Адсорбция, проникновение и депротеинизация аналогичны таковым у РНК-содержащих вирусов, но у папова- и аденовирусов депротеинизация протекает в ядре, а у РНК-вирусов — в цитоплазме.

Ранняя фаза. Вирусная ДНК («ранние гены») транскрибируется в ядре клетки. На одной из нитей ДНК реализуется транскрипция вирусной «ранней» мРНК. Механизмы транскрипции вирусной ДНК аналогичны считыванию информации с клеточной ДНК. Специфическая мРНК транслируется, начинается синтез ферментов, необходимых для образования дочерних копий ДНК. Синтез клеточной ДНК может временно усиливаться, но затем обязательно подавляется регуляторными белками вируса.

Поздняя фаза. В течение поздней фазы дочерняя вирусная ДНК продолжает активно транскрибироваться клеточными РНК-полимеразами, в результате чего появляются продукты поздних вирусоспецифических синтезов. «Поздняя» мРНК мигрирует в цитоплазму и транслируется на рибосомах. В результате синтезируются капсидные белки дочерней популяции, которые транспортируются в ядро и собираются вокруг молекул дочерней ДНК новых вирусных частиц. Выход полных дочерних популяций сопровождается гибелью клетки.

Герпесвирусы

Основные отличия репродуктивного цикла герпесвирусов от остальных ДНК-вирусов связаны с более сложной структурой генома. Адсорбция вирусов на клетках осуществляется через специфические рецепторы. После взаимодействия с рецепторами вирусная оболочка сливается с клеточной мембраной, а нуклеокапсид высвобождается в цитоплазму. Раздевание (депротеинизация) вирусного генома происходит на ядерной мембране, и вирусная ДНК оказывается в ядре клетки-хозяина. Репродукция включает раннюю и позднюю стадии, однако они разграничиваются нечётко.

Ранняя стадия. В ранней стадии синтезируются «ранние белки», кодируемые проксимальной третью молекулы ДНК. Они проявляют регуляторные свойства, включая активацию транскрипции других участков вирусного генома, кодирующих ДНК-полимеразу и ДНК-связывающие белки.

Поздняя стадия. В позднюю стадию вирусная ДНК-полимераза индуцирует репликацию материнской ДНК. В результате образуются молекулы ДНК дочерней популяции. Часть дочерней ДНК считывают клеточные полимеразы, что вызывает транскрипцию концевых генов, кодирующих структурные протеины (белки оболочки и гликопротеины шипов).

Сборка дочерних популяций осуществляется в ядре, где капсидные белки окружают молекулы ДНК, формируя нуклеокапсиды. Финальная стадия морфогенеза герпесвирусов — формирование суперкапсида на внутренней поверхности ядерной мембраны. Зрелые дочерние популяции отпочковываются от модифицированной ядерной мембраны, транспортируются через цитоплазму и выделяются наружу.

Поксвирусы

Поксвирусы обладают наиболее сложным репродуктивным циклом, при этом синтезируется более 100 различных белков, входящих в состав вирионов (большинство образует наружную оболочку). Репродукция поксвирусов характеризуется следующими особенностями.

• Транскрипция ДНК начинается до полной депротеинизации вируса, так как она полностью осуществляется вирусными полимеразами.

• Репликация происходит только в цитоплазме и полностью независима от клеточных полимераз, так как, в отличие от прочих вирусов, поксвирусы имеют собственную ДНК-зависимую РНК-полимеразу, которая обеспечивает считывание более половины вирусного генома в течение начальной и ранней стадий.

В репродуктивном цикле выделяют три стадии — начальную, раннюю и позднюю.

Начальная стадия запускается сразу же после раздевания вируса и выхода вирусной ДНК в цитоплазму.

Ранняя стадия. На этом этапе транскрибируется примерно половина вирусной ДНК. Синтезируются ферменты, кодируемые «ранними генами» и участвующие в репликации вирусной ДНК. Параллельно в небольшом количестве образуются структурные белки.

Поздняя стадия совпадает с началом репликации ДНК (что переключает механизмы транскрипции на считывание второй половины генома). Регуляторные белки блокируют трансляцию «ранней мРНК» и запускают синтез поздних (структурных) белков. Сборка вирионов осуществляется только в цитоплазме посредством реакций мембранного синтеза. Высвобождение зрелых популяций сопровождается лизисом клетки.

Вирус гепатита В

Вирус гепатита В не способен размножаться in vitro. Некоторые этапы его репродукции остаются плохо изученными. Геном представлен двухцепочечной молекулой ДНК, но плюс-нить несколько короче, каждая нить имеет на концах одинаковые двойные сегменты, обеспечивающие интеграцию в геном клетки. Вирионы содержат полимеразу, способную транскрибировать ДНК в РНК.

После раздевания вирусные ДНК и полимераза мигрируют в ядро, где под действием последней осуществляется дополнение плюс - цепи ДНК (в качестве матрицы используется минус-цепь). Полная двухцепочечная ДНК транскрибируется с образованием небольших молекул мРНК и полной молекулы +РНК (эта прегеномная РНК служит матрицей для репликации генома). Синтез различных вирусных ферментов и белков реализуется на небольших молекулах мРНК. Репликация генома осуществляется через ряд последовательных процессов.

• Прегеномная +РНК взаимодействует с вирусной полимеразой. Фермент действует как обратная транскриптаза и синтезирует –ДНК, используя +РНК как матрицу (позднее она разрушается).

• Затем –ДНК используется как матрица для транскрипции +ДНК, но этот процесс носит незавершённый характер и заканчивается образованием двойной молекулы с неполной плюс-цепью.

Сборка вирионов заканчивается формированием оболочки, включающей специфический поверхностный Аг (HB_sAg).

Интеграция. Одновременно с реализацией сложного репродуктивного цикла вирусная ДНК может интегрироваться в геном клетки путём расщепления на множество фрагментов, встраивающихся в различные участки клеточной ДНК. После встраивания доступным для считывания остаётся лишь фрагмент, кодирующий HB_sAg, что даёт ему возможность реплицироваться даже при отсутствии возможности для полной репродукции вируса.

Генетика вирусов и взаимодействие вирусных геномов

Патогенные для человека вирусы обладают двумя основными свойствами — наследственностью и изменчивостью, изучение которых составляет предмет особой научной дисциплины — генетики вирусов.

Характеристика вирусных популяций

Популяционную структуру вирусов и характер протекающих в них процессов определяют следующие факторы.

Высокая численность популяции, что увеличивает вероятность мутаций, которые могут быть подхвачены естественным отбором при изменении условий существования вирусов.

Быстрая смена поколений позволяет изучать изменчивость вирусов не только в эксперименте, но и наблюдать их естественную эволюцию в природе.

Гаплоидность и бесполый способ размножения определяют: генетическую чистоту популяции (отсутствие гибридов); невозможность сохранения запасов изменчивости за счёт диплоидности; немедленное попадание мутантов под контроль отбора.

Малая ёмкость генома и отсутствие повторяющихся генов. Для реализации инфекционного цикла необходима функциональная целостность всех генов. Незначительное изменение одного из них может вызвать летальный или условно летальный эффект для вируса.

Непрерывность в динамике эпидемического процесса, так как обязательное условие сохранения в природе — передача новым чувствительным хозяевам.

Вирусные популяции хорошо адаптированы к внешним условиям и не претерпевают существенных изменений в течение продолжительного времени. При изменении условий для выживания популяции становится необходимой перестройка наследственной структуры, обеспечивающая адаптацию к новой среде. Подобная перестройка возможна лишь при наличии в общем генофонде популяции изменённых генов. Генофонд вирусных популяций создаётся и пополняется из четырёх основных источников (табл. 5 – 1).

Ы ВЁРСТКА Таблица 5–1

Таблица 5 – 1. Факторы пополнения генофонда вирусных популяций

Факторы	Тип популяции	Результат
Внутренние
Мутации	Все вирусы	Гены с новыми функциями
Рекомбинации	РНК-вирусы с сегментированным геномом и ДНК-вирусы с двухцепочечным геномом	Перераспределение генетического материала; образование дочерних популяций, сочетающих свойства родительских форм
Внешние
Включение в геном генетического материала клетки-хозяина	ДНК- и РНК- содержащие онкогенные вирусы	Обогащение генофонда популяции за счёт появления геномов, содержащих новый материал
Фенотипическое смешивание (см. ниже)	Все вирусы	Обогащение генофонда за счёт поступления генов из других вирусных популяций

Мутации

Нуклеиновые кислоты вирусов подвержены мутациям, то есть внезапным наследуемым изменениям. Сущность этих процессов заключается в нарушениях генетического кода в виде изменений нуклеотидных последовательностей, их выпадений (делеций), вставок либо перестановок нуклеотидов или пар в одно- и двухнитевых молекулах нуклеиновых кислот. Указанные нарушения могут ограничиваться отдельными нуклеотидами или же распространяться на более значительные участки. У вирусов выделяют спонтанные и индуцированные мутации. Их биологическое значение может быть связано с приобретением или потерей патогенных свойств, а также с приобретением свойств, лишающих их чувствительности к действию защитных механизмов организма-хозяина. Мутации, полностью нарушающие синтез или функцию жизненно важных белков, приводят к утрате способности к репродукции и иначе известны как летальные мутации. В их основе лежат изменения, приводящие к возникновению бессмысленных кодонов (с нарушением синтеза белковой цепочки) либо к появлению вставок или делеций (с глубокими нарушениями генетического кода). Мутации с потерей способности синтезировать определённый белок или с нарушением его функций, что в определённых условиях может привести к утрате способности к репродукции называют условно летальными.

Спонтанные мутации возникают под действием различных естественных мутагенов и встречаются с частотой 1:10^–8 вирусных частиц. Чаще их можно наблюдать у ретровирусов, что связано с более высокой частотой сбоев в обратной транскрипции.

Индуцированные мутации вызывают различные химические агенты и УФ-облучение (у ДНК-содержащих вирусов). Принципиальной разницы в перестройке генома, вызванной спонтанными или индуцированными мутациями, нет. Принято считать, что применяемые мутагены лишь увеличивают частоту спонтанных мутаций. При классификации вирусных мутаций используют два разных подхода: их разделяют по характеру изменений генотипа или по изменениям фенотипа, наступающим в результате мутаций. Изучение изменений генотипа вирусов проводят редко, так как для этого необходимо детальное изучение их геномов. Чаще проводят изучение фенотипических проявлений мутаций как более доступных для исследований.

Проявление мутаций в фенотипе. По фенотипическим проявлениям мутации вирусов можно разделить на четыре группы.

• Мутации, не имеющие фенотипического проявления, не изменяют свойств вирусов и их выявляют лишь при специальном анализе.

• Мутации, имеющие фенотипическое проявление (например, изменение размеров бляшек, образуемых вирусами в культуре клеток или термостабильность вирусов). Мутации, повышающие или снижающие патогенность, можно разделить на точковые (локализующиеся в индивидуальных генах) и генные (затрагивающие более обширные участки генома).