Калинина О.С., Паникар И.И., Скибицкий В.Г. Ветеринарная вирусология

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ 4

100

Як відомо, обов’язковою стадією репродукції ретровірусів є інтег-

рація їхнього геному з клітинним. Для цього потрібно перетворити

вірусний РНК-геном на комплементарну ДНК-копію, що відбува-

ється за участю ревертази. Затравкою для транскрипції слугує клі-

тинна тРНК, яка знаходиться в складі віріона (нековалентно

зв’язана з 5′-кінцем вірусної РНК) і специфічна до конкретного ві-

русу. Під впливом ревертази на матриці плюс-нитки РНК синтезу-

ється комплементарна їй мінус-нитка ДНК. У результаті виникає

гібридна двонитчаста молекула — РНК/ДНК, причому в процесі

синтезу ДНК рибонуклеза Н гідролізує РНК у гібридній молекулі.

На матриці мінус-нитки ДНК, що залишилася після розщеплення

РНК, ревертаза синтезує комплементарну плюс-нитку ДНК. У ре-

зультаті утворюється дволанцюгова ДНК, яка повністю переписала

генетичну інформацію з вірусного РНК-геному. Ця ДНК-копія на-

зивається провірусом (син.: провірусна ДНК, ДНК-провірус). Після

замикання в кільце (завдяки повторюванням нуклеотидних послі-

довностей на кінцях молекули ДНК) провірус інтегрує з клітинним

геномом. У цьому інтеграційному процесі бере участь вірусний фе-

рмент ендонуклеаза (інтеграза), що розрізає кільцеву провірусну

ДНК у місцях контакту з клітинним геномом, а також поки що не-

відомі клітинні фактори. Якщо відбувається експресія, інтегрований

ДНК-провірус слугує матрицею для транскрипції під впливом клі-

тинної транскриптази, причому генетична інформація переписуєть-

ся з мінус-нитки ДНК. У результаті синтезуються плюс-нитки РНК

двох типів: абсолютно ідентичні батьківській РНК і субгеномні. У

склад віріонів включаються повномірні молекули РНК (рис. 50).

Реплікативні комплекси. Новосинтезовані нитки ДНК і РНК

деякий час залишаються зв’язаними з батьківською матрицею, фо-

рмуючи таким чином реплікативні комплекси. До складу цих ком-

плексів входять також: а) ферменти, що здійснюють реплікацію;

б) вірусні структурні білки, з якими зразу асоціюються синтезовані

геномні молекули; в) клітинні структури (існуючі або вірус-

індуковані). Реплікативні комплекси можуть асоціюватися з мем-

бранами ендоплазматичної сітки (пікорнавіруси), мікротрубочками

(реовіруси), новосинтезованим цитоплазматичним матриксом (покс-

РНК+

РНК+/ДНК–

НК–

зворотна

транскриптаза

ДНК–

НК+

ДНК+/ДНК–

ендонуклказа

(інтеграза)

клітинний геном

клітинна

транскриптаза

РНК+

Рис. 50. Схема реплікації ретровірусів

Репродукція вірусів

101

віруси), новосформованими волокнистими структурами, зв’язаними

з ядерними мембранами (адено- і герпесвіруси). У заражених клі-

тинах може відбуватися посилена проліферація клітинних струк-

тур, з якими зв’язані реплікативні комплекси (наприклад, проліфе-

рація гладеньких мембран, спричинена пікорнавірусами). У реплі-

кативних комплексах одночасно з реплікацією може здійснюватися

транскрипція та складання нуклеокапсидів або серцевин, а при де-

яких інфекціях — і віріонів потомства.

Отже, реплікативні комплекси являють собою центри репродук-

ції вірусів — вірусні «фабрики». Про складність цих структур яскра-

во свідчить, наприклад, склад реплікативних комплексів аденовіру-

сів: двонитчаста ДНК, що реплікується, однонитчасті ДНК і РНК,

ферменти транскрипції та реплікації, структурні й неструктурні

вірусні білки, клітинні білки.

Регуляція реплікації. Новосинтезовані нитки ДНК і РНК ви-

користовуються різним чином. Вони можуть асоціюватися з капсид-

ними білками й увійти до складу віріонів потомства або слугувати

матрицею для синтезу нових геномних молекул чи іРНК. У РНК-

вмісних плюс-нитчастих вірусів новосинтезована РНК може вико-

нувати функцію іРНК і зв’язуватися з рибосомами. У заражених

клітинах існують механізми, які регулюють ці процеси. В основі цих

механізмів закладено принцип саморегуляції, що реалізується вза-

ємодією вірусних нуклеїнових кислот і білків завдяки можливості

білок-нуклеїнового і білок-білкового впізнавання. Наприклад, роль

термінального білка у РНК-вмісних плюс-нитчастих пікорнавірусів

полягає в забороні трансляції іРНК і відборі молекул для форму-

вання віріонів. Цей термінальний білок зв’язується з 5′-кінцем ге-

номної РНК і у свою чергу впізнається капсидними білками, що

слугує сигналом для складання віріона з участю даної молекули

РНК. За таким самим принципом відбираються геномні молекули

РНК у мінус-нитчастих вірусів: до 3′-кінця синтезованої РНК при-

єднується молекула вірусного капсидного білка, до якої добудову-

ються інші білкові субодиниці внаслідок білок-білкового впізнаван-

ня. Для переключення реплікації на транскрипцію має виникнути

заборона білок-нуклеїнової взаємодії. Це реалізується в багатьох

РНК-вмісних вірусів (зокрема у вірусу везикулярного стоматиту)

швидким нарізанням молекули РНК-лідера на субгеномні РНК.

Переключення транскрипції на реплікацію ґрунтується на блоку-

ванні цього нарізання вірусоспецифічним білком — інгібітором ну-

клеаз. Реплікацію ДНК аденовірусів ініціює термінальний білок,

зв’язаний із кінцем нуклеїнової кислоти.

Таким чином, для початку реплікації потрібен синтез вірусних

білків. У присутності інгібіторів білкового синтезу переключення

транскрипції на реплікацію не відбувається.

Розділ 4

102

СКЛАДАННЯ ВІРІОНІВ

У заражених клітинах синтез вірусних компонентів роз’єднаний і

відбувається в різних структурах ядра і цитоплазми. Наприклад, у

герпесвірусів молекули ДНК синтезуються в ядрі, білки — в цито-

плазмі на рибосомах, а складання віріонів відбувається на ядерній

мембрані. При такому диз’юнктивному способі репродукції форму-

вання віріонів потомства можливе лише в тоді, коли синтезовані

вірусні компоненти мають властивість за достатньої концентрації

впізнавати один одного серед різноманітності клітинних білків і ну-

клеїнових кислот та самовільно з’єднуватися.

Отже, в основі формування віріонів потомства лежить процес

самоскладання, який полягає у високоспецифічній взаємодії моле-

кул вірусних білків і нуклеїнової кислоти. Специфічне білок-

нуклеїнове і білок-білкове впізнавання відбувається за рахунок ви-

никнення гідрофобних, сольових і водневих зв’язків, а також стерич-

ної комплементарності. Яким чином вірусні білки впізнають нуклеї-

нову кислоту? У некодувальній частині вірусного геному міститься

невелика ділянка з унікальними послідовностями нуклеотидів. Саме

з впізнавання цієї ділянки капсидними білками починається процес

складання віріона. Приєднання решти білкових молекул здійснюєть-

ся за рахунок специфічних білок-білкових або білок-нуклеїнових вза-

ємодій. Об’єднання вірусних білків із нуклеїновою кислотою відбува-

ється спонтанно як суто фізико-хімічна реакція агрегації, що потре-

бує участі додаткових факторів (рН, йонної сили, осмосу тощо).

Які загальні принципи складання віріонів?

1. У просто організованих вірусів формуються провіріони, які

внаслідок модифікацій білків перетворюються на віріони. У складно

організованих вірусів спочатку формуються нуклеокапсиди або сер-

цевини, з якими взаємодіють суперкапсидні білки.

2. Складання вірусів із суперкапсидною оболонкою (за винятком

покс- і гепаднавірусів) відбувається на клітинних мембранах: ядер-

ній, якщо вірус реплікується в ядрі, або плазматичній, ендоплазма-

тичної сітки чи комплексу Гольджі, якщо вірус реплікується в цито-

плазмі. До цих мембран транспортуються незалежно один від одно-

го всі компоненти віріона.

3. У деяких складно організованих вірусів (зокрема РНК-вмісних

мінус-нитчастих ортоміксо-, параміксо- і рабдовірусів) існує спеціа-

льний гідрофобний білок — матриксний, або мембранний (М-бі-

лок). Він є медіатором складання віріонів: виконує посередницьку

функцію між суперкапсидною оболонкою та нуклеокапсидом, утво-

рюючи разом з ним серцевину. Матриксний білок мають також

РНК-вмісні плюс-нитчасті корона- і ретровіруси.

4. Складання нуклеокапсидів, серцевин, провіріонів і віріонів від-

бувається не у внутрішньоклітинній рідині, а в спеціальних структу-

Репродукція вірусів

103

рах, існуючих у клітині або індукованих вірусом, що отримали різні

назви: «фабрики», клітинні матрикси, віропласти, включення. Ці

структури локалізуються в ядрі або цитоплазмі інфікованих клітин і

є продуктами кооперативних процесів клітини та вірусу. Зазвичай,

це місця синтезу вірусних компонентів і складання віріонів потомст-

ва. У «фабриках» виявляють різні клітинні структури — рибосоми

(полісоми), мембрани, мікротрубочки, осміофільні волокна та ін.

5. Складно організовані віруси для побудови своїх віріонів вико-

ристовують матеріал клітини-хазяїна, наприклад, ліпіди, вугле-

води, протеїнкінази, гістони, актин, тРНК (у ретровірусів), рибосоми

(в аренавірусів). Клітинні елементи виконують певні функції в

складі віріона, хоч у деяких випадках вони є результатом випадко-

вої контамінації.

Складання просто організованих ДНК-вмісних вірусів (адено-,

папілома-, поліома-, парво- і цирковіруси) відбувається в ядрі зара-

жених клітин, а РНК-вмісних (пікорна-, рео- і бірнавіруси) — в ци-

топлазмі. При цьому вірусний геном асоціюється з капсидними біл-

ками з утворенням у кінцевому варіанті нуклеокапсиду, що пред-

ставляє зрілий віріон.

Цей процес найкраще вивчений у пікорнавірусів. Капсидні білки,

взаємодіючи один з одним, утворюють капсомери, а ті у свою чергу —

прокапсид. Вірусна РНК вбудовується в прокапсид, і формується про-

віріон. Включення вірусної нуклеїнової кислоти в прокапсид ініціює

модифікації вірусних білків, конкретно — протеолітичне нарізання,

що призводить до утворення капсиду і зрілого віріона.

Реовіруси мають дві капсидні оболонки: внутрішню і зовнішню.

Асоціюючись із внутрішнім капсидом, вірусна РНК формує серце-

вину.

Складання аденовірусів відбувається також з утворенням серцеви-

ни (ДНК у комплексі з внутрішніми білками), яка вбудовується в ка-

псид. Можливий інший варіант взаємодії компонентів аденовірусів:

спочатку в капсид включаються серцевинні білки, а пізніше — ДНК.

У складно організованих вірусів, як вже зазначалося, спочатку

формується нуклеокапсид або серцевина, а вже потім — суперкапси-

дна оболонка. Цю оболонку РНК-вмісні віруси набувають здебільшого

внаслідок брунькування через плазмолему. Спочатку в певні її діля-

нки включаються суперкапсидні білки (глікопротеїни), які транспор-

туються від зв’язаних із мембранами полісом до комплексу Гольджі, а

далі — за ходом шорстких і гладеньких мембран на поверхню кліти-

ни. У деяких РНК-вмісних вірусів у процес складання віріонів залу-

чається також матриксний білок, який вбудовується з внутрішнього

боку плазмолеми в місцях інкорпорації вірусних глікопротеїнів.

Включення вірусних білків у склад клітинної плазматичної мембра-

ни приводить до її модифікації. Саме ці модифіковані ділянки впіз-

нають сформовані нуклеокапсиди (або серцевини), які зв’язуються із

Розділ 4

104

суперкапсидними білками. Це зумовлює випинання модифікованих

ділянок плазмолеми та утворення «бруньки», що поступово відокрем-

люється від клітини з формуванням зрілого віріона. В основі брунь-

кування лежать звичайні механізми, спрямовані на відторгнення

непридатного для клітини матеріалу та оновлення мембрани. У про-

цесі утворення «бруньки» вірусні суперкапсидні білки агрегуються

внаслідок текучості ліпідного шару, витісняючи при цьому клітинні

мембранні білки. Отже, суперкапсидна оболонка більшості РНК-

вмісних вірусів являє собою фрагмент клітинної плазматичної мем-

брани, модифікованої за рахунок включення вірусних глікопротеїнів,

а в деяких випадках також і мембранного білка.

У РНК-геномних коронавірусів віріони утворюються бруньку-

ванням через мембрани ендоплазматичної сітки і комплексу Голь-

джі всередину цитоплазматичних вакуолей. Брунькування бунья-

та артерівірусів відбувається через мембрани комплексу Гольджі, а

флавівірусів — через мембрани ендоплазматичної сітки.

Складно організовані ДНК-вмісні іридо- та асфарвіруси, які реп-

лікуються і формуються в цитоплазмі заражених клітин, набувають

суперкапсидної оболонки так само, як і більшість РНК-вмісних віру-

сів, — брунькуванням через плазматичну мембрану.

Складання віріонів герпесвірусів відбувається в ядрі на внутрі-

шній поверхні ядерної мембрани. При цьому сформовані нуклеока-

псиди асоціюються з тими її ділянками, що модифіковані за раху-

нок включення із зовнішнього боку суперкапсидних білків, а з вну-

трішнього боку — тегументних білків. У результаті відбувається

брунькування в навколоядерний простір. Отже, суперкапсидна обо-

лонка герпесвірусів утворюється з модифікованої ядерної мембрани.

Є дані, що формування зовнішньої ліпопротеїнової оболонки герпе-

свірусів може відбуватися на мембранах ендоплазматичної сітки

або на плазмолемі при брунькуванні нуклеокапсидів, які звільни-

лися від модифікованої ядерної мембрани.

У поксвірусів, на відміну від інших складно організованих віру-

сів, зовнішня ліпопротеїнова оболонка не клітинного походження.

Вона формується автономним самоскладанням у цитоплазмі зара-

жених клітин із вірусоспецифічних білків і ліпідів. З незрілою обо-

лонкою взаємодіє нуклеопротеїн, потім формується серцевина і бічні

тіла. Наступні стадії морфогенезу супроводжуються безперервним

синтезом вірусних білків, унаслідок чого виникає складна організа-

ція внутрішніх і зовнішніх структур віріона.

Про кінцеві стадії репродукції гепаднавірусів немає детальної

інформації. Складання серцевини вірусу гепатиту В відбувається в

ядрі гепатоцитів, а поверхневий антиген — HВsAg — накопичуєть-

ся в значних кількостях у цитоплазмі, де зв’язується з плазмолемою

й мембранами ендоплазматичної сітки. Суперкапсидна оболонка

вірусу формується з НВsAg, ліпідів і вуглеводів плазмолеми.

Репродукція вірусів

105

ВИХІД ВІРІОНІВ ІЗ КЛІТИНИ

Завершальною стадією репродукції вірусів, що тісно пов’язана з

формуванням зрілих вірусних частинок, є вихід віріонів потомства з

клітини. Це здійснюється двома шляхами: вибухом і брунькуван-

ням. У деяких вірусів брунькування поєднується з екзоцитозом.

Вибухоподібний механізм звільнення віріонів пов’язаний із

деструкцією (лізисом) зараженої клітини, внаслідок чого вірусне

потомство опиняється в позаклітинному просторі. Такий спосіб ви-

ходу властивий просто організованим вірусам, які дозрівають і на-

бувають інфекційної активності всередині клітини. Пригнічення

метаболізму макромолекул (зниження синтезу клітинних нуклеїно-

вих кислот і білків) та наступна деструкція зараженої клітини здій-

снюється структурними білками цих вірусів.

Вихід із клітини бруньку-

ванням через плазматичну

мембрану властивий більшості

складно організованих вірусів.

Даний механізм поєднує фор-

мування зрілих віріонів з од-

ночасним звільненням їх із

клітини (рис. 51). Це найефек-

тивніший спосіб виходу, оскі-

льки не залежить від деструк-

ції заражених клітин. При

цьому клітина може тривалий

час зберігати життєздатність і

продукувати вірусне потомст-

во, доки не відбудеться повне

виснаження її ресурсів. Вклю-

чення вірусних глікопротеїнів

у плазмолему надає клітині

нової антигенної специфічнос-

ті, й заражена клітина стає

об’єктом дії імунних механіз-

мів організму.

Деяким РНК-геномним ві-

русам, як вже зазначалося,

властиве брунькування через

мембрани ендоплазматичної

сітки і комплексу Гольджі все-

редину цитоплазматичних ва-

куолей. Такі віруси (корона-,

бунья-, артері- та флавівіруси)

звільняються із зараженої клі-

Рис. 51. Вихід віріонів із клітини шля-

хом брунькування через плазмолему

(А.Ф. Биковський та ін., 1983;

Ф. Феннер та ін., 1977)

1 — вірус лейкозу мишей; 2 — вірус афри-

канської чуми свиней

Розділ 4

106

тини шляхом екзоцитозу: вакуолі зливаються з плазмолемою, а

віріони потомства опиняються в позаклітинному просторі. З допомо-

гою екзоцитозу виходять із клітини ДНК-вмісні герпесвіруси, які

брунькуються через ядерну мембрану і транспортуються до поверхні

клітини в мембранних везикулах. Звільнення з клітини механізмом

екзоцитозу властиве також поксвірусам, які транспортуються в чох-

лах, сформованих із мембран комплексу Гольджі.

У вірусу гепатиту В шляхом екзоцитозу виходить із клітини

HBsAg, що призводить до антигенемії. Звільнення віріонів потом-

ства із зараженої клітини може відбуватися на будь-якому етапі

складання серцевин, тому в крові хворих виявляють не лише зрілі

віріони, а й неповні віріони, що містять тільки вірусну ДНК або гіб-

ридні молекули ДНК/РНК.

Деякі віруси здатні виходити з клітини та уражати сусідні, об-

минаючи позаклітинний простір, що дає їм змогу уникати дії спе-

цифічних антитіл. Наприклад, герпесвіруси можуть проникати з

однієї клітини в іншу по цистернах ендоплазматичної сітки, які

з’єднують ядерну мембрану з плазмолемою. Параміксовіруси при

брунькуванні спричинюють злиття сусідніх клітин з утворенням

гігантських багатоядерних клітин — симпластів (синцитіїв).

Тривалість циклу репродукції вірусів — від моменту адсорбції до

виходу з клітини — різна. Так, у пікорнавірусів цей процес триває 5 –

10 год, у ортоміксовірусів — 6 – 8, у реовірусів — 8 – 10, у аденовіру-

сів — 14 – 24 год, а в деяких їхніх представників — 32 – 36 год, у гер-

песвірусів — від 12 (вірус хвороби Ауєскі) до 70 год і більше (цитоме-

галовірус людини). Швидкість розмноження вірусів колосальна. На-

приклад, кількість інфекційного потомства одного віріона вірусу гри-

пу через 8 год досягає 10

, а до кінця першої доби — 10

. Урожай ві-

русу, тобто загальна кількість віріонів на одну заражену клітину, ко-

ливається в широких межах. Зокрема, у пікорнавірусів цей показник

становить 25 тис. – 100 тис., у аденовірусів — 10 тис. – 1 млн.

? Контрольні запитання

1. Які особливості репродукції вірусів? 2. Назвіть стадії репродукції віру-

сів.

3. Схарактеризуйте механізм адсорбції вірусу на поверхні клітини.

4. Якими шляхами відбувається проникнення вірусу всередину клітини?

5. У чому полягає депротеїнізація (роздягання) вірусу? 6. Як здійснюється

реалізація генетичної інформації у ДНК- і РНК-вмісних вірусів?

7. Назвіть

основні механізми синтезу вірусних білків.

8. У чому полягають посттранс-

ляційні модифікації вірусних білків?

9. Як здійснюється реплікація вірус-

них нуклеїнових кислот?

10. Що таке реплікативні комплекси? 11. Які фер-

менти беруть участь у транскрипції та реплікації вірусних геномів?

12. Як

здійснюється вихід віріонів потомства з клітини?

Генетика вірусів

107

ГЕНЕТИКА ВІРУСІВ

Вірусам, як і більш досконалим живим істотам, притаманні спад-

ковість та мінливість. Дослідженням саме цих властивостей за-

ймається генетика вірусів. Зміст і специфіка цієї наукової дисци-

пліни визначаються біологічними особливостями вірусів, найваж-

ливішими з яких є відносна простота організації, надзвичайна різ-

номанітність генетичного матеріалу і популяційна структура.

У вірусів існує рівень організації, який знаходиться вище рівня

організації індивідуальної вірусної частинки (віріона). Це — попу-

ляційний рівень. Вірус, що розмножується в організмі хазяїна, в

біологічному плані не механічне скупчення віріонів, а певна спілка

з ознаками і властивостями популяції. Еволюція, гомеостаз, регуля-

ція чисельності та інші важливі процеси, що відбуваються у вірус-

них популяціях, здійснюються на основі біологічних і генетичних

законів. Ці закони вивчає спеціальний розділ генетики вірусів —

популяційна генетика.

У вищих організмів сфери дослідження класичної, молекулярної

та популяційної генетики чітко розмежовані. Класична і молеку-

лярна генетика вивчають структурну організацію та функції гене-

тичного матеріалу на рівні особини, гена й молекулярних структур,

а популяційна — на рівні популяції. У вірусів ця межа стирається.

Об’єктом генетичного дослідження вірусів здебільшого є не окре-

мий віріон і його геном, а величезна за чисельністю вірусна попу-

ляція та генетичні явища, що відбуваються в ній, а також популя-

ція генів, молекулярних структур і генних продуктів. Генетичне і

молекулярно-генетичне дослідження вірусів проводиться на попу-

ляційній основі. Кінцева мета генетичного дослідження вірусів —

розуміння деталей структури і функції вірусного геному та кожного

з генних продуктів. Генетичну методологію використовують для ви-

вчення патогенезу вірусних інфекцій і противірусного імунітету,

якщо потрібно зіставити специфічні властивості вірусу з індивідуа-

льними генами й генними продуктами.

СТРУКТУРНА ОРГАНІЗАЦІЯ ВІРУСНОГО ГЕНОМУ

Генетичний апарат вірусів, на відміну від клітинного геному, над-

звичайно різноманітний. Він представлений як ДНК, так і РНК, які

бувають одно- і дволанцюговими, лінійними, фрагментованими і

кільцевими, плюс-нитчастими і мінус-нитчастими (детальну ха-

рактеристику вірусних нуклеїнових кислот наведено в розд. 2 «Мор-

Розділ 5

108

фологія та хімічний склад вірусів»). Геном вірусів тварин гаплоїд-

ний. Виняток становлять ретровіруси, які мають диплоїдний геном,

представлений двома ідентичними молекулами одноланцюгової

плюс-нитчастої РНК, що з’єднані між собою водневими зв’язками.

У спадковому апараті вірусів, як і в клітинних організмів, вико-

ристовується триплетний генетичний код. Це означає, що три

нуклеотиди в одноланцюгових молекулах або три пари нуклеотидів

у дволанцюгових молекулах нуклеїнової кислоти утворюють три-

плет (кодон) і кодують одну амінокислоту. А 1500 нуклеотидів чи

їхніх пар кодують вірусний поліпептид середнього розміру, який

складається з 500 амінокислот і має молекулярну масу 50 × 10

Д.

Кодувальна здатність вірусного геному визначається його моле-

кулярною масою, яка коливається в межах (1,5…250) × 10

Д для

ДНК і (2,4…20) × 10

Д для РНК.

Найдосконалішим генетичним матеріалом вірусів є дволанцюго-

ва ДНК. Подвійний запис генетичного коду забезпечує глибокий

консерватизм спадковості та створює передумови для збереження

основних видових властивостей. Окрім того, ланцюги ДНК характе-

ризуються високою міцністю й утворюють відносно великі молекули,

які вміщують більше генетичної інформації порівняно з РНК. Тому

саме ДНК відповідає потребам прогресивної еволюції, що веде до

ускладнення структури і функції біологічних систем. Якщо як кри-

терій еволюційного розвитку розглядати кодувальну здатність ге-

ному, то очевидно, що ДНК-вмісні віруси просунулися по еволюцій-

них щаблях значно далі, ніж РНК-вмісні.

Можливість збільшити ємність геному РНК-вмісних вірусів лімі-

тується величиною 8,1 × 10

Д для одноланцюгових і 20 × 10

Д для

дволанцюгових РНК. Це обмеження зумовлене відносно низькою

фізичною та хімічною стабільністю молекули РНК, що зумовлене

неміцним фосфодиефірним зв’язком на основі рибози і вільним ста-

ном значної частини аміногруп азотистих основ. Максимальні роз-

міри молекули РНК обмежені також механізмом її взаємодії з рибо-

сомами. Збільшення ємності геному РНК-вмісних вірусів еволюцій-

но йшло не за рахунок збільшення розмірів молекули РНК, а за-

вдяки структурним змінам. Результатом цього процесу є фрагмен-

тована будова і відносно більша кодувальна здатність геному орто-

міксо-, арена-, бунья-, рео- і бірнавірусів. Фрагментований геном

РНК-вмісних вірусів належить до великих еволюційних досягнень і

є вершиною розвитку РНК-вмісних генетичних структур. За своєю

біологічною суттю цей тип організації спадкового матеріалу нагадує

хромосоми, які виникли внаслідок еволюції ДНК-вмісних генетич-

них систем. Перевага фрагментованого геному полягає в тому, що в

кількох фрагментах РНК, кожен з яких не досягає критичного роз-

міру, міститься такий обсяг спадкової інформації, збереження якої

не може забезпечити ціла молекула РНК. Окрім того, наявність

Генетика вірусів

109

фрагментів створює передумови для здійснення рекомбінацій, в ос-

нові яких лежить обмін великими блоками спадкового матеріалу.

Цей унікальний механізм слугує для РНК-вмісних вірусів із фраг-

ментованим геномом могутнім джерелом спадкової мінливості, що

збільшує їхню генетичну пластичність.

Ген у вірусів — це одиниця структурної та функціональної спад-

ковості, яка є ділянкою ДНК або РНК, що кодує, як правило, один

білок. Продуктами генів є структурні й неструктурні вірусні білки, в

тому числі ферменти, які входять до складу віріона або утворюються

в зараженій клітині та беруть участь в інфекційному циклі.

Вірусні гени, так само як і клітинні, мають мозаїчну структуру,

тобто кодувальні ділянки — екзони — чергуються з інтронами —

нуклеотидними послідовностями, які не несуть генетичної інфор-

мації та не транслюються. При транскрипції зчитується весь ген,

включаючи екзони та інтрони. Потім відбувається процесинг (дозрі-

вання) іРНК: з утвореного довгого первинного транскрипта фермен-

тативно видаляються ділянки, що відповідають інтронам, а ділян-

ки, ідентичні екзонам, зшиваються. У результаті такої модифікації

з первинного транскрипта утворюється зріла іРНК, яка містить про-

граму синтезу білка. Процес посттрансляційного ферментативного

вирізання інтронів і з’єднання екзонів називається сплайсингом

(від англ. splice — з’єднувати, зрощувати кінці каната).

Сукупність усіх генів вірусу називається геномом. Незважаючи

на те, що вірусний геном за молекулярною масою в 10

– 10

разів

менший від клітинної ДНК (1,8 × 10

Д), він успішно конкурує та

примушує клітину функціонувати за генетичною програмою вірусу.

Кількість генів у ДНК-вмісних вірусів коливається від 3 до 160,

а у РНК-вмісних — від 5 до 15. У вірусів із фрагментованим гено-

мом кожен фрагмент представляє собою один ген.

Як відбувається регуляція активності вірусного геному? Адже в

зараженій клітині всі події, пов’язані з репродукцією вірусу, мають

упорядкований характер. У клітинній ДНК, поряд із структурними

генами, в процесі еволюції виникли регуляторні (або функціональні)

гени. Вони визначають синтез білкових факторів, що контролюють ак-

тивність структурних генів. Регуляторними генами, які контролюють

транскрипцію, є підсилювач транскрипції та промотор — ділянка

ДНК, що знаходиться безпосередньо перед структурними генами з бо-

ку 3′-кінця полінуклеотидного ланцюга і визначає місце специфічного

зв’язування РНК-полімерази. У вищих організмів функціональні гени

займають більшу частину геному й утворюють диференційовану сис-

тему регуляції його активності. Різні класи регуляторних генів (зокре-

ма регулятори, оператори, репресори) є в бактерій і великих фагів.

Віруси хребетних знаходяться на різних ступенях цього еволюцій-

ного шляху. Геном РНК-вмісних і дрібних ДНК-вмісних вірусів (пар-

во- і цирковіруси), очевидно, повністю складається зі структурних ге-