Введение

Семейство вирусов

Baculoviridae – это семейство вирусов. Артроподы, среди которых наиболее изучены чешуекрылые (Lepidoptera), перепончатокрылые (Hymenoptera) и двукрылые (Diptera), служат естественными хозяевами. В настоящее время к этому семейству относят 85 видов, распределенных по четырем родам. Баккуловирусы известны как инфекторы насекомых, описано более 600 видов хозяев. Наиболее распространенными хозяевами являются личиночные формы чешуекрылых (мотыльки и бабочки), но эти вирусы также были обнаружены у пилильщиков и комаров. Хотя баккуловирусы способны проникать в клетки млекопитающих в культуре, они не способны к репликации в клетках млекопитающих или других позвоночных животных. Начиная с 1940-х годов, они широко использовались и изучались в качестве биопестицидов в сельском хозяйстве. Баккуловирусы содержат кольцевую двуцепочечную ДНК (dsDNA) геном размером от 80 до 180 кбп.

Историческое влияние

Самые ранние сведения о бакуловирусах можно найти в литературе, начиная с XVI века, в отчетах о "увядающей болезни", поражающей личинок шелкопряда. Начиная с 1940-х годов, вирусы широко использовались и изучались как биопестициды в сельском хозяйстве. С 1990-х годов их применяют для производства сложных эукариотических белков в культурах клеток насекомых (см. Sf21, клетки High Five). Эти рекомбинантные белки используются в исследованиях и в качестве вакцин в медицинской практике как для людей, так и для животных (например, наиболее широко используемая вакцина для профилактики птичьего гриппа H5N1 у кур была произведена с использованием бакуловирусного вектора экспрессии). В последнее время было установлено, что бакуловирусы способны трансдуцировать клетки млекопитающих при наличии подходящего промотора.

Передаваемость

Вирус не может заражать людей так, как он заражает насекомых, поскольку в желудке человека кислая среда, а для репликации NPV необходима щелочная пищеварительная система. Кристаллы вируса могут проникать в клетки человека, но не способны размножаться до уровня, вызывающего заболевание.

Структура вириона

Наиболее изученным бакуловирусом является мультикапсидный нуклеополиэдровирус Autographa californica (AcMNPV). Вирус был первоначально выделен из гусеницы люцерны (лепидоптера) и содержит геном размером 134 кбп с 154 открытыми рамками считывания. Основной капсидный белок VP39 вместе с некоторыми минорными белками формирует нуклеокапсид (21 нм x 260 нм), который заключает в себе ДНК вместе с белком p6.9. Вирус, выходящий почкованием (BV), приобретает свою оболочку из клеточной мембраны и для распространения системной инфекции требует гликопротеина gp64. Этот белок формирует структуры, называемые пепломерами, на одном конце вирусной частицы, формирующейся почкованием, но не обнаруживается в телах включений (ODV), хотя несколько других белков ассоциированы исключительно с формой ODV. Также существуют различия в липидном составе вирусной оболочки двух форм. В то время как оболочка BV состоит из фосфатидилсерина, ODV содержит фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин. В геноме AcMNPV был идентифицирован элемент, необходимый для сборки нуклеокапсида (NAE). NAE представляет собой внутренний цис-элемент в гене ac83. Сборка нуклеокапсидов не зависит от белкового продукта гена ac83.

Главный гликопротеин оболочки gp64

В течение периодов эволюции гликопротеины оболочки бакуловирусов претерпели изменения. Ld130, также известный как F-белок бакуловируса из *Lymantria dispar* (LdMNPV), предположительно является предковым белком слияния оболочки, который был замещен неортологичной заменой гена на gp64 в AcMNPV, *Bombyx mori* (BmNPV) и *Orgyia pseudotsugata* (OpMNPV), при этом ген *ld130* сохраняется у них. Gp64 – гомотримерный мембранный гликопротеин, полярно расположенный на палочковидном вирионе. Он состоит из 512 аминокислот (aa) с четырьмя участками гликозилирования на остатках аспарагина и содержит N-концевую сигнальную последовательность (20 aa), домен олигомеризации и слияния, а также гидрофобный трансмембранный домен вблизи C-конца (7 aa). Он продуцируется как на ранних, так и на поздних стадиях цикла инфекции, при этом максимальная скорость синтеза наблюдается через 24–26 часов после заражения. Тримеризация посредством межмолекулярных дисульфидных связей представляется критическим этапом для транспорта белка к поверхности клетки, поскольку только 33% синтезированного белка достигает поверхности клетки, в то время как мономерный gp64 подвергается деградации внутри клеток. Gp64 необходим для эффективного почкования вириона и передачи вируса от клетки к клетке в течение цикла инфекции, а также для проникновения вируса внутрь клетки, то есть определяет вирусный тропизм и эндосомно-опосредованное поглощение клеткой. Основная функция оболочечного белка gp64 заключается в индуцировании слияния оболочки с эндосомой под действием pH. Несмотря на разнообразие важных функций gp64, сообщалось, что бакуловирусы с делецией гена *gp64* могут быть скомпенсированы другими вирусными гликопротеинами, такими как Ld130 или G-белок вируса везикулярного стоматита, что приводит к образованию функциональных вирионов.

Приложения

Экспрессия бакуловируса в клетках насекомых представляет собой надежный метод производства рекомбинантных гликопротеинов или мембранных белков. В начале 1990-х годов компания Monsanto разработала систему, позволяющую легко и быстро генерировать рекомбинантные бакуловирусы. Белки, произведенные бакуловирусом, используются с 2007 года в качестве вакцин против инфекции вирусом папилломы человека, успешно защищая от рака шейки матки. В настоящее время белки, полученные с помощью бакуловируса, изучаются в качестве терапевтических противораковых вакцин, обладающих рядом иммунологических преимуществ по сравнению с белками, полученными из источников млекопитающих. Lymantria dispar (обычно известная как шелкопряд, или губчатый мотылек), серьезный вредитель лесных деревьев, успешно контролируется путем выпуска препаратов бакуловируса шелкопряда (NPV). Определенные виды пиломаши (Neodiprion sertifer, N. lecontei, N. pratti pratti и др.) также успешно контролировались обработками NPV, специфичными для этих видов. Представители рода Heliothis – космополитичные насекомые, поражающие не менее 30 сельскохозяйственных культур, дающих продукты питания и волокно, – контролировались применением бакуловируса Heliothis. В 1975 году Агентство по охране окружающей среды США зарегистрировало препараты B. heliothis. Препараты NPV также коммерчески используются для борьбы с такими вредителями, как Trichoplusia (под торговой маркой biotrol VTN) и хлопковым листоедом (под торговой маркой biotrol VSE).

Биобезопасность

Бакюловирусы не способны к репликации в клетках млекопитающих и растений. Они обладают узким кругом хозяев, как правило, ограниченным небольшим числом близкородственных видов насекомых. Поскольку бакуловирусы безвредны для человека, они считаются безопасным инструментом для исследовательских целей. Они также применяются в качестве биологических агентов, например, для борьбы с индийской зерновой молью – вредителем запасов зерна. Однако, с точки зрения биобезопасности, необходимо учитывать, что бакуловирусы могут быть вредными или даже смертельными для популяций насекомых, как описано выше. Поэтому их использование целесообразно проводить в контролируемых условиях, предотвращающих распространение в окружающую среду.

Таксономия

Название этого семейства произошло от латинского слова baculus, означающего «палка». Семейство разделено на четыре рода: Альфабакуловирус (нуклеополиэдровирусы, специфичные для чешуекрылых), Бетабакуловирус (грануловирусы, специфичные для чешуекрылых), Гаммабакуловирус (нуклеополиэдровирусы, специфичные для перепончатокрылых) и Дельтабакуловирус (нуклеополиэдровирусы, специфичные для двукрылых).

Ядерный полигедрозный вирус

Ядерный полигедрозный вирус (NPV) ранее классифицировался Международным комитетом по таксономии вирусов как подрод Eubaculovirinae, однако в настоящее время этот термин относится к 35 видам семейства Baculoviridae, преимущественно альфабакуловирусам, а также к одному дельтабакуловирусу и двум гаммабакуловирусам. Полиэдрическая капсида, давшая вирусу его название, представляет собой исключительно стабильный белковый кристалл, защищающий вирус во внешней среде. Она растворяется в щелочной среде кишечника бабочек и мотыльков, высвобождая вирусную частицу и заражая личинку. Одним из насекомых, подверженных заражению, является осенний листовой червь.

Эволюция

Считается, что бакуловирусы произошли от семейства вирусов Nudiviridae.

Общие источники

Вирусы Дж. Огродника. Ричард Престон (1998). Событие «Кобра».