.RU

Вирусология наука о вирусах микроскопических надмолекулярных созданиях природы, которые являются своеобразной паразитической формой жизни - старонка 7

Глава 7. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАЗИТЫ РАСТЕНИЙ

7.1. Вироиды

Первое упоминание о ранее неизвестном субвирусном патогене датируется 1971 годом. Изучая этиологию заболеваний картофеля веретеновидностью клубней, Динер с сотрудниками обратили внимание на необычные свойства возбудителя, который был назван вироидом.

Вироиды

(Vd) — автономные фрагменты генетического материала, транскрибированного в однонитевую РНК. Вироиды представляют собой небольшие ковалентно-замкнутые молекулы онРНК с м.м. 100-120 кД и размером 350-500 рибонуклеотидов со сложной вторичной структурой, обеспечивающей защиту молекулы от нуклеаз.

РНК вироидов не имеет АУГ-кодонов и не кодирует белковых продуктов. Вироиды функционируют только в вегетативной форме, покоящаяся фаза (наличие вирионов) отсутствует. По всей вероятности, вироиды произошли от нитронов и подвижных генетических элементов — транспозонов. Все вироиды обладают выраженным структурным сходством. Все изученные к настоящему времени вироиды имеют гомологию нуклеотидных последовательностей, равную 70-80%. При этом обнаруживаются последовательности, типичные для концов транспозонов, оканчивающихся УГ и ЦА.

Интрон

— транскрибируемый участок ДНК, который удаляется из состава транскрипта при сплайсинге.

Транспозон

— последовательность ДНК, способная реплицироваться и внедрять одну из копий в новое место генома.

Структурно вироиды могут быть организованы как мономеры и как мультимеры (рис. 19). Нативная структура мономерного вироида содержит серию коротких расплетенных внутренних петель (О), организованных в 5 структурных доменов. Крайние домены инвертированы относительно центрального консервативного домена. Границы между доменами определены путем сравнения нуклеотидных последовательностей различных вироидов. Наличие двух и более консервативных доменов определяет мультимерность вирида.

Вироиды не имеют собственной системы репликации и не требуют вируса-помощника. Репликация осуществляется за счет ферментов клетки хозяина — РНК-зависимой РНК-полимеразы, РНКазы и РНК-лигазы. Репликация вироидов происходит в ядре клетки и идет по типу катящегося кольца. Для ряда вироидов установлено, что процессинг олигомерных интермедиатов репликации осуществляется за счет

рибозимазной

активности вироида по механизму «самосплайсинга», т.е. аутокаталитического выщепления участков РНК, расположенных между определенными структурными элементами молекулы.

Рис. 19.

Вироиды крайне устойчивы к воздействию физико-химических факторов. Они термостабильны, не разрушаются после обработки хлороформом, фенолом, этанолом, что и является одним из подтверждений их нуклеиновой природы.

Вироиды — высокоинфекционные агенты. Они переходят из клетки в клетку только в том случае, если клетка-донор и клетка-реципиент оказываются поврежденными. Вироиды могут распространяться как горизонтально (передаются с посадочным материалом, во время прививок, механической инокуляцией), так и вертикально (с семенами и пыльцой). Биологические переносчики, осуществляющие горизонтальную передачу, не установлены.

Болезни растений, вызываемые вироидами, получили название

вироидозы

. Вироидозы по своим проявлениям существенно не отличаются от других вирусных болезней растений. Первым вироидозом, привлекшим внимание вирусологов, была, как уже отмечалось, болезнь веретеновидности клубней картофеля, вызываемая вироидом ВВКК (PSTVd). Этот вироид обладает поразительной устойчивостью к действию ингибиторов, которые содержатся в созревающих семенах и обычно инактивируют вирусы картофеля. Это оригинальное свойство ВВКК определяет его способность передаваться с семенами и пыльцой. Другой повсеместно распространенный вироидоз — экзокортис цитрусовых. Вироид экзокортиса цитрусовых (ВЭК) поражает лимонные, апельсиновые и мандариновые деревья. Заболевание характеризуется задержкой роста, усилением ветвления побегов, отслаиванием коры, хлорозом листьев. ВЭК передается только горизонтально.

Что лежит в основе патогенетических свойств вироидов пока, не ясно. Предполагается, что эти свойства не являются первичным свойством генетических элементов, от которых произошли вироиды.

7.2. Вирусоиды и вирусы-сателлиты

Вирусоиды

— кольцевые сателлитные РНК, которые часто сопровождают РНК-содержащие вирусы, полностью зависят в своей репликации от вируса-помощника и реплицируются основным вирусом по типу катящегося кольца. Так например, в растениях, пораженных собемовирусами, обнаруживается кольцевая вирусоидная РНК, которая отличается от линейной РНК вируса—помощника.

Вирусы-сателлиты (

SV

)

— субвирусы, вирусы-паразиты вирусов. SV не несут всей информации, необходимой для их репликации, в связи с чем SV паразитируют на генных продуктах, образованных другими, часто не родственными вирусами. Сателлиты вирусов растений имеют небольшой РНК-геном (400-1200 рибонуклеотидов), который, как правило, не имеет гомологии с геномом вируса-помошника и инкапсидирован в капсид. Белок, формирующий капсид может быть продуктом трансляции генома SV, или может быть капсидным белком вируса-хозяина.

Примером SV растений является сателлит вируса некроза табака — STNV. Икосаэдрическая частица STNV имеет размер 17 нм, что гораздо меньше размера вириона вируса-помошника — TNV (Necrovirus), размер которого составляет 30 нм. Дефектный геном также меньше — 1200 нуклеотидов. STNV размножается в присутствии TNV, но кодирует свой собственный белок. Серологически капсидные белки STNV и TNV не имеют никакого родства.

Другой SV — сателлит вируса кольцевой пятнистости табака (Nepovirus) не только реплицируется с участием РНК-полимеразы вируса-помощника, но и использует для инкапсидации своей РНК капсидный белок помощника.

Вирусы-сателлиты и сателлитные РНК могут играть важную роль в природе, так как они влияют на характер течения вирусного заболевания растения, ослабляя или утяжеляя его проявления.

7.3. Вирусы растений

7.3.1. Характеристика семейств фитовирусов

Вирусы растений распределены на 16 семейств, включающих 75 родов, 24 из которых являются блуждающими (табл. 5). При рассмотрении таблицы следует обратить внимание на то, что три семейства вирусов растений являются общими с вирусами позвоночных (Reoviridae, Rhabdoviridae, Bunyaviridae), а одно семейство является общим с вирусами грибов — Partitiviridae.

У вирусов растений встречаются как оболочечные вирионы, так и вирионы, лишенные оболочки. Оболочку имеют представители рабдовирусов и буньявирусов. Реовирусы представляют собой двукапсидные частицы. Вирионы геминивирусов (Geminiviridae) характеризуются уникальной организацией и представляют собой спаренную структуру, состоящую из двух слившихся икосаэдров (T=1). Вирионы других вирусов являются непокрытыми структурами с икосаэдрическим или спиральным типом симметрии — округлые, бациллоформные, палочковидные и нитевидные. Палочковидные и нитевидные (+)РНК-содержащие вирусы относятся исключительно к вирусам растений.

У вирусов растений представлены не все виды геномов. Среди вирусов, поражающих высшие растения, не обнаружено днДНК-геномных вирусов. днДНК-геномные вирусы обнаружены лишь у хлорофиллсодержащих организмов — одноклеточных зеленых водорослей (хлорелла), парамеций, микромонад и хризомонад (Phycodnaviridae). Геном в виде однонитевой кольцевой ДНК имеют геминивирусы (Geminiviridae). Двухнитевую незамкнутую кольцевую ДНК, реплицирующуюся через стадию обратной транскрипции, имеют каулимовирусы (Caulimoviridae); все остальные вирусы являются РНК-содержашими: (-)РНК, (+)РНК, амбисенс РНК.

Таблица 5

Среди вирусов растений широко распространено явление мультипартитности (разобщенности генома) — то есть распределение фрагментов генома в разные вирусные частицы. Количество различающихся вирусных частиц может быть равно 2, 3 или 4. Соответственно вирусы называют бипартитными, трипартитными, тетрапартитными или квадрипартитными. Размер вирусных частиц мультипартитных вирусов может быть одинаковым, а может различаться, что связано с различиями в длине инкапсидированных фрагментов генома. Явление мультипартитности обнаружено как у изометрических, так и у палочковидных вирусов и наиболее широко распространено среди вирусов с (+)РНК-геномом. Например, бипартитными являются представители семейства комовирусов, геном которых размещен в двух изометрических вирионах одинакового размера. В семействе бромовирусов у альфамовирусов геном размещен в четырех бациллоформных вирионах различной величины (тетрапартитные вирусы), а у бромо- и кукумовирусов — в трех изометрических вирионах одного размера (трипартитные вирусы). Трипартитными палочковидными вирусами являются хордейвирусы, бипартитными — тобравирусы. Ни полные вирионы, ни входящие в их состав РНК, взятые в отдельности, не обладают инфекционностью. Для запуска инфекционного процесса необходимо попадание в клетку всех фрагментов генома. В случае проникновения в клетку только вириона, несущего РНК, кодирующую РНК-полимеразу, развивается неустойчивая инфекция, при которой образуется лишь одна вирусная РНК. Такой эффект обнаружен у бипартитного палочковидного вируса стеблевой морщинистости табака (Tobravirus).

7.3.2. Распространение фитовирусов

Вирусы растений распространяются в биосфере с участием как природных (ветер, дождь разносят инфицированные семена, пыльцу), так и антропогенных факторов (прививки, вегетативное размножение и размножение семенами, междурядная обработка почвы, импортирование растений). Важную роль в распространении вирусов растений играет орнитохория — перенос плодов и семян птицами. В ряде случаев источником заражения сельскохозяйственных растений являются сорняки и дикорастущие виды, которые являются природным резервуаром вирусов. Инфекция у них, как правило, протекает бессимптомно.

Ведущим и древнейшим способом распространения фитопатогенных вирусов является их трансмиссивная передача биологическими переносчиками.

Около полутора десятков вирусов растений могут переноситься почвенными нематодами. Своим стилетом они прокалывают покровы корня около корневого чехлика и высасывают содержимое клеток эпидермиса. Питаясь на больном растении, нематода приобретает вирус, который может персистировать в ее теле до 8 месяцев и передаваться здоровому растению опять в процессе питания.

В ряде случаев вирусы растений распространяются зооспорами грибов-паразитов. Наиболее изученным является хитридиомицет Olpidium brassicae («черная ножка капусты»), паразитирующий на корнях растений. Вирус некроза табака распространяется, находясь на поверхности зооспоры олпидиума, а вирус карликовости табака — внутри нее. При отмирании корней растения покоящиеся в них зараженные вирусом споры гриба попадают в почву. Зооспоры прикрепляются к корням здоровых растений и, прорастая, разрушают оболочку клеток корня, после чего цитоплазма гриба проникает в цитоплазму растительной клетки. Нарушение целостности клеток эпидермиса позволяет вирусу проникать в цитоплазму клеток корня растений.

Распространение фитопатогенных вирусов может происходить при помощи повилики. Повилика — вьющееся бесхлорофильное растение, лишенное листьев, которое питается соками высшего растения-хозяина путем внедрения в его проводящую систему своих присосок. Повилика может одновременно кормиться на двух и более растениях и как бы мостиком соединяет их проводящие пути. Если одно из растений инфицировано, вирус приобретает возможность проникать в здоровые особи.

Основным естественным переносчиком вирусов растений в природе являются насекомые — прыгающие, летающие, ползающие (крылатые и бескрылые тли, цикадки, кузнечики, трипсы, кокциды, жуки-листоеды, галлообразующий клещик). Насекомые могут переносить вирусы растений механически — на лапках или с использованием так называемого «стилет-опосредованного» механизма в процессе питания, что широко распространено у тлей. Тли приобретают вирус, насасывая сок инфицированного растения, сохраняют его в течение нескольких часов и вносят вирус в ткани нового растения, прокалывая их своим хоботком.

Как правило, насекомые-переносчики являются промежуточным хозяином вирусов растений, т. е. также инфицируются, репродуцируют инфекционный вирус в своем организме и передают его потомству. Персистенция может быть бессимптомной, в ряде случаев инфицирование наносит вред организму насекомого. С использованием техники инъекций насекомым Мараморошу в 1952 г. показал, что вирус желтухи астр реплицируется в жировом теле переносчика — шеститочечной цикады Macrosteles fascifrous и передается потомству трансовариально. До 1% отродившихся личинок наследуют вирус. У инфицированных таким образом цикад наблюдалось отставание в развитии и уродства. То, что вирусы растений, переносимые цикадами, могут передаваться потомству инфицированными женскими особями, показано также для вируса карликовости риса и вируса деформации листьев клевера. Более того, присутствие в жизненном цикле этих вирусов хозяина-растения необязательно.

Таким образом, насекомые являются: механическими переносчиками вирусов растений; хозяевами растительных вирусов; резервуаром потенциально патогенных вирусов растений.

7.3.3. Вирусные заболевания растений

По способу внедрения возбудителя в организм хозяина все вирусные болезни растений относятся к раневым инфекциям. Исключение составляет инфицирование растений-паразитов, куда вирус проникает в ткани при объединении проводящих путей растения-паразита и инфицированного хозяина. Вирусы распространяются в организме растения от клетки к клетке по плазмодесмам при участии элементов цитоскелета со скоростью примерно 1 мм в день, иногда еще медленнее. Когда вирус попадает в проводящие ткани, то может переноситься по растению со скоростью 2,5 см в минуту. В принципе, вирусы могут распространяться по всему растению, причем степень генерализации процесса зависит как от свойств вируса, так и от свойств растения-хозяина. В связи с этим, вирусные инфекции растения могут быть

локальными

или

системными

.

Реакция клеток хозяина на вирусную инфекцию варьирует. Одним из крайних проявлений инфекции является некроз. В этом случае клетки отмирают столь быстро, что не успевают передать вирус соседним клеткам. При некротических вирусных инфекциях в тканях листа увеличивается синтез полифенолоксидазы и, соответственно, токсичных полифенолов и хинонов, что, по всей вероятности, и лежит в основе механизма, ведущего к локальному некрозу тканей растения. Другое крайнее проявление реакции растения на вирусную инфекцию — бессимптомное вирусоносительство, при котором клетки растения сохраняют способность к делению. Наличие вируса в теле кажущегося здоровым растения обнаруживается по эффекту проявления инфекции у другого вида растения (растение-индикатор) в случае передачи вируса.

Как правило, инфицирование растений вирусами сопровождается мозаичностью, пятнистостью, полосатостью листьев, их скрученностью, отставанием растения в развитии (карликовостью), аспермией (бессемянностью). Одной из характерных особенностей многих фитопатогенных вирусов является их агрегация в виде аморфных кристаллических включений, наблюдаемых в ядре, цитоплазме и хлоропластах. Накопление вирусных включений в хлоропластах, приводящее к потере или изменению пигментации, называют хлорозом. Размножение вирусов, в большинстве случаев, приводит к лизису клеток и может вызывать гибель растения.

Несмотря на то, что проявление симптомов варьирует в зависимости от возбудителя, генотипа растения, климатических и других факторов, первым методом диагностики вирусных заболеваний растений является метод оценки по внешним признакам. Данные, полученные при визуальном обследовании растения, позволяют сделать вывод о природе заболевания. В сомнительных случаях, а также при диагностике латентных инфекций, применяют метод растений-индикаторов и методы иммунологической диагностики — латекс-тест, метод двойной диффузии в агаровом геле, иммуноферментный анализ и иммуноэлектронную микроскопию.

Вирусы растений могут иметь узкий, ограниченный или широкий круг хозяев. Например, тенуивирусы поражают только однодольные растения семейства злаковых, представители рода каулимовирусов имеют круг хозяев, ограниченный несколькими семействами однодольных растений, баднавирусы поражают широкий круг хозяев.

Вирусы, имеющие широкий круг хозяев и специфичных переносчиков, способны формировать у растений природные очаги вирусных инфекций. Для формирования природного очага необходимо наличие многих растений-резерваторов (многолетние сорные и дикорастущие растения, которые служат источником инфекции) и нескольких видов специфических переносчиков вируса. Миграция инфицированных насекомых-переносчиков с дикорастущих растений на культурные происходит при изменении условий среды обитания переносчика. В частности, при высокой температуре и засухе дикорастущие растения становятся непригодными для питания насекомых, что заставляет их мигрировать на культурные растения. В таких крайних случаях вирусное заболевание растений может приобретать характер ЭПИФИТОТИИ (массовое инфекционное заболевание растений).

Инфицирование растений теми или иными вирусами может не иметь никакого экономического значения (потивирусы, томбусвирусы). В то же время, целый ряд других вирусов наносят огромный вред сельскохозяйственным культурам. В связи с этим, вирусные болезни растений представляют собой важную проблему фитопатологии., поскольку наносят большой ущерб сельскому хозяйству. Эти болезни поражают плодовые, ягодные культуры и виноград, бахчевые и зерновые культуры, наносят вред тепличному производству и плантациям. Ущерб, наносимый вирусами растений в США, исчисляется биллионами долларов.

Урожаю риса наносят вред вирус карликовости риса (фитореовирус) и вирус стерильной карликовости риса (тенуивирус). Картофель наиболее часто страдает от вируса карликовости картофеля (нуклеорабдовирус), вируса X картофеля (потексвирус), вируса Y картофеля (потивирус). Плодово-ягодные культуры преимущественно поражаются альфамо- и иларвирусами; тепличные культуры и плодовые деревья — кри-нивирусами; вирус мозаики цветной капусты (каулимовирус) наносит огромный вред урожаю капусты в Китае. Вирус табачной мозаики (тобамовирус) является причиной потерь не только табака, но и томатов, перцев и бахчевых культур, у которых он вызывает внутренний некроз плодов.

Для борьбы с вирусными заболеваниями растений применяют различные подходы, разработанные как на уровне обычных сельскохозяйственных, так и современных наукоемких подходов:

— проведение профилактической дезинфекции инвентаря, пропаривание почвы и субстратов в теплицах, или их замена;

— термотерапия посадочного материала. Вирионы многих вирусов растений (но не всех) термолабильны. Это их свойство лежит в основе термотерапии ряда вирусных болезней. Так, основным способом освобождения картофеля от вируса скручивания листьев и X-вируса картофеля является его погружение на несколько минут в воду, прогретую до 50-60 °C; вирус бронзовости томатов инактивируется при 40-48 °C в течение 10 минут. Для освобождения от вируса карликовости тростника термотерапия является производственным приемом;

— борьба с естественными переносчиками фитопатогенных вирусов;

— хемотерапия с использованием вироцидов;

— получение и сохранение свободных от вирусов клонов растений, базирующееся на методе апикальной культуры меристемы;

— создание трансгенных растений, устойчивых к вирусным инфекциям, основанное на технологии рекомбинантных ДНК.

Глава 8. Вирусы насекомых

8.1. Группы вирусов членистоногих

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).

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.

8.2. Характеристика семейств энтомопатогенных вирусов

В современной классификации энтомопатогенных вирусов выделено 12 семейств, включающих 22 рода. Один род не классифицирован и включает вирусы, подобные вирусу паралича сверчков, ранее входившие в состав семейства пикорнавирусов. Пять из 12 семейств образованы только вирусами насекомых (Asco-, Polydna-, Baculo-, Noda- и Tetraviridae). В состав пяти семейств входят также вирусы позвоночных. В состав еще двух семейств, кроме вирусов насекомых, входят вирусы грибов. Краткая характеристика семейств вирусов насекомых представлена в таблице 6.

При рассмотрении таблицы следует обратить внимание, что среди вирусов насекомых обнаружены оболочечные (Pox-, Asco-, Baculo-, Rhabdoviridae) вирусы и вирусы, лишенные оболочки. Отсутствуют палочковидные и нитевидные безоболочечные формы вирионов. Изометрические вирионы могут быть округлыми или бациллоформными. Обнаружены бипартитные (Nodaviridae, Omegatetravirus) и мультипартитные вирусы (Polydnaviridae).

У энтомопатогенных вирусов представлены все виды геномов. Ретроидные вирусы, репликация которых включает стадию обратной транскрипции, представлены вирусами, геном которых содержит последовательности, гомологичные ретротранспозонам. Эти вирусы, обнаруженные у дрозофилы (вирусы копиа и гипси), выделены в самостоятельные семейства, включающие также вирусы сахаромицетов (Pseudoviridae, Metaviridae, соответственно).

Таблица 6

8.3. Взаимоотношения вирусов насекомых с хозяином

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 (см. таблицу 6) 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 85x330 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 40-60x200-400 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 (1x15 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 (0,15x0,5 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.
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © sanaalar.ru
    Образовательные документы для студентов.