13.2. Способы увеличения кодирующей емкости вирусного генома

Вирусам приходится паковать свой генетический материал в ограниченный объем. Поэтому физический размер геномных нуклеиновых кислот должен быть небольшим. С другой стороны, вирусам необходимо кодировать в геноме свои собственные белки, без которых их репродукция оказывается невозможной. Таким образом, вирусам необходимо решить проблему кодирования максимального количества белков в молекуле нуклеиновой кислоты минимального размера. Иначе говоря, вирусам необходимо максимально увеличить кодирующую емкость генома.

У многих вирусов молекулярная масса синтезирующихся белков превосходит теоретически рассчитанную для нуклеиновой кислоты данного размера. Этот феномен объясняется наличием в геномах вирусов особенностей, позволяющих хранить максимум генетический информации при минимальном размере генетического материала. Способами увеличения генетической информации являются перекрывание генов; сдвиг рамки считывания при трансляции; альтернативный сплайсинг мРНК; использование полицистронных мРНК; использование в мРНК нескольких инициирующих кодонов; синтез полипротеинов, которые затем разрезаются на несколько функциональных белков специфическими протеазами

75. Какие процессы обусловливают переменчивость вирусов? Модификации

Модификациями называют не наследуемые фенотипические изменения у вирусов, обусловленные клеткой-хозяином. Например, у почкующихся через плазмалемму вирусов в состав оболочки входят липиды, гликолипиды и гликопротеины хозяина и гликопротеины вируса. Например, у вируса ньюкаслской болезни птиц, выращенного в куриных эмбрионах, в состав гликолипидов оболочки входят антигены группы крови, однако после одного пассажа через куриный эмбрион они утрачиваются.

Мутации

В основе изменчивости вирусов лежат мутации, то есть изменение состава и последовательности нуклеотидов вирусного генома. Мутации происходят у всех вирусов, независимо от того, представлен ли их геном РНК или ДНК. Дальнейшая судьба вирусов с мутировавшим геномом зависит от естественного отбора.

Мутации могут иметь различные последствия. В одних случаях они приводят к изменению вирулентности вируса, либо его чувствительности к антивирусным агентам, либо к изменению его устойчивости в окружающей среде, либо другие особенности.

В некоторых случаях мутации являются летальными, так как вследствие мутации нарушается синтез или функция абсолютно необходимого для репликации вирусного белка, например репликазы. В других случаях мутации могут быть условно летальными, так как вирусный белок сохраняет свою функцию в одних условиях, но теряет в других. Типичным примером таких мутаций являются температурно-чувствительные мутации (temperature sensitive, ts), когда вирус теряет способность крепликации при повышенных температурах (39–42° С), но сохраняет эту способность при обычных температурах выращивания (36–37° С).

По своему механизму мутации могут также быть различными. В одних случаях может происходить делеция, то есть выпадение одного или нескольких нуклеотидов. В других случаях может происходить инсерция, то есть вставка одного или нескольких нуклеотидов. Также может происходить замена одного нуклеотида на другой.

Мутации могут быть прямыми и обратными. Прямые мутации изменяют фенотип, а обратные – реверсии – его восстанавливают. Возможны истинные реверсии, когда обратная мутация происходит в том же месте генома, где произошла прямая мутация, и псевдореверсия, если мутация происходит в другом участке мутировавшего гена (интрагенная супрессия) либо в другом гене (экстрагенная супрессия). При прямой реверсии ранее мутировавший белок полностью восстанавливают свою структуру. При псевдореверсии мутировавший белок восстанавливает свою функцию либо с помощью другого мутировавшего белка, либо с помощью мутации в другом месте того же белка, после которой блок, например, может восстановить свою правильную форму. Реверсия не является редким событием. По этой причине при получении мутантов с заданными свойствами, например штаммов вирусов с ослабленной болезнетворностью для получения вакцин, приходится считаться с возможностью их реверсии к дикому типу.

81. Какими методами изучают структуры вирусных частей? Размеры большинства вирионов находятся за пределами разрешающей способности светового микроскопа. Тем не менее, световая микроскопия является полезным методом для исследования зараженных вирусом клеток или для определения флуоресцентных красителей, связанных с молекулами антител, связавшихся с вирусными антигенами.

Особенно полезной в вирусологии может оказаться конфокальная микроскопия.

Большинство исследований структуры вирионов или зараженных вирусом клеток были проведены с использованием электронного микроскопа. Использование различных методов электронной микроскопии позволяет изучать как внутреннюю структуру вирионов, так и их трехмерное строение. Для получения трехмерных изображений используют в частности криоэлектронную микроскопию в сочетании с компьютерной томографией.

Тонкие детали трехмерного строения вирусов, вирусных нуклеиновых кислот и белков также изучают с помощью рентгеноструктурной кристаллографии. Для этого метода получают кристаллы вирионов или молекул, которые необходимо изучить. Далее кристаллы помещаются в рентгеновские лучи, которые претерпевают дифракцию благодаря повторяющемуся построению томов и/или молекул. Анализ характера дифракции позволяет установить относительные позиции молекул и атомов.

Полезную информацию относительно структуры вирусов дают также такие методы, как ядерный магнитный резонанс и атомная силовая микроскопия, электрофорез в геле агарозы или полиакриламида.

76. Какие генетические и негенетические взаимодействия наблюдаются между вирусами? Как в естественных, так и в экспериментальных условиях одна клетка может быть заражена не одним, а несколькими вирусами. При такой смешанной инфекции могут иметь место различные формы взаимодействия как между вирусными геномами, так и между продуктами генов вирусов. При взаимодействии геномов могут наблюдаться такие формы генетических взаимодействий, как множественная реактивация, рекомбинация, пересортировка генов, кросс-реактивация, гетерозиготность. При взаимодействии продуктов генов могут иметь место негенетические взаимодействия: комплементация, интерференция, фенотипическое смешивание и некоторые другие.