Генетика вирусов
Геном вирусов содержит единственный тип нуклеиновой кислоты - либо ДНК, либо РНК. В свою очередь, нуклеиновая кислота вируса может находиться в одно- или двунитчатой форме.
В зависимости от типа его нуклеиновой кислоты репликация генома вируса, а также процесс транскрипции происходят различными путями.
ДНК-содержащие вирусы размножаются в ядре клеток. Для транскрипции они используют клеточную полимеразу (вирусы герпеса, аденовирусы).
Если ДНКовый вирус репродуцируется в цитоплазме (как вирус оспы), то транскрипция осуществляется его собственным ферментом.
Наиболее сложным циклом репликации вирусной ДНК обладают гепаднавирусы (типичный представитель - вирус гепатита В). При этом на матрице исходной вирусной ДНК в результате обратной транскрипции образуется кольцевая молекула РНК, с которой, в свою очередь, синтезируется одна («негативная») цепь молекулы ДНК. На ней, в свою очередь, происходит синтез комплементарной «позитивной» цепи вирусной ДНК.
Транскрипция вирусных генов регулируется взаимодействием специфических ДНК-связывающих белков с промоторными и энхансерными элементами вирусного генома. Промоторные элементы являются инициаторами транскрипции (например, нуклеотидная ТАТА-последовательность). Энхансеры усиливают транскрипцию. Эти элементы обладают сходной последовательностью нуклеотидов с соответствующими участками клетки-хозяина, что обеспечивает использование регуляторных факторов самой клетки для репликации вируса.
Более сложные вирусы обладают собственными факторами транскрипции. Первоначально транскрибируются матричные вирусные РНК, кодирующие неструктурные (ранние) вирусные белки. Обычно они представляют собой ферменты, участвующие в синтезе вирусной нуклеиновой кислоты. Активация поздних генов приводит к образованию структурных вирусных компонентов. Вирусные гены могут иметь в составе интронные некодирующие последовательности.
После транскрипции они удаляются из мРНК (посттрансляционный процессинг и сплайсинг мРНК).РНК-содержащие вирусы могут быть плюс-нитевыми и минус-нитевыми. В последнем случае с вирусной РНК не может напрямую осуществляться процесс трансляции.
У однонитчатых плюс-нитевых вирусов (пикорнавирусы, флавивирусы и др.) трансляция прямо осуществляется с исходной РНК.
У однонитчатых минус-нитевых вирусов происходит предварительный синтез смысловой комплементарной копии РНК. Для этой цели такие вирусы (ортомиксови- русы, парамиксовирусы, рабдовирусы и др.) обладают вируспецифическим ферментом - РНК-зависимой РНК-полимеразой (транскриптазой).
Существуют вирусы со смешанной «плюс-минус» последовательностью РНК (например, аренавирусы), у которых плюс-нитевые участки соседствуют с минус- нитевыми. Ранние вирусные белки у этих вирусов обычно транскрибируются с минус- нитевых участков.
При репликации РНК однонитчатых вирусов в клетке образуются промежуточные структуры, состоящие из двух цепочек РНК. Такие образования встречаются только в клетках, зараженных вирусом.
У двунитчатых РНКовых вирусов (к ним относятся вирусы семейства Reoviridae) плюс-нить не транскрибируется, и в жизненном цикле вируса используется минус-цепь РНК, как у остальных минус-нитевых вирусов.
Наиболее сложен цикл у представителей семейства Retroviridae. Они обладают плюс-нитевым вирусным геномом. Тем не менее генетическая информация первоначально переписывается на ДНК, т.е. по РНК вируса образуется комплементарная цепь ДНК. Этот процесс возможен из-за наличия вирусспецифической РНК-зависимой ДНК полимеразы (обратной транскриптазы, ревертазы). Образующаяся ДНК интегрирует с геномом клетки. Транскрипцию встроенной ДНК обеспечивают клеточные РНК-полимеразы.
Как и бактерии, вирусы подвергаются генотипической (мутационной, рекомбинационной) и фенотипической изменчивости.
Вирусные мутации, возникающие в естественных условиях, обычно связаны с неточным действием вирусных полимераз.
Частота мутаций у ДНК-содержащих вирусов ниже, чем у РНК-содержащих.
При генетической рекомбинации вирусов может быть обмен полными генами (межгенная рекомбинация), или участками одного и того же гена (внутригенная рекомбинация).
При заражении клетки одновременно несколькими вирусами возможны различные виды взаимодействия - множественная реактивация, перекрестная реактивация, рекомбинация, пересортировка генов, гетерозиготность. При взаимодействии на уровне продуктов генов (т.е. фенотипических проявлений) возникают негенетические взаимодействия: комплементация, фенотипическое смешивание.
Одним из видов рекомбинации является пересортировка (реассортация) генов. Она наблюдается при генетических перестройках у вирусов, имеющих сегментированный геном. Например, рекомбинантов вируса гриппа получают при совместном культивировании вирусов, обладающих разными генами гемагглютинина и нейраминидазы. В этом случае происходит быстрое изменение свойств образующегося нового вируса и возникает новый тип вируса. Такой вариант получил еще название «генный шифт» (сдвиг), в отличие от «генного дрейфа» - медленного изменения вирусных свойств из-за точечного мутационного процесса.
Множественная реактивация возникает при заражении клетки несколькими вирусами с дефектными геномами. Если эти повреждения генома различны у разных вирусов, то вирус может репродуцироваться. Это связано с тем, что вирусы с поражением разных генов дополняют друг друга за счет рекомбинации геномов. Результатом этого является продукция жизнеспособного вируса.
Перекрестная реактивация (кросс-реактивация) возникает тогда, когда клетку заражают два вируса, один из которых имеет дефектный геном, а у другого генотип не поврежден. При смешанной инфекции двумя подобными вирусами возникает рекомбинация уцелевших участков генома поврежденного вируса с геномом полноценного вируса; в результате этого появляются вирионы со свойствами обоих родителей.
Гетерозиготность - это формирование вирусов, содержащих в своем составе два разных генома или один полный геном и часть второго.
Такой процесс может происходить при совместном культивировании двух штаммов вируса. В свою очередь, у двухцепочечных вирусов (например, у представителей семейства Retroviridae)гетерозиготность представляет собой рядовое явление, такие вирусы могут быть гетерозиготными по большинству маркеров.Комплементация представляет собой вид фенотипического взаимодействия. Она не меняет генотипы вирусов при совместном их культивировании, однако один из вирусов (или оба) предоставляют друг другу недостающие белки или ферменты для размножения и развития. При этом увеличивается количественный выход как одного, так и обоих вирусов при совместном инфицировании чувствительных клеток. Процесс комплементации может активировать изначально нежизнеспособные вирусы. Примером может быть вирус гепатита В, который обеспечивает жизнеспособность дельта-вируса - дефектного РНК-вируса. Дельта-вирус покрывается белком вируса гепатита В - НВ^антигеном. Возникающая новая инфекция приводит к развитию тяжелых «фульминантных» форм вирусного гепатита.
Интерференция вирусов отражает конкуренцию близких или родственных типов вируса за репликативные ферментные системы клетки-хозяина. При этом размножение одного из таких вирусов может подавляться или полностью прекращаться.
Фенотипическое смешивание (или транскапсидация) возникает тогда, когда при совместном культивировании и репликации геном одного из вирусов оказывается заключенным в капсид другого.
5.11.
Еще по теме Генетика вирусов:
- Глава 7. ГЕНЕТИКА ВИРУСОВ
- Особенности генетики микроорганизмов
- Цель и специфика моральных проблем генетики
- Генетика и евгеника
- ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ
- Лекция 4 Бактериофаги. Генетика микроорганизмов.
- Генетика атопии и атопического дерматита
- Тема 7. Моральные проблемы медицинской генетики
- Морально-этические и правовые проблемы генетики
- Лекция 23 Вирусы — возбудители ОРВИ: ортомиксовирусы, парамиксовирусы, коронавирусы, вирус краснухи.
- Лекция 28 ДНК-геномные вирусы. Онкогенные вирусы.
- Общие сведения о вирусе папилломы человека. Классификация папилломавирусной инфекции. Пути передачи вируса.
- ВИРУС ОСПЫ ОБЕЗЬЯН И СХОДНЫЕ ВИРУСЫ
- РЕСПИРАТОРНО-СИНЦИТИАЛЬНЫЙ ВИРУС (РС-ВИРУС)
- Глава 2. ПРИРОДА И ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВИРУСОВ ПРИРОДА ВИРУСОВ
- Гепатотропные вирусы
- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИРУСОВ
- СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА ВИРУСА