itthon › Oktatás › Influenza: a vírus és az univerzális vakcina fejlődése. Miért mutál az influenza? Vírusos betegségek, amelyek mutációhoz vezetnek

Influenza: a vírus és az univerzális vakcina fejlődése. Miért mutál az influenza? Vírusos betegségek, amelyek mutációhoz vezetnek

Az influenzavírus a mutáció bajnoka
Évente 3-5 millió ember szenved súlyos influenzában, közülük 500 ezren halnak bele magába az influenzába vagy annak szövődményeibe. WHO adatok). Az influenza elleni védőoltások természetesen jelentősen csökkentik a megbetegedések valószínűségét. azonban

Ellentétben az olyan betegségekkel, mint a kanyaró vagy a tuberkulózis, amelyekkel szemben az immunitás az első betegség vagy védőoltás után alakul ki, és egész életen át hatékony marad, szinte minden évben sokan megbetegszenek influenzában.

Az immunitás hatékonyságát az határozza meg, hogy az immunrendszer milyen sikeresen ismeri fel és semlegesíti a fertőzés forrását – vírust vagy baktériumot. Amikor először megfertőződik vagy beoltják, az immunrendszer megtanul antitesteket, olyan molekulákat termelni, amelyek vírusrészecskékhez vagy baktériumokhoz kötődnek, és ártalmatlanná teszik azokat. Az antitestek kifejlesztése után az immunrendszer élete végéig „szolgálatban hagyja” azokat.

Ezért, ha egy személy újra megfertőződik ugyanazzal a fertőzéssel, az immunrendszer működik, és a fertőzés gyorsan semlegesíthető. Ezen az elven működik a kanyaró, a tuberkulózis és más betegségek elleni védőoltás. Akkor miért nem működik ez a mechanizmus az influenzavírussal, és minden évben újból be kell oltani az influenza ellen?

Ennek két oka van. Az első az immunrendszerünk és a vírus közötti kölcsönhatás sajátossága. Az influenzavírus részecskéinek felületét két fehérje, a hemagglutinin (HA) és a neuraminidáz (NA) molekulái vonják be (lásd az ábrát). Az emberi influenza különböző változatait e fehérjék típusa szerint osztályozzák, például H1N1 (1. típusú hemagglutinin, 1. típusú neuraminidáz). Az emberi immunrendszer képes olyan antitesteket termelni, amelyek sikeresen kötődnek ezekhez a fehérjékhez. A probléma az, hogy ezek az antitestek meglehetősen "finomok". Még a HA és NA szerkezetében bekövetkezett kis változások is ahhoz a tényhez vezetnek, hogy az antitestek elveszítik a hozzájuk való kötődési képességüket és semlegesítik a vírust.

Az immunrendszer szempontjából egy már ismert vírus ilyen módosított változatai teljesen új fertőzéseknek tűnnek.

Másodszor, a vírus egy rendkívül hasznos (és számunkra káros) tulajdonságot – a gyors fejlődés képességét – segíti. Mint minden organizmus, az influenzavírus is véletlenszerű mutációknak van kitéve. Ez azt jelenti, hogy a leszármazott vírusok genetikai információja kissé eltér a szülővírusok genetikai információjától. Így a mutációk folyamatosan új variánsokat hoznak létre a HA és NA fehérjékből. A magasabb rendű élő szervezetektől és sok más vírustól eltérően azonban az influenza nagyon gyorsan mutál:

egy influenzavírusnak mindössze néhány évre vagy akár hónapra van szüksége ahhoz, hogy annyi mutációt halmozzon fel, amennyit az emlős fehérjék évmilliók alatt halmoznak fel.

Így az influenzavírus evolúcióját szó szerint valós időben figyelhetjük meg.

Az influenzamutációk egy része arra készteti a régi törzsre "edzett" immunrendszert, hogy a mutáns vírust rosszabbul ismeri fel, mint a nem mutáltat. Míg az immunrendszer hatékonyan küzd a nem mutáns vírusokkal, addig a mutáns vírusok elszaporodnak és egyre több embert fertőznek meg. Ez a természetes szelekció klasszikus folyamata, amelyet Charles Darwin fedezett fel.

A szelekciót az immunrendszer végzi, amely azzal, hogy megvéd minket, akaratlanul is rossz szolgálatot tesz nekünk.

Egy idő után - általában két-három év múlva - a régi, nem mutált törzs (vírusvariáns) teljesen kihal, és a mutáns vírus lesz az új domináns törzs. A legtöbb ember immunrendszere megtanulja kezelni az új törzset is, és a ciklus megismétlődik. Ez a "fegyverkezési verseny" a vírus és az immunrendszer között évtizedek óta tart.

Hogyan küzdjünk az influenza ellen

Akkor hogyan kezeled az influenzát? Számos módja van annak, hogy segítsük immunrendszerünket. Először is léteznek olyan vírusellenes szerek, mint az oszeltamivir (Tamiflu márkanéven ismert) vagy az amantadin, amelyek megakadályozzák a vírus szaporodását a sejtekben. Sajnos a vírusok végül rezisztenciát alakítanak ki az ilyen gyógyszerekkel szemben ugyanazon a mutációs és természetes szelekciós folyamaton keresztül:

például a 2009-ben keringő H1N1 altípusú vírus szinte mindegyike rezisztens volt az oszeltamivirrel (Tamiflu) szemben.

Másodszor, a tudósok megpróbálják megtanítani az immunrendszert a vírus kevésbé illékony részei felismerésére (erről írtam).

Harmadszor, a tudósok megpróbálják megjósolni, hogy a vírus melyik törzse lesz a legelterjedtebb jövőre. Ha ezt megtanuljuk, szükség szerint "átképezhetjük" immunrendszerünket, előzetesen beoltva a következő szezonban eluralkodó törzs ellen, és az immunitásunk előnnyel jár a vírussal vívott fegyverkezési versenyben. Tulajdonképpen,

Ma az Egészségügyi Világszervezet félévente frissíti az influenza elleni védőoltás összetételét.

Néha azonban – néhány évente egyszer – nem az a törzs dominál, amelyre a vakcinát kifejlesztették; ebben az esetben a vakcina kevésbé hatékony. Ezért az influenza elleni küzdelem egyik fontos feladata a jövőre leggyakrabban előforduló törzs pontos előrejelzése.

Csoportunk (Jonathan Dushoff, Joshua Plotkin, Georgy Bazykin és Sergey Kryazhimsky) már évek óta tanulmányozza az influenzavírus és más organizmusok evolúcióját. Együttműködésünk a Princeton Egyetemen kezdődött Simon Levin professzor laboratóriumában, akinek különböző években végzős hallgatói voltunk. Már a kezdetektől fogva mind a gyakorlati kérdések (hogyan lehet a leghatékonyabban megjósolni a következő domináns törzset), mind az alapvető evolúciós kérdések érdekeltek minket, például.

hogy az influenza evolúciója irányított vagy véletlenszerű.

Legutóbbi együttműködési projektünk célja a HA és NA fehérjék különböző részein előforduló mutációk közötti kapcsolat meghatározása volt. A lényeg az, hogy mondjuk a HA fehérjében ugyanaz a mutáció nagyon eltérő következményekkel járhat a vírusra attól függően, hogy a mutációk ugyanannak a fehérjének más részein is előfordultak-e. Például az A mutáció lehetővé teszi, hogy a vírus „láthatatlanná” váljon az immunrendszer számára, ha párosuljon a B mutációval, miközben a mutációk mindegyike önmagában használhatatlan a vírus számára. A vírus genetikai szekvenciájának statisztikai mintáinak elemzésével lehetséges az ilyen mutációpárok, úgynevezett episztatikus mutációk kimutatása. Ezt csináltuk.

Egy ilyen elemzés csak az elmúlt években vált lehetővé, amikor a „szekvenálás”, azaz a genetikai szekvenciák felderítésének költsége meredeken csökkent.

Az adatbázisban nyilvántartott influenzavírus genetikai szekvenciák száma az elmúlt öt évben több mint hatszorosára nőtt, és elérte a 150 ezret. Ez az adatmennyiség elegendő az influenzavírusban az elmúlt 100 év során fellépő episztatikus mutációpárok kimutatásához.

Kiderült, hogy az influenza episztatikus mutációinak száma meglehetősen nagy, vagyis a vírusnak csak nagyon specifikus változatai, amelyek megszerezték a mutációk szükséges kombinációit, nyilvánvalóan elkerülhetik az immunrendszer támadását, vagy immunitást szerezhetnek egy vírusellenes gyógyszerrel szemben. Például az oszeltamivir gyógyszerrel szembeni immunitás 2009-ben csak azokban a vírusokban jelent meg, amelyekben az NA fehérjében legalább három specifikus mutáció található.

Gyakorlati szempontból az a tény, hogy az influenzavírus mutációi episztatikusak, abban reménykedhetünk, hogy a közeljövőben képesek leszünk előre jelezni a korábbi mutációk későbbi mutációit. Amíg a vírus „összegyűjti” az összes szükséges mutációt a sikeres kombinációhoz, addig képesek leszünk új vakcinát kifejleszteni a teljes kombinációt tartalmazó törzs ellen, amely csak néhány hónap vagy akár év múlva fog elterjedni.

Az egyik vagy másik mutáció másokkal kombinációban való sikerességének meghatározásához pontosan meg kell érteni, hogyan történik a mutációk közötti kölcsönhatás.

és hogyan befolyásolják együtt és külön-külön a HA- és NA-fehérjék szerkezetét, valamint megérti, hogyan reagál az immunrendszer e fehérjék módosított változataira. Ezeket a kérdéseket jelenleg aktívan vizsgálják, különösen a Pennsylvaniai Egyetem Joshua Plotkin csoportjában, amellyel aktívan együttműködünk, valamint más csoportokban.

Emberek halnak meg az evolúció miatt. A világon előforduló halálesetek körülbelül 30%-a egyszerű mikroorganizmusok evolúciójának tulajdonítható, a minket folyamatosan megtámadó fertőző ágensektől – vírusoktól, gombáktól és baktériumoktól – a saját sejtjeinkig, amelyek változásai néha rákhoz vezetnek.

Az egyik legszörnyűbb fertőzés a leggyakoribb influenza. Évente körülbelül 250 ezer emberéletet követel, és néhány évben sokkal többet. A legnagyobb ismert influenzajárvány a híres spanyol 1918-as, amely a világ lakosságának több százalékát megölte.

Influenza vírus törzs

Mint minden biológiai objektum, minden vírus folyamatosan változik a genomjában előforduló mutációk következtében. Az influenzavírus a viszonylag gyorsan változó vírusok közé tartozik. Ennek egyik oka, hogy genetikai információit RNS-molekulák kódolják, nem DNS-molekulák, mint például a mi genomunkat; Az RNS egy könnyen módosítható molekula. A másik ok, hogy a vírust folyamatosan befolyásolja a szelekció: a genomjában előforduló mutációk közül sok „hasznosnak” bizonyul számára, így például az emberek között is hatékonyabban terjedhet.

A mutációk felhalmozódása miatt az influenzavírus tulajdonságai fokozatosan megváltoznak. A mutációk legszembetűnőbb eredménye számunkra a vírus antigén tulajdonságainak megváltozása, vagyis az immunrendszerünk sejtjeinek azon képessége, hogy felismerjék ezt a törzset. Az ilyen fokozatos változásokat antigénsodródásnak nevezik. Jelenleg úgy gondolják, hogy az antigénsodródás nagy része a trópusi szélességi körökben fordul elő, ahol az influenzának nincsenek kifejezett szezonális járványai, és az emberi populációban egész évben azonos szinten marad. De az északi és a déli féltekén - december-márciusban és június-októberben - minden évben új járványok jelentkeznek. A WHO általában hat hónappal az oltóanyag tényleges használatba vétele előtt új oltóanyag-készítményt javasol, mivel annak hosszú gyártási ciklusa van.

Az influenza vírus evolúciója

Az influenzavírus evolúcióját a fokozatos antigénsodródás mellett antigéneltolódások is jellemzik – a vírus tulajdonságainak radikális változásai, amelyek általában az átrendeződéshez kapcsolódnak. Az influenzavírus genomja nyolc különálló szegmensre van írva, kicsit olyan, mint az emberi kromoszómák. Ha egy gazdasejtet egyidejűleg két különböző törzs két vírusrészecskéjével fertőznek meg, ezek a szegmensek összekeveredhetnek, és új tulajdonságokkal rendelkező új vírusrészecske jöhet létre, amely részben az egyik szülői törzsből, részben a másikból származó szegmensekből áll. Az ilyen reasszortáns törzsek tulajdonságaiban gyakran eltérnek a szülői törzsektől, és néha nagy járványokhoz vezetnek. A 20. század összes ismert világjárványát - az 1950-es és 70-es évek világjárványait és nagy valószínűséggel az 1918-as spanyolnátha - nyilvánvalóan ilyen átrendeződések okozták, amikor a különböző típusú organizmusokból, például madarakból, sertésekből, lovakból származó törzsek, amelyek az emberi immunrendszert nem keverték össze és adtak valami újat.

Vírusmutáció előrejelzése

Megjósolható-e az influenza evolúciója? Rövid távon igen. Friss tudományos munka megmutatja, hogy részben megjósolhatja a vírus jövőbeli fejlődését, ha ismeri a korábbi evolúcióját. Ahogy az evolucionisták szeretik, építhetsz egy evolúciós fát. Ráadásul a szokásos influenza A vírusban nagyon jellegzetes alakja van: egy különálló törzs, amelyből rövid ágak nyúlnak ki. Ha meglát egy ilyen alakú fát, szinte mindig biztos lehet benne, hogy kórokozóval van dolga. Evolúciósan csak egy leszármazottság van sikeres, és ezt a gyors változások jellemzik, így az emberiség kollektív immunrendszerének folyamatosan mozgó célpontra kell lőnie. Más vonalak ágaznak ki belőle, amelyek végül kihalnak. Azonban mindig van némi változatosság.

Ahhoz, hogy az adott év diverzitását tekintve legalább megközelítőleg megértsük, hogy az adott évben megfigyelt törzsek közül melyik okoz jövőre járványt, meg kell nézni, hogy a törzsek milyen mutációkban térnek el egymástól. Ha egy vírus nagyszámú mutációt halmozott fel epitópjaiban, azaz felszíni (kifelé kiálló) fehérjéinek azon helyein, amelyek „láthatóak” az immunrendszer számára, akkor nagy valószínűséggel láthatatlan lesz az immunrendszer számára, és ezért nagy valószínűséggel hatékony. Ellenkezőleg, ha mutációi voltak a belső génekben, akkor ezek a mutációk nagy valószínűséggel károsak voltak - kevésbé alkalmazkodnak a vírushoz, és az ilyen vonalak kihalnak. Építhető matematikai modell, az epitópokon és máshol előforduló mutációk száma alapján, ami előrevetíti a vírus jövőbeli evolúciós sikerét. Emellett lehetőség van egy adott vírustörzs eddigi evolúciós sikerének tanulmányozására és a jövőre való extrapolálására. Az ilyen megközelítéseknek korlátai vannak; például még nem veszik figyelembe a gének közötti kölcsönhatásokat. Az influenzavírusnak 11 génje van, és mindegyik meglehetősen összetett módon kölcsönhatásba lép egymással. Az ilyen megfontolásokat egyelőre általában kihagyják az előrejelzéseknél, bár különböző csoportok, köztük a miénk is kimutatták, hogy valóban fontosak. Ezek azonban rövid távon fontosak.

A vírus hosszú távú fejlődésének előrejelzése, beleértve az antigéneltolódásokat is, sokkal nehezebb. Ehhez legalább meg kell tanulni megérteni, hogy a jelenleg megfigyelt törzsek közül melyik hoz létre olyan reasszortánst, amely a következő súlyos járványhoz vezethet. Egyáltalán nem tudjuk, hogyan készítsünk ilyen jóslatokat, mert nagyon sok mellékes tényező van. Itt fontos megnézni, hogy egy személy kivel lép többet interakcióba, fontos, hogy megpróbáljuk megjósolni, hogy mely törzsek „tanulják meg” könnyebben emberről emberre való átterjedését.

Hogyan alakulnak ki a járványok?

A járványokat olyan törzsek okozhatják, amelyek korábban is jelen voltak a populációban. Például a jelenlegi 2016-os járványt egy influenzavírus okozza, amelyet először 2009-ben észleltek embereken. A legsúlyosabb járványokat azonban általában az ember számára új törzsek okozzák. Egy ilyen járvány kialakulásához több eseménynek is meg kell történnie. Valamilyen állatban, amellyel az ember kölcsönhatásba lép, létre kell hoznia egy kórokozó-változatot, amely képes megfertőzni az embert; ezt a változatot át kell adni egy személynek; végül általános szabályként további mutációkat kell szereznie ahhoz, hogy hatékonyan megfertőzze az embereket. Nagyon nehéz megbecsülni ezeknek az eseményeknek a valószínűségét, ezért nem tudjuk előre megjósolni a járványokat.

Sertésinfluenza H1N1

Idén az összes influenza megbetegedések körülbelül kétharmadát a 2009-es pandémiás H1N1 törzs, az úgynevezett sertés okozza. Úgy tűnt, hogy ezt a vírust az emberek valóban sertésekből szerezték be, bár ez sok más vírusra is igaz: a sertésekből történő átvitel meglehetősen gyakori mechanizmus új törzsek emberben való megjelenésére. A H1N1/09 megkülönböztető jellemzője nagyon érdekes eredete: egyes szegmensei madárinfluenzából, mások sertésinfluenzából, mások normál emberi H3N2-ből származnak, amely eddig minden fertőzést okozott. Az olvasztótégely, ahol ezek a szegmensek találkoztak egymással, a disznók voltak. Most már világos, hogy a H1N1/09 halálozási aránya nagyjából megegyezik a szokásos influenza halálozási arányával, amely minden évben előfordult (bár vannak árnyalatok). Valójában idén a H1N1/09 szezonális influenza lett, és lehetséges, hogy még sok évig velünk marad.

Univerzális influenza elleni vakcina

Van egy meglehetősen hatékony oltás az influenza ellen. De a probléma az, hogy folyamatosan elavulttá válik, mivel a vírus minden évben fejlődik, megváltoztatja antigén tulajdonságait, és ismét ismeretlenné válik immunrendszerünk számára. Ennek eredményeként a vakcinát folyamatosan frissíteni kell. Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) szakemberei minden évben minden gyártónak ajánlják az úgynevezett trivalens vakcina új összetételét, felsorolva azt a három törzset, amelyet bele kell foglalni. A legjobb az egészben, hogy a háromértékű vakcina véd ellenük. Bár természetesen létezik kereszt-immunitás, és a három törzshöz hasonló antigén tulajdonságokkal rendelkező törzsek ellen is jól véd. Ennek ellenére minden évben javasoljuk az influenza elleni védőoltást, mégpedig jogosan. Az idei háromértékű oltóanyagban megtalálható a H1N1/09, így azok, akik ősszel oltottak be, valószínűleg most is profitálhatnak. A vakcina nem garantálja, hogy nem lesz beteg, de csökkenti annak esélyét.

Az influenza pontos fejlődésére vonatkozó előrejelzések kevésbé lennének relevánsak, ha megtanulnánk, hogyan készítsünk olyan univerzális vakcinát, amely minden törzs ellen véd. Egyelőre nincs ilyen vakcina, bár több jelöltet is klinikai vizsgálatokban tartanak. A nehézséget az jelenti, hogy az immunrendszer a vírusnak csak azokat a felszíni fehérjéit (hemagglutinint és neuraminidázt) „látja”, amelyeket a vírus könnyen és fájdalommentesen képes megváltoztatni. Ezért a vakcinázást nehéz megmagyarázni az immunrendszernek, hogy valójában mire is kell törekednie.

Az influenza törzs mesterséges szintézise

Egy holland és egy japán csoport nagy horderejű munkát végzett, ahol a kutatók megpróbálták manuálisan szintetizálni a madárinfluenza egy olyan törzsét, amely emlősök között is átterjedhetne. Sikerült nekik. Munkájukat etikailag megkérdőjelezték, mert mindenki attól tartott, hogy a szintetizált törzs "kiszabadulhat" a laboratóriumból, génjeit nem szabad nyilvánosan hozzáférhetővé tenni, mert valaki rosszindulatúan szintetizálhatja. Ma már azonban tudjuk, milyen tulajdonságokkal rendelkezhet egy madárinfluenza-törzs, amely átterjedhet az emberre.

Átöröklés- ez az élőlények azon tulajdonsága, hogy biztosítsák a nemzedékek közötti anyagi és működési folytonosságot, valamint meghatározzák az egyedfejlődés sajátos jellegét.

Változékonyság- az öröklődéssel ellentétes tulajdonság. A vírusok variabilitása a gének mutációjából, a rekombináció során történő kombinációjukból, valamint a tulajdonságok különböző külső körülményektől függő megnyilvánulásaiból adódik (módosulási variabilitás).

A vírusok genetikai tulajdonságai (markerei).. A vírusok minden jelét, amelyekre vonatkozó információkat a gének kódolnak, genetikainak nevezzük. Sok tulajdonságot azonban általában több gén határoz meg.

A törzsek genetikai tulajdonságait (markereit) előzetes klónozásuk után határozzuk meg. Mindegyik feltételesen fő csoportokra oszlik:

csoport és faj: a nukleinsav típusa és morfológiája; kapszid típusa és a kapszomerek száma; antigénspecifitás; szerves oldószerekkel és mosószerekkel szembeni ellenállás; a neuraminidáz enzim és a gazdaantigének jelenléte; hemagglutináló tulajdonságok; patogenitás bizonyos típusú élő érzékeny rendszerekre;
intrastrain: hemagglutináló aktivitás; hőálló; UV-sugárzáshoz való hozzáállás, inhibitorok; az emléktáblák jellege stb.

A genetikai kutatások szempontjából az intraspecifikus tulajdonságoknak van a legnagyobb jelentősége, ami lehetővé teszi a változatok (mutánsok, rekombinánsok) egymástól való megkülönböztetését.

A legtöbb tanulmányban a genetikai tulajdonságokat a latin ábécé kezdőbetűivel jelölik „+” vagy „-” jel hozzáadásával, azaz egy adott tulajdonság meglétével vagy hiányával. Az egyes tulajdonságokat, például a neurovirulenciát (N), két betűvel jelöljük attól függően, hogy milyen állattípusban ez a tulajdonság megnyilvánul: neurovirulencia majomnál - monN, neurovirulencia egereknél - mN stb.

A genetikai karakterek nómenklatúráját továbbra is nehéz egységesíteni, ezért minden víruscsoport esetében indokolt a sajátos szimbolikájuk. Számos funkciónak azonban már lehet közös elnevezése minden vírustípusra.

A vírusmutáció típusai. A vírusok a szaporodás és a kísérlet során természetes körülmények között is megváltoztatják tulajdonságaikat. Két folyamat áll a vírusok tulajdonságainak örökletes változásának hátterében:

mutáció - a nukleotidok szekvenciájának változása a vírusgenom egy bizonyos szakaszában, ami a fenotípusos tulajdonságok megváltozásához vezet;
rekombináció - a genetikai anyag cseréje két közeli, de örökletes tulajdonságokban eltérő vírus között.

A mutációk osztályozása.

Mechanizmus szerint:

osztódás - egy vagy több nukleotid elvesztése;
egy vagy több nukleotid beiktatása;
az egyik nukleotid helyettesítése egy másikkal.

A megváltozott nukleotidszekvencia hosszával:

1) egy nukleotid (RNS-tartalmú vírusok) vagy egy pár komplementer nukleotid (DNS-tartalmú vírusok) pontcseréje. Az ilyen mutációkat néha vissza lehet állítani (visszaállítani) a genom eredeti szerkezetére. A pontmutációk nem mindig vezetnek a fenotípus változásához. Az egyik fő ok, amiért az ilyen mutációk nem jelennek meg, a genetikai kód degeneráltsága, vagyis az, hogy egy aminosavat több hármas kódol. Ezért a fehérje szerkezete és annak biológiai tulajdonságait nem fogják megsérteni. Ha egy aminosavat csak egy triplet kódol, akkor a fehérje más aminosavat tartalmaz, ami mutáns tulajdonság megjelenéséhez vezethet;

2) aberráció - a genom jelentős részének cseréje. A vírusok aberrációit különböző számú nukleotid deléciója okozza: egy pártól a vírus egy vagy több funkcióját meghatározó szekvenciáig.

A visszafordíthatóság szerint:

1) irreverzibilis (direkt) mutációk, amelyekben a fenotípus megváltozik. Az ilyen mutációk gyakorisága a vírusokban nagyon változó. Attól függ, hogy a víruspopuláció milyen sejtrendszerben fejlődik ki. Ugyanakkor a sejtrendszer szelekciós tényező is lehet. A populációban keletkező mutánsok nem maradnak genetikailag tiszta vonalak, és néha gyorsan szaporodhatnak, és szinte teljesen kiszoríthatják a populáció többi részét;

2) reverzibilis mutációk:

valódi reverziók, amelyekben a fordított mutáció az elsődleges lézió helyén következik be; pszeudo-reverziók, amelyekben a mutáció a hibás gén egy másik részében (intragén mutáció-szuppresszió) vagy egy másik génben (extragén mutáció-szuppresszió) következik be. A reverziók nem ritka események, mivel a megváltozott organizmusok általában jobban alkalmazkodnak egy adott sejtrendszerhez.

Természetesen:

1) spontán mutációk, amelyek az élő természetben rendkívül ritkán fordulnak elő, és olyan okok hatására, amelyeket minden egyes esetben nehéz megállapítani. Az ilyen változások a víruspopulációban külső hatás nélkül következnek be. Nincsenek homogén populációk, ezért fejlődése során bizonyos valószínűséggel spontán mutánsok jelennek meg egy víruspopulációban. Ugyanazon tulajdonság mutációinak gyakorisága törzstől függően eltérő lehet.

Ennek eredményeként spontán mutációk léphetnek fel (Watson és Crick, 1953 szerint):

a) a nukleinsavat alkotó bázisok tautomer átalakulása (átrendeződése). Például az adeninben lévő hidrogénatom helyzetének tautomer eltolódása ahhoz a tényhez vezet, hogy a replikáció során az adenin nem timinnel, hanem guaninnal párosul. A bázisok párosítása során a hiba az AT és a GC pár cseréjéhez vezet a későbbi replikációkban.

A spontán mutációk, amelyek ugyanabban a génben keletkeztek, egyenetlenül oszlanak el a gén hossza mentén. A gén egyes részei gyakran változnak ("forró" pontok), mások ritkán. Ezért a bázispárosítási hibák valószínűsége a gén különböző régióiban eltérő. Ennek oka lehet a nukleinsav specifikus konformációja: az egyes nukleotidok nagyobb valószínűséggel mennek keresztül tautomer átalakuláson, mint mások;

b) hibák az enzimek működésében: DNS vagy RNS polimerázok.

Példák spontán mutációkra.

1. Természetes változékonyság antigén szerkezet(hemagglutinin és neuraminidáz) emberi és állati influenzavírusok (beleértve a madarakat is), például az A2 típusú törzsek. Az eredeti A2 típusú törzsek nem különböztek egymástól antigén szerkezetben, agglutináló aktivitásban, termikus stabilitásban, szaporodási képességben 40°C-on, valamint átmeneti és indikátor állapotukban. (Az indikátorvírus olyan vírus, amely lehetővé teszi egy másik, nem citopatogén vírus kimutatását egy sejttenyészetben.) Később az A2 / 1, A2 / 2 és A2 / 3 antigén alcsoportokba tartozó törzsek (1968-1970 között izolálva) változást mutattak ki ennek az antigén szerkezetében és egyéb kórokozó biológiai tulajdonságaiban. Először az inhibitor-rezisztens törzsek tűntek el, majd az inhibitor-rezisztens változatok az inhibitor-érzékeny törzsek vegyes populációjából.

2. Az influenza vírus hemagglutininje és neuraminidáza egymástól függetlenül változik. Például egy Wisconsin-i (USA) pulykákból izolált madárinfluenza-vírus az A2/Hongkong/68 humán influenzavírus neuraminidázával antigénesen rokon neuraminidázt tartalmazott, amely nem hasonlított a hemagglutininhoz, míg egy sertésből izolált influenzavírus kb. Tajvan a humán influenza A2/Hongkong/68 antigénjeivel rokon hemagglutinint és neuraminidáz antigéneket tartalmazott.

3. A ragadós száj- és körömfájás vírusának (picornavírusok családjába tartozó) 11 szerovariánsa ismert az O típusú, 32 szerovariánsa az A típusban, 5 a C típusban, 7 a Sat-1 típusban, és 3-3 a Sat-2 és Sat-3 típusban. Az Asia 1 típusú FMD vírustörzsek szintén heterogének antigénszerkezetükben.

4. A kórokozó virulenciájának növelése vagy gyengítése A változások rövid időn belül bekövetkezhetnek, mivel a vírusok életciklusa összehasonlíthatatlanul rövidebb, mint a gazdaszervezet életciklusa. A Newcastle-betegség vírustörzseinek (paramyxovírusok) nagyszámú patogén változatának jelenléte ismert. Amikor a betegség először megjelent Európában, akut volt, és magas volt a madárpusztulás százaléka. Jelenleg egyre gyakrabban rögzítenek alacsony mortalitású és enyhe lefolyású gócokat. Nemcsak a gócok száma csökken, hanem a járványos állattörzsek gyengülése is, ami lehetővé tette a természetesen legyengült B1, La Sota, F Bor / 74 / VGNKI vakcinatörzsek izolálását.

5. Beszámoltak a sertéspestis vírusok (Miyagi törzs), az Aujeszky-kór (Russ törzs), a nyúl myxoma és a kullancs-encephalitis természetesen legyengített törzseinek izolálásáról:

2) indukált mutációk, amelyek akkor fordulnak elő, amikor egy vírus (virion vagy vegetatív forma) különféle kémiai és fizikai mutagéneknek van kitéve, valamint amikor a vírus szokatlan biológiai rendszerekhez alkalmazkodik (adaptív variabilitás).

A vírus örökletes egységeinek meghatározása után felmerült a lehetőség, hogy élő vakcinatörzseket kapjanak közvetlen fizikai vagy kémiai mutagénekkel, amelyek szerkezeti és funkcionális változásokat okoznak a vírussavmolekulában. A mesterséges mutagének használatának két előnye van:

a természetes tényezőknél tízszer és százszor hatékonyabb mutációkat okoznak;
a mesterséges mutagén hatásának van egy bizonyos iránya; előre lehet látni, hogy a nukleinsavak szerkezetének mely elemei és hogyan hat ez vagy az a mutagén, és milyen változásokat okoz bennük.

Kémiai mutagének. A Freese osztályozás (1960) szerint a kémiai mutagéneket két fő csoportra osztják:

a nukleinsavval csak annak replikációja során reagáló mutagének (purin- és pirimidinbázisok analógjai);
nyugvó nukleinsav molekulával reagáló mutagének. A mutációk kialakulásához azonban a molekula utólagos replikációi (salétromsav, hidroxil-amin, alkilező vegyületek) szükségesek.

A kémiai vegyületek mutagén hatásának molekuláris mechanizmusait két fő csoportra osztják (E. Fries szerint):

1) bázisszubsztitúció, amely kétféle: a) egyszerű (átmenet), amikor egy purinbázist egy másikkal helyettesítenek (például adenin helyett guanin), vagy egy pirimidinbázist egy másik (citozin - uracil) helyettesítenek. Az ilyen szubsztitúciók salétromsavval, számos alkilező vegyülettel és hidroxil-aminnal történő mutációk indukálásakor fordulnak elő;

b) komplex (transzverzió), amelyben egy purinbázis helyett egy pirimidin vagy pirimidinbázis jelenik meg, amelyet purinbázis helyettesít. Transzverziók fordulnak elő, ha mutációkat indukálnak etil-etán-szulfonáttal;

2) egy bázis elvesztése (deléció) vagy inszerciója, ami mélyebb változásokhoz vezet a genetikai kódban, mint egy egyszerű bázishelyettesítés. A mutációs károsodás a genom egy régiójában gyakran több genetikai tulajdonság megváltozásához vezet, amelyeknek eltérő fenotípusos megnyilvánulásai vannak (pleiotrópia). Ugyanakkor az azonos fenotípusos expresszióval rendelkező genetikai tulajdonság változásának alapja (például az emelt hőmérsékleten történő szaporodási képesség) különböző gének mutációs károsodása lehet.

Nitrogénbázisú analógok mutagén aktivitása(5-brómouracil, 5-fluorouracil, 5-joduracil, 2-aminopurin, 2,6-diaminopurin) abban rejlik, hogy csak akkor indukálnak mutációt, ha replikálódó DNS- és RNS-molekulákkal érintkeznek. A legjobban tanulmányozott 5-brómouracil és 2-aminopurin. A timin egy uracil, amelyben a hidrogénatomot (H) az egyik CH-csoportban metilcsoport (CH 3) - metil-uracil helyettesíti. Az uracilban azonban ez a hidrogénatom helyettesíthető egy másik atommal, például brómmal (Br). Az ilyen csere eredményeként egy új vegyületet kapunk - bromuracilt, amely a timin analógja. A főgyűrű szerkezete mindkét vegyületben teljesen azonos, és csak egy csoportban van különbség (CH 3 helyett Br).

Alkilező vegyületek által kiváltott mutációk, egyszerű (átmeneti) és összetett (transzverziós) szubsztitúciókkal nyilvánulnak meg a nukleinsavmolekulában. A purinokat (főleg guanint) eltávolítják a DNS-ből, és attól függően, hogy a replikáció során melyik nukleotid található a réssel szemben, vagy szubsztitúciós típusú mutáció következik be, vagy egyáltalán nem következik be. Ebbe az anyagcsoportba tartoznak az alkilező vegyületek - mustárgáz és analógjai, etilén-imin és analógjai - etil-metánszulfonát és etil-etánszulfonát stb. Az etil-metánszulfonát és az etil-etánszulfonát a guanint és kisebb mértékben az adenint alkilezi. Ez a purinbázis és a cukor közötti kötés hidrolízisét és a purinbázis elvesztését eredményezi. Ezekről a vegyületekről kimutatták, hogy mutagén hatásúak a Newcastle-betegséggel és a kullancs-encephalitis vírusokkal szemben.

A hidroxil-amin mutagén hatása egyszerű bázisszubsztitúciók kialakításából áll a nukleinsavmolekulában (az irány a vírus nukleinsavának típusától függ). A DNS-tartalmú vírusokban ez a mutagén kizárólag a citozinnal reagál. RNS-tartalmú vírusokban mind a citozinnal, mind az uracillal reagál, ami a citozin uracillal való helyettesítését okozza és fordítva.

A hidroxil-amin segítségével mutációkat indukáltak herpeszvírusokban, Newcastle-kórban és gyermekbénulásban. A herpes simplex vírus spontán mutánsai (az agar-inhibitorokkal szembeni érzékenységük alapján) nem képesek visszatérni a hidroxil-amin hatására, ezért a HC-t AT-vel helyettesítik.

Szintetizálták és tanulmányozták a hidroxilamin egyik analógját - a hidroxi-metil-hidroxil-amint, amely csak citozinnal reagál, de nem az RNS-uracillal, azaz magasabb specifitású és mutagén hatású.

A hidrazin, amely csak pirimidinbázisokra hat, szintén olyan anyagok közé tartozik, amelyek kémiailag megváltoztatják a bázist egy nyugvó nukleinsavmolekulában.

Az interszínezékek mutagén hatása a vegyületek azon képessége, hogy illeszkedjenek a DNS-molekula fordulatai közé – az interkoláció jelensége. Ha akridint viszünk be a DNS-bázisok közé, a köztük lévő távolság 0,34-0,7 nm-rel változik. Az akridin mutagén hatását főként bakteriofágokon vizsgálták.

A proflavin különféle típusú mutációkat indukált emberi és állati vírusokban, amikor a poliomyelitis, kullancsencephalitis és tehénhimlő intracelluláris vírusával érintkeztek. A látható fénnyel kombinálva az akridin festékek kifejezett halálos hatást fejtenek ki a DNS-tartalmú vírusokra.

A nitrozovegyületek (N-nitrozometil-karbamid, N-nitrozoetil-karbamid, 14-metil-M-1-nitpo-N-nitrozoguanidin) és származékaik mutagén hatásúak. Lúgos pH-n a nitrozovegyületek mutagén hatását a keletkező diazometán, savas pH-n pedig a salétromsav okozza.

Az emberi és állati vírusok esetében a formaldehid is mutagén; A mutánsok poliomyelitis vírusban és nyugati ló encephalomyelitis vírusban indukálódtak, amikor tisztított RNS-nek, illetve intracelluláris vírusnak voltak kitéve. A formaldehid mutagén hatásának mechanizmusa nem teljesen ismert.

A salétromsav mutagén hatása a bázisok megváltoztatása egy nyugvó nukleinsavmolekulában. A leginkább tanulmányozott a salétromsav (HNO 2) és a hidroxil-amin. A salétromsav mint mutagén dezaminálja a szerves bázisokat [lehasítja az aminocsoport (NH 2) molekuláit].

A salétromsav hatására az adenin (A) hipoxantinná (Gk), a guanin (G) xantinná (K), a citozin (C) uracillá (U) alakul. A dezaminált szerves bázisok új tulajdonságokkal rendelkeznek.

Fizikai mutagének. A megemelt hőmérséklet (40-50 °C) mutagén hatását E. Friz fedezte fel a T4 bakteriofággal és Yu. 3. Gendonnal végzett kísérletben a poliomyelitis vírus RNS-ének feldolgozása során. A hőmérséklet elősegíti a purinok (apurináció, túlnyomórészt guanin) eltávolítását a DNS-ből.

Amikor egy ilyen DNS-t replikálunk a purin elvesztése által okozott rés ellen, bármely nukleotid beépíthető a szintetizált láncba. Ha olyan bázis kapcsol be, amely korábban nem volt ezen a helyen, akkor ez mutáció (átmenet vagy transzverzió) megjelenését jelenti.

Az ultraibolya sugárzás mutagén hatása. Az ultraibolya sugarak (UV) kölcsönhatásba lépnek a nukleinsavmolekulákkal, és szerves bázisok „elnyelik” őket, különösen 260-280 nm hullámhosszon. A timin (T), az uracil (U) és a citozin (C) érzékenyebb az UV-sugárzásra, mint az adenin (A) és guanin (G). Besugárzás hatására ezen pirimidinek szerkezete megváltozik; két szomszédos timinmolekula párosul egymással, úgynevezett timin dimereket alkotva.

Az UV-sugarak bakteriofágokra gyakorolt mutagén hatását először Krieger amerikai tudós (1958), majd Elmer és Kaplan (1959) állapította meg.

Példák: Az extracelluláris CD-fág mutációját A. S. Krivinsky szerezte meg, intracelluláris vírus UV-sugárzásának módszerével, lehetővé téve a Newcastle-betegség vírusának olyan mutánsait, amelyek sejttenyészetben szaporodásban különböznek az eredeti törzstől.

UV-sugarak hatására a Western equine encephalomyelitis (WEE) vírus kisplakkos mutánsát kaptuk, amely a FEC sejttenyészetében stabil S-fenotípussal rendelkezik. Megállapították, hogy a szaporodó víruson és nukleinsaván UV-sugarak hatására mutációk keletkezhetnek, amelyekben az RNS szerkezeti rendellenességei lépnek fel: az uracil limereket és hidrátokat képez.

A mutagenezis hatékonyságát és irányát legalább nyolc tényező befolyásolja:

1) a mutagén természete;

2) a vírus sajátos jellemzői. Ugyanazon kísérleti körülmények között ugyanaz a mutagén különböző vírusokban, sőt ugyanannak a vírusnak a törzsében is eltérően képes mutációkat indukálni;

3) a vírus és a sejt közötti kölcsönhatás időszaka. Mutációk léphetnek fel, amikor a mutagének a vírus alvó és vegetatív formáira hatnak. A második esetben a mutagén hatás nemcsak a mutagén sejtbe való behatolásának lehetőségével függ össze, hanem a vírusgenom replikációjával való elválaszthatatlan kapcsolat lehetőségével is.

A szaporodás különböző szakaszaiban a vírus genetikai anyagának érzékenysége a mutagének hatására eltérő, ami különösen az egyszálú genommal rendelkező RNS-tartalmú vírusok esetében jelentkezik. Például az etilén-imint először sikeresen alkalmazták gerinces vírusok mutációinak indukálására, amikor a kullancsencephalitis vírus szaporodó populációjával érintkeztek.

Megállapították az anyag letális és mutagén hatásának a vírus szaporodási szakaszától való függőségét: a legnagyobb mutagén és halálos hatást akkor figyelték meg, ha ezzel a mutagénnel a látens időszak első 2 órájában, azaz a replikatív formák kialakulásának kezdeti szakaszában volt kitéve;

4) a vírusban előforduló replikációk száma a mutagénnel való érintkezést követően;

5) a mutagén és a vírusgén kölcsönhatásának szelektivitása. A mutagén hatásának hatékonysága és specifitása a mutagén koncentrációjától, pH-jától, a táptalaj sóösszetételétől és számos egyéb tényezőtől függ. Számos mutagén esetében közvetlen kapcsolatot találtak a mutagenezis intenzitása és a dózis között. A dózis növelésével és a mutagén hatás fokozódásával azonban a vírus túlélése is csökken. A mutációk gyakoriságát meghatározó érték és az utóbbi túlélése között matematikai összefüggés van;

6) a feldolgozás körülményei (a közeg pH-ja, összetétele, hőmérséklete);

7) a sejtrendszer típusa;

8) termesztési feltételek. Az indukált mutagenezis a tápközeg összetételétől függ, amelyben a "vírus-sejt" rendszer található. A táptalajban timin hiányában az 5-brómouracil intenzívebb beépülése megy végbe a nukleinsavba.

A felsorolt mutagén tényezők hatása a natív (eredeti) vírusra kevésbé hatékony, a következők miatt:

a virális nukleinsav kevésbé hozzáférhető mutagénekhez, amelyek nem képesek áthatolni a vírus fehérjeburkán;
a vírusfehérje bizonyos stabilizáló hatása, amely szoros belső kötéssel rendelkezik a nukleinsavval.

Mutáns stabilitás. Nem minden mutagén hatására létrejövő mutáció egyformán stabil. A stabilitásbeli különbségek az alkalmazott mutagének eltérő molekuláris hatásmechanizmusaihoz kapcsolódnak. Az emelt hőmérséklet, savas környezet, UV-sugarak és ultrahanghullámok hatására nyert mutánsok körülbelül 20%-os reverziót adnak. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy elsősorban lokális változásokat okoznak a vírus nukleinsavában, ami az egyes bázisok cseréjéhez vezet. A proflavin hatásának kitéve minden mutáns teljesen stabil volt. A mutációkat deléciók vagy alapbeillesztések okozzák. Ha vakcina vírustörzseket nyerünk ki a vírus mutagén hatásának kitéve, célszerű olyan mutagéneket használni, amelyek a genetikai kódban mélyebb változásokat okoznak, például kimaradást vagy inszerciót, mivel az ilyen mutánsok stabil örökletes tulajdonságokkal rendelkeznek.

A vírusok passzálásából (adaptációjából) származó mutációk. A vírusok mutáns populációi a biológiai rendszerekhez való in vitro (sejtkultúrák) és in vivo (állatok, csirkeembriók) alkalmazkodásuk eredményeként is kialakulhatnak.

Mutációk az állati járatokban. A vírusok természetesen fogékony állatokhoz vagy kísérletileg fogékony állatok heterogén szöveteihez történő adaptálásakor számos tényező döntő jelentőséggel bír a munkában:

A vírus tulajdonságai és bevezetésének módja. A törzs tulajdonságai is jelentős jelentőséggel bírnak. Például az utcai veszettség vírusának különböző törzsei különböző számú passzálást igényelnek, hogy fix vírustörzzé alakuljanak át;
az állat típusa és kora. Fontos a gazdaszervezet rezisztenciájának gyengülése (kortizon expozíció, hőmérséklet, γ-besugárzás stb.).

Számos példa van arra, hogy a passzusokban használt állatfajok milyen hatással vannak a vírus biológiai tulajdonságainak változására.

Példák amelyek pozitív eredménnyel jártak genetikailag stabil, ártalmatlan élő vakcinák beszerzése formájában:

1) a veszettség vírusának (Flury törzs) egynapos csirkék agyán, majd csirkeembriókon keresztül (fertőzés a sárgájazsákban) egy vakcinatörzset (virus fixe) kaptak, amely nyulakra, egerekre és kutyákra apatogén (Hep és Lep opciók);

2) A sárgaláz vírusának többszöri átjutása az egerek agyán jelentősen megnövelte a vírus neurotróp tulajdonságait az egereknél, és elvesztette a patogenitás tulajdonságait a majmok esetében. 258-260 átoltás után az adaptált vírust 1939 óta használják az emberek e fertőzés elleni immunizálására;

3) a marhapestis vírusának hosszú áthaladása a kecskék testén a virulencia gyengüléséhez vezetett a fogékony állatok számára. 1948-ban megszerezték a vírus legyengített változatát, amelyet szarvasmarhák vakcinázására használnak (Edwards törzs);

4) ehhez hasonlóan Nakamura és Miyamato a marhapestis vírust (L törzs) adaptálta a nyúlra, amelyet rendkívül hatékony élő vakcinaként használnak;

5) egereken és tengerimalacokon végzett passzálások révén lehetővé vált a lószopornyica vírus viscerotróp természetének neurotróp jellegűvé alakítása, és a lovakra ártalmatlan vakcinatörzsek előállítása;

6) az FMD vírus újszülött nyulak vagy egerek testén való hosszú távú átjutása idővel a vírus gyengüléséhez vezetett a szarvasmarhákhoz képest. A típushovatartozás ugyanakkor nem változott;

7) az influenzavírus sorozatos (kísérleti és természetes körülmények között is legváltozatosabb) egereken történő átoltása következtében (intranazális adagolás) ezekre az állatokra nézve magas patogenitást szerzett, és ezzel egyidejűleg elvesztette patogenitását az emberre nézve. Az egerekhez alkalmazkodó törzsekben számos egyéb tulajdonság is megváltozott: gátló érzékenység, hőállóság stb. Ez a vírus öröklődésének mélyreható változásait jelzi.

Mutációk az áthaladás során csibeembriókban. A vírusok örökletes variabilitását csirkeembriókon való áthaladásuk során is megfigyelték. A fertőző hörghurut, a madárinfluenza fertőző gégegyulladása, a kutyapír, a kéknyelv-betegség, a marhapestis, a Newcastle-betegség stb. megelőzésére szolgáló vakcinatörzseket szereztek be.

Mutációk a passzálásnál sejttenyészetekben. Számos vírust sikeresen szaporítanak és gyengítenek sejt- és szövettenyészetekben:

a csirkeembriók túlélő szöveteinek tenyészetében való hosszú passzálás után a sárgaláz vírus elvesztette neurotrop és viszcerotróp tulajdonságait, megőrizve immunogenitását. A kapott 17D törzset sikeresen alkalmazzák élő vakcinaként;
számos legyengített poliovírus törzset (három típust) kapott majomvesesejtek tenyészetében. Az ezekből a törzsekből készült vakcina emberre ártalmatlan, intenzív és hosszú távú immunitást okoz, immunitást biztosítva a természetben keringő poliovírus vadon élő törzsei ellen;
passzázs módszerrel kombinálva a marhapestis vírus sejttenyészetében történő szelekcióval (LIII Nakamura törzs) egy legyengített areactogaein vakcina LT törzset kaptunk.

Számos jelentés érkezett a ragadós száj- és körömfájás vírusának, a fertőző rhinotracheitisnek, a vírusos hasmenésnek, a nyúl-mixomatózisnak és a parainfluenza-3-nak örökletesen legyengített immunogén törzseiről a szarvasmarháknál az alkalmazkodás során. különféle típusok sejttenyészetek.

A mutációk előfordulásának okai az adaptáció folyamatában. A vírus tulajdonságainak változása a passzázs során lépésenként történik. Az első szakaszokban főként virionokat találtak, amelyek megváltoztatták bármely genetikai tulajdonságot. A populációban a passzázsok számának növekedésével olyan virionokat észlelnek, amelyek két vagy több genetikai tulajdonságot megváltoztattak; az ilyen részecskék száma folyamatosan növekszik, és a jövőben a vírusrészecskék túlnyomó többségében számos genetikai tulajdonság változása figyelhető meg.

A víruspopuláció örökletes variabilitásának mechanizmusa a passzázs során két folyamaton alapul: a mutáción és a szelekción. Mindkét folyamatban fontos szerepet játszik a külső környezet, amely egyszerre mutációt indukáló és szelektív tényező.

Ha egy heterogén víruspopulációt, amely módosított és eredeti vírusrészecskéket is tartalmaz, normál körülmények között tenyésztenek, akkor annak reverziója megtörténik. Például a 3-as típusú legyengített poliomyelitis vírussal végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a megváltozott tulajdonságok visszafordítása nem csak a víruspopuláció heterogenitásával hozható összefüggésbe, hanem az örökletes tulajdonságok alacsony stabilitásával rendelkező vírusrészecskék jelenlétével is egy genetikailag homogén populációban.

Számos tény halmozódott fel a vírus gazdaszervezet által okozott variabilitásával kapcsolatban (host-controlled variation). A változások abban rejlenek, hogy a sejt befolyásolja a benne szintetizált vírus komponenseinek természetét. Az ilyen módosítások nem befolyásolják a vírusgenom nukleotidszekvenciáját. Leírják DNS-tartalmú bakteriofágokban, Sendai vírusban, Newcastle-kórban, influenzában stb. A vírusgenomban kódolt fehérjék összetételét a gazdasejt módosíthatja. Ez annak köszönhető, hogy a sejtben a tRNS speciális mutagén formái vannak jelen, és a megfelelő aminosav antikodonja és kodonja között károsodott a megfelelés.

A módosulásokat a gazdasejt-komponensek (főleg fehérjék és lipidek) vírusrészecskébe való beépülése okozhatja: myxovírusok, paramixovírusok, amelyek héja egy módosított sejtmembrán. Egy ilyen membrán a gazdaszervezet sejt lipidjeit és sejtfehérjéit egyaránt tartalmazza. Ezért, amikor a gazdasejt (sejtrendszer vagy élőlényfaj) megváltozik, a sejtantigének is megváltoznak a vírusburok szerkezetében.

Az alfavírusok és flavivírusok antigén variánsai a tenyésztési körülményekhez kapcsolódnak különböző gazdarendszerekben. A gazdasejtek fehérje komponensei beépülnek a virion szuperkapszid héjába, ami változást okoz annak antigén tulajdonságaiban.

Így a gazdasejt jelentősen befolyásolhatja a vírus fenotípusát, vagy blokkolhatja (részben vagy teljesen) annak szaporodását.

A mutációk következményei:

a fenotípusos megnyilvánulások megváltozása normál körülmények között. Például az agar-gél alatti plakkok mérete nő vagy csökken; növeli vagy csökkenti egy adott állatfaj neurovirulenciáját; a vírus érzékenyebbé válik egy kemoterápiás szer hatására stb. A morfológiai vagy szerkezeti mutációk kapcsolódhatnak a virion méretéhez, a vírusfehérjék elsődleges szerkezetéhez, a vírus reprodukcióját biztosító korai és késői vírusspecifikus enzimeket meghatározó gének változásaihoz;
letális mutáció, amely megzavarja egy létfontosságú vírusspecifikus fehérje, például a víruspolimeráz szintézisét vagy működését;
feltételesen letális mutáció, amelyben egy vírusspecifikus fehérje bizonyos számára optimális feltételek mellett megtartja funkcióit, és kedvezőtlen körülmények között elveszti funkcióit. Az ilyen mutációk példája a hőmérséklet-érzékeny (az angol hőmérséklet-érzékeny) - ts-mutációk, amelyekben a vírus elveszíti a szaporodási képességét magas hőmérsékleten (39-42 ° C), miközben ezt a képességét fenntartja normál növekedési hőmérsékleten (36-37 ° C).

A mutánsok kiválasztása. Módosított organizmusokkal végzett munka során fontos egy adott vírus mutációs variabilitásának tanulmányozása és a számunkra érdekes mutánsok kiválasztása. A kiválasztáshoz a mutánsok fizikai-kémiai és biológiai tulajdonságait határozzák meg:

egy bizonyos tulajdonság (marker) változása és a virulencia (a vírus reaktogenitása, immunogenitása és egyéb tulajdonságai) közötti kapcsolat - a mutánsok genetikai jellemzőinek kovarianciája;
a mutáns fenotípus természete: egy adott rendszerben való szaporodási képesség, hőállóság, hemagglutináló, hemolizáló és egyéb tulajdonságok.

Mivel a populáció egészének tulajdonságait a virológiában tanulmányozzák, egy szelekciós folyamatra van szükség a vírus öröklődésében bekövetkezett változás megnyilvánulásához, azaz olyan feltételek megteremtéséhez, amelyek mellett a megváltozott öröklődésű vírusrészecskék túlnyomó többsége megtörténik. Ennek eredményeként a teljes víruspopuláció homogén genetikai mutáns virionokból áll majd.

Ha kísérleti vizsgálatok során genetikailag homogén populációt nyerünk, a következő szelekciós módszereket alkalmazzuk:

klónok izolálása a csibeembrió chorioallantois membránján lévő egyetlen pustulából;
klónok szelekciója sejttenyészetben lévő plakkokból;
szelekció a korlátozó hígítás módszerével;
szelekció szelektív adszorpcióval és elúcióval;
passzázs szelekció módosított termesztési körülmények között.

A genetikai elemzéshez csak azok a tulajdonságok alkalmasak, amelyek könnyen kimutathatók, kellően stabilak és egyetlen mutációval szabályozhatók. Az állati vírusokban az olyan összetett tulajdonságokat, mint a patogenitás, a virulencia és az antigén szerkezet, nem egy, hanem több gén szabályozza.

Jelenleg az állati vírus mutánsait a feltételesen letális mutációk elemzése alapján választják ki. Az ebbe az osztályba tartozó összes feltételesen letális mutáns (például az összes ts-mutáns) egy közös tulajdonsággal rendelkezik, és a legtöbb esetben fenotípusosan megkülönböztethetetlenek. A mutáció következtében kialakuló ts-érzékenység egyik oka egy fehérje, például egy enzim elsődleges szerkezetének megváltozása. Ezen túlmenően ez a változás olyan, hogy az enzim megengedő hőmérsékleten működik, és a hőmérséklet növekedése (csökkenése) erősebben megváltoztatja a konformációját, mint a vad típusú fehérje konformációja, és a mutáns fehérje enzimaktivitásának hiányához vezet.

Ha hibát talál, jelöljön ki egy szövegrészt, és kattintson rá Ctrl+Enter.

Bevezetés

A haszonállatok biztonságának és termelékenységének javítása lehetetlen az állattenyésztési állat-egészségügyi szolgáltatások további fejlesztése nélkül. Az állatorvosi tudományágak között fontos helyet foglal el a virológia. A modern állatorvosnak nemcsak a betegség klinikai és kóros oldalát kell ismernie, hanem tisztában kell lennie a vírusokkal, tulajdonságaikkal, laboratóriumi diagnosztikai módszereivel és a fertőzés utáni és vakcinázás utáni immunitás jellemzőivel is.

A vírusok megváltoztatják tulajdonságaikat mind a természetes szaporodási körülmények között, mind a kísérlet során. Két folyamat állhat a vírusok tulajdonságainak örökletes változásának hátterében: 1) mutáció, azaz a vírusgenom egy bizonyos részében a nukleotidszekvencia megváltozása, amely a tulajdonság fenotípusosan kifejezett megváltozásához vezet; 2) rekombináció, azaz genetikai anyag cseréje két közeli, de örökletes tulajdonságaiban eltérő vírus között.

Mutáció a vírusokban

Mutáció - magukban a génekben bekövetkezett változásokhoz kapcsolódó változékonyság. Időszakos, görcsös lehet, és tartós változásokhoz vezethet a vírusok örökletes tulajdonságaiban. A vírusok összes mutációja két csoportra osztható:

· spontán;

· indukált;

Hosszúságuk szerint pontra és aberrációra (a genom jelentős részét érintő változások) osztják fel. A pontmutációkat egy nukleotid cseréje okozza (RNS-tartalmú vírusoknál). Az ilyen mutációk néha megfordulhatnak, visszaállítva az eredeti genomszerkezetet.

A mutációs változások azonban a nukleinsavmolekulák nagyobb régióit, azaz több nukleotidot is képesek megragadni. Ebben az esetben a teljes szakaszok kiesése, beillesztése és elmozdulása (transzlokációja), sőt a szakaszok 180 °-os elfordulása (az úgynevezett inverziók), leolvasási kereteltolódások is előfordulhatnak - nagyobb átrendeződések a nukleinsavak szerkezetében, és ennek következtében a genetikai információ megsértése.

A pontmutációk azonban nem mindig vezetnek a fenotípus változásához. Számos oka lehet annak, hogy az ilyen mutációk nem jelennek meg. Az egyik a genetikai kód elfajulása. A fehérjeszintézis kódja degenerált, azaz egyes aminosavakat több triplet (kodon) is kódolhat. Például a leucin aminosavat hat hármas kódolhatja. Éppen ezért, ha az RNS-molekulában bizonyos hatások miatt a CUU hármasát CUC, a CUA-t CUG váltotta fel, akkor a leucin aminosav továbbra is benne lesz a szintetizált fehérjemolekulában. Ezért sem a fehérje szerkezete, sem biológiai tulajdonságai nem sérülnek.

A természet a szinonimák sajátos nyelvezetét használja, és az egyik kodont egy másikkal helyettesítve ugyanazt a fogalmat (aminosavat) helyezi beléjük, megőrizve ezzel természetes szerkezetét és funkcióját a szintetizált fehérjében.

Egy másik dolog az, amikor valamilyen aminosavat csak egy triplett kódol, például a triptofán szintézisét csak egy UGG triplet kódolja, és nincs szubsztitúció, azaz szinonimája. Ebben az esetben valamilyen más aminosav is bekerül a fehérjébe, ami mutáns tulajdonság megjelenéséhez vezethet.

A fágokban az aberrációt különböző számú nukleotid deléciója (kihagyása) okozza, egy pártól a vírus egy vagy több funkcióját meghatározó szekvenciáig. Mind a spontán, mind az indukált mutációkat előre és visszafelé osztják.

A mutációknak különböző következményei lehetnek. Egyes esetekben normál körülmények között a fenotípusos megnyilvánulások megváltozásához vezetnek. Például az agarbevonat alatti plakkok mérete növekszik vagy csökken; növeli vagy csökkenti egy adott állatfaj neurovirulenciáját; a vírus érzékenyebbé válik egy kemoterápiás szer hatására stb.

Más esetekben a mutáció halálos, mert megzavarja egy létfontosságú vírusspecifikus fehérje, például a víruspolimeráz szintézisét vagy működését.

Egyes esetekben a mutációk feltételesen halálosak, mivel a vírusspecifikus fehérje bizonyos körülmények között megtartja funkcióit, és nem megengedő (nem megengedő) körülmények között elveszíti ezt a képességét. Az ilyen mutációk tipikus példái a hőmérséklet-érzékeny - ts-mutációk, amelyekben a vírus elveszíti a szaporodási képességét magas hőmérsékleten (39-42 °C), miközben ezt a képességét megtartja normál növekedési hőmérsékleten (36-37 °C).

A morfológiai vagy szerkezeti mutációk kapcsolódhatnak a virion méretéhez, a vírusfehérjék elsődleges szerkezetéhez, a génváltozásokhoz, amelyek meghatározzák a vírus szaporodását biztosító korai és késői vírusspecifikus enzimeket.

Mechanizmusuk szerint a mutációk is eltérőek lehetnek. Egyes esetekben deléció történik, azaz egy vagy több nukleotid elvesztése, más esetekben egy vagy több nukleotid beépül, és bizonyos esetekben az egyik nukleotidot egy másik helyettesíti.

A mutációk lehetnek közvetlenek és fordítottak. A közvetlen mutációk megváltoztatják a fenotípust, a reverz (reverziók) pedig visszaállítják. Valódi reverziók akkor lehetségesek, ha az elsődleges károsodással együtt egy hátsó mutáció következik be, és pszeudo-reverziók, ha a mutáció a hibás gén egy másik részében (intragén mutáció-szuppresszió) vagy egy másik génben (extragén mutáció-szuppresszió) következik be. A reverzió nem ritka esemény, mivel a revertánsok általában jobban alkalmazkodnak egy adott sejtrendszerhez. Ezért a kívánt tulajdonságokkal rendelkező mutánsok, például vakcinatörzsek előállítása során figyelembe kell venni azok esetleges visszaállását a vad típusba.

A vírusok nemcsak kis méretükben, élő sejtekben való szelektív szaporodási képességükben, az örökletes anyag szerkezeti jellemzőiben, hanem jelentős változatosságukban is különböznek az élővilág többi képviselőjétől. A változások vonatkozhatnak a vírusok méretére, alakjára, patogenitására, antigénszerkezetére, szöveti tropizmusára, fizikai és kémiai hatásokkal szembeni ellenálló képességére és egyéb tulajdonságaira. A változás okainak, mechanizmusainak és természetének jelentősége nagy jelentőséggel bír a szükséges vírusoltótörzsek beszerzésében, valamint a vírusjárványok elleni hatékony intézkedések kidolgozásában, amelyek során, mint ismeretes, a vírusok tulajdonságai jelentősen megváltoztathatják a vírusok viszonylag magas tulajdonságait megváltoztató képességét.

A vírusok mutációja a cisztronok kémiai változásai vagy a vírus nukleinsavmolekula szerkezetében elfoglalt helyük sorrendjének megsértése következtében fordulhat elő.

A körülményektől függően megkülönböztetik a vírusok természetes változatosságát, amelyet normál szaporodási körülmények között figyeltek meg, és mesterséges, amelyeket számos speciális passzázs során vagy a vírusok speciális fizikai vagy kémiai tényezőknek (mutagének) való kitételével nyernek.

Természetes körülmények között a változékonyság nem minden vírusban nyilvánul meg egyformán. Ez a tulajdonság az influenzavírusban a legkifejezettebb. A pangolin vírus jelentős variabilitásnak van kitéve. Ezt bizonyítja a számos lehetőség jelenléte különböző típusok ezek a vírusok, és jelentős változások az antigén tulajdonságaiban szinte minden járvány végén.

2) rekombináció, azaz genetikai anyag cseréje két közeli, de örökletes tulajdonságaiban eltérő vírus között.

Mutáció a vírusokban

A mutáció magukban a génekben bekövetkező változásokhoz kapcsolódó variabilitás. Időszakos, görcsös lehet, és tartós változásokhoz vezethet a vírusok örökletes tulajdonságaiban. A vírusok összes mutációja két csoportra osztható:

· spontán;

· indukált;

A mutációs változások azonban a nukleinsavmolekulák nagyobb régióit, azaz több nukleotidot is képesek megragadni. Ebben az esetben teljes metszetek kiesése, beillesztése és elmozdulása (transzlokációja), sőt a szakaszok 180°-os elfordulása (az úgynevezett inverziók), az olvasási keret eltolódása is előfordulhat - nagyobb átrendeződések a nukleinsavak szerkezetében, és ennek következtében a genetikai információ megsértése.

Más esetekben a mutáció halálos, mert megzavarja egy létfontosságú vírusspecifikus fehérje, például a víruspolimeráz szintézisét vagy működését.

A vírusok mutációja a cisztronok kémiai változásai vagy a vírus nukleinsavmolekula szerkezetében elfoglalt helyük sorrendjének megsértése következtében fordulhat elő.

Természetes körülmények között a változékonyság nem minden vírusban nyilvánul meg egyformán. Ez a tulajdonság az influenzavírusban a legkifejezettebb. A pangolin vírus jelentős variabilitásnak van kitéve. Ezt bizonyítja, hogy ezeknek a vírusoknak a különböző típusaiban nagyszámú változat található, és szinte minden járvány végén jelentős változások történtek antigén tulajdonságaikban.

A mutációk gyakorisága és előfordulásuk mechanizmusai

A bakteriofágok mutációit nagyon intenzíven tanulmányozták, nemcsak genetikai elemzés céljából, hanem maguknak a fágoknak a tulajdonságairól való információszerzés céljából is. Bizonyos mutánsok előfordulási gyakorisága a fág utódokban nagyon széles tartományban változik: például egyes mutánsok legfeljebb 10, míg mások 10 vagy annál nagyobb gyakorisággal képződnek. A magas mutációs ráta káros hatását általában ellensúlyozza a szelekció. Például egy fágmutánst kivédhet egy vad típus, amely nagyobb fághozamot eredményez.

A spontán előfordulások nagy gyakorisága általában jellemző az ilyen mutációkra, amelyek ugyanannak a lókusznak több helyén is előfordulhatnak. Azokban az esetekben, amikor a normál tulajdonság megfelel a gén funkcionális formájának, és a mutáns valamilyen változás eredményeként megjelenik az adott lókusz bármely pontján, a direkt mutációk gyakorisága magasabb lesz, mint a reverz mutációk gyakorisága, mivel a reverz mutációknak a normális állapot helyreállításához kell vezetniük. Néha a revertánsok valójában pszeudo-revertánsok, vagy más génben bekövetkezett változások (szuppresszor mutációk), vagy ugyanazon gén olyan változásai eredményeként, amelyek a termék eltérő, de egyben aktív formáját okozzák.

Az érett fágrészecskékben a spontán mutációk gyakorisága nagyon alacsony, de ezek bármilyen mutagén faktorral, például röntgen- vagy ultraibolya sugárzással, salétromsavval, hidroxil-aminnal vagy alkilezőszerekkel kiválthatók. A salétromsav dezaminálja a nukleotidok bázisait, és az etil-metil-szulfonát etilálja azokat. A hidroxil-amin a skitozint uracillá alakítja. Módosított fágokkal való fertőzés esetén a kémiailag módosított nukleinsav replikációja során fellépő hibák miatt mutációk lépnek fel, és az egyik baktériumból felszabaduló fág utódok normál és mutáns részecskéket is tartalmaznak. Azonban, ahogy az várható volt, egy egyszálú DNS-t tartalmazó fág mutagénnel való kezelése a mutáns tiszta klónját eredményezi.

A fágok szaporodása során fellépő mutációs folyamatok vizsgálata nagy közvetlen jelentőséggel bír a fágfejlődés elemzése szempontjából. Nézzük először a spontán mutációs folyamatot. Azokban a baktériumsejtekben, amelyekben fágmutáció történt, normál és mutáns fág is képződik. Egy adott bakteriális sejtből kilépő fágpopulációban található mutáns fágrészecskék számát nyilvánvalóan a fág szaporodás jellege határozza meg, hiszen új gének csak a már meglévők replikációjával képződhetnek. Ha egy adott mutáció valószínűsége minden replikációnál azonos, akkor a keletkezett mutánsok száma a replikáció mechanizmusától függ. Például ha mindegyik új példány gén a többitől függetlenül képződik, akkor a különböző fertőzött baktériumokból származó fág utódjaiban a mutáns kópiák eloszlása véletlenszerű lesz. Ha viszont az így létrejövő másolatok mindegyikét felváltva reprodukáljuk, akkor a mutáns kópiák csoportokban vagy klónokban fordulnak elő, amelyek mutáns "testvérekből" állnak.

Gazdamódosítások

A mutációk mellett a bakteriofágok nem genetikai változásokon mennek keresztül, amelyekben a gazdasejt játssza a főszerepet. Ezt a jelenséget gazda által kiváltott módosításoknak nevezik. Ezeknek a módosításoknak a molekuláris biológia szempontjából az a jelentősége, hogy bebizonyították, hogy az intracelluláris környezet képes ilyen változásokat indukálni a genetikai anyag kémiai szerkezetében, ami felhasználható a DNS-t szintetizáló sejtvonalak azonosítására. Hasonló jelenségeket először a fág DNS-én fedeztek fel, de ezek a baktériumsejt bármely DNS-ére is igazak. Vannak olyan megfigyelések is, amelyek szerint ez a jelenség az eukarióta sejtekre is igaz. Speciális esetekben bonyolultabb helyzetek adódhatnak. Néha megfigyelhető a fág két gazda általi bilaterális korlátozása, de ez nem kötelező.

A sejtek által elutasított fág képes adszorbeálódni rajtuk és bejuttatni a DNS-üket. Ez utóbbi egy része azonban gyorsan megsemmisül, és nem történik replikáció. A DNS lebomlását specifikus endonukleázok (restrikciós enzimek vagy R-nukleázok) okozzák, amelyek képesek felismerni a DNS meghatározott szakaszait, és elhasítani azokat, ha azok nem módosultak M-enzimek hatására. Ezt követően a DNS-t exonukleázok hasítják egyedi nukleotidokra. Egy baktériumtörzs egy vagy több R-nukleázt és egyidejűleg M-enzimet tartalmazhat, amelyek védik a sejt saját DNS-ét. Javasolták ezeknek az enzimeknek egy kényelmes nómenklatúráját. Egyes adatok szerint az R-nukleázok felismerési helyei nem mindig esnek egybe a DNS hasítási helyeivel; talán az enzim képes a szál mentén vándorolni, mielőtt megtalálná azt a helyet, ahol a DNS-t le kell hasítani.

A gazdaszervezet által kiváltott módosítások funkcionális szerepe nem világos. Képesek megvédeni egy adott baktériumtörzset a különféle baktériumokon szaporodó fágok hatalmas pusztulásától. Általánosabban a módosítások szerepe úgy definiálható, mint az elfogadhatatlan idegen DNS baktériumsejtbe való bejutása és az azt követő „beültetés” elleni védelem. Az A baktérium, amely elutasítja a B törzsön szaporított fágot, a B baktérium DNS-ét is elutasítja, ha konjugációval vagy transzdukcióval juttatják be.

Népszerű a kategóriában: