«Ламповых щеток» (Callan, 1941- из:Жимулев, 2007).
Геномы вирусов могут содержать от 4 генов (фаг Qβ) до 250 (вирус оспы). Геномы могут быть цельными (состоять из одной молекулы нуклеиновой кислоты), либо сегментированными и состоять из нескольких молекул. Рассмотрим геномы некоторых вирусов.
Геном фагов (фаги-вирусы бактерий) обладает малым размером. Так, например, геном фага λ содержит около 60 генов. Молекула ДНК фага λ имеет одноцепочные «липкие» концы, состоящие из 12 нуклеотидов, которые комплементарны друг другу и, после проникновения в клетку бактерий, сшиваются ДНК-лигазой, образуя кольцевую ДНК. Общая длина ДНК составляет 49000 н.п. Гены фага λ делятся на две группы: существенные для образования колоний и несущественные; состоят из 25 цистронов: 7 цистронов отвечают за формирование головки, 7 - за формирование хвос - тового отростка, 2 - обеспечивают лизис клетки и высвобождение фага, 2 -обеспечивают репликацию ДНК, 3 - являются регуляторными генами (рис.56). Малые размеры генома фагов используются как модели для изучения сложных геномов.
Рис.54. Хромосомы типа ламповых щеток: схема строения ( Из: Иванов,2006).
Геном фага φХ174 состоит из 9 генов и содержит 5500 нуклеотидов. Это первая последовательность нуклеотидов, которая была расшифрована Ф.Санжером в 1977 году. Это достижение ознаменовало начало новой эры в молекулярной биологии. Важным в этой работе было обнаружение в геноме фага перекрывающихся генов (гены, которые могут быть частью двух разных генов или некоторая последовательность ДНК может быть составной частью двух разных генов) и «генов внутри генов» (рис.57). В результате сравнения количества аминокислот в белках, кодируемых этой ДНК и количества нуклеотидов в этом геноме было установлено, что ген В рас - положен внутри гена А, ген Е – внутри гена Д. Подобная картина перекры - вания генов было зафиксировано для фага λ и опухолевого вируса SV40 и объясняла существование несоответствия между небольшим размером гено-
ма и
количеством белков, которые синтезируется
генами этого генома.
Рис.55. Структура генома вирусов (Из: Коничев,2004).
Рис.56. Бактериофаг λ (М.Сингер, П.Бере, 1998-из:Коничев, 2003):
А – строение бактериофага; Б – формы генома: 1 – линей -
ная, 2 - кольцевая, 3 – интегрированная; В – структура геном
Рис.57. Генетическая карта фага φХ 174:
буквами обозначены гены : ген В расположен внутри гена А, а ген Е – внутри гена D (Из: Коничев, 2003).
Геном вируса иммунодефицита человека ВИЧ-1. Вирусная частица (вирион) имеет сферическую форму, ее диаметр равен 100 нм (рис.58,А).
Рис.58. Вирус иммунодефицита человека: А-структура вируса: GР-
гликопротеины, Р-белки сердцевины вируса; ●-обратная транс-
криптаза; Б-структура РНК-генома ретровируса В и Г -
продукты обратной транскрипции РНК вируса : линейные (В)
и концевые (Г) повторы (Из: Коничев,2004).
Геном вируса составляет молекула РНК, которая находится в сердцевине вириона, окруженной двойным слоем липидов, пронизанных гликопротеинами, содержащими две субъединицы: gp41, пронизывающая мембрану и gp120, находящаяся снаружи. Сердцевина вируса образована белками p17 и p24, в ней кроме РHK находится молекулы обратной транскриптазы, которая превращает РНК вируса в линейную молекулу двуцепочной молекулы ДНК в процессе обратной транскрипции в клетках Т-лимфоцитов тела хозяина. Образовавшаяся молекула ДНК вируса ВИЧ-1 проникает в ядро Т-лимфоцит;, на концах линейной молекулы ДНК находятся особые последовательности И3, R и U5 (рис.58, В). Эти последовательности или длинные концевые повторы (ДКП) взаимодействуют друг с другом, образуя кольцевую ДНК с одним или двумя ДКП. Затем происходит встраивание вирусной ДНК в любое место клеточной ДНК хозяина, при участии белка вируса интегразы. Геном вируса ВИЧ-1 (рис.58 ,Б) содержит 9 генов, которые синтезируют 14 белковых продуктов ( табл.5). Ген gag кодирует внутренние белки вириона, ген pol - обрабатывают транскриптазу и интегразу, ген env - компоненты вирусной оболочки. Остальные гены кодируют вспомогательные и регуляторные белки.