Pestivirus — род вирусов семейства Flaviviridae . Вирусы рода Pestivirus поражают млекопитающих , включая представителей семейства Bovidae (к которому относятся крупный рогатый скот, овцы и козы) и семейства Suidae (к которому относятся различные виды свиней ). В этом роде насчитывается 11 видов. Заболевания, связанные с этим родом , включают: геморрагические синдромы, аборты и фатальные заболевания слизистых оболочек. [1] [2]
Вирусы в Pestivirus имеют оболочку, сферическую геометрию. Их диаметр составляет около 50 нм. Геномы линейные и не сегментированные, около 12kb в длину. [1]
Проникновение в клетку-хозяина достигается путем прикрепления белка оболочки вируса E2 к рецепторам хозяина, что опосредует эндоцитоз, опосредованный клатрином. Основной процесс репликации вируса происходит в цитоплазме хозяина. Репликация следует модели репликации вируса с положительной цепью РНК . Элемент РНК IRES в 5'-нетранслируемой области (NTR) вирусного генома привлекает вирусные и клеточные факторы трансляции для инициирования трансляции вирусного белка. [3] Вирусные белки сначала транслируются как полипротеин, а затем перерабатываются в отдельные структурные и неструктурные белки как вирусными, так и протеазами хозяина. [3] Вирус покидает клетку-хозяина путем почкования. Естественными хозяевами служат млекопитающие. При заражении хозяин выделяет вирусы почти со всеми выделениями организма, включая слюну, выделения из носа, молоко и фекалии. [3] Вертикальная передача (вирусы пересекают плаценту и заражают плод) также распространена. [1]
Вирусы пестивирусов имеют одну цепь положительно-полярной РНК (т. е. РНК, которая может быть напрямую транслирована в вирусные белки), длина которой составляет около 12,5 килооснований (кб) (что соответствует длине 12 500 нуклеотидов ), но из-за событий рекомбинации наблюдалась длина до 16,5 килооснований. [4] Иногда вирионы (отдельные вирусные частицы) содержат участки генома животного , которые были дублированы, хотя обычно это не так. Несмотря на отсутствие поли-А -хвоста на 3'-конце генома, он содержит области стебель-петля, которые могут быть вовлечены в вирусную трансляцию и репликацию. [5] Геном содержит РНК для кодирования как структурных, так и неструктурных белков . Молекулярная биология пестивирусов имеет много сходств и особенностей с гепацивирусами человека . Организация генома и стратегия трансляции очень похожи для членов обоих родов. В случае вируса ВДП часто происходят негомологичные события рекомбинации РНК , приводящие к появлению генетически отличных вирусов, которые смертельны для хозяина. [6]
Pestivirus A широко распространен в Австралии , в основном среди крупного рогатого скота. Некоторые взрослые особи крупного рогатого скота имеют иммунитет к этому заболеванию, в то время как другие являются пожизненными носителями. Если плод заражается в течение первых трех-четырех месяцев беременности , то у него не вырабатываются антитела к вирусу. В этих случаях животные часто умирают до рождения или вскоре после него. Он очень легко распространяется среди крупного рогатого скота на откорме, поскольку носовые выделения и близкий контакт распространяют болезнь, а животные с инфицированными слизистыми оболочками выделяют миллионы частиц BVDV в день. [ необходима цитата ]
Симптомы заражения пестивирусом включают диарею , проблемы с дыханием и нарушения свертываемости крови . [ необходима ссылка ]
Существуют вакцины от пестивируса А , и правильный штамм вакцины должен быть введен в зависимости от местоположения стада и эндемичного штамма в этом регионе. Эту вакцинацию необходимо проводить регулярно, чтобы поддерживать иммунитет. [ необходима цитата ]
В настоящее время в мире используется 120 зарегистрированных вакцин против BVD, в основном в Северной и Южной Америке. [7] Это обычные модифицированные живые вирусные вакцины (MLV) или инактивированные/убитые вирусные вакцины. [7] У беременных животных живые вакцины представляют значительный риск вертикальной передачи вакцинного вируса, что иногда может приводить к осложнениям у телят. [8] Основной вред, наносимый BVDV, приходится на нерожденных телят и зависит от времени заражения. [9] Вакцинация не доказала своей эффективности при вирусной диарее крупного рогатого скота (BVD), поскольку присутствие BVD не уменьшилось с момента разработки вакцины. [10] Животные, пораженные вирусом на раннем этапе развития плода, могут стать персистентно инфицированными (ПИ) и не иметь иммунного ответа на BVD. Присутствие этих животных в стадах и выделение ими вируса могут заразить других животных в стаде до того, как станет возможной вакцинация. [11] Животные с ПИ не вырабатывают антитела и являются основным источником заражения для стад, поэтому для искоренения источников заражения необходима выбраковка. [3] Вакцины не способны предотвратить внутриутробные инфекции, поэтому это представляет собой огромный источник инфекции для стад крупного рогатого скота. [10] Другая причина неэффективности вакцины против BVD заключается в том, что не вакцинируются целые районы, а не только отдельные стада. [11] Пограничная болезнь, которая поражает ягнят, также вызывается пестивирусом, но в настоящее время не имеет вакцины. [12] Маркерные вакцины являются полезными инструментами для искоренения болезней животных в регионах с высокой распространенностью указанного заболевания. Химерный CP7_E2alf, используемый для того, чтобы увидеть, как измененный клеточный тропизм влияет на свиней, может не только служить инструментом для лучшего понимания прикрепления, проникновения и сборки пестивируса, но и представлять собой модифицированные живые «маркерные вакцины» вируса КЧС. [3]
Геномная РНК пестивирусов транслируется в большой полипротеин, который делится на несколько белков. Он имеет одну большую открытую рамку считывания (ORF), которая может кодировать около 4000 аминокислот, и геном одноцепочечной РНК с положительным смыслом. Среди структурных белков, которые являются N-концевыми в этом полипротеине, есть три гликопротеина, которые называются E0, E1 и E2 в зависимости от порядка, в котором они в конечном итоге появляются в полипротеине. [13] Нуклеокапсидный белок C и три оболочечных гликопротеина Erns, E1 и E2 являются структурными компонентами вириона. [14] Начиная с зарождающегося расщепления между предшественником ErnsE1E2 и капсидным белком, затем осуществляется процессинг гликопротеина путем расщепления на C-конце E2. [14] После расщепления на ErnsE1 и E2, ErnsE1 затем трансформируется в Erns и E1. Сигнальная пептидаза хозяина, расположенная в просвете эндоплазматического ретикулума, катализирует расщепление между Erns и E1, а также между E1 и E2 (ER). [15] Новый тип участка расщепления сигнальной пептидазы идентифицирован в полипротеине РНК-вируса. Наиболее важным структурным белком является E2, который регулирует тропизм клеток, взаимодействуя с рецепторами клеточной поверхности и вызывая ответы цитотоксических Т-лимфоцитов и нейтрализующих антител. E2 является трансмембранным белком типа I и имеет массу 55 кДа. Все три гликопротеина способствуют прикреплению вируса и его проникновению в клетки-мишени. Для проникновения вируса и его контагиозности требуются гетеродимерные молекулы E1-E2. E1 классифицируется как трансмембранный белок типа I и имеет массу 33 кДа. Из трех гликопротеинов функции E1 являются наименее разработанными и наименее понятными. [16] Гликопротеины вируса должны выполнять различные задачи на протяжении всего жизненного цикла, чтобы вирус успешно заражал клетки или животных, размножался и затем покидал пораженные клетки. Эти действия можно разбить на три взаимоисключающие категории: взаимодействие с хозяевами для поддержания себя в популяции животных, взаимодействие с клетками для заражения и репликации и соединение с другими вирусными белками для формирования жизнеспособных вирионов. Хотя у него отсутствует гидрофобная якорная последовательность, было обнаружено, что структурный гликопротеин E(rns) пестивирусов связан с вирионом и мембранами в инфицированных клетках через свой COOH-конец. Erns, гликопротеин оболочки, недавно был признан РНКазой. РНКазы обладают различными биологическими эффектами. Было доказано, что они являются иммунодепрессантами, нейротоксичными и противоглистными. Erns значительно снизили синтез белка различных видов лимфоцитов, не вызывая повреждения клеточной мембраны. [17] Симптомы пестивирусных инфекций включают лейкопению и иммуносупрессию. В патогенезе пестивирусов ERNS имеет решающее значение. Гликопротеин оболочки пестивируса, называемый ERNS, имеет решающее значение для прикрепления вируса и инфицирования клеток. У Erns отсутствует трансмембранный домен, в отличие от двух других белков оболочки E1 и E2, и значительное количество секретируется в среду инфицированных. C-конец Erns служит мембранным якорем, сигналом удержания/секреции, сайтом связывания для гликозаминогликанов клеточной поверхности (GAG), сайтом расщепления сигнальной пептидазы и многим другим. Erns имеет массу 44–48 кДа. [18] Белок также присутствует в некоторых чистых вирионах пестивируса, что ставит важный и увлекательный вопрос о том, как он прикрепляется к оболочке пестивируса. Антитела, нейтрализующие вирус, в первую очередь нацелены на гликопротеины E2 пестивируса, которые также выполняют функцию связывания рецепторов и ограничения круга хозяев. В тот момент, когда пестивирусы проникают в клетки, их специфичность к хозяину, вероятно, зависит от последовательности и структуры E2. Оболочечные вирусы создали множество хитрых методов вторжения. [19] Для прикрепления клеток и слияния мембран требуются один или несколько вирусных гликопротеинов оболочки. В отличие от пестивирусов и гепацивирусов, которые оба имеют два гликопротеина оболочки, E1 и E2, члены семейства Flaviviridae, такие как флавивирусы, имеют только один гликопротеин, E, в своей оболочке. Хотя E2 участвует в прикреплении клеток, пока неизвестно, какой белок вызывает слияние мембран. [20]
Вирус вирусной диареи крупного рогатого скота (BVDV) является причиной вирусной диареи крупного рогатого скота (BVD). Вирус вирусной диареи крупного рогатого скота типа 1 (BVDV-1), вирус вирусной диареи крупного рогатого скота типа 2 (BVDV-2), вирус пограничной болезни (BDV) и вирус классической свиной лихорадки (CSF) являются четырьмя признанными видами в роде Pestivirus семейства Flaviviridae. [21] Хотя в последние десятилетия был достигнут прогресс в определении активности неструктурных белков BVDV, исследования вируса по-прежнему в основном сосредоточены на его структурном белке. Понимание неструктурных белков BVDV поможет исследователям лучше понять репликацию вируса и молекулярную основу вирусной персистирующей инфекции. Восемь неструктурных белков (NSP) кодируются вирусом вирусной диареи крупного рогатого скота (BVDV) (то есть Npro, p7, NS2, NS3, NS4A, NS4B, NS5A и NS5B). Одна открытая рамка считывания кодируется одиночной, одноцепочечной, положительно-цепочечной РНК 12,3–16,5 кб в BVDV (ORF). Кодирующая последовательность — NH2, а ORF может быть разделена на различные части для кодирования полипротеинов. –Npro (p20) (p20) –C (p14) (p14) -Erns/E0(gp48), -E1(gp25), -E2(gp53), -p7, NS2(p54), -NS3(p80), -NS4A(p10), -NS4B(p30), -NS5A(p58), -NS5B(p75), -COOH. По отдельности или вместе эти белки участвуют в репликации, транскрипции и трансляции вируса. Npro (p20), белок, специфичный для пестивируса с молекулярной массой примерно 20 кДа, является первым белком, генерируемым из N-конца вирусного полипротеина. BVDV Npro является гидрофильным белком внешней мембраны, который в основном состоит из бета-слоев и случайного скручивания. [22] У него отсутствует сигнальный пептид. Npro также является собственной протеазой, которая может катализировать расщепление развивающихся полипротеинов для создания белка BVDV C. Инфицированные животные имеют врожденное подавление иммунитета в результате способности BVDV Npro контролировать генерацию или ингибирование интерферона типа I (IFN-I) и изменять способность вируса к репликации. Полипептид массой 6-7 кДа, генерируемый из E2, называемый вирусным белком p7, имеет два домена. Другой домен, который присутствует на протяжении всей инфекции в клетке как свободный p7 или E2-p7, высвобождается путем интерпретации сигнальной пептидазы и находится на C-конце E2 без расщепления. Однако, поскольку p7 не был обнаружен в частицах BVDV, он был классифицирован как неструктурный белок. Хотя BVDV p7 может способствовать образованию заразных частиц BVDV и способствовать высвобождению вируса, точные механизмы, лежащие в основе этих действий, до сих пор неизвестны. [23] С 450 аминокислотами, NS2 (p54) является цистеиновой протеазой. Общий домен структуры протеазы C-конца и гидрофобная N-концевая полузакрепленная белковая мембрана составляют эту структуру. [24]Расщепление NS2-NS3 опосредовано собственной протеазой в NS2, которая может эффективно расщепляться на NS2 и NS3 на ранних стадиях инфекции, а степень расщепления NS2-NS3 контролирует BVDV от репликации РНК до морфологических изменений. [25] Кроме того, когда вирус BVDV заражает клетку, клеточный шаперон DNAJC14 объединяет усилия с вирусным NS2-NS3, чтобы облегчить активацию протеазы NS2 и высвобождение NS3, что облегчает производство вирионов. [26] В качестве целевого антигена для обнаружения BVDV методом ELISA NS3 представляет собой многофункциональный белок с активностью сериновой протеазы, геликазной активностью и активностью нуклеозидтрифосфатазы (NTPase). [13] Хотя он играет важную роль в репликазе BVDV и контролирует способность вирусных РНК к репликации, NS3 мало влияет на сборку вируса. Только в комплексе NS3/NS4A протеаза NS3 может достичь пиковой активности, после чего C-конец NS3 расщепляет все нижестоящие белки. Репликация вирусной РНК будет затруднена инактивацией протеазы NS3, геликазы и NTPase. Нормальные пределы обнаружения для белка NS2-NS3 (p125) в клетках, инфицированных Ncp и Cp BVDV, составляют 120 кДа. Расщепление NS2-NS3 связано с репликацией вируса на ранних стадиях вирусной инфекции. [13] Комплекс, известный как NS2-NS3/NS4A (NS2-3/4A), создается, когда NS4A соединяется с нерасщепленным NS2-NS3 (NS2-3) или NS3/NS4A. Он может быть использован для поддержки репликации РНК и сборки вируса в качестве основного элемента вирусных частиц. В комплексе сериновой протеазы NS3/NS4A NS4A функционирует как кофактор протеазы, взаимодействуя с NS3 для катализа расщепления нижестоящих белков NS4B, NS5A и NS5B. [27] При сборке частиц NS2 и NS3 могут заменять неразрезанные молекулы NS2-NS3, но точный механизм до сих пор неизвестен. [13] Гидрофобный белок массой 35 кДа с активностью NTPase, называемый NS4B (p30), участвует в репликации генома BVDV. [28] Благодаря взаимодействиям между вирусными Npro, Erns и NS4B и путями передачи сигналов иммунной системы хозяина, BVDV может обходить иммунную реакцию хозяина и вызывать стойкую инфекцию у крупного рогатого скота, блокируя их врожденные иммунные реакции. [29] Основной целью диагностики заболеваний, создания вакцин и лечения инфекций является NS4B. После вирусной инфекции NS4B может вызывать гуморальные и клеточные иммунные реакции благодаря своим высококонсервативным эпитопам. NS5B (p75), который имеет функциональный мотив, типичный для вирусной РНК-зависимой РНК-полимеразы, имеет размер примерно 77 кДа (RdRp). Он в первую очередь участвует в процессе перестройки мембраны инфицированной вирусом клетки и катализирует создание вирусной РНК. [30]C-конец полипротеина BVDV — это место, где NS5A (p58) и NS5B (p75) разделены. Инфицированные клетки обычно содержат NS5A (p58) в виде одного белка или в виде нерасщепленного комплекса NS5A-NS5B. Гидрофильный фосфорилированный белок с молекулярной массой 58 кДа, называемый NS5A, является частью вирусной репликазы. [31] Хотя NS5B оказывает значительное влияние на репликацию РНК, его отсутствие специфичности может повлиять на конструкцию вирусной репликазы. [32] Ряд вопросов, включая патогенный механизм, регуляцию репликации вируса и взаимодействие между p7, NS4B, NS5A и другими NSP, остаются нерешенными. [33]