Молекулярная биология вируса Эбола. Учебное пособие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТПЕТРАВЕЛИКОГО

Институт биомедицинских систем и биотехнологий

Высшая школа биомедицинских систем и технологий

А. В. Васин Я. А. Забродская

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ ВИРУСА ЭБОЛА

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2024

Ministry of science and higher education of the Russian Federation

PETERTHEGREAT

ST.PETERSBURGPOLYTECHNICUNIVERSITY

Institute of Biomedical Systems and Biotechnology

Graduate School of Biomedical Systems and Technologies

A. V. Vasin Ya. A. Zabrodskaya

MOLECULAR BIOLOGY OF THE EBOLA VIRUS

Training manual

Saint Petersburg

2024

Г л а в а 1

ВИРУС ГЕМОРРАГИЧЕСКОЙ ЛИХОРАДКИ ЭБОЛА (ГЛЭ)

Вирус Эбола является этиологическим агентом геморрагической лихорадки Эбола (ГЛЭ). Вирус был открыт в 1976 году и с тех порвызывалвАфрикеспорадическиевспышкизаболеваниясвысочайшей смертностью, что позволило отнести его к потенциальным агентам биотерроризма (группа А патогенов) [77, 21].

ВирусЭбола(Zaireebolavirus),вызвавшиймасштабнуювспышку заболеваемости в Западной Африке, относится к наиболее патогеннымпредставителямродаEbolavirus[29].Посвоимморфологическим свойствам вирус Эбола близок к вирусу Марбург, однако отличается от него в антигенном отношении. Оба этих наиболее известных представителя родов Ebolavirus и Marburgvirus относятся к семейству Filoviridae отряда Mononegavirales. Классификация вирусов семейства Filoviridae представлена на рис. 1.

Вирусы рода Ebolavirus делятся на пять видов: Taı¨ Forest ebola- virus, Reston ebolavirus, Sudan ebolavirus, Zaire ebolavirus и Bundibugyo ebolavirus. Высокопатогенными для человека являются четыре вида, для вирусов Рестон характерно бессимптомное течение заболевания [21].

Особый интерес представляет происхождение вирусов, вызывающих ГЛЭ. Оказалось, что вирусы семейства Filoviridae относятся к ограниченной филогенетической группе неретровирусных РНК-содержащих палеовирусов, идентифицированных в геноме животных [21, 29]. Нельзя не отметить высокое структурное сходство рецепторного белка GP вируса Эбола c белками Env эндогенных ретровирусов и плацентарными синцитинами человека [3, 57, 71]. GP вируса Эбола также имеет высокое сходство с хорошо изученным гемагглютинином (НА) вируса гриппа, что существенно облегчает понимание его третичной структуры и дизайн ингибиторов [78]. Структурное сходство GP с ретровирусными белками играет принципиальную роль в общности ведущих факторов па-

тогенности [3, 21, 29, 48, 57, 62, 71, 78].

7

Рис. 1. Классификация вирусов рода Ebolavirus [21, 29].

Красным цветом отмечен вирус, вызвавший вспышку ГЛЭ

встранах Западной Африки в 2014 [77]

Кэтому следует добавить идентификацию экзотического промежуточного хозяина – плотоядных летучих мышей семейства Pteropodidae [48]. Следует иметь в виду, что круг промежуточных хозяев шире и может еще расширяться в дальнейшем [2, 3, 10, 23, 29, 48, 57].

1.1. Строение вируса Эбола

Вирионы вируса Эбола имеют очень своеобразную структуру. Популяция вирионов представлена так называемыми «филаментарными вирусными частицами» длиной 1000 и более нм и диаметром80нм[46].Однакотакаяморфологиянеявляетсяуникальной и характерна, например, для вирусов гриппа [49]. На рис. 2 пред-

8

а)

б)

Рис. 2. Электронные микрофотографии вируса Эбола и вируса гриппа А:

а– филаментарный вирион вируса Эбола; б – филаментарный (слева)

исферический (справа) вирионы вируса гриппа А

ставлено изображение филаментарного вириона вируса Эбола в сравнении с филаментарными формами вирионов вируса гриппа А [49]. Форма вириона определяет путь инфицирования и, вероятно, контагиозность вирусов. В частности, вирусы такой формы проникают в клетки посредством макропиноцитоза [43, 50]. Это открытие позволяет проводить поиск новых подходов к конструированию лекарственных препаратов, направленных на блокаду вирусов на уровне эндоцитоза [50, 54]).

9

1.2. Геном и протеом вируса Эбола

Вирус Эбола относится к вирусам, геном которых образован однонитевой РНК отрицательной полярности, что делает его репродукциюзависимойотсобственногополимеразногокомплекса. Геном вируса Эбола размером около 19 т. н. кодирует девять белков [45, 71] и имеет следующую структуру по последовательности генов: 3′-лидер – NP – VP35 – VP40 – GP – VP30 – VP24 – L –

трэйлер-5′. Лидерная и трейлерная последовательности не транскрибируются, однако содержат сигналы контроля транскрипции, репликации и упаковки геномной РНК в вирусные частицы.

Гены NP, VP35, VP40, VP30, VP24 и L кодируют по одному белку,втовремякакген GP кодируетчетыребелка.Первичнымпродуктом гена GP является секретируемый неструктурный растворимый гликопротеин sGP, трансляция которого происходит на матрице нередактированной мРНК. Поверхностный гликопротеин GP и малый растворимый гликопротеин ssGP образуются в результате котранскрипционного редактирования мРНК. Сайт редактированиявгеномнойвируснойРНКвключаетсемьуридиновых оснований, при транскрипции которых за счет «проскальзывания» полимеразного комплекса происходит добавление нуклеотидных оснований (А) в синтезируемые мРНК. В результате редактирования в мРНК образуются +1 и +2 сдвиги рамки считывания, приводящие к образованию GP и ssGP соответственно. Все три белка имеют идентичную N-концевую первичную последовательность и отличаются друг от друга С-концевыми участками, кодируемыми последовательностями мРНК, следующими после сайта транскрипционного редактирования [45]. Таким образом,sGPиssGPпоаминокислотнойпоследовательностипредставляют собой субверсии GP. Далее в результате протеолитического расщепления первичного белкового продукта GP (GP0) образуется антипараллельный гетеродимер, состоящий из двух субъединиц – GP1 и GP2. Протеолизу подвергается и первичный продукт sGP, что приводит к образованию гомодимеров зрелого sGP и мономеров -пептида, ssGP также образует гомодимер.

10