Baculoviridae -Baculoviridae

Baculoviridae
ODD.Baculo.Fig1.v3.png
Вирионы и нуклеокапсиды бакуловирусов
Классификация вирусов е
(без рейтинга): Вирус
Царство : incertae sedis
Королевство: incertae sedis
Тип: incertae sedis
Класс: Naldaviricetes
Порядок: Lefavirales
Семья: Baculoviridae
Роды

Alphabaculovirus
Betabaculovirus
Deltabaculovirus
Gammabaculovirus

Baculoviridae - это семейство вирусов . Естественными хозяевами служат членистоногие , чешуекрылые , перепончатокрылые и двукрылые . Вэтом семействе85 известных видов , относящихся к четырем родам.

Известно, что бакуловирусы инфицируют насекомых; описано более 600 видов хозяев. Незрелые (личиночные) формы чешуекрылых (мотыльки и бабочки) являются наиболее распространенными хозяевами, но также обнаружено, что эти вирусы заражают пилильщиков и комаров . Хотя бакуловирусы способны проникать в клетки млекопитающих в культуре, о них не известно, что они способны 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 содержит круглую двухцепочечной ДНК (дцДНК) генома в пределах от 80 до 180 кб .

Историческое влияние

Самые ранние упоминания о бакуловирусах можно найти в литературе еще с шестнадцатого века в сообщениях о «болезни увядания», заражающей личинок тутового шелкопряда . Начиная с 1940-х годов вирусы широко использовались и широко 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 для лечения людей и в ветеринарии (например, наиболее широко применяемая вакцина для предотвращения птичьего гриппа H5N1 у кур была произведена в векторе экспрессии бакуловируса). Совсем недавно было обнаружено, что бакуловирусы могут трансдуцировать клетки млекопитающих с помощью подходящего промотора.

Жизненный цикл бакуловируса

Схема жизненного цикла NPV

Жизненный цикл бакуловируса включает две различные формы вируса. Вирус окклюзионного происхождения (ODV) присутствует в белковой матрице (полиэдрин или гранулин) и отвечает за первичную инфекцию хозяина, в то время как почкующийся вирус (BV) высвобождается из инфицированных клеток хозяина позже, во время вторичной инфекции .

Бакуловирусы имеют очень видоспецифичные тропизмы среди беспозвоночных, среди которых описано более 700 видов хозяев. Незрелые (личиночные) формы чешуекрылых являются наиболее распространенными хозяевами, но также были обнаружены эти вирусы, поражающие пилильщиков и комаров . В сообщениях о бакуловирусных инфекциях креветок и жуков (например, Oryctes rhinocerus) было обнаружено, что это нудивирусы, тесно связанные с бакуловирусами.

Обычно первоначальное заражение происходит, когда восприимчивое насекомое-хозяин питается растениями, зараженными окклюзированной формой вируса. Белковая матрица растворяется в щелочной среде средней кишки (желудка) хозяина, высвобождая ODV, которые затем сливаются со столбчатой эпителиальной клеточной мембраной кишечника хозяина и попадают в клетку в эндосомах . Нуклеокапсиды выходят из эндосом и транспортируются в ядро. Возможно, этот шаг опосредуется актиновыми филаментами. Вирусная транскрипция и репликация происходят в ядре клетки, и новые частицы BV отделяются от базолатеральной стороны, чтобы распространять инфекцию системно. Во время почкования BV приобретает свободно прилегающую мембрану клетки-хозяина с экспрессируемыми и отображаемыми вирусными гликопротеинами .

Пути распространения бакуловирусов в окружающей среде

Бакуловирусную инфекцию можно разделить на три отдельные фазы:

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

В то время как BV продуцируется на поздней фазе, форма ODV продуцируется на очень поздней фазе, приобретая оболочку из ядра клетки-хозяина и внедряясь в матрицу белка тела окклюзии. Эти тельца окклюзии высвобождаются, когда клетки лизируются для дальнейшего распространения бакуловирусной инфекции следующему хозяину. Обширный лизис клеток часто приводит к тому, что насекомое-хозяин буквально распадается, отсюда и историческое название «болезнь увядания». Полные частицы ODV-полиэдрина устойчивы к тепловой и световой инактивации, тогда как голый вирион BV более чувствителен к окружающей среде.

При заражении гусеницы на поздних стадиях заражения хозяин начинает кормиться без отдыха, а затем забираться на более высокие части деревьев, включая открытые места, которых они обычно избегают из-за риска нападения хищников. Это является преимуществом для вируса, если (когда хозяин растворяется) он может стекать на листья, которые будут поглощены новыми хозяевами.

Строение вириона

Схема нуклеополиэдровируса

Наиболее изученным бакуловирусом является мультикапсидный нуклеополиэдровирус Autographa californica (AcMNPV). Первоначально вирус был выделен из петлителя люцерны ( чешуекрылого ) и содержит геном размером 134 т.п.н. с 154 открытыми рамками считывания (ORF). Основной капсидный белок VP39 вместе с некоторыми второстепенными белками образует нуклеокапсид (21 нм x 260 нм), который включает ДНК с белком p6.9.

BV получает свою оболочку из клеточной мембраны и требует гликопротеина gp64, чтобы распространять системную инфекцию. Этот белок образует структуры, называемые пепломерами, на одном конце почкованной вирусной частицы, но не обнаруживается на ODV (хотя некоторые другие белки 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.

Элемент, необходимый для сборки нуклеокапсида (NAE), был идентифицирован в геноме AcMNPV. NAE - это внутренний цис - элемент в гене ac83 . Сборка нуклеокапсида не зависит от белкового продукта Ac83.

Главный гликопротеин оболочки gp64

В течение периодов эволюции гликопротеины бакуловирусной оболочки претерпевали изменения. Предполагается, что Ld130, также известный как F-белок бакуловируса из Lymantria dispar (LdMNPV), является предковым гибридным белком оболочки, который был заменен неортологичной заменой гена gp64 в AcMNPV, Bombyx mori (BmNPV) и Orgyia pseudotsugata (OpMNPV). в то время как они все еще сохраняют ген ld130.

Gp64 представляет собой гомотримерный мембранный гликопротеин, полярно присутствующий на палочковидном вирионе. Он состоит из 512 аминокислот (а.о.) с четырьмя сайтами гликозилирования по остаткам аспарагина и имеет N-концевую сигнальную последовательность (20 аминокислотных остатков), домен олигомеризации и слияния и гидрофобный трансмембранный домен рядом с С-концом (7 аминокислотных остатков).

Он продуцируется как на ранней, так и на поздней фазах инфекционного цикла с максимальной скоростью синтеза, происходящей через 24–26 часов после инфицирования. Тримеризация с межмолекулярными цистеиновыми связями, по-видимому, является решающим шагом для транспорта белка к поверхности клетки, поскольку только 33% синтезированного белка достигает поверхности клетки, поскольку мономерный gp64 разлагается внутри клеток.

Gp64 необходим для эффективного отпочкования вириона и для передачи от клетки к клетке во время цикла инфекции, а также для проникновения вируса, т.е. вызывает вирусную трофику и опосредованное эндосомами поглощение клеткой. Основная функция белка оболочки gp64 - вызывать слияние оболочки с эндосомой за счет pH. Хотя gp64 выполняет множество основных функций, сообщалось, что gp64-нулевые бакуловирусы могут быть заменены другими вирусными гликопротеинами, такими как Ld130, G-белок вируса везикулярного стоматита . Эти замены приведут к появлению функциональных виронов.

Приложения

Экспрессия бакуловируса в клетках насекомых представляет собой надежный метод получения рекомбинантных гликопротеинов или мембранных белков. Белки, продуцируемые бакуловирусом, в настоящее время изучаются в качестве терапевтических противораковых вакцин с некоторыми иммунологическими преимуществами по сравнению с белками, полученными из источников млекопитающих.

Биобезопасность

Бакуловирусы не способны реплицироваться в клетках млекопитающих и растений. У них есть ограниченный круг хозяев, которых они могут заразить, обычно ограниченный 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 бабочки , вредителя, питающегося зерном.

Таксономия

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

Эволюция

Считается, что бакуловирусы произошли от семейства вирусов Nudivirus 310  миллионов лет назад .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки