2. Наследственностьиизменчивостьвирусов

Наследственность – это свойство организмов обеспечивать материальную и функциональ-ную преемственность между поколениями, а также обуславливать специфический характер инди-видуального развития. Изменчивость – свойство противоположное наследственности. Изменчи-вость вирусов обусловлена мутацией генов, сочетанием их при рекомбинации и различным про-явлениемпризнаковвзависимостиотвнешнихусловий(модификационнаяизменчивость).

Генетическиепризнаки(маркеры)вирусов.Всепризнакивирусов,информацияокоторых

закодированавгенах,называютсягенетическими.Всегенетическиепризнакиусловноделятнагрупповые,видовыеи внутриштаммовые.

К групповым и видовым признакам относят тип и морфологию нуклеиновой кислоты, типкапсида и количество капсомеров, антигенную специфичность, устойчивость к органическим рас-творителям и детергентам, наличие фермента нейраминидазы и антигенов хозяина, гемагглютини-рующиесвойства,патогенностьдляопределенноговидаживыхчувствительныхсистем.

К внутриштаммовым относят гемагглютинирующую активность, характер бляшек, терморе-зистентность,отношениекингибиторам,ультрафиолетовомуизлучениюидр.

Дляпроведениягенетическихисследованийнаибольшеезначениеимеютвнутривидовыепризнаки,позволяющиедифференцироватьварианты(мутанты,рекомбинанты)междусобой.

В большинстве исследований генетические признаки обозначаются начальными буквами ла-тинского алфавита с добавлением знака «+» или «-», т.е. наличие или отсутствие того или иногосвойства.

Виды мутаций вирусов. Вирусы изменяют свои свойства как в естественных условиях прирепродукции, так и в эксперименте. В основе наследственных изменений свойств вирусов лежатдвапроцесса-мутация и рекомбинация.

Мутация- изменение последовательности нуклеотидов в определенном участке генома ви-руса,ведущеек изменениюфенотипическихсвойств.

Рекомбинация- обмен генетическим материалом между двумя близкими, но отличающимисяпонаследственнымсвойствамвирусами.

Помеханизмуразличаюттривидамутаций:

• делеция(выпадениеодногоилинесколькихнуклеотидов);

• встраиваниеодногоилинесколькихнуклеотидов;

• заменаодногонуклеотидадругим.

Подлинеизмененнойпоследовательностинуклеотидовразличают:

• точечная мутация - замена одного нуклеотида (РНК-содержащие вирусы) или одной парыкомплементарных нуклеотидов (ДНК-содержащие вирусы), может иногда восстанавливаться (ре-вертировать)до исходной структуры генома;

• аберрация - замена значительного участка генома. Аберрации у вирусов обусловлены вы-падениямиразличногочислануклеотидов: отоднойпары допоследовательности.

Пообратимостимутацииразличают:

• необратимые(прямые)-мутации,прикоторых изменяетсяфенотип,частотатаких мутацийу вирусов колеблется в широких пределах в зависимости от клеточной системы, в которой проис-ходитразвитиевирусной популяции;

• обратимыемутациимогутбытьдвухвидов -истинныереверсииипсевдореверсии.

При истинных реверсиях обратная мутация происходит в месте первичного повреждения,припсевдореверсиях-вдругомучасткедефектногогенаиливдругомгене.

Попроисхождениюмутацииразличают:

• спонтанные мутации в живой природе возникают чрезвычайно редко и под влиянием при-чин, трудно устанавливаемых в каждом отдельном случае, такие изменения в популяции вирусоввозникают без внешнего воздействия. Спонтанные мутации, возникающие в одном и том же гене,распределяются по его длине неравномерно. Одни участки гена изменяются часто («горячие» точ-ки), другие – редко. Спонтанные мутации могут быть также результатом ошибок в работе фермен-тов:ДНК-илиРНК-полимераз.

Примеры спонтанных мутаций вирусов в природе встречаются часто. К ним можно отнестиприродную изменчивость антигенной структуры (гемагглютинина и нейраминидазы) вирусовгриппа человека и животных (в том числе птиц). К спонтанным мутациям также относят повыше-ние или ослабление вирулентности возбудителя. Известно наличие большого числа патогенныхвариантов штаммов вируса болезни Ньюкасла (сем. Paramyxoviridae). При первом появлении бо-лезнь в Европе протекала остро, с высоким процентом гибели птиц. В настоящее время все чащерегистрируются очаги с низкой летальностью и легким течением болезни. Происходит не толькоснижение количества очагов, но и аттенуация эпизоотических штаммов, что позволило выделитьприродноослабленныевакцинныештаммы(лат.virusfixe)La Sota,F,Бор/74/ВГНКИ.

Имеютсясообщенияовыделенииприродноослабленныхштаммоввирусовчумысвиней

(штаммМияги),болезниАуески(штаммРусс),миксомыкроликовиклещевогоэнцефалита.

• Индуцированные мутации возникают при действии на вирус различными химическими ифизическимимутагенами,атакжеприадаптациивирусакнеобычнымбиологическимсистемам(адаптационная изменчивость).

После определения наследственных единиц вируса возникла перспектива получения живыхвакцинныхштаммовнепосредственнымвоздействиемнанихфизическимиилихимическимиму-тагенами, вызывающими структурные и функциональные изменения в молекуле вирусной нук-леиновойкислоты.

Применение искусственных мутагенов имеет два преимущества. Они вызывают мутации вдесятки и сотни раз эффективнее природных факторов. Действие искусственных мутагенов имеетизвестную направленность; можно заранее предвидеть, на какие элементы структуры нуклеино-выхкислотикакимобразомдействуеттотилииноймутагеникакиеизменениявнихвызывает.

Не все мутации, образующиеся под влиянием мутагенов, одинаково стабильны. Различия встабильностисвязаныснеодинаковыммолекулярныммеханизмомдействийиспользованныхму-тагенов.Мутанты,полученныепридействииповышеннойтемпературы,кислойсреды, ультра-

фиолетовых лучей и ультразвуковых волн, дают около 20 % реверсий. Такая высокая частота ре-версий связана с тем, что данные мутагены вызывают главным образом локальные изменения ви-русной нуклеиновой кислоты, сводящиеся к замене отдельных оснований. При воздействии хими-ческих мутагенов все мутанты полностью стабильны. Причиной мутаций являются выпадения иливставки оснований. При получении вакцинных вирусных штаммов путем воздействия на вирусмутагенами целесообразно использовать мутагены, вызывающие более глубокие изменения гене-тического кода - типа выпадений или вставок, поскольку такие мутанты обладают стабильностьюнаследственных свойств.

Последствия мутаций. Мутации в вирусном геноме могут фенотипически проявляться ввиде изменения размера бляшек (участок лизированных клеток) под агаровым гелем, увеличенияили ослабления нейровирулентности для определенного вида животных, повышении чувствитель-ности вируса к действию химиотерапевтического агента и т.д. Морфологические или структурныемутации могут касаться размера вириона, первичной структуры вирусных белков, изменения ге-нов, детерминирующих ранние и поздние вирусоспецифические ферменты, обеспечивающие ре-продукцию вируса. Летальная мутация приводит к нарушению синтеза или функциональной ак-тивностижизненноважноговирусоспецифическогобелка,например,вируснойполимеразы.

Отбор мутантов. Для отбора определяют физико-химические и биологические свойствамутантов, связь между изменениями определенного признака и вирулентности. В результате се-лекции получается вирусная популяция, целиком состоящая из генетически однородных мутант-ныхвирионов.

Используютсяследующиеметодыселекции:

• выделениеклоновизодиночныхпустулна ХАОкуриногоэмбриона;

• выделениеклоновизбляшекнакультуреклеток;

• предельныеразведения;

• пассаживизмененныхусловияхкультивирования.

Для генетического анализа пригодны лишь те признаки, которые легко выявляются, доста-точностабильны и контролируются единичноймутацией.