ГЛАВА 3. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИРУСОВ

Прежде чем излагать данные об эволюции разных групп вирусов, целесообразно сопоставить существующую классифи­кацию с некоторыми соображениями о возможных источниках происхождения и об основных направлениях эволюции виру­сов.

A. Прионы

Б. Вироиды

B. РНК-содержащие вирусы

1. PHK однонитевая

1.1. Без оболочек

1.1.1. Монопар-титные

1.1.1.1. Изометрические

Picornavirldae₁ Caliciviridae, Nudaurelia β, Leviviridae, MCDV, Tymovirus, Luteovirus, Tombusvirus, Sobemovi­rus, Necrovirus (1—10)

1.1.1.2. Палочковидные

Closterovirus, Carlavirus, Potzvirus, Potexvirus, Teba- moυirus (11-15)

1.1.2. Бипартитные

1.1.2.1. Изометричные

Dianthovirus, Comovirus, Nepovirus, PEMV, Nodaviri- dae, VTM (21)

1.2.2.2. Палочковидные

Tobravirus (22)

1.1.3. Мультипартитные

1.1.3.1. Изометрические

Cucumovirus, Bromovirus, Harvirus (23—25)

1.1.3.2. Палочковидные

Hordeivirus (26)

1.1.3.3. Смешанные

ALMV (27)

1.2. C оболочками

1.2.1. Без синтеза ДНК

1.2.1.1. Геном позитивный

Togaviridae, Flaviviridae, Coronaviridae, TSWV (28—31)

1.2.1.2. Геном негативный

1.2.1.2.1, Геном непрерывный Paramyxoviridae, Rhabdoviridae (32—33) '

1.2.1.2.2. Геном фрагментарный

. Orthomuxoviridae, Bremuaviridae, Arenaviridae (34—36)

1.2.2. Синтез ДНК Retroviridae (37)

:2. PHK двунитевая

2.1. Без оболочек

2.1.1. PHK непрерывная

Totiviridae (38)

2.1.2. PHK бисегментная

Partitiviridae, Birnaviridae (31—40)

2.1.3. PHK трисегментная

Трисегментные миковирусы (41)

2.1.4. PHK мультисегментная Reoviridae (42)

2.2. C оболочками

Cystoviridae (43)

Г. Плазмиды

Д. ДНК-содержащие вирусы /

1. ДНК однонитевая

1.1.

1.1.1, Изометрические

Mycroviridae Parvoviridae (44~45)

1.1.2. Пулевидные

Фаги микоплазм(46)

1.2. C оболочками

Plasmaviridae (47)

-2. ДНК двунитевая

2.1. Без оболочек

2.1.1. Монопартитные

Papovaviridae, Adenoviridae, Iridovirldae, Myoviridae, Sty- Ioviridae, Podoviridae, Tectoviridae (48—54)

1.2.1. Мультипартитные Polydnaviridae (55)

2.2. C оболочками

Plasmavlridae, Hepadnaviridae₁ Baculoviridae, Herpesviridae (56—59)

2.3. Со сложным строением

Poxvirldae (60)

Мы привели перечень семейств, родов и групп вирусов из последнего издания классификации и номенклатуры вирусов [Matthews R., 1982], сгруппировав их несколько по-иному (по степени возрастания сложности) и дополнив позже предло­женными таксономическими группами. Нетрудно видеть, что международная классификация вирусов, будучи вполне удоб­ной для практических целей, далеко не отражает возможных направлений* эволюции вирусов и разные ее разделы построе­ны на различных принципах. После типа PHK (однонитевая, двунитевая) следующим по значению критерием является на­личие внешних оболочек, затем моно- или мультипартитность для необолочечных вирусов (все они имеют позитивный геном) и стратегия генома для оболочечных вирусов. Нам представ­ляется важным построить классификацию по несколько иным принципам, взяв в качестве основного критерия последнее, а именно стратегию вирусного генома. Однако, прежде чем клас­сифицировать по этому признаку, сформулированному глав-, ным образом для вирусов животных [Baltimore D., 1974], нам хотелось бы обратить внимание на круг хозяев, поражаемых разными группами РНК-содержащих вирусов.

Среди хозяев вирусов с двунитевой PHK находятся бакте­рии, грибы, растения, беспозвоночные и позвоночные живот­ные, среди хозяев вирусов с однонитевой ДНК — одна весьма специализированная группа бактериальных вирусов, а затем многочисленные вирусы растений и животных (преимущест­венно высших позвоночных), а также сравнительно поздно по­явившихся беспозвоночных (преимущественно насекомых).

Особенностью РНК-содержащих вирусов, за исключением ретровирусов, является наличие РНК-зависимой РНК-поли- меразы. Этот фермент отсутствует у животных, но имеется у растений. По-видимому, растения явились источником проис­хождения многих РНК-содержащих вирусов, так как РНК-за- висимые синтезы PHK имеют место в растительных клетках. В пользу этого предположения косвенно свидетельствует так­же сложное строение некоторых репликаз у вирусов растений. Так, репликаза РНК-оодержащего вируса желтой мозаики турнепса состоит из двух субъединиц, из которых одна (моле­кулярная масса 150 000) кодируется вирусным геномом, а дру­гая (молекулярная масса 45 000) —геномом клеток растения-

хозяина вируса. У растений имеется РНК-зависимая РНК-по- .лимераза, однако некоторые вирусы растений, используя этот «хозяйский» компонент, обладают собственной полимеразой ■как дополнительным и единственным ферментом. В случае ви­руса желтой мозаики турнепса, относящегося к тимовирусам, «хозяйский» компонент (молекулярная масса 45 000) и вирус­ный компонент (молекулярная масса 115 000) необходимы для функционирования довольно простого генома этого вируса.

Впрочем, другими источниками происхождения РНК-содер- жащих вирусов могли стать и грибы (у которых, по-видимому, существуют системы РНК-зависимого синтеза РНК), а также бактерии, простейшие, вирусы которых, будучи специализиро­ванными формами, содержат в составе репликазы также ви­русный и «хозяйский» 'компоненты. К вопросу о происхожде­нии и дальнейшей эволюции РНК-содержащих вирусов мы ■еще вернемся при рассмотрении отдельных их групп, здесь же уместно обратить внимание на разные пути совершенствова­ния их геномов.

Наиболее простыми вирусами являются группы раститель­ных вирусов с небольшим позитивным геномом, у которых от­сутствуют специальные структуры на 5'- и З'-концах моле­кулы РНК. Обозначим их условно первой группой с подразде­лением на изометрические и палочковидные.

1. Простые вирусы:

а) изометрические — Nudaurelia β, Maize chlorotic dwart virus group (MCDV)₁ Luteovirus, Dianthovirus, Levivi- ridae∖

б) палочковидные—Closterovirus, Carlavirus.

К сожалению, мы мало знаем о репликации этих вирусов, и возможно, определение «простые» является ошибочным. По­этому лучше эти группы вирусов обозначить как малоизу­ченные. Зато мы знаем, в каких направлениях шло совершен­ствование их генома. Геном любого, даже самого примитивно­го вируса имеет не менее 3—4 генов, если, конечно, этот вирус недефектен, как дельтанвирус— «спутник» вируса гепатита В. На нем закодированы белки капсида и полимераза, которые не должны быть синтезированы в одинаковом числе копий. Поэтому должен существовать какой-то механизм регуляции этого синтеза.

На примере более изученных левивирусов (фаги Qβ, Λ4S2) ■было показано, что эта задача решается двумя путями: рас­положением генов на молекуле PHK и регуляцией их с по­мощью синтезированных вирусных белков. Именно поэтому у столь примитивных вирусов (Leviviridae)синтез их 4 белков — белка капсида, белка созревания (белок Л), литического бел­ка и полимеразы —строго регулирован, поскольку на один зрелый вирион требуется 180 копий капсидного белка, одна

копия белка А, вероятно, единичные молекулы литического белка и полимеразы. Последняя, как и у тимовируса (вируса желтой мозаики турнепса), имеет субъединичное строение, од­ним компонентом которого является вирусный белок, а дру­гим— «хозяйский» белок. После того как полимераза синте­зирована, она блокирует работу генов, синтезирующих уни­кальные белки, и этим обеспечивается многократное функцио­нирование гена капсидного белка. Возможно, по этому же пути происходит регулирование геномов рассматриваемых двух групп простейших вирусов.

В дальнейшем геном РНК-содержащих вирусов совершен­ствовался в нескольких направлениях.

1. Формирование структур, характерных для мРНК эука­риотов: кэп-структур на 5'-концах и поли (А)-последователь­ностей на З'-концах, которые у вирусов растений чаще заме­нены структурами, сходными с тРНК и даже обладающими аминоацилакцептирующей активностью,— Tymovirus(икоса- эдрический), Tobamovirus(палочкообразный), Potexvirus(ни­теобразный с кэп-структурой, но без тРНК), Necrovirus(ико- саэдрический квазикэп-образная структура).

2.

а) Tombusvirus — икосаэдр,ический, к ним примыкают рас­смотренные выше группы Tymovirus, Potexvirus, Toba- movirus, имеющие кэп-структуры;

б) Togaviridae, Flaviviridae, Coronaviridae — все они явля­ются оболочечными вирусами с кубическим типом сим­метрии нуклеокапоидов.

3. Разделение генома на сегменты, размещенные в одном и том же вирионе. Tomato spotted wiltvirus (TSWV) —оболо­чечный вирус со спиральным типом симметрии внутреннего риб онук леопр отеид а.

4. Разделение генома на сегменты и размещение их в раз­ных частицах (мультипартитность):

а) простые бипартитные вирусы — Nodeviridae, Velvet to­bacco mosaic virus group (VTMV)—икосаэдрические, Ilarvirus — палочковидные;

б) вирусы со структурами кэп-тРНК — Cucumovirus, Bro­movirus, Hordeivirus(кэп-тРНК-структуры), Tobravirus, Altalfa mosaicvirus group (ALMV)(только кэп) —па­лочковидные.

5. Вирусы со структурой VPg-pA∙.

а) геном считывается в виде одного полилротеида, кото­рый затем нарезается клеточными и вирусными протеа­зами,— Picornaviridae(икосаэдрические), Potyvirus (нитевидные);

Стратегия 2.

Таблица 3. Возможность ошибок в геномах PHK- и ДНК-содержащих вирусов

при описании отдельных групп вирусов мы вынуждены делать отступления как от международной классификации, так и от строгого подразделения стратегий реализации генетической информации.

Вопрос о мультисегментности и мультипартитности вирусов явился предметом специального рассмотрения [Reanney D., 1984]. C одной стороны, мультисегментность и мультипартит- ность обеспечивают сбалансированный синтез отдельных бел­ков. Однако при летальных мутациях в первом случае доста­точно повредить один ген, чтобы 'весь вирион перестал быть инфекционным. Во втором случае летальная мутация затра­гивает только пораженный ген и не сказывается на всей ,попу­ляции. C другой стороны, мультипартитные вирусы обеспечи­вают инфекцию лишь при достаточно массовых дозах зара­жающего вируса. C этими соображениями приходится считать­ся при оценке вероятности инфекции у животных и растений (табл. 2).

Пути эволюции будут рассмотрены в разделах, посвящен­ных разным группам-вирусов. Здесь же отметим, что стратегия геномов, впервые сформулированная Reanney и Baltimore (1974), нашла дальнейшее развитие в работах В. И. Атола (1978), А. Д. Альтштейна и Н. В. Каверина (1980). А. Д. Альт- штейн и Н. В. Каверин (1980) выделяют 6 стратегий реализа­ции генетической информации.

1. (±) ДНК-*-РНК-*-белок (вирусы с двунитевой ДНК).

2. ( + ) ДНК->-(±) ДНК->-РНК->белок (вирусы с однонитевой ДНК).

3. ( + ) PHK→√lHK→-( + ) РНК-’-белок (ретровирусы).

4. ( + ) PHK→-(—) PHK-*(+) РНК-*-белок (пикорнавирусы).

5. (—) PHK→-(+) РНК-^белок (вирусы с негативным геномом).

6. (±) PHK→-( + ) РНК-*белок (реовирусы).

Рассматривая происхождение вирусов, авторы считают их про- исходящими из первичных генетических систем репликации — трансляции. Иными словами, вирусные генетические системы существовали с момента возникновения первой биологической генетической системы, которая ио простоте и поведению соот­ветствовала вирусным системам. Авторы считают, что появле­ние принципиально новой вирусной системы — чрезвычайно редкое событие и большинство известных в настоящее время вирусов являются результатом эволюции генетических систем, появившихся первично или обособившихся от клеточного ге­нома. Необходимо также отметить, что частота ошибок считы­вания PHK в 100 000—10 000 000 выше частоты считывания ДНК [ReanneyD., 1984] (табл. 3).

Все эти данные будут учтены при рассмотрении эволюции разных групп вирусов.