ГЛАВА 7. РНК-СОДЕРЖАЩИЕ ИЗОМЕТРИЧЕСКИЕ ВИРУСЫ

В этой главе будут рассмотрены РНК-содержащие вирусы с икосаэдральным строением вирионов, которые представляют сборную группу, имеющую, несомненно, и разное происхож­дение, и разные пути эволюции.

Наиболее мелкими являются вирусы семейства Leviviridae, поражающие разные виды бактерий. Их геном имеет молеку­лярную массу l,2?10⁶, составляя 30% массы вирионов, на нем закодированы 4 белка: капсидный (12000—14000), бе­лок созревания (35000—44000), репликаза и литический белок. Капсидных белков на вирион приходится 180 молекул, белка созревания — одна молекула. Репликаза синтезируется в ходе инфекции. Вирионы являются икосаэдрами с диаметром 23 нм, состоят из 32 капсомеров. Эта группа фагов насчиты­вает около 40 вирусов, имеет узкую специфичность — они по­ражают мужские особи энтеро- и каулобактерий, псевдомо­над.

Вирусы группы Nudaurelia β (6 вирусов) поражают насеко­мых (разные виды чешуекрылых). Молекулярная масса PHK составляет l,8?10⁶, т. е. 10—11% массы вирионов. Ви­рионы содержат один капсидный белок (60 000—70 000)

240 субъединиц (Т-4), имеют диаметр 35 нм. Большинство вирусов этой группы иммунологически родственны.

У насекомого Nudaurelia cytherea Capensisобнаружено 6 разных вирусов. Из них более подробно описан вирус Си,

Имеющий белок с молекулярной массой 65 000 [Hendry D. et al., 1985].

Среди вирусов растений сходны вирусы трех групп. Пер­вую группу составляет вирус хлоротической карликовости маиса (MCDV)и сходный вирус риса тунгро. Геном имеет молекулярную массу 3,2? IO⁶, белки не изучены.

Род Tombusvirusвключает около 11 вирусов, поражаю­щих растения, в том числе вирус кустистой карликовости томатов (TBSV). Они имеют небольшой геном с молекуляр­ной массой около l,5?10⁶, составляющий 17% массы вирио­нов, один капсидный белок (41000). В вирионе содержится 180 молекул капсидного белка, они образуют округлые части­цы диаметром 30 нм. Большинство вирусов этого рода пере­крестно иммуногенны. Репликация их сходна с репликацией калицивирусов: в ходе ее образуется наряду с полным двуни- тевым геномом субгеномная РНК. Вирусы поражают широ­кий круг растений, передаются механически.

В группе томбусвирусов имеется 6 серологически родст­венных вирусов, у большинства обнаружена значительная гомология нуклеиновых кислот, несмотря на то что размеры генома варьируют от 3500 (galinsoga mosaic virus) ⅛o 4700 (tomato bushy stunt virus)нуклеотидов. Однако наиболее близкие по антигенам вирусы, образующие группу, имеют геном размером в 4700 нуклеотидов [Gallitelli D. et al., 1985]. C помощью теста двойной диффузии в агаровом геле были определены индексы серологической дифференциации том­бусвирусов, на основании которой была составлена дендро­грамма серологического родства между 10 томбусвирусами (рис. 7). Эти данные коррелируют с аминокислотными после­довательностями и могут явиться основанием для предполо­жений об эволюции томбусвирусов [Koenig R., GibbsA., 1986].

Уместно рассмотреть еще несколько групп вирусов с по­зитивно-полярным геномом.

Несколько (6) вирусов, поражающих насекомых, также являются бисегментными, образуют семейство Nodaviridae. Их геном состоит из двух сегментов PHK с молекулярной массой l,15?10⁶и 0,5?10⁶. Эти сегменты расположены в од­ной частице диаметром 29 нм. PHK не содержит поли (A)-

Рис. 7. Дендограмма, иллю­стрирующая взаимосвязь 10 томбусвирусов по рецип­рокным тестам.

1 — TBSV-,2 — TBSV-BS3;З — AMCV;4 — PAMV-5 — PLCV-, 6 — MPV-7 — EMCV;8 — CIRV;

9 —TNV; IQ-CybRSV.

последовательностей. Первый сегмент кодирует белок с моле­кулярной массой 105 000 (вероятно, репликазу), второй — бе­лок-предшественник (43 000) капсидного белка. Мажорный белок имеет молекулярную массу 40 000, минорный — 43 000 (или два по 39 000). Кроме того, в зараженных клетках обра­зуются низкомолекулярные пептиды с молекулярной массой 10 000 и 5000. Первый участвует в репликации, а второй вхо­дит в состав вирионов. Вирусы .поражают двукрылых, чешуекрылых, перепончатокрылых, круг хозяев обычно широк.

Род Dianthovirusпредставлен вирусом кольцевой пятни­стой гвоздики и еще двумя вирусами. Геном их бипартитный с сегментами PHK l,5?10^δи 0,5?10^δ, причем в первом на­ходится ген капсидного белка (40 000). Частицы являются полиэдрами диаметром 31—34 нм. Круг хозяев широк, вирусы передаются механически.

Группа pea enatιpn mosaic virusпока включает одного представителя, который является бипартитным вирусом. Его PHKl имеет молекулярную массу l,77?10⁶и кодирует два мажорных белка Р2(88 000) и Р4(369 000), один минорный белок Pl (147000). Гены этих белков расположены в сле­дующем порядке: Р4 — Р2— Pl.РНК2 имеет молекулярную массу 1,2 ? IO⁶и кодирует белок РЗ(45 000). Капсидным белком является VP2 [Gabriel C., De Zolten C., 1984]._f

Группа вирусов бархатной мозаики табака (velvet tobacco mottle virus group)насчитывает 4 представителя, имеет два фрагмента PHK (l,5?10^δи 0,12?10⁶), из которых второй — циркулярный.

диаметром 30 нм. Цикл репродукции сложный, включает ядерные и цитоплазматические синтезы. Вирусы передаются жуками и миридамй (myrids),а также механически.

Вирус мозаики гороха (enation mosaic)выделен в само­стоятельную группу. Его геном также бипартитный с сегмен­тами PHK l,7?10⁶и l,3?10^δ. Имеется два капсидных бел­ка— мажорный (22 000) и минорный (28 000). PHK заклю­чена в полиэдральные частицы диаметром 28 нм. Вирус пере­дается тлями (aphids),в организме которых он персистирует.

Вирус рода Ilarявляется бипартитным. Он имеет 4 PHK с молекулярной массой 1,1 ? 10⁶; 0,9?10⁶; 0,7?10⁶, 4-я PHK — это мРНК (0,3X 10^δ) для синтеза капсидного белка (25 000). Частицы для разных PHK имеют диаметр 26—35 нм. Цикл репродукции довольно сложный. Пятнадцать вирусов пора­жают широкий круг растений и передаются либо механиче­ски, либо семенами.

Трипартитный вирус мозаики люцерны имеет три РНК, которые кодируют белки с молекулярной массой 126 000 (PHKi), 90000 (РНК2), 32000 (РгІК.3); 4-й компонент — это мРНК (РНК4), гомологичная З'-терминальной последо­вательности РНКЗ. Первые два белка обеспечивают синтез вирусных РНК, в то время как третий белок регулирует ба­ланс между плюс- и минус-нитями вирусной PHK- РНК4 кодирует синтез капсидного белка [Sarachu A. et al., 1985].

Вкратце напомним еще о трех группах изометрических РНК-содержащих вирусов, поражающих растения. Одна из них, род Necrovirus,включает в себя вирусы некроза табака и огурцов. PHK (l,3?10^δ, l,6?10^δ) имеет на 5'-конце струк­туру ppApGpUp.Белок капсида один (22 000). Вирионы представляют собой полиэдры диаметром 28 нм, поражают ангиоспермы, передаются грибом Olpidium.Вторая группа — род Tymovirus — представлена вирусом желтой мозаики тур­непса и еще 17 вирусами. PHK (2?10^δ) составляет 35% мас­сы вирионов и имеет на 5'-конце кэп-структуру m7G5'ppp5'Gp и структуру, сходную с тРНК, на З'-конце.

0,82XIO⁶(РНКЗ). Четвертый тип частиц содержит мРНК

(0,35?10^δ) для синтеза белка капсида. В отличие от PHK •предыдущей группы вирусов все 5'-концы PHK имеют кэп- структуру m7G5'ppρ5'Np,а на З'-конце-—тРНК-подобную структуру, акцептирующую тирозин. Фрагменты PHK заклю­чены в икосаэдрические частицы диаметром 29 нм. Каждая из них транслируется в отдельный белок, причем первые три кодируют белки с молекулярной массой 105 000, 120 000 и 34 000 [Афанасьев Б. Н. и др., 1986]. Вирусы передаются ме­ханически, через семена и тлями.

Сопоставленные в этой главе вирусы имеют как общие, так и различающие их на подгруппы черты. Общими чертами являются позитивная полярность РНК, отсутствие 5'-терми- нальных белков, изометрический тип строения вирионов (или части). Далее идут различия.

В первых 5 группах пока не обнаружен механизм разде­ления синтеза продуктов отдельных генов, хотя на примере мелких изометрических фагов показано, что активность каж­дого из 4 генов регулируется в процессе трансляции. Так, синтез полимеразы прекращает активность гена, ее кодирую­щего, в связи с блокировкой исходной точки считывания. Вероятно, по этому типу регулируется деятельность немно­гих генов, которые имеются у остальных трех групп вирусов. Экологически ниши их разнообразны: бактерии, насекомые, растения (передача тлями с персистенцией в них вирусов, а также грибами).

У томбуе- и тимовирусов уже имеется своеобразный меха­низм разделения активности разных генов — синтез субгеном­ной РНК, несмотря на то что этот же участок той же пози­тивной полярности есть на геномной РНК. Синтез субгеном­ных PHK повторится у калицивирусов, геном которых также имеет позитивную полярность, но отличается наличием белка, KoBafleHTHocBHsaHHoroceroS^z-KoHnoM.

Мультипартитные вирусы можно рассматривать как даль- ' нейшее развитие разделения функционирования отдельных генов и поэтому в третью группировку помещены вирусы C разобщенным геномом. Сюда относятся, во-первых, нодавиру- сы, поражающие насекомых, у этих вирусов геном разделен на два фрагмента, хотя оба фрагмента находятся в одном и том же капсиде; большой фрагмент кодирует полимеразу, а малый.— капсидный белок. Три группы вирусов растений с бипартитнымй геномами содержат полный геном в разных частицах; вирус мозаики гороха может сотержать 3-й компо­нент PHK- Группы трипартитных вирусов растений могут образовывать 4-й компонент — мРНК для синтеза капсидного белка. Все или почти все гены механически (пространственно) разобщены.

Таким образом, рассмотренные группы мелких РНК-содер-

жащих вирусов иллюстрируют одно из возможных направле­ний эволюции их генома, обеспечивающее раздельный синтез кодируемых разными генами белков, количественные соотно­шения которых, конечно же, не должны быть эквимолярны­ми. C этих позиций функционирование небольших геномов, содержащих не больше 4—5 генов, легче регулируется, если они разобщены, а это почти идеально происходит в мульти- партитных вирусах. Но мультипартитность имеет и «обратную сторону»: для эффективного заражения необходимо одновре­менное попадание в организм нового хозяина всех компонен­тов мультипартитного вируса. Указанные группы вирусов не представляются связанными между собой, а некоторые из них, например левивирусы, являются узко специализирован­ными группами, поражающими только мужские особи неко­торых видов бактерий. Две группы вирусов поражают насеко­мых. Из остальных 7 групп вирусов, поражающих растения, 4 группы передаются насекомыми, преимущественно тлями. Последнее может свидетельствовать о возможном способе освоения этими вирусами новых экологических ниш.

Имеются, однако, основания предполагать, что разные группы вирусов растений имеют эволюционные связи. В ча­стности, это было показано при сравнительном изучении ами­нокислотного состава бромовирусов (трехпартитные, кэп- тРНК-структуры), кукумовирусов (трехпартитные, кэп-тРНК- структуры), вируса мозаики люцерны (четырехпартитный, кэп-структуры). Дендрограмма, приведенная на рис. 8, по­казывает возможную дивергенцию этих веществ от единого предка ![Dale J. et al,, 1985].

Вероятно, этими соображениями можно и ограничиться, анализируя возможные источники происхождения рассмат­риваемых групп вирусов. Эволюционные связи между раз­ными вирусами, имеющими между собой иммунологическое родство, вполне возможно, выявятся не только при секвени­ровании геномов, но и при сопоставлении возможных путей эволюции вирусов и эволюции их хозяев. Например, при анализе вирусов группы Nudaurelia β явно нужно изучение территориального распространения и филогенеза их хозяев — чешуекрылых. Весьма полезными могут оказаться филогене­тические соотношения между энтеробактериями, родами Cau- Iobacterи Pseudomonas,а также экологические взаимоотно­шения между Escherichiaи Podellvibrioпри анализе изо­метрических РНК-содержащих фагов. Интересно сопоставле­ние серологического родства между вирусами группы желтой карликовости ячменя с историей культивирования злаковых, моркови и турнепса, гороха, сои и клевера и других культурных растений, а также «спектром» паразитизма тлей, поражающих эти растения.

Рис. 8. Дендограмма, иллю­стрирующая классификацию белков бромовирусов, куку- мовирусов и вируса птичьего миелобластоза, аминокис­лотный состав которых по­лучен с помощью компью­тера.

1 — BBM 1; 2 — BBM 2; 3 —

BBM 3; 4 — CCM 1-, 5— CCM 2;

6 —CCM 3; 7 —BM-, 8 —CYB; 9 —AMVS-,10 — AMV-425-, 11,

12 — вирус мозаики огурцов 1 и 2; 13 — PS; 14 — вирус аспермии томатов.'

При рассмотрении мелких изометрических РНК-содержа- щих вирусов мы исходили из того, что они не имеют ни кэп-структур, ни б'-терминальных белков. Дальнейшее изуче­ние их покажет, является ли это положение справедливым для всех рассматриваемых групп вирусов. Однако специаль­ное указание на две важные особенности репликации PHK вирусов, возможно, будет способствовать большему понима­нию излагаемого материала. Конкретно к таким особенностям можно отнести следующие. 1. При РНК-зависимом синтезе PHK отсутствует механизм исправления ошибок репликации (частота «опечаток» может достигать К)^-3 против 10^-f7—IO^-10 для ДНК). 2. Отсутствие ферментативного аппарата для раз­рушения протяженных двунитевых структур РНК. В резуль­тате изменяется стратегия репликации генома, появляются специальные механизмы и структуры, предотвращающие об­разование протяженных дуплексов PHK при репликации (тРНК-подобные концевые структуры, одновременное взаи­модействие сразу с несколькими молекулами репликазы, трансляция растущих плюс-цепей PHK и т. д.).

Гомология между вирусными и клеточными белками отме­чается и у вирусов прокариотов [Koji О., 1985]. Так, р-субъе- диница репликазы фага MS2имеет гомологию с «-субъеди­ницей РНК-полимеразы кишечной палочки, есть гомология между С-концом упомянутой выше вирусной полимеразы, ДНК-примазой (продукт гена dnaG)и «-субъединицей поли­меразы кишечной палочки, имеется гомология между β-ρeπ- ликазой фага MS2,ДНК-полимеразой фага Т7 и N-концом

а-субъединицы бактериальной полимеразы. Эти примеры поз­воляют сделать вывод о том, что эволюция идет блоками (модулями), которые могут использоваться возникающими из клеточных элементов вирусами, иногда весьма различными (РНК-содержащий фаг MS2и ДНК-содержащий фаг Т7), либо же речь может снова идти о молекулярной конверген­ции. Дополнительное изложение этих особенностей реплика­ции в главах, посвященных описанию структуры РНК-содер- жащих вирусов, может быть, позволит в большей мере понять появление фрагментированных геномов, необходимость ком- пактизации генетической информации и др.

Наконец, следует отметить некоторые особенности эко­номного использования генома (ниже приводятся такие ме­ханизмы у ДНК-содержащих вирусов): 1) сдвиг рамки струк­турных генов (MS2, J2РНК, ФХ174 ДНК); 2) разные стоп- сигналы при одинаковом начале транскрипции (Qβ, TYMV, РНК, ФХ174 ДНК); 3) транскрипционные сигналы (JD,РНК, ФХ 174ДНК); 4) разные направления считывания (фаг λ). Более подробные комментарии [Reanney D., 1984] относятся к РНК-содержащим вирусам.