту структуру содержит гомологич-ная РНК, синтезируемая на матрице интегрированной про-вирусной ДНК.
Существуют вирусы, содержащие как «плюс-нитевые», так и «минус-нитевые» РНК гены (амбисенс-вирусы). К ним относятся аренавирусы.
В основном однонитчатые РНК являются линейными молекулами, однако РНК-фрагменты буньявирусов обна-ружены в виде кольцевой формы. Кольцевая форма воз-никает за счет образования водородных связей между концами молекул.
Двунитчатые РНК. Этот необычный для клетки тип нуклеиновой кислоты, впервые обнаруженный у реовиру-сов, широко распространен среди вирусов животных, растений и бактерий. Вирусы, содержащие подобный геном, называют диплорнавирусы.
Общей особенностью диплорнавирусов является фраг-ментированное состояние генома. Так, геном реовирусов
состоит из 10 фрагментов, ротавирусов - из 11 фрагмен-тов.
Размеры РНК ряда вирусов животных приведены в табл. 4. Как видно, молекулярная масса РНК варьирует в широких пределах.