Сизенцов А.Н. Общая вирусология с основами таксономии вирусов позвоночных

формировании капсида. Например, геномные белки пикорнавирусов и аденовиру-

сов. Геномный белок ковалентно связан с нуклеиновой кислотой и участвует в ее репликации.

Сложные белки представлены гликопротеинами (обозначают как gp) и липо-

протеинами. Наличие гликопротеина определяет присутствие в вирионе углевод-

ного компонента, который может быть представлен олигосахаридами маннозного типа, галактозой, N-ацетилглюкозамином или нейраминовой кислотой. Вирусные гликопротеины, как правило, экспонированы на наружной поверхности ВЧ и вы-

полняют три основные функции: обеспечивают связывание вириона с клеточным рецептором (функция прикрепительного белка), обладают фузионной активностью

(обеспечивают слияние мембран) и определяют антигенные свойства вирусов. В то же время, вирусные гликопротеины могут быть и неструктурными белками и, оста-

ваясь в интегральной форме в мембране шероховатого эндоплазматического рети-

кулюма (ШЭР), выполнять функции транслоказ, обеспечивая транспорт вирусных компонентов в его просвет.

Вирусные липопротеины представлены белками, ацилированными, как пра-

вило, миристиновой (C14) кислотой. Остатки жирных кислот, соединенные с моле-

кулой белка, выполняют функцию липофильного якоря.

Вирусные белки-ферменты могут входить в состав вирусной частицы или яв-

ляться неструктурными белками и появляться в клетке после экспрессии вирусного генома. Наиболее оснащенным ферментами является вирион вируса оспы, который имеет практически полный набор энзимов, необходимых для независимой внутри-

клеточной репликации вируса. В то же время, мелкие просто организованные изо-

метрические вирусы с позитивным РНК-геномом могут не иметь никаких фермен-

тов в составе вириона.

Функционально активные белки вирусов представлены, первую очередь,

ферментами нуклеинового обмена, обеспечивающими сложные механизмы репли-

кации/транскрипции вирусного генома; ферментами, осуществляющими посттранс-

ляционный процессинг и модификацию белков, и ферментами, участвующими в проникновении вирионов в клетку хозяина.

31

формы, в виде линейной или кольцевой, в виде непрерывной или сегментированной формы.

Многообразие видов РНК геномов расширяется за счет существования после-

довательностей, отличающихся направлением связей сахаро-фосфатного остова.

Однонитевые РНК могут иметь позитивную полярность– (+) РНК, негатив-

ную полярность – (-) РНК или могут быть представлены обоюдозначащей цепью–

(+,-) РНК (амбисенс стратегия кодирования). В свою очередь, РНК позитивной по-

лярности могут иметь разную структурную организацию: могут, являясь матричной РНК, иметь на 5'-конце кэп (7-метилгуанозин, Сар), а на 3'-конце – поли-А (poly-A)

последовательность; могут не иметь кэпа или поли-А; могут иметь на 5'-конце ге-

номный белок; могут иметь на 3'-конце тРНК-подобную или шпильковую структу-

ру.

Виды геномов вирусов легли в основу их классификации. Однако следует учи-

тывать, что вид генома в настоящее время не является формальным таксоном и ис-

пользуется для удобства ориентации в многообразии вирусов.

Углеводы. Углеводный компонент вирусов находится в составе гликопротеи-

дов. Количество сахаров в составе гликопротеидов может быть достаточно боль-

шим, достигая от 10 % до 13 % от массы вириона. Химическая специфичность их полностью определяется клеточными ферментами, обеспечивающими перенос и присоединение соответствующих сахарных остатков. Обычными сахарными остат-

ками, обнаруживаемыми в вирусных белках, являются фруктоза, сахароза, манноза,

галактоза, нейраминовая кислота, глюкозамин. Таким образом, подобно липидам,

углеводный компонент определяется клеткой-хозяином, благодаря чему один и тот же вирус, выращенный в клетках разных видов, может значительно отличаться по составу сахаров в зависимости от специфичности клеточных гликозилтрансфераз.

Углеводный компонент гликопротеидов играет существенную роль в структу-

ре и функции белка. Он является каркасом для локальных участков гликопротеида,

обеспечивая сохранение конформации белковой молекулы, и обусловливает защиту молекулы от протеаз. Возможны и другие функции углеводов, пока достоверно не установленные.

34

Компоненты клетки-хозяина. В составе вирионов могут находиться компо-

ненты клетки-хозяина. К таким компонентам могут относиться белки, и даже целые клеточные структуры. Так, например, в составе ряда оболочечных вирусов может находиться белок цитоскелета актин, в составе паповавирусов содержатся клеточ-

ные гистоны. Ряд вирусов содержит клеточные ферменты, например, протеинкина-

зы. В составе аренавирусов обнаружены рибосомы.

Клеточные компоненты могут включаться в вирион случайно или закономер-

но, В некоторых случаях они играют существенную роль в репродукции вируса, как,

например, гистоны в репродукции паповавирусов.

3 Морфология, морфогенез, биофизические свойства и генетика

вирусов

3.1 Архитектура вирионов

Внеклеточная форма вируса – вирион, предназначенная для сохранения и пе-

реноса нуклеиновой кислоты вируса, характеризуется собственной архитектурой,

биохимическими и молекулярно-генетическими особенностями. Под архитектурой вирионов понимают ультратонкую структурную организацию этих надмолекуляр-

ных образований, различающихся размерами, формой и сложностью строения. Для описания архитектуры вирусных структур разработана номенклатура терминов:

Белковая субъединица – единая, уложенная определенным образом полипеп-

тидная цепь.

Структурная единица (структурный элемент) – белковый ансамбль более высокого порядка, образованный несколькими химически связанными идентичными или неидентичными субъединицами.

Морфологическая единица – группа выступов (кластер) на поверхности кап-

сида, видимая в электронном микроскопе. Часто наблюдаются кластеры, состоящие из пяти (пентамер) и шести (гексамер) выступов. Это явление получило название

35

пентамерно-гексамерной кластеризации. Если морфологическая единица соответст-

вует химически значимому образованию(сохраняет свою организацию в условиях мягкой дезинтеграции), то применяют термин капсомер.

Капсид – внешний белковый чехол или футляр, образующий замкнутую сферу вокруг геномной нуклеиновой кислоты.

Кор (core) – внутренняя белковая оболочка, непосредственно примыкающая к нуклеиновой кислоте.

Нуклеокапсид – комплекс белка с нуклеиновой кислотой, представляющий собой упакованную форму генома.

Суперкапсид или пеплос– оболочка вириона, образованная липидной мем-

браной клеточного происхождения и вирусными белками.

Матрикс – белковый компонент, локализованный между суперкапсидом и

капсидом.

Пепломеры и шипы – поверхностные выступы суперкапсида.

Как уже отмечалось, вирусы могут проходить через самые микроскопические поры, задерживающие бактерии, за что и были названы фильтрующимися агентами.

Свойство фильтруемости вирусов обусловлено размерами, исчисляемыми наномет-

рами (нм), что на несколько порядков меньше, чем размеры самых мелких микроор-

ганизмов. Размеры вирусных частиц, в свою очередь, колеблются в относительно широких пределах. Самые мелкие просто устроенные вирусы имеют диаметр чуть больше 20 нм (парвовирусы, пикорнавирусы, фаг Qβ), вирусы средних размеров – от

100 до 150 нм (аденовирусы, коронавирусы). Наиболее крупными признаны вирус-

ные частицы осповакцины, размеры которых достигают 170 ´ 450 нм. Длина ните-

видных вирусов растений может составлять 2000 нм.

Представители царства Vira характеризуются разнообразием форм. По своей структуре вирусные частицы могут быть простыми образованиями, могут пред-

ставлять собой достаточно сложные ансамбли, включающие несколько структурных элементов.

Существует два типа вирусных частиц(ВЧ), принципиально отличающихся друг от друга:

36

между субъединицами вдоль оси спирали(p); шагом спирали (P); P = pu. Классиче-

ским примером вируса со спиральным типом симметрии является вирус табачной мозаики (ВТМ). Нуклеокапсид этого палочковидного вируса размером18 ´ 300 нм состоит из 2130 идентичных субъединиц, на виток спирали приходится 16 1/3 субъ-

единиц, шаг спирали составляет 2,3 нм (рисунок 2 б).

1-структурная единица капсида; 2-морфологическая единица капсида (капсо-

мер); 3-капсид; 4-нуклеиновая кислота; 5-суперкапсид.

Рисунок 2 – Кубическая (а) и спиральная (б) симметрия капсидов сложно уст-

роенных вирусов (схема)

Икосаэдрическая симметрия – самая эффективная для конструирования замкнутого чехла из отдельных субъединиц. При рассмотрении элементов икосаэд-

рической симметрии следует различать понятия симметрия и форма. Симметрия в данном случае – это набор поворотов, которые переводят объект сам в себя, форма – это лишь общий вид кубической поверхности объекта(тетраэдр, октаэдр, додекаэдр и т.д.). Многие объекты, имея икосаэдрическую симметрию, не имеют икосаэдриче-

ской формы. Икосаэдр – это геометрическая фигура, имеющая 12 вершин, 20 граней, 20 ребер.

38

Наименьшее число структурных элементов, способных образовать икосаэдр,

равно 60, однако капсиды сложноустроенных вирусов могут быть образованы60 n

структурными элементами. Для описания икосаэдрической упаковки структурных элементов в капсиде введено так называемоетриангуляционное число (T). Это число, равное частному от деления числа субъединиц на60. Так, у вируса некроза табака и фага φX174 T = 1 (60 субъединиц), многие вирусы растений имеютT = 3 (180 субъединиц), вирус Синдбис имеет T = 4 (240 субъединиц), ротавирус имеет

T = 13 (780 субъединиц).

Многие крупные икосаэдрические вирусы для получения плотной упаковки капсида формируют субтриангуляции на основе структур меньших размеров, что предполагает наличие разных типов субъединиц на вершинах икосаэдра и наруше-

ние локальной симметрии в местах их контактов. В этом случае наблюдается расхо-

ждение между реально существующей симметрией ВЧ и видом структуры с соот-

ветствующим числом Т. Наиболее простую конструкцию капсида, построенного по такому принципу, имеют паповавирусы. Их капсид образован 72 морфологическими единицами, каждая построена из трех белковых субъединиц, организованных в пен-

тамеры, а ВЧ имеет вид структуры с Т = 7.

Более сложная структура вириона наблюдается у аденовируса, капсид которо-

го организован по принципу ансамблей, обладает строгой икосаэдрической симмет-

рией и имеет вид структуры с Т= 25. На вершинах икосаэдра находятся кластеры – пентоны, содержащие в основании так называемые фибры – стержень с утолщением на конце. Остальная структура капсида построена из гексонов. Гексоны и пентоны – это простейшие подструктуры капсида аденовирусов. Всего в состав аденовириона входит 12 оснований пентонов и 240 гексонов. При диссоциации в мягких условиях образуются надструктуры (капсомеры), состоящие из 9-ти гексонов.

Еще более сложноустроенные вирионы, на пример частицы бактериофагов T-

чётной серии, обладают комбинированным типом симметрии. Так, головка бакте-

риофага T4 имеет икосаэдрический тип симметрии, а сокращенный чехол хвостово-

го отростка обладает спиральным типом симметрии. В целом вирион фага T4 обла-

дает комбинированным типом симметрии.

39