Бакуловирусы
Семейство вирусов

Бакуловирусы
Вирионы и нуклеокапсиды бакуловируса
Классификация вирусов Редактировать эту классификацию
(без рейтинга):Вирус
Сорт:Налдавирицеты
Заказ:Лефавирусы
Семья:Бакуловирусы
Генера

Baculoviridae — это семейство вирусов . Членистоногие , среди которых наиболее изучены Lepidoptera , Hymenoptera и Diptera , служат естественными хозяевами. В настоящее времяв это семейство помещено 85 видов , отнесенных к четырем родам. [1] [2] [3]

Известно, что бакуловирусы заражают насекомых, описано более 600 видов хозяев. Незрелые (личиночные) формы видов чешуекрылых (мотыльки и бабочки) являются наиболее распространенными хозяевами, но эти вирусы также были обнаружены заражающими пилильщиков и комаров . Хотя бакуловирусы способны проникать в клетки млекопитающих в культуре, [4] неизвестно, способны ли они к репликации в клетках млекопитающих или других позвоночных животных.

Начиная с 1940-х годов они широко использовались и изучались в качестве биопестицидов на полях. Бакуловирусы содержат кольцевой , двухцепочечный ДНК (dsDNA) геном размером от 80 до 180 кбн .

Историческое влияние

Самые ранние записи о бакуловирусах можно найти в литературе еще с XVI века в сообщениях о «болезни увядания», поражающей личинки шелкопряда . [5] Начиная с 1940-х годов вирусы широко использовались и изучались в качестве биопестицидов на полях сельскохозяйственных культур. С 1990-х годов они использовались для производства сложных эукариотических белков в культурах клеток насекомых (см. Sf21 , клетки High Five ). Эти рекомбинантные белки использовались в исследованиях и в качестве вакцин как в человеческих, так и в ветеринарных медицинских процедурах (например, наиболее широко используемая вакцина для профилактики птичьего гриппа H5N1 у кур была произведена в векторе экспрессии бакуловируса). Совсем недавно было обнаружено, что бакуловирусы трансдуцируют клетки млекопитающих с подходящим промотором. [6]

Жизненный цикл бакуловируса

Схема жизненного цикла NPV
Мертвая гусеница, зараженная вирусом нематоды

Жизненный цикл бакуловируса включает две различные формы вируса. Окклюзионный вирус (ODV) присутствует в белковой матрице ( полиэдрин или гранулин ) и отвечает за первичное инфицирование хозяина, в то время как почковавшийся вирус (BV) высвобождается из инфицированных клеток хозяина позже во время вторичного инфицирования . [ необходима цитата ]

Бакуловирусы имеют очень видоспецифичные тропизмы среди беспозвоночных , описано более 700 видов хозяев. Незрелые (личиночные) формы видов чешуекрылых являются наиболее распространенными хозяевами, но эти вирусы также были обнаружены заражающими пилильщиков и комаров. Сообщения о бакуловирусных инфекциях креветок и жуков (например, Oryctes rhinocerus ) были обнаружены как нудивирусы, близкородственные линии бакуловирусов. [ необходима цитата ]

Обычно первоначальное заражение происходит, когда восприимчивое насекомое-хозяин питается растениями, которые заражены окклюдированной формой вируса. Белковая матрица растворяется в щелочной среде средней кишки хозяина (желудка), высвобождая ODV, которые затем сливаются с мембранами столбчатых эпителиальных клеток кишечника хозяина и попадают в клетку в эндосомах . Нуклеокапсиды выходят из эндосом и транспортируются в ядро. Этот этап, возможно, опосредован актиновыми филаментами. Транскрипция и репликация вируса происходят в ядре клетки , и новые частицы BV отпочковываются от базолатеральной стороны, чтобы системно распространять инфекцию. Во время отпочкования BV приобретает неплотно прилегающую мембрану клетки хозяина с экспрессированными и представленными вирусными гликопротеинами . [ необходима цитата ]

Пути распространения бакуловируса в окружающей среде

После заражения бакуловирусом наступают три отдельные фазы: [ необходима цитата ]

  • Ранний (0–6 ч),
  • Поздно (6–24 ч)
  • Очень поздняя фаза (от 18–24 до 72 ч)

В то время как BV вырабатывается в поздней фазе, форма ODV вырабатывается в очень поздней фазе, приобретая оболочку из ядра клетки-хозяина и встраиваясь в матрицу белка окклюзионных телец. Эти окклюзионные тельца высвобождаются, когда клетки лизируются, чтобы далее распространять инфекцию бакуловируса на следующего хозяина. Обширный лизис клеток часто приводит к тому, что насекомое-хозяин буквально распадается, что и является причиной исторического названия «болезнь увядания». Полные частицы ODV-полиэдрина устойчивы к тепловой и световой инактивации, тогда как голый вирион BV более чувствителен к окружающей среде. [ необходима цитата ]

При заражении гусеницы, поздние стадии заражения заставляют хозяина питаться без отдыха, а затем подниматься на более высокие части деревьев, включая открытые места, которые они обычно избегают из-за риска хищников. Это преимущество для вируса, поскольку (когда хозяин растворяется) он может капать на листья, которые будут потребляться новыми хозяевами. [7]

Трансмиссивность

Еще одна жертва вируса ядерного полиэдроза

Вирус не может инфицировать людей так, как он это делает с насекомыми, потому что желудки людей кислотные, а для репликации NPV требуется щелочная пищеварительная система. Кристаллы вируса могут проникать в клетки человека, но не размножаться до такой степени, чтобы вызвать болезнь. [8]

Структура вириона

Схема нуклеополиэдровируса

Наиболее изученным бакуловирусом является мультикапсидный нуклеополиэдровирус Autographa californica (AcMNPV). Первоначально вирус был выделен из люцерновой пяденицы (чешуекрылых) и содержит  геном размером 134 кб с 154 открытыми рамками считывания . Основной капсидный белок VP39 вместе с некоторыми второстепенными белками образует нуклеокапсид (21 нм x 260 нм), который заключает ДНК с белком p6.9. [9] С помощью криоэлектронной микроскопии было показано, что основной капсидный белок VP39 образует ковалентно сшитую спиральную трубку, защищающую высококомпактный геном ДНК из 134 кбп. Концы трубки запечатаны подструктурами основания и крышки, которые имеют общую ступицу из 126 субъединиц, но различаются компонентами, которые способствуют движению, опосредованному актиновым хвостом, и проникновению нуклеокапсида в ядро ​​соответственно. [9]

Складка VP39 является новой и не связана с основными капсидными белками, кодируемыми небакулоподобными вирусами dsDNA, которые принадлежат к царствам Varidnaviria и Duplodnaviria . N-конец VP39 содержит мотив цинкового пальца CCCH с необычным расширением в «суставном» повороте цинкового пальца, содержащем первые два цистеина. Это расширение играет структурную роль, поскольку оно выступает из основного тела основного капсидного белка, образуя интердимерную дисульфидную связь между двумя остатками Cys29 из соседних нитей VP39 в нуклеокапсиде. [9]

BV получает свою оболочку из клеточной мембраны и требует гликопротеина gp64, чтобы иметь возможность распространять системную инфекцию. Этот белок образует структуры, называемые пепломерами, на одном конце почковавшейся вирусной частицы, но не обнаруживается на ODV (хотя несколько других белков связаны только с формой ODV). Некоторые различия также существуют в липидном составе вирусной оболочки двух форм. В то время как оболочка BV состоит из фосфатидилсерина, ODV содержит фосфатидилхолин и фосфатидилэтаноламин. [ необходима цитата ]

В геноме AcMNPV был идентифицирован элемент сборки нуклеокапсида (NAE). NAE является внутренним цис -элементом в гене ac83 . Сборка нуклеокапсида не зависит от продукта белка ac83 . [10]

Основной гликопротеин оболочки gp64

В ходе эволюции гликопротеины оболочки бакуловируса претерпевали изменения. Предполагается, что Ld130, также известный как F-белок бакуловируса из Lymantria dispar (LdMNPV), является предковым белком слияния оболочки, который был заменен неортологичной заменой гена на gp64 в AcMNPV, Bombyx mori (BmNPV) и Orgyia pseudotsugata (OpMNPV), хотя они все еще сохраняют ген ld130. [ необходима цитата ]

Gp64 — это гомотримерный мембранный гликопротеин, полярно присутствующий на стержневидном вирионе. Он состоит из 512 аминокислот (аа) с четырьмя сайтами гликозилирования на остатках аспарагина и имеет N-концевую сигнальную последовательность (20 аа), домен олигомеризации и слияния и гидрофобный трансмембранный домен около С-конца (7 аа). [ необходима цитата ]

Он вырабатывается как на ранних, так и на поздних фазах инфекционного цикла, при этом максимальная скорость синтеза достигается через 24–26 ч после заражения. Тримеризация с межмолекулярными цистеиновыми связями, по-видимому, является решающим шагом для транспортировки белка на поверхность клетки, поскольку только 33% синтезированного белка достигает поверхности клетки, поскольку мономерный gp64 разрушается внутри клеток. [ необходима цитата ]

Gp64 необходим для эффективного почкования вириона и для передачи от клетки к клетке во время цикла инфекции, а также для проникновения вируса, т. е. для вызывания вирусного трофизма и эндосомно-опосредованного захвата клеткой. Основная функция белка оболочки gp64 заключается в том, чтобы вызывать pH-опосредованное слияние оболочки с эндосомой. Хотя gp64 имеет множество основных функций, сообщалось, что бакуловирусы с нулевым gp64 могут быть заменены другими вирусными гликопротеинами, такими как Ld130, G-белок вируса везикулярного стоматита . Эти замены приведут к функциональным виронам. [ необходима цитата ]

Приложения

Экспрессия бакуловируса в клетках насекомых представляет собой надежный метод получения рекомбинантных гликопротеинов или мембранных белков. [11] [12] [13] В начале 1990-х годов компания Monsanto разработала систему , которая позволяет легко и быстро генерировать рекомбинантные бакуловирусы . [14] Белки, продуцируемые бакуловирусом, используются с 2007 года в качестве вакцин против инфекции вируса папилломы человека , успешно защищая от рака шейки матки. [15] Белки, продуцируемые бакуловирусом, в настоящее время изучаются в качестве терапевтических противораковых вакцин с несколькими иммунологическими преимуществами по сравнению с белками, полученными из источников млекопитающих. [16]

Lymantria dispar (широко известная как губчатая моль), серьезный вредитель лесных деревьев, был успешно сдержан путем выпуска препаратов на основе бакуловируса губчатой ​​моли (NPV). Некоторые виды пилильщиков ( Neodiprion sertifer , N. lecontei , N. pratti pratti и т. д.) также успешно контролировались с помощью обработок NPV, специфичных для них. [ требуется ссылка ]

Представители рода Heliothis — космополитические насекомые, которые поражают не менее 30 пищевых и волокнистых культур — контролируются применением Baculovirus heliothis . В 1975 году Агентство по охране окружающей среды США зарегистрировало препараты B. heliothis . [ необходима цитата ]

Препараты NPV также использовались в коммерческих целях против таких вредителей, как Trichoplusia (под торговой маркой biotrol-VTN) и хлопковая листовертка (под торговой маркой biotrol-VSE). [ необходима ссылка ]

Биобезопасность

Бакуловирусы не способны размножаться в клетках млекопитающих и растений. [17] У них ограниченный круг хозяев, которых они могут заражать, который обычно ограничивается ограниченным числом близкородственных видов насекомых. Поскольку бакуловирусы не вредны для человека, они считаются безопасным вариантом для использования в исследовательских целях. Они также используются в качестве биологических агентов, как в случае индийской мучной моли , вредителя, питающегося зерном. [18] Однако в рамках биологической безопасности следует учитывать, что бакуловирусы вредны, если не смертельны для популяций насекомых, как описано выше. Поэтому их использование предпочтительно должно происходить в контролируемых условиях, ограничивающих распространение в окружающую среду.

Таксономия

Название этого семейства произошло от латинского слова baculus , что означает «палка». Семейство разделено на четыре рода: Alphabaculovirus (нуклеополиэдровирусы, специфичные для чешуекрылых), Betabaculovirus (грануловирусы, специфичные для чешуекрылых), Gammabaculovirus (нуклеополиэдровирусы, специфичные для перепончатокрылых) и Deltabaculovirus (нуклеополиэдровирусы, специфичные для двукрылых). [19]

вирус ядерного полиэдроза

Вирус ядерного полиэдроза (ВЯП) когда-то был включен Международным комитетом по таксономии вирусов в подрод Eubaculovirinae , но теперь этот термин относится к 35 видам семейства Baculoviridae , в основном к альфабакуловирусам , а также к одному дельтабакуловирусу и двум гаммабакуловирусам . [ требуется ссылка ]

Полиэдрический капсид, от которого вирус получил свое название, представляет собой чрезвычайно стабильный белковый кристалл , который защищает вирус во внешней среде. Он растворяется в щелочной среде средней кишки моли и бабочек, чтобы высвободить вирусную частицу и заразить личинку. [20] Примером насекомого, которое он заражает, является луговой мотылек . [21]

Эволюция

Считается, что бакуловирусы произошли от семейства вирусов Nudiviridae 310 миллионов лет назад . [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Харрисон, РЛ; Эрниу, Э.А.; Йеле, Дж.А.; Тейльманн, Д.А.; Буранд, JP; Бекнель, Джей Джей; Крелл, П.Дж.; ван Орс, ММ; Мауэри, доктор медицинских наук; Баучан, Греция; Отчет Ictv, Консорциум (сентябрь 2018 г.). «Профиль таксономии вируса ICTV: Baculoviridae». Журнал общей вирусологии . 99 (9): 1185–1186 . doi : 10.1099/jgv.0.001107 . ПМИД  29947603.
  2. ^ "Viral Zone". ExPASy. Архивировано из оригинала 2 мая 2017 года . Получено 15 июня 2015 года .
  3. ^ "Virus Taxonomy: 2020 Release". Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV). Март 2021 г. Архивировано из оригинала 20 марта 2020 г. Получено 12 мая 2021 г.
  4. ^ Хофманн, К.; Сэндиг, В.; Дженнингс, Г.; Рудольф, М.; Шлаг, П.; Штраус, М. (1995). «Эффективный перенос генов в гепатоциты человека с помощью векторов бакуловируса». Труды Национальной академии наук . 92 (22): 10099– 10103. Bibcode : 1995PNAS...9210099H. doi : 10.1073/pnas.92.22.10099 . PMC 40743. PMID  7479733 . 
  5. ^ "Baculovirus - Baculovirus Lab Techniques" . Получено 16 августа 2024 г. .
  6. ^ Лакнер, А; Гента, К; Коппенштайнер, Х; Гербачек, Я; Хольцманн, К; Шпигль-Крейнекер, С; Бергер, В; Груш, М (2008). «Бицистронный бакуловирусный вектор для временной и стабильной экспрессии белка в клетках млекопитающих». Аналитическая биохимия . 380 (1): 146–8 . doi :10.1016/j.ab.2008.05.020. ПМИД  18541133.
  7. ^ Циммер, Карл (ноябрь 2014 г.). «Mindsuckers – Meet Nature's Nightmare». National Geographic . Архивировано из оригинала 18 октября 2014 г.
  8. ^ Чиу, Э.; Кулибали, Ф.; Меткалф, П. (2012). «Полиэдры вирусов насекомых, инфекционные белковые кристаллы, содержащие вирусные частицы». Curr Opin Struct Biol . 22 (2): 234– 40. doi :10.1016/j.sbi.2012.02.003. PMID  22475077.
  9. ^ abc Johnstone, BA; Hardy, JM; Ha, J; Butkovic, A; Koszalka, P; Accurso, C; Venugopal, H; de Marco, A; Krupovic, M; Coulibaly, F (20 декабря 2024 г.). «Архитектура нуклеокапсида и структурный атлас прототипа бакуловируса определяют отличительные черты нового вирусного царства». Science Advances . 10 (51): eado2631. doi :10.1126/sciadv.ado2631. PMC 11654684 . PMID  39693434.  В данной статье использован текст из этого источника, доступный по лицензии CC BY 4.0.
  10. ^ Хуан, Чжихун; Пан, Мэнцзя; Чжу, Силей; Чжан, Хао; У, Вэньби; Юань, Мейджин; Ян, Кай (2017). «Ген ac83 множественного нуклеополигедровируса Autographa californica содержит цис-действующий элемент, необходимый для сборки нуклеокапсида». Журнал вирусологии . 91 (5). doi :10.1128/JVI.02110-16. PMC 5309959. PMID  28031366 . 
  11. ^ Альтманн, Фридрих; Штаудахер, Э.; Уилсон, ИБ; Мэрц, Л. (1999). «Клетки насекомых как хозяева для экспрессии рекомбинантных гликопротеинов». Glycoconjugate Journal . 16 (2): 109–23 . doi :10.1023/A:1026488408951. PMID  10612411. S2CID  34863069.
  12. ^ Кост, Т.; Кондре, Дж. П. (1999). «Рекомбинантные бакуловирусы как векторы экспрессии для клеток насекомых и млекопитающих». Current Opinion in Biotechnology . 10 (5): 428–33 . doi :10.1016/S0958-1669(99)00005-1. PMID  10508635.
  13. ^ Мадео, Марианна; Карризи, Кьяра; Якопетта, Доменико; Капобьянко, Лоредана; Каппелло, Анна Рита; Буччи, Сесилия; Пальмьери, Фердинандо; Маццео, Джанкарло; Монтальто, Анна (23 июля 2009 г.). «Обильная экспрессия и очистка биологически активного митохондриального носителя цитрата в клетках насекомых, инфицированных бакуловирусом». Журнал биоэнергетики и биомембран . 41 (3): 289–297 . doi : 10.1007/s10863-009-9226-6. ISSN  0145-479X. PMID  19629661. S2CID  44943721.
  14. ^ Luckow, VA; Lee, SC; Barry, GF; Olins, PO (1993). «Эффективное создание инфекционных рекомбинантных бакуловирусов путем сайт-специфической транспозон-опосредованной вставки чужеродных генов в геном бакуловируса, размножаемого в Escherichia coli». Journal of Virology . 67 (8): 4566– 4579. doi :10.1128/jvi.67.8.4566-4579.1993. ISSN  0022-538X. PMC 237841 . PMID  8392598. 
  15. ^ "Церварикс: Европейский общественный оценочный отчет – Научное обсуждение" (PDF) . Европейское медицинское агентство. 2007.
  16. ^ Беттинг, Дэвид Дж.; Му, Си И.; Кафи, Камран; Макдоннел, Десмонд; Росас, Франциско; Голд, Дэниел П.; Тиммерман, Джон М. (2009). «Усиленная иммунная стимуляция терапевтической вакциной на основе опухолевого антигена лимфомы, произведенной в клетках насекомых, включает нацеливание рецептора маннозы на антигенпрезентирующие клетки». Вакцина . 27 (2): 250– 9. doi :10.1016/j.vaccine.2008.10.055. PMC 2683685. PMID  19000731 . 
  17. ^ Ignoffo CM. (1975) Бакуловирусы для борьбы с насекомыми-вредителями: соображения безопасности, Summers M, Engler R, Falcon LA, Vail PV (ред.) Американское общество микробиологии, Вашингтон, округ Колумбия, стр. 52
  18. ^ Sait, SM; Begon, M.; Thompson, DJ (1994). «Влияние сублетальной бакуловирусной инфекции на индийскую моль Plodia interpunctella». Журнал экологии животных . 63 (3): 541– 550. Bibcode : 1994JAnEc..63..541S. doi : 10.2307/5220. JSTOR  5220.
  19. ^ Jehle, JA; Blissard, GW; Bonning, BC; Cory, JS; Herniou, EA; Rohrmann, GF; Theilmann, DA; Thiem, SM; Vlak, JM; et al. (2006). «О классификации и номенклатуре бакуловирусов: предложение о пересмотре». Arch Virol . 151 (7): 1257– 1266. doi :10.1007/s00705-006-0763-6. PMID  16648963. S2CID  6293565. Архивировано из оригинала 24 февраля 2023 г. Получено 1 февраля 2019 г.
  20. ^ Chiu E.; Coulibaly F.; Metcalf P. (апрель 2012 г.). «Полиэдры вируса насекомых, инфекционные белковые кристаллы, содержащие вирусные частицы». Curr Opin Struct Biol . 22 (2): 234– 40. doi :10.1016/j.sbi.2012.02.003. PMID  22475077.
  21. ^ Boucias, DG; Nordin, GL (1 июля 1977 г.). «Межвозрастная восприимчивость американского белого жука Hyphantria cunea к вирусам нуклеополиэдроза и гранулеза». Журнал патологии беспозвоночных . 30 (1): 68–75 . Bibcode : 1977JInvP..30...68B. doi : 10.1016/0022-2011(77)90038-6.
  22. ^ Theze, J.; Bezier, A.; Periquet, G.; Drezen, J.-M.; Herniou, EA (2011). "Палеозойское происхождение крупных dsDNA-вирусов насекомых". Труды Национальной академии наук . 108 (38): 15931– 5. Bibcode : 2011PNAS..10815931T. doi : 10.1073/pnas.1105580108 . PMC 3179036. PMID  21911395 . 

Общие источники

  • Вирусы Дж.Огродника
  • Дубей, Р. К. (2014). Учебник по биотехнологии: [для студентов университетов и колледжей в Индии и за рубежом] (Пятое пересмотренное издание). Нью-Дели, Индия. ISBN 978-81-219-2608-9.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  • Ричард Престон (1998). Событие Кобры .

Дальнейшее чтение

  • Рорманн, Джордж (2019). Baculovirus Molecular Biology Fourth Edition (4-е изд.). Бетесда, Мэриленд: NCBI. PMID  31294936.
  • Федеричи, Брайан А.; Гранадос, Роберт Р. (1986). Биология бакуловирусов . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-0-8493-5988-0.
  • Миллер, Лоис (1997). Бакуловирусы . Нью-Йорк: Plenum Press. ISBN 978-0-306-45641-1.
На Викискладе есть медиафайлы по теме Baculoviridae .
Wikispecies содержит информацию, связанную с Baculoviridae .
  • Отчет ICTV: Бакуловирусы
  • Вирусная зона: Baculoviridae
  • Индекс вирусов – Baculoviridae (2006). В: ICTVdB – Универсальная база данных вирусов, версия 4. Бюхен-Осмонд, К. (ред.), Колумбийский университет, Нью-Йорк, США. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/Ictv/fs_index.htm
  • Рорманн, ГФ 2019. Молекулярная биология бакуловирусов, 4-е изд. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK543458/
  • Рорманн, ГФ 2019. Молекулярная биология бакуловирусов, 4-е изд. https://ir.library.oregonstate.edu/concern/defaults/7d279043k?locale=en
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Baculoviridae&oldid=1270061871#Вирус_ядерного_полиэдроза"