Альфавирусы — род РНК-вирусов , единственный род семейства Togaviridae . Альфавирусы относятся к группе IV Балтиморской классификации вирусовс геномом с одноцепочечной РНК с положительным смыслом . Существует 32 альфавируса, которые заражают различных позвоночных , таких как люди, грызуны, рыбы, птицы и более крупные млекопитающие, такие как лошади, а также беспозвоночные . Альфавирусы, которые могут инфицировать как позвоночных, так и членистоногих, называются альфавирусами с двойным хозяином, тогда как альфавирусы, специфичные для насекомых, такие как вирус Эйлат и вирус Яда-яда, ограничиваются своим компетентным вектором-членистоногим. [1] Передача между видами и особями происходит в основном через комаров, что делает альфавирусы частью коллекции арбовирусов – или вирусов, передающихся членистоногими . Частицы альфавируса имеют оболочку, имеют диаметр 70 нм, имеют тенденцию быть сферическими (хотя и слегка плеоморфными ) и имеют изометрический нуклеокапсид размером 40 нм . [2]
Альфавирусы представляют собой небольшие сферические вирусы с оболочкой, геном которых состоит из одной цепи РНК с положительным смыслом. Общая длина генома колеблется от 11 000 до 12 000 нуклеотидов и имеет 5'-кэп и 3'- поли-А-хвост . Четыре гена неструктурных белков кодируются в 5'-двух третях генома, тогда как три структурных белка транслируются с субгеномной мРНК, коллинеарной с 3'-одной третью генома.
В геноме существуют две открытые рамки считывания (ОРС): неструктурная и структурная. Первый неструктурен и кодирует белки (nsP1–nsP4), необходимые для транскрипции и репликации вирусной РНК. Второй кодирует три структурных белка: основной белок нуклеокапсида C и белки оболочки P62 и E1, которые соединяются в гетеродимер . Поверхностные гликопротеины , закрепленные на вирусной мембране, отвечают за распознавание рецепторов и проникновение в клетки- мишени посредством слияния мембран .
Протеолитическое созревание P62 в E2 и E3 вызывает изменение поверхности вируса. Вместе E1, E2, а иногда и E3, гликопротеиновые «шипы» образуют димер E1/E2 или тример E1/E2/E3, где E2 простирается от центра к вершинам, E1 заполняет пространство между вершинами, а E3, если он присутствует, то находится на дистальном конце шипа. [3] При воздействии на вирус кислотной среды эндосомы E1 диссоциирует от E2 с образованием гомотримера E1 , который необходим на этапе слияния, чтобы свести вместе клеточные и вирусные мембраны . Альфавирусный гликопротеин Е1 представляет собой вирусный слитый белок класса II, который структурно отличается от слитых белков класса I, обнаруженных в вирусе гриппа и ВИЧ. Структура вируса леса Семлики обнаружила структуру, аналогичную структуре флавивирусного гликопротеина Е, с тремя структурными доменами в том же расположении первичной последовательности . [4] Гликопротеин Е2 взаимодействует с нуклеокапсидом через свой цитоплазматический домен, в то время как его эктодомен отвечает за связывание клеточного рецептора . Большинство альфавирусов теряют периферический белок Е3, но у вирусов Семлики он остается связанным с вирусной поверхностью.
Четыре неструктурных белка (nsP1–4), которые продуцируются как один полипротеин, составляют механизм репликации вируса. [5] Процессинг полипротеина происходит строго регулируемым образом, при этом расщепление в месте соединения P2/3 влияет на использование матрицы РНК во время репликации генома. Это место расположено у подножия узкой расщелины и труднодоступно. Перед расщеплением nsP3 создает кольцевую структуру, окружающую nsP2. Эти два белка имеют обширный интерфейс.
Мутации в nsP2, которые приводят к образованию нецитопатических вирусов или кластера чувствительных к температуре фенотипов в области интерфейса P2/P3. Мутации P3 напротив расположения нецитопатических мутаций nsP2 предотвращают эффективное расщепление P2/3. Это, в свою очередь, влияет на инфекционность РНК, изменяя уровни продукции вирусной РНК.
Вирус имеет диаметр 60–70 нанометров . Он имеет оболочку, сферическую форму и имеет геном РНК с положительной цепью размером ~ 12 тысяч оснований. Геном кодирует два полипротеина. Первый полипротеин состоит из четырех неструктурных единиц: в порядке от N-конца к С-концу — nsP1, nsP2, nsP3 и nsP4. Второй представляет собой структурный полипротеин, состоящий из пяти единиц экспрессии: от N-конца до С-конца — капсида, Е3, Е2, 6К и Е1. Субгеномная РНК с положительной цепью - 26S РНК - реплицируется из промежуточной РНК с отрицательной цепью. Это служит матрицей для синтеза вирусных структурных белков. Большинство альфавирусов имеют консервативные домены, участвующие в регуляции синтеза вирусной РНК.
Нуклеокапсид диаметром 40 нанометров содержит 240 копий капсидного белка и имеет икосаэдрическую симметрию Т = 4. Вирусные гликопротеины E1 и E2 встроены в липидный бислой. Отдельные молекулы E1 и E2 объединяются с образованием гетеродимеров. Гетеродимеры E1–E2 образуют контакты один к одному между белком E2 и мономерами нуклеокапсида. Белки Е1 и Е2 обеспечивают контакт между вирусом и клеткой-хозяином.
Было идентифицировано несколько рецепторов. К ним относятся прогибин , фосфатидилсерин , гликозаминогликаны и β-субъединица АТФ-синтазы (необходима ссылка).
Репликация происходит внутри цитоплазмы, особенно в областях, называемых «сферулами», отделенных от остальных инвагинациями плазматической мембраны. Каждый комплекс занимает одну такую область внутренним диаметром около 50 нм. [6]
Вирионы созревают путем отпочкования через плазматическую мембрану, где ассимилируются поверхностные гликопротеины Е2 и Е1, кодируемые вирусом. Эти два гликопротеина являются мишенями многочисленных серологических реакций и тестов, включая нейтрализацию и ингибирование гемагглютинации. Альфавирусы проявляют различную степень антигенной перекрестной реактивности в этих реакциях, что составляет основу семи антигенных комплексов, 32 видов и множества подтипов и разновидностей. Белок Е2 является местом расположения большинства нейтрализующих эпитопов, тогда как белок Е1 содержит более консервативные перекрестно-реактивные эпитопы.
Изучение этого таксона позволяет предположить, что эта группа вирусов имела морское происхождение — в частности, Южный океан — и что впоследствии они распространились как в Старый, так и в Новый Свет. [7]
В этом роде есть три подгруппы: подгруппа вирусов леса Семлики (вирусы леса Семлики, вирусы О'ньонг-нён и Росс-Ривер); подгруппа вируса восточного лошадиного энцефалита (вирусы восточного лошадиного энцефалита и венесуэльского лошадиного энцефалита) и подгруппа вируса Синдбис. [8] Вирус Синдбис, географически ограниченный Старым Светом, более тесно связан с подгруппой восточного лошадиного энцефалита, которая относится к вирусам Нового Света, чем с подгруппой вирусов леса Семлики, которая также встречается в Старом Свете.
К роду отнесены следующие виды: [9]
Семь комплексов:
Вирус леса Бармах родственен вирусу леса Семлики. Вирус Мидделбург, хотя и классифицируется как отдельный комплекс, может принадлежать к группе вирусов Леса Семлики.
Кажется вероятным, что этот род развился в Старом Свете из растительного вируса, передающегося насекомыми. [11]
Вирус Синдбис, возможно, возник в Южной Америке. [12] Вирусы лошадиного энцефалита и вирус Синдбис родственны.
Вирусы Старого Света и Нового Света, по-видимому, разошлись между 2000 и 3000 лет назад. [13] Расхождение между вирусом венесуэльского лошадиного энцефалита и вирусом восточного лошадиного, по-видимому, произошло примерно 1400 лет назад. [14]
Клада, заражающая рыб, по-видимому, является базальной по отношению к другим видам.
Вирус южного морского слона, по-видимому, связан с кладой Синбис.
По всему миру распространено множество альфавирусов, способных вызывать заболевания человека. Наиболее часто наблюдаемыми симптомами являются инфекционный артрит , энцефалит , сыпь и лихорадка . Более крупные млекопитающие, такие как люди и лошади, обычно являются тупиковыми хозяевами или играют незначительную роль в передаче вируса; однако в случае венесуэльского лошадиного энцефалита вирус в основном амплифицируется у лошадей. В большинстве остальных случаев вирус сохраняется в природе у комаров, грызунов и птиц.
Наземные альфавирусные инфекции распространяются насекомыми-переносчиками, такими как комары. После укуса человека инфицированным комаром вирус может попасть в кровоток, вызывая виремию . Альфавирус также может проникнуть в ЦНС , где он может расти и размножаться внутри нейронов. Это может привести к энцефалиту , который может привести к летальному исходу.
Когда человек инфицирован этим конкретным вирусом, его иммунная система может сыграть роль в уничтожении вирусных частиц. Альфавирусы способны вызывать выработку интерферонов . Антитела и Т-клетки также участвуют. Нейтрализующие антитела также играют важную роль в предотвращении дальнейшего заражения и распространения.
Диагностика основывается на клинических образцах, из которых вирус можно легко выделить и идентифицировать. В настоящее время вакцины против альфавируса не существует. Предпочтительными профилактическими мерами являются борьба с переносчиками инфекции с помощью репеллентов, защитной одежды, уничтожение мест размножения и опрыскивание. [ нужна цитата ]
Альфавирусы представляют интерес для исследователей генной терапии , в частности вирус Росс-Ривер, вирус Синдбис , вирус леса Семлики и вирус венесуэльского лошадиного энцефалита - все они использовались для разработки вирусных векторов для доставки генов. Особый интерес представляют химерные вирусы, которые могут образовываться с альфавирусными оболочками и ретровирусными капсидами. Такие химеры называются псевдотипированными вирусами. Псевдотипы альфавирусной оболочки ретровирусов или лентивирусов способны интегрировать гены, которые они несут, в обширный диапазон потенциальных клеток-хозяев, которые распознаются и инфицируются белками альфавирусной оболочки E2 и E1. Стабильная интеграция вирусных генов опосредована ретровирусными внутренностями этих векторов. Существуют ограничения на использование альфавирусов в области генной терапии из-за отсутствия у них таргетной направленности, однако за счет введения вариабельных доменов антител в неконсервативную петлю в структуре Е2 были нацелены конкретные популяции клеток. Более того, использование целых альфавирусов для генной терапии имеет ограниченную эффективность как потому, что несколько внутренних альфавирусных белков участвуют в индукции апоптоза при инфекции, так и потому, что альфавирусный капсид опосредует лишь временное введение мРНК в клетки-хозяева. Ни одно из этих ограничений не распространяется на псевдотипы ретровирусов или лентивирусов с альфавирусной оболочкой. Однако экспрессия оболочек вируса Синдбис может приводить к апоптозу, а их введение в клетки-хозяева при инфицировании псевдотипированными ретровирусами оболочки вируса Синдбис также может приводить к гибели клеток. Токсичность вирусных оболочек Синдбис может быть причиной очень низких титров продукции, реализуемых упаковывающими клетками, сконструированными для производства псевдотипов Синдбис. Другая отрасль исследований альфавирусов связана с вакцинацией. Альфавирусы могут быть созданы для создания векторов репликонов , которые эффективно индуцируют гуморальный и Т-клеточный иммунные ответы. Поэтому их можно использовать для вакцинации против вирусных, бактериальных, простейших и опухолевых антигенов.
Первоначально семейство Togaviridae включало в себя так называемые флавивирусы , входящие в род Alphavirus . Флавивирусы были выделены в собственное семейство, когда благодаря развитию секвенирования были отмечены достаточные различия с альфавирусами. [15] Вирус краснухи ранее был включен в семейство Togaviridae в отдельный род Rubivirus , но теперь классифицирован в отдельное семейство Matonaviridae . [16] Альфавирусы теперь являются единственным родом в этом семействе.
Обратите внимание, что до 2000 года Ochlerotatus vigilax был известен как Aedes vigilax.
