§ 3. Изменчивость вирусов.

Под изменчивостью понимают способность вирусов изменять свои признаки и свойства под влиянием факторов окружающей среды. Изменчивость может быть ненаследственной – модификация и наследственной – мутация.

Модификации вирусов. Модификациями называются фенотипические преобразования, не обусловленные изменениями первичной структуры генома. Модификации возникают под действием факторов окружающей среды, в том числе под влиянием ферментов клетки, в которой происходит размножение вирусов. Модификации не передаются по наследству и исчезают при устранении влияния модифицирующего фактора.

Модификации у вирусов проявляются изменениями химического состава суперкапсида или капсида. Это связано с включением в их состав либо углеводов и липидов тех клеток хозяина, в которых происходила репродукция вирусов, либо белков близкородственных совместно реплицирующихся вирусов. Последний вариант модификационной изменчивости получил название фенотипического смешивания и фенотипического маскирования, что является результатом негенетического взаимодействия между вирусами.

Ф енотипическое смешивание наблюдается при одновременном инфицировании клетки как близкородственными вирусами (например, вирусы гриппа А и В), так и неродственными (рабдо- и онковирусы) (рис. 1). В результате фенотипического смешивания геном одного вируса заключается в капсид, частично состоящий из белков другого вируса.

При раздельном размножении фенотипически смешанных вирусов специфическое строение капсидов восстанавливается.

Фенопипическое маскирование. Возникает при совместном размножении неродственных или близкородственных вирусов, в результате чего геном одного вируса заключается в капсид, полностью состоящий из белков другого вируса (рис. 2). При раздельном культивировании возникших модификантов фенотипическое маскирование устраняется, поскольку оно генетически не закреплено.

Мутации вирусов. Мутациями называются наследуемые изменения первичной структуры генома. Мутации возникают под влиянием физических, химических и биологических мутагенов и не исчезают после устранения их действия. К физическим мутагенам относится, например, лучистая энергия, к химическим – различные органические азот- и хлорсодержащие соединения, к биологическим – нарушения функционирования вирусных ферментов – транскриптаз. Мутации, возникшие под действием физических и химических факторов, являются индуцированными; возникшие в результате сбоя в работе транскриптаз – спонтанными. По фенотипическим проявлениям мутации подразделяются на: 1) нейтральные мутации (не влияют заметным образом на жизнедеятельность вирусов); 2) условно-летальные мутации (вызывают гибель вирусов при определенных условиях); и 3) летальные мутации (вызывают гибель вирусов вследствие полной утраты способности репродуцироваться).

Мутации могут быть прямыми – меняющими фенотип и обратными – восстанавливающими исходный фенотип.

По количеству мутировавшего генетического материала мутации у вирусов подразделяются на генные и геномные. Если генные и геномные мутации происходят в пределах одного вирусного генома, их следует называть внутригеномными мутациями. Если эти мутации происходят между геномами двух вирусов или геномами вируса и клетки-хозяина, их называют генетическими рекомбинациями.

Генные мутации. Генными мутациями называются мутации, происходящие в пределах одного гена. По количеству мутировавшего материала генные мутации бывают точечными, триплетными и политриплетными.

Точечные мутации – это изменения в пределах одного нуклеотида (делеция, инсерция, дупликация, транслокация), что сопровождается смещением рамки считывания генетического кода. Это ведет к изменению аминокислотной последовательности кодируемого геном белка.

Рисунок 3. Принцип реализации точечных генных мутаций.

А) Исходная последовательность нуклеотидов вирусного гена:

- А – Т – Г – Ц – А – А – Т – Г – Т -

генетический код

направление рамки считывания генетического кода

Б) Точечная мутация, вызванная делецией первого нуклеотида:

- Т – Г – Ц – А – А – Т – Г – Ц -

генетический код

направление рамки считывания генетического кода

Точечные мутации лежат в основе одной из форм генетической изменчивости вирусов, получившей название антигенный дрейф. Антигенный дрейф ведет к незначительным изменениям первичной структуры вирускодируемого белка, что на уровне макроорганизма сопровождается снижением авидности антител к данному белку-антигену.

Триплетные и политриплетные генные мутации приводят к более значительным изменениям в пределах одного и более кодонов, что также сопровождается смещением рамки считывания генетического кода. Данные разновидности генных мутаций возникают вследствие делеций (deletion - стирание), транслокаций (translocation - перемещение), инверсий (inversion - обращение), дупликаций (duplication - дублирование) и инсерций (insertion - вставка) 2 и более нуклеотидов в пределах одного гена. Триплетные и политриплетные генные мутации более значительно изменяют свойства кодируемого геном белка, чем точечные мутации. Триплетные и политриплетные изменения также лежат в основе антигенного дрейфа.

Геномные мутации могут быть представлены делециями, транслокациями, инверсиями или дупликациями одного или нескольких генов в пределах одного вирусного генома. Наиболее значимыми геномными мутациями являются делеции, сопровождающиеся полной утратой части генома. Вследствие этого вирус может, например, утратить способность образовывать капсид или вирусоспецифическую транскриптазу.