Бакуловирус

Бакуловирус

Вирусы, поражающие беспозвоночных, условно можно разделить на три группы: первая включает вирусы растений, для которых промежуточными хозяевами являются насекомые; вторая — это арбовирусы — вирусы человека и животных, для которых членистоногие также являются промежуточными хозяевами; третья группа вирусов — это собственно вирусы насекомых или энтомопатогенные вирусы.

Как уже отмечалось, целый ряд фитопатогенных вирусов включает в цепь своей циркуляции насекомых-переносчиков. В основном это разнообразные виды тлей и цикадовых. При этом, фитовирусы, в зависимости от вируса и особенностей биологии насекомого, могут бессимптомно персистировать в его организме или вызывать патологический процесс. Взаимоотношения вируса растений с насекомым могут достигать такого уровня, что вирус растения перестает нуждаться в растении для своего размножения и передачи и может полностью воспроизводиться в организме насекомого, передаваясь вертикально. Такой уровень взаимоотношений установлен для вируса карликовости риса, вируса деформации листьев клевера.

Вирусы растений могут различными путями интерферировать в теле своих насекомых-переносчиков. Так, заражение цикадок одним из штаммов вируса желтухи астр препятствует заражению другим штаммом этого вируса (двусторонняя интерференция), а инфицирование цикадки вирусом карликовости злаков защищает насекомое от повторного инфицирования этим же штаммом вируса (односторонняя интерференция).

Бабочка так же может быть переносчиком вируса
Фото: Frank Douwes

Другой аспект взаимоотношений вирусов растений со своими хозяевами-насекомыми заключается в способности фитовирусов помогать насекомому менять круг растений, подходящих для питания. Смена может привести к внезапному появлению «новых» насекомых на тех культурах, которые ранее не подвергались нападению таких вредителей. Открытие «полезного» влияния вируса на своего хозяина-переносчика было сделано при изучении взаимоотношений цикадок с вирусом желтухи астр.

Арбовирусы приобретаются членистоногими в процессе питания (кровососания) на хозяевах, содержащих возбудитель во внутренних средах организма. Эти вирусы могут реплицироваться в организме беспозвоночных и передаваться в ряду поколений трансспермально, трансовариально и в процессе метаморфоза. В цепи циркуляции арбовирусов участвуют иксодовые, аргасовые, гамазовые и краснотелковые клещи, комары, мокрецы, москиты, мухи-кровососки, клопы, блохи. Особенности взаимоотношений этих вирусов с организмом хозяев будут рассмотрены в разделе о природной очаговости вирусных инфекций.

В цепь циркуляции вирусов, возбудителей природно-очаговых заболеваний животных и человека могут вовлекаться хищные насекомые. Так, трупоядные жуки и мясные мухи при питании на умерших от бешенства животных могут приобретать вирус бешенства. В свою очередь, лисы, поедая таких жуков, инфицируются вирусом и способны передавать его далее.

Вирусы насекомых распространяются в биосфере как естественным, так и искусственным путем при участии человека. Основная роль в распространении вирусов отводится миграциям самих хозяев-насекомых. Немаловажная роль принадлежит и насекомым-переносчикам энтомопатогенных вирусов (вирусофорам). Например, рабочие пчелы, матки и трутни являются хозяевами для клещей Acaripis. Клещи, питаясь на инфицированных пчелах, становятся вирусофорными. Пчелы могут залетать в чужие ульи и таким образом распространять инфицированных клешей между семьями пчел и пасеками. Таким путем распространяются вирусы Нодамура, Арканзас, вирусы хронического и острого паралича пчел. Энтомопатогенные полиэдрические вирусы могут распространяться хищными насекомыми и мясными мухами, которые питаются гусеницами, погибшими от инфекции. Искусственное распространение вирусов насекомых человеком происходит при организации мер контроля за численностью популяций насекомых-вредителей.

Вирусы насекомых распространяются двумя путями: горизонтальным (насекомое приобретает вирус, питаясь загрязненными субстратами) и вертикальным путем (от родителей потомству).

По спектру хозяев энтомопатогенные вирусы могут быть узкоспецифичными или иметь широкий круг хозяев. Наиболее широкораспространенным и наиболее вирулентным среди вирусов насекомых является вирус Нодамура (Nodaviridae), обладающий тропностью к мышечным и нервным клеткам. Попадая в организм насекомого, вирус может длительное время бессимптомно персистировать, а затем вызывать острую инфекцию, приводящую к летальному исходу.

Одной из отличительных черт вирусных инфекций насекомых является образование при репродукции вирусов внутриклеточных включений — полиэдров и гранул, называемых тельцами включений. Ряд широкораспространенных вирусных заболеваний насекомых получил свое название от места локализации и формы телец включения. К таким заболеваниям относятся ядерный полиэдроз и гранулез, вызываемые бакуловирусами, цитоплазматический полиэдроз, вызываемый реовирусами, и денсонуклеоз, вызываемый энтомопарвовирусами. Эти вирусы имеют большое экономическое значение, так как наносят вред полезным насекомым — пчелам, тутовому и сибирскому шелкопряду. Другой аспект экономического значения вирусов насекомых заключается в том, что они используются для борьбы с вредными насекомыми.

Взаимоотношения вирусов насекомых с хозяином не всегда носят характер паразитизма. Описаны случаи симбиотических взаимоотношений. В качестве примеров двух крайних проявлений взаимодействия вирусов насекомых со своими хозяевами рассмотрим два семейства вирусов.

Полиднавирусы (Polidnaviridae)

Семейство включает своеобразную группу вирусов, поражающих насекомых-паразитов.

Вирионы — цилиндрические или эллипсоидные нуклеокапсиды вариабельных размеров. Геном — сегментированная кольцевая суперскрученная днДНК, интегрирует в хромосомы яйцеклеток и клеток спермы и передается согласно законам менделевского расщепления. В настоящее время установлено, что все особи наездников инфицированы полиднавирусами и являются их бессимптомными вирусоносителями. Вирусы реплицируются в эпителиальных клетках яйцеводов насекомого и обнаруживаются в секретах калекса в большом количестве. В процессе паразитоидного развития насекомого после впрыскивания наездником яиц в тело хозяина (личинка другого насекомого) вирус проникает в его ткани, где реплицируется. Инфицирование полиднавирусами клеток хозяина наездника приводит к физиологическим изменениям в организме последнего. Эти изменения включают ингибирование роста личинок и ингибирование фенолоксидазной активности, которая выполняет у насекомых функцию, связанную с иммунологическим надзором. Результатом ингибирования фенолоксидазной активности является угнетение иммунитета хозяина в ответ на внедрение в его тело яиц паразита. Установлено, что в отсутствие полиднавирусов яйца наездника быстро разрушаются под воздействием иммунного ответа личинки.

Другими словами, жизненный цикл полиднавирусов может быть представлен двумя основными этапами. Один из них, включающий вирусную трансмиссию и репликацию, опосредуется хромосомной ДНК хозяина, в которой вирус находится в состоянии провируса. Второй — колонизация хозяина паразита, в организме которого вирусный геном транскрибируется и транслируется, но не реплицируется — опосредуется замкнутой некапсулированной молекулой вирионной ДНК.

Наличие уникального симбиотического взаимодействия полиднавирусов с организмом собственного хозяина и индуцирование иммуносупресии в организме хозяина паразита определяют возможность паразитирования наездников на личинках других насекомых.

Выделено два рода полиднавирусов:

1. Ichnovirus — вирусы, выделенные из организма наездников с яйцекладом (Ichneumonidae, развиваются в личинках ночной бабочки). Вирионы — оболочечные нуклеокапсиды консервативной эллипсоидной формы размером 85×330 нм. Оболочка приобретается в процессе броска через ядерную мембрану. При почковании через плазматическую мембрану могут приобретать вторую оболочку. Геном представлен 20-40 молекулами кольцевых ДНК вариабельных размеров, в сумме составляющих более 300 т.п.н. Геном упакован в один вирион.

2. Bracovirus — вирусы, выделенные из организма мелких наездников с коротким яйцекладом или без яйцеклада (Braconidae, развиваются в теле или личинке мелких насекомых, например, тлей). Вирионы — нуклеокапсиды диаметром 40 нм и вариабельной длины 30-150 нм, которая определяется размером фрагмента ДНК. Имеют единичную или групповую оболочку, приобретаемую во время лизиса клеток. Геном, так же как и у ихновирусов, представлен 20-40 молекулами кольцевой суперскрученной днДНК различного размера. Однако эти молекулы упакованы в разные вирионы — явление, которое называется мультипартитностью.

Бакуловирусы (Baculoviridae)

Семейство бакуловирусов (от греческого bacculum — прут, палочка) включает структурно и генетически сложные вирусы, изолированные из личинок многих разновидностей насекомых. Бакуловирусы эволюционно и серологически не связаны ни с одним вирусом позвоночных.

Вирионы — оболочечные палочковидные нуклеокапсиды размером 40-60×200-400 нм. Липопротеиновая оболочка может быть ядерного или цито плазматического происхождения и содержит только один гликопротеин вирусного происхождения (gp64). Нуклеокапсид представляет собой суперскрученную ДНК, ассоциированную как минимум с четырьмя белками. Наиболее тесно ДНК связана с низкомолекулярным щелочным белком pб.9, который определяет ее уплотнение. Основной капсидный белок p39 образует вокруг ДНК белковый цилиндр, другие белки распределены в капсиде диффузно. При инфицировании бакуловирусами, как и в случае энтомопоксвирусов и вирусов цитоплазматического полиэдроза насекомых (Reoviridae), в клетке образуется большое количество так называемых телец включения. Тельца включения представляют собой один вирион или пакет вирионов, окутанных толстой прозрачной матрицей, состоящей из белка гранулина или полиэдрина, в зависимости от вируса. Гранулин и полиэдрин сходны по своему строению, их аминокислотные последовательности гомологичны на 60%.

Геном вируса представлен кольцевой суперскрученной днДНК размером 100-180 т.п.н., кодирующей более 100 белковых продуктов. Отличительной особенностью генома бакуловирусов является наличие в ДНК ряда взаимозаменяющих элементов — ретротранспозонов и множества неавтономных взаимозаменяющих элементов, что свидетельствует о наличии обмена генетической информацией между хозяйским и вирусным геномами. ДНК содержит энхансеры — усилители раннего выражения ряда генов, обеспечивающие суперпродукцию гранулина или полиэдрина. В семействе выделено два рода вирусов, которые различаются морфологией телец включения, местом репликации вируса, хозяином, экологией.

1. Nucleopolyhedrovirus (NPVs) — вирусы ядерного полиэдроза

В клетке вирус образует большие многогранные тельца включений (1×15 мм), представляющие собой, как правило, пакет нуклеокапсидов, покрытых упорядоченным слоем белка полиэдрина, ассоциированного с минорными белками, определяющими инфекционность вируса. Такие структуры получили название полиэдры.

NPVs инфекционны для Lepidoptera, Diptera, Hymenoptera, Trichoptera и ряда видов ракообразных, в частности креветок. На разных этапах жизненного цикла вирусов ядерного полиэдроза происходит последовательная смена двух структурно различных вирусных фенотипов. На ранних стадиях инфекции формируется почкующийся непокрытый полиэдрином вирион. Он ответственен за системное распространение вируса в пределах организма насекомого. Полиэдры образуются на поздних стадиях инфекции и играют основную роль в распространении вируса в окружающей среде. Полиэдры попадают в организм насекомого при его питании. Под воздействием щелочных секретов пищеварительного тракта они распадаются. Первично вирус реплицируется в эпителиальных клетках кишечника. Образующееся потомство инфицирует клетки соединительной ткани, затем клетки крови и, в конечном счете, клетки жирового тела насекомого.

Вирус реплицируется в ядре клетки, которое увеличивается практически до размеров клетки и становится нашпигованным полиэдрами. Полиэдры освобождаются из клетки путем лизиса последней. Заболевание приводит насекомое к фатальному исходу в течение 4-20 дней. Личинки, как и взрослые насекомые, поражаются вирусом при питании на загрязненных растениях. После инфицирования личинки некоторое время еще продолжают кормиться, однако в конце инфекционного цикла становятся вялыми. Их эпидерма становится хрупкой. Личинки умирают в перевернутом положении.

2. Granulovirus (GVs) — вирусы гранулеза

Вирионы GVs, как правило, в единичном виде, упакованы в маленькие (0,15×0,5 мм) эллипсоидные тельца включений, образованные белком гранулином. Первичные стадии репликации вирусов происходят в ядре, однако ядро рано распадается и дальнейшая репродукция вируса происходит в смешанных ядерно-цитоплазматических компартментах клетки. Вирусы гранулеза, аналогично NPVs, формируют две морфологические формы вируса. Инфекционный цикл вирусов гранулеза более длителен, чем у вирусов ядерного полиэдроза — личинки после инфицирования остаются живыми более 50 дней. GVs патогенны только для членов семейства Lepidoptera.

Бакуловирусы играют главную роль в регуляции численности насекомых в окружающей среде, определяя его циклический характер. Эпидемия бакуловирусной инфекции приводит популяцию насекомых к гибели. После разложения насекомых вирус механически распространяется ветром, птицами, насекомыми по обширным территориям, что приводит к возникновению новых эпидемий. Бакуловирусы имеют важное экономическое значение:

— Поскольку химические инсектициды с широким спектром действия часто уничтожают полезных насекомых, бакуловирусы используются как альтернативное средство борьбы с насекомыми-вредителями. Так, GVs успешно применяют для борьбы с вредителями яблонь, груш, капусты. В тропических странах для борьбы с жуком-носорогом широкое применение нашел Oryctes-бакуловирус. Жуки-носороги — наиболее широко распространенные вредители, наносящие огромный экономический ущерб кокосовому производству. Для того чтобы передать вирус неинфицированной популяции, проводят сбор взрослых жуков, заражают их через рот (жуки охотно поглощают сладкую инфекционную жидкость) и выпускают на природу. Инфицированные жуки приводят к гибели всю популяцию в течение трех недель.
— Бакуловирусы сами являются важным фактором, наносящим ущерб сельскому хозяйству. NPVs может наносить большой вред шелковичному производству, инфицируя и вызывая смерть личинок тутового и сибирского шелкопряда. NPVs являются также главной проблемой промышленного производства креветок, которые быстро погибают после инфицирования.
— На основе генома бакуловирусов созданы высокоэффективные векторные экспрессирующие системы. Как уже отмечалось, ДНК бакуловирусов имеет энхансеры, обеспечивающие суперпродукцию гранулина или полиэдрина. Встраивание чужеродных генов под контроль промотора полиэдрина или гранулина позволяет получать их суперэкспрессию в культуре клеток насекомых. Так, выраженный в бакуловирусной системе экспрессии поверхностный белок ВИЧ был первым белком, использовавшимся для создания вакцины против СПИДа.



Источник: biofile.ru


Добавить комментарий