Генетическая рекомбинация вирусов это

Выше была рассмотрена роль бактериофага лишь как переносчика наследственного материала от одной клетки к другой при трансдукции.

Но фаги интересны не только как пассивные переносчики наследственного материала. Сами по себе они так же, как й вирусы высших организмов, является генетическим объектом. Гены вирусов могут претерпевать мутации и рекомбинации, спонтайные и. индуцированные различными воздействиями: ультрафиолетовыми лучами, ионизирующими излучениями и химическими агентами. Мутации могут касаться таких признаков фага, как скорость лизирования бактериальной клетки, способность заражать бактерии определенного штамма, антигенная природа белковой оболочки фага и т. д. Эти мутантные свойства фагов могут сохраняться длительно е время при их размножении.

При заражении клетки вирулентным фагом биосинтез клетки, находившейся под контролем генома хозяина, останавливается: синтез ДНК бактерии полностью прекращается, происходит обновление РНК и соответственно синтезируются новые белки для построения фаговых частиц. Вновь синтезируемые молекулы ДНК, РНК и белка на этом этапе осуществляются под контролем ДНК фага. При этом если геном бактерии не способен синтезировать какую-либо аминокислоту, а геном фага обладает такой возможностью, то геном фага может обеспечить ее синтез. Геном фага настраивает биосинтез на свой лад. В данном случае мы вправе говорить о генетическом паразитизме.

Фаговая ДНК сначала в клетке размножается и находится в виде отдельных нитей (вегетативный фаг). В это же время гены фага контролируют формирование соответствующей белковой оболочки и части зрелой частицы. ДНК зрелых фаговых частиц в клетке хозяина не воспроизводит себя.

Примером генетического анализа фага может служить следующий опыт. Существуют фаги (r) с мутантным фактором, обусловливающим появление на культуре Escherichia coli больших светлых пятен (зон лизиса или подавления роста бактерий), и фаги с мутантным фактором (m), которые обусловливают появление мелких зон лизиса. Культуру кишечной палочки заражали одновременно двумя мутантными штаммами фагов r — m + и г + m — . При такой смешанной инфекции, когда с большой вероятностью все клетки были инфицированы указанными двумя генотипами фагов, появлялись четыре типа пятен: большие светлые, маленькие темные, маленькие светлые и большие темные. Первые два соответствовали исходным мутантным частицам фагов r — m + и г + m — , а два последних, очевидно, имели новое сочетание генов: r — m — и г + m + . Они могли возникнуть лишь в результате рекомбинации генов двух исходных штаммов фага, произошедшей в бактериальной клетке.

Картирование генов по трем точкам, примененное Т. Морганом для дрозофилы, было использовано и для составления генетической карты у фага Т₄. Так, в таблице показано сцепление генов в гибридном скрещивании и рекомбинация у фага Т₄, а на рисунке — генетическая карта этого фага.

Сцепление генов при тригибридном скрещивании и рекомбинация у фага T4

Картирование по трем точкам у фага Т4 — генам m, r, tu

Равенство реципрокных комбинаций может быть достигнуто только при исследовании большого числа зараженных разных бактерий одним и тем же штаммом фага.

Одной из гипотез, объясняющих рекомбинацию у фагов, является гипотеза copy-choice, или partial-replica. Смысл этой гипотезы заключается в том, что при репликации по оси матрицы ДНК происходит смена матриц с одной нити ДНК на другую. Сначала репликация идет по одной матрице, но вследствие повреждения участка на пути репликации данной матрицы дальнейшая репликация молекулы ДНК может идти по другой ДНК — неповрежденной. Подтверждением этой гипотезы служит тот факт, что под влиянием мутагенов частота рекомбинаций у фагов повышается.

В объяснении процесса рекомбинации фагов с точки зрения указанной гипотезы много трудностей, хотя самое явление рекомбинации наследственных фагов не вызывает сомнения.

Генетика вирусов приобретает сейчас исключительно важное значение для изучения роли нуклеиновых кислот в синтезе белка, а также для познания химических основ наследственности.

Генетические исследования на микроорганизмах и вирусах раскрыли новый мир явлений и огромные перспективы в деле управления наследственной природой организмов. Такие явления, как трансформация, трансдукция, половой процесс у бактерий, мутации рекомбинации у вирусов, значительно расширили наши представления о материальных носителях наследственности и многообразии механизмов их передачи. Благодаря этим явлениям установлено, что:

1) ДНК участвует в передаче наследственной информации при клеточном делении;

2) процессы мутаций и рекомбинаций, установленные ранее для высших организмов, являются общими и для микроорганизмов;

3) у эукариотов процесс рекомбинации, как правило, является Реципрокным; он осуществляется при половом размножении в мейозе путем внутрихромосомной рекомбинации, а при вегетативном размножении — путем митотической рекомбинации в митотическом цикле;

4) у прокариотов (например, фаговых частиц) процесс рекомбинации в силу особого их размножения, как правило, нереципрокный; у микроорганизмов часто наблюдается односторонний и частичный обмен генетическим материалом.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

При взаимодействии геномов могут наблюдаться такие формы генетических взаимодействий, как множественная реактивация, рекомбинация, пересортировка генов, кросс-реактивация, гетерозиготность.При взаимодействии на уровне продуктов генов могут иметь место негенетические взаимодействия: комплементация, интерференция, фенотипическое смешивание и др.Множественная реактивация. Вирусная инфекция может возникнуть при заражении клетки несколькими вирионами с поврежденными геномами вследствие того, что функцию поврежденного гена может выполнять вирус, у которого этот ген не поврежден.Вирионы с поражением разных генов дополняют друг друга путем генетической рекомбинации, в результате чего репродуцируется исходный неповрежденный вирус. Важное значение имеет расстояние между вирионами с поврежденными геномами внутри клетки. Рекомбинация. Генетической рекомбинацией называют обмен генетическим материалом, происходящий между родительскими вирусами. Возможен обмен полными ге­нами (межгенная рекомбинация), так и участками одного и того же гена (внутригенная рекомбинация). Образующийся вирус-рекомбинант обладает свойствами, унаследованными от разных родителей.Обычно рекомбинируемые штаммы обладают характерными признаками, которые обозначаются как маркеры. Пересортировка генов. Вариантом рекомбинации является феномен, получивший название пересортировки генов. Она наблюдается при генетических взаимодействиях между вирусами, имеющими сегментированный геном. Образующиеся при этом гибридные формы вирусов называют реассортантами. Реассортанты вирусов гриппа получают при совместном культивировании вирусов с разными генами гемагглютинина и нейраминидазы. В этом случае из общего потомства путем нейтрализации соответствующих антигенов можно выделить интересующие исследователя варианты.Существуют определенные группировки (констелляции или созвездия) генов, которые в данной системе клеток более стойки и делают вирус более жизнеспособным.Перекрестная реактивация происходит в том случае, когда у одного из штаммов вируса часть генома повреждена, а другой геном интактен(неповреждённый). При смешанной инфекции двумя такими вирусами воз­можна рекомбинация неповрежденных участков генома инактивированного вируса с геномом интактного вируса, и в результате этого процесса появляются штаммы вируса со свойствами обоих родителей. Гетерозиготность. При совместном культивировании двух штаммов вируса может происходить формирование вирионов, содержащих в своем составе два разных генома или, по крайней мере, один полный геном и часть второго генома.

Комплементация. стимулирует репродукцию обоих партнеров или одного из них, но не изменяет генотипы вирусов. Вирус снабжает партнера недостающими компонентами, обычно белками, структурными или неструктурными. Комплементация может быть односторонней и дву­сторонней. Двусторонняя комплементация заключается в репродукции обоих партнеров. При односто­ронней комплементации один из партнеров обеспечивает другого необходимыми для его репродукции продуктами. Интерференция вирусов — взаимодействие вирусов, при котором один вирус (или его компоненты) подавляет репродукцию другого вируса и течение вызываемого им инфекционного процесса.Фенотипическое смешивание. При совместном культивировании двух вирусов может наблюдаться феномен фенотипического смешивания, когда геном одного вируса бывает заключен в капсид, состоящий частично или полностью из белков другого вируса.Фенотипическое смешивание наблюдается при смешанной инфекции многими вирусами, причем эти вирусы могут быть как близкими друг другу (например, вирусы гриппа А и В или разные серологические подтипы вируса гриппа А), так и весьма далекими (онковирусы и рабдовирусы).

Вопрос№13. Вирусы с непрерывным и сегментированным геномами. Кодирующая способность вирусного генома.Весьма интересным фактом стало обнаружение вирусов с так называемыми сегментированными геномами. Так, например анализ генома реовирусов (это вирусы человека, приматов, птиц, которые вызывают респираторные и желудочно-кишечные инфекции). В вирусных частицах реовирусов было обнаружено 10 различных молекул двунитевой РНК. Это не были случайно возникшие фрагменты какой-то большой молекулы РНК являющейся геномной молекулой данного вируса. Ибо онибыли не комплементарны, что говорило о том, что это необходимые компоненты его генетического материала, от которого зависит успех при заражении его вирионами чувствительной клетки. Суммарный вес всех 10 сегментов соответствовал величинам, полученным при определении веса нуклеинового компонента обычными методами. Иными словами геном этих вирусов, конкретно этого вируса, представлен 10 сегментами и эти все сегменты необходимы, для того чтобы вирус заразил клетку и мог в ней репродуцироваться. К числу таких вирусов относится бактериофаг f6, который содержит двунитевую РНК, вирусы животных, содержащих однонитевые РНК, например ареновирусы (вирусы грызунов, вызывающие лихорадочные заболевания-хориоменингиты у чувствительных животных). Некоторые вирусы растений тоже обладают сегментированными геномами. Существуют некоторые различия между вирусами животных, которые имеют сегментированный геном, и вирусами растений тоже с сегментированными геномами. У вирусов животных эти сегменты находятся всегда в одном вирионе, и естественно заражение чувствительных клеток довольно легко осуществляется, если такая частица попадает внутрь клетки. В частности вирус гриппа имеет 6-8 сегментов. Эти сегменты являются молекулами однонитевой РНК, негативными молекулами. Что касается вирусов растений, то тут картина иная. Сегменты РНК-геномов таких вирусов содержатся в разных вирусных частицах. Каждый сегмент в своей вирионной частице. Так, например вирус мозаики костера имеет 4 сегмента РНК - это его полный геном. Но эти сегменты находятся в 3 частицах, причем в одной 2 сегмента. В каждой частице содержится по крупному сегменту и в одной из этих трех содержится четвертый малый сегмент. Причем последовательность нуклеотидов в малом сегменте идентична части последовательности крупного сегмента, вместе с которым он присутствует в вирусной частице. Какова биологическая значимость такого явления толком никто не знает. Но для того чтобы заразить клетки костера данным вирусом требуется, чтобы в клетку попали все 3 вирусные частицы. Только тогда будет осуществляться инфекция. Весьма необычный тип сегментированного генома обнаружен у одного из вирусов растений, вызывающего мозаику люцерны. Этот вирус состоит из 3 вирионов, которые содержат разные молекулы РНК, 4сегмента и одинаковый капсидный белок. Эти сегменты распределены в 3 вирионах. Причем в одном содержаться 2 сегмента. Малый сегмент детерминирует белок капсида, а 3 крупных сегмента обеспечивают всю генетическую информацию данного вируса. Чтобы развилась мозаичная болезнь люцерны, все 3 вириона должны попасть в одну клетку. Это видимо отображает не особую инфекциозность данного вируса, чтобы в одну клетку попадало сразу 3 вириона.

Вопрос№14. Основные гипотезы происхождения вирусов и факты их подтверждающие. Возможные пути эволюции вирусов.(смотри А.И.Зинченко-стр.17-18) В поисках ответа на вопрос о происхождении вирусов вы­двинуты три гипотезы. Согласно одной из них вирусы могли явиться первичными формами жизни, возникшими в результате химических реакций с использованием энергии ультрафиолето­вых лучей или электроразрядов и давшими начало клеточной организации жизни. С этой прогрессивной гипотезой увязыва­ются две регрессивные. По мнению А. Львова, вирусы, которые индуцировали образование клеток в ходе регрессирующей био­химической эволюции, при каком-то акте мутации могли отще­питься от них, возвратив свою первоначальную независимость и способность к репродукции при наличии ферментов-катализаторов. Втораярегрессивная теория предполагает, что вирусы произошли от свободноживущих микробов, нуждавших­ся в факторах роста и ставших вследствие этого внутриклеточ­ными паразитами, а затем поэтапно утратившими энергообмен­ные системы. Против регрессивной гипотезы происхождения вирусов из паразитарных клеток говорят многие веские аргу­менты, прежде всего их неклеточная организация, способ раз­множения, отсутствие в клетках структур, подобных вирусным капсидам и промежуточных форм превращения клеток-паразитов в вирусы. Наибольшее число сторонников имеет ги­потеза, согласно которой вирусы произошли от содержащих нуклеиновые кислоты структур и органелл клеток, ставших ав­тономными самопроизводящимися элементами. Так, ее привер­женцы полагают, что источником ДНК-вирусов могли явиться гены митохондрий и хлоропластов, а РНК-вирусов - рибосомы или же иРНК клеток и ДНК-содержащих вирусов. При этом не затрагиваются источники получения генного материала одноцепочечных ДНК-вирусов и двухцепочечных РНК-вирусов, а так­же механизм репликации вирионной РНК, которых не имеет ни одна клетка.

Таким образом, вопрос о происхождении вирусов остается дискуссионным и лишь только то, что произошли они от разных предков и, согласно самому факту существования ДНК- и РНК-вирусов, эволюционируют двумя путями, ни у кого не вызывает сомнения.

В заключение отметим, что продолжающиеся дискуссии во­круг альтернативных представлений о природе и происхожде­нии вирусов, внесшие много важного в их познание, ничего об­щего не имеют с бесплодной философской полемикой между материалистами и идеалистами относительно происхождения жизни на Земле или борьбой мнений некоторых вирусологов и микробиологов в отношении того, считать вирусологию само­стоятельной академической дисциплиной или же частью микро­биологии.

где N - количество фаговых частиц в 1 мл исследуемого материала; n -среднее количество негативных колоний на чашку; D - номер разведения; V — объем высеваемой пробы, мл.

Рекомбинация генетическая, реорганизация генетического материала, обусловленная обменом отдельными сегментами (участками) двойных спиралей ДНК.

генетическая рекомбинация - главный фактор непостоянства генома, основа большинства его изменений, обусловливающая естеств. отбор, микро- и макроэволюции.

Различают два основных типа генетической рекомбинации: 1) "законную" (общую, или гомологичную), при которой происходит обмен гомологичными (одинаковыми) участками молекул ДНК; 2) "незаконную" (негомологичную), в основе которой лежит обмен негомологичными участками ДНК.

Если обмен между разными молекулами ДНК осуществляется только в участках со строго определенными нуклеотидными последовательностями, генетическая рекомбинация называют сайт-специфичной, если в любых местах молекулы ДНК-сайт - неспецифичной.

Законная генетическая рекомбинация обычно сайт-неспецифична, хотя довольно часто у бактерий и высших организмов она может проявлять черты сайт-специфичности, т. е. избирательности к определенным нуклеотидным последовательностям ДНК (т. наз. горячие точки рекомбинации). Такие последовательности резко повышают частоту генетическая рекомбинация в тех участках генома, в которых они локализованы. Незаконная генетическая рекомбинация может быть как сайт-неспецифичной, так и весьма специфичной относительно участка обмена.

Законная генетическая рекомбинация наблюдается, например, между двумя копиями какой-либо хромосомы. У эукариот (все организмы, за исключением бактерий и синезеленых водорослей) наиболее типичен обмен участками гомологичных хромосом в мейозе (деление клеток, в результате которого происходит уменьшение числа хромосом в дочерних клетках - основная стадия образования половых клеток). Этот обмен может происходить между плотно конъюгированными хромосомами на ранних стадиях развития яйца или сперматозоида. Реже-законная генетическая рекомбинация осуществляется при обычном делении клеток (с сохранением числа хромосом)-митозе.

У прокариот (бактерии и синезеленые водоросли), у которых отсутствует мейоз, а геном представлен только одной молекулой ДНК, законная генетическая рекомбинация сопряжена с такими естественными. формами обмена и переноса генетического материала, как конъюгация (хромосомы из донорской клетки передаются в рециниентную через протоплазменный мостик-пиль), трансформация (ДНК проникает из среды через клеточную оболочку), трансдукция (передача ДНК осуществляется бактериофагом, или вирусом бактерий). У вирусов генетическая рекомбинация происходит при заражении ими клеток. После лизиса клетки обнаруживаются вирусы с рекомбинантными ДНК. У прокариот генетическая рекомбинация осуществляют специальные клеточные белки (многие из них ферменты).

В основе молекулярного механизма законной генетической рекомбинации лежит принцип "разрыв-воссоединение" двух гомологичных молекул ДНК. Этот процесс (его наз. кроссинговер) включает несколько промежуточных этапов: 1) узнавание участков; 2) разрыв и реципрокное (крест-накрест) воссоединение молекул: замена одних цепей гомологичными; 3) устранение ошибок, возникающих в результате неправильного спаривания участков. Точка обмена может возникать на любом участке гомологичных нуклеотидных последовательностей хромосом, вовлекаемых в обмен. При этом в точке обмена обычно не происходит изменения нуклеотидных последовательностей. Точность разрыва и воссоединения чрезвычайно велика: ни один нуклеотид не утрачивается, не добавляется и не превращается в к.-н. другой.

Основой всех предложенных схем генетическая рекомбинация послужила так называемая модель Холлидея, согласно которой генетическая рекомбинация начинается с разрыва только одной из двух цепей спирали ДНК. Вслед за разрывом один конец цепи вытесняется другим концом, который наращивается ДНК-полимеразой. Вытесненный конец разорванной цепи спаривается со второй молекулой ДНК (образуется т. наз. гетеродуплекс), в свою очередь вытесняя там участок одной из ее цепей. В конце концов одиночные гомологичные цепи обмениваются реципрокно. После этого первонач. этапа спаривания две гомологичные спирали ДНК удерживаются вместе благодаря перекрестному обмену цепями-по одной от каждой спирали (см. рис.). Точка перекрестка далее может мигрировать, в результате чего дополнительно образуются или растут гетеродуплексные участки на обеих молекулах ДНК.

Структура с перекрещенными цепями может существовать в разл. стереоизомерных формах, возникающих в результате вращения составляющих ее элементов относительно друг друга. Изомеризация, которая как и др. стадии генетической рекомбинации контролируется генетически, изменяет положение двух пар цепей: две ранее перекрещивавшиеся цепи становятся неперекрещивающимися и наоборот.

Для того чтобы вновь восстановились две отдельные спирали ДНК и тем самым прекратился процесс спаривания, в каждой из двух перекрещенных цепей должен произойти разрыв. Если он происходит до того, как прошла изомеризация, то две исходные спирали ДНК отделяются друг от друга так, что у каждой из них генетически перестроенной оказывается только одна цепь. Если же разрыв двух перекрещенных цепей происходит после изомеризации, то обе молекулы ДНК претерпевают полную реорганизацию: часть каждой исходной спирали оказывается присоединенной (ступенчатым соединением) к части другой спирали.

Законная генетическая рекомбинация приводит к возникновению новых комбинаций специфических аллелей (различной формы одного и того же гена, обусловливающие различные варианты развития одного и того же признака-группы

Схема спаривания двух гомологичных спиралей (одна из них обозначена жирной линией, другая—двойной); 1 — гетеродуплекс. крови, цвета глаз и др.), но не изменяет места расположения генов (локусов).

Незаконная генетическая рекомбинация имеет выраженный локальный характер. В этом случае весь процесс с его начальным этапом узнавания, который сводит вместе две спирали ДНК, направляется особым рекомбинац. ферментом; спаривания оснований здесь не требуется (даже в тех случаях, когда это все-таки происходит, в процессе участвует не более неск. пар оснований). Интеграция транспозонов, плазмид и умеренных фагов в бактериальный геном может служить примером генетическая рекомбинация этого типа. Подобный механизм существует также и в эукариотич. клетках (см. Мигрирующие генетические элементы ) .

При незаконной генетической рекомбинации в обмен вступают короткие специфические нуклеотидные последовательности одной или обеих спиралей ДНК, участвующих в этом процессе. Таким образом такая генетическая рекомбинация изменяет распределение нуклеотидных последовательностей в геноме-соединяются участки ДНК, которые до этого не располагались в непрерывной последовательности рядом друг с другом. Подобный обмен гетерологич. участками ДНК приводит к возникновению вставок, делеций, дупликаций и транслокаций генетического. материала (см. Мутации ) .

У эукариот перемещения разных генетич. элементов, сопряженные с незаконной генетическая рекомбинация, осуществляются преим. не в мейозе, когда контактируют парные хромосомы. а во время обычных клеточных циклов (митозе). Незаконная генетическая рекомбинация играет важную роль в эволюционной изменчивости, т. к. благодаря ей осуществляются самые разнообразные, нередко кардинальные, перестройки генома и, следовательно, создаются предпосылки для качеств. изменений в эволюции данного организма.

• Введение
• Обозначения и сокращения
• 1 История вирусологии, природа и происхождение вирусов
• 2 Химический состав вирусов
• 3 Морфология, морфогенез, биофизические свойства и генетика вирусов
• 4 Репродукция вирусов
• 5 Основные процессы, контролирующие наследственность и изменчивость вирусов
• 6 Классификация и патогенез вирусных инфекций

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Общая вирусология с основами таксономии вирусов позвоночных ( Коллектив авторов, 2012) предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

5 Основные процессы, контролирующие наследственность и изменчивость вирусов

Вирусам, как и всем живым организмам, свойственны наследственность и изменчивость. Так же как и у прочих форм жизни нуклеиновые кислоты вирусов подвержены мутациям.

Модификации. Модификациями называются не наследуемые (фенотипические) изменения у вирусов, обусловленные клеткой-хозяином. Эти изменения лежат в основе адаптации вируса к новому хозяину и преодоления зависимого от хозяина ограничения. Модификации нуклеиновых кислот вирусов осуществляют клеточные ферменты, ответственные за ограничение (рестрикцию) репродукции вируса.

Мутации. В основе изменчивости вирусов лежат мутации, т.е. изменения состава и последовательностей нуклеотидов вирусного генома. Мутации происходят у всех вирусов, независимо от того, является ли их генетическим аппаратом ДНК или РНК. В результате мутаций отдельные вирионы могут приобретать новые свойства. Дальнейшая судьба таких вирусов зависит от естественного отбора, сохраняющего популяцию, наиболее приспособленную к условиям существования.

Мутации могут иметь разные последствия. В одних случаях они ведут к изменению фенотипических проявлений в нормальных условиях. Например, увеличивается или уменьшается размер бляшек под агаровым покрытием; увеличивается или ослабляется нейровирулентность для определенного вида животных; вирус становится более чувствительным к действию химиотерапевтического агента и т.п.

В других случаях мутация является летальной, так как вследствие ее нарушается синтез или функция жизненно важного вирусспецифического белка, например вирусной полимеразы.

В некоторых случаях мутации являются условно летальными, так как вирусспецифический белок сохраняет свои функции в определенных, оптимальных для него, условиях и теряет эту способность в неразрешающих (непермиссивных) условиях. Типичным примером таких мутаций являются температурно-чувствительные (temperature sensitive) – ts-мутации, при которых вирус теряет способность размножения при повышенных температурах (от 39 °С до 42 °C), сохраняя эту способность при обычных температурах выращивания (от 36°С до 37 °C).

По своему механизму мутации могут быть тоже разными. В одних случаях происходит деления, т.е. выпадение одного или нескольких нуклеотидов, в других случаях происходит встраивание одного или нескольких нуклеотидов, а в некоторых случаях – замена одного нуклеотида другим.

Мутации могут быть прямыми и обратными. Прямые мутации меняют фенотип, а обратные мутации – реверсии – его восстанавливают. Возможны истинные реверсии, когда обратная мутация происходит в месте первичного повреждения, и псевдореверсии, если мутация происходит в другом участке дефектного гена (интрагенная супрессия) или в другом гене (экстрагенная супрессия). Реверсия не является редким событием, так как ревертанты обычно более приспособлены к данной клеточной системе. Поэтому при получении мутантов с заданными свойствами, на пример вакцинных штаммов, приходится считаться с возможной их реверсией к дикому типу.

Мутации носят случайный характер и объясняются статистическими законами.

В качестве физических мутагенов наиболее часто применяется ультрафиолетовое облучение, так как его энергия сопоставима с энергией химических связей.

Реже применяются более жесткие виды облучения – рентгеновское и g-облучение, а также обработка вирусных суспензий нейтронами, протонами, электронами и ядрами гелия, так как они вызывают сильные разрушения вирусных геномов и их инактивацию.

В качестве химических мутагенов применяют аналоги оснований (бромурацил, бромдезоксиуридин, 2-аминопурин, нитрозогуанидин и пр.), алкилирующие и флуоресцирующие соединения (профлавин), интеркалирующие агенты (актиномицин, этидий бромид), азотистую кислоту, гидроксиламин и многие другие.

5.1 Генетические и негенетические взаимодействия между вирусами

Как в естественных, так и в экспериментальных условиях одна клетка может быть заражена не одним, а несколькими вирусами. В процессе такой смешанной инфекции могут иметь место различные формы взаимодействия как между вирусными геномами, так и между продуктами генов. При взаимодействии геномов могут наблюдаться такие формы генетических взаимодействий, как множественная реактивация, рекомбинация, пересортировка генов, кросс-реактивация, гетерозиготкость. При взаимодействии на уровне продуктов генов могут иметь место негенетические взаимодействия: комплементация, интерференция, фенотипическое смешивание и др.

Множественная реактивация. Вирусная инфекция может возникнуть при заражении клетки несколькими вирионами с поврежденными геномами вследствие того, что функцию поврежденного гена может выполнять вирус, у которого этот ген не поврежден. Этот феномен был вначале обнаружен на бактериофагах и получил название множественной реактивации. В основе множественной реактивации лежит кооперативный процесс, при котором вирионы с поражением разных генов дополняют друг друга путем генетической рекомбинации, в результате чего репродуцируется исходный неповрежденный вирус.

Эффективность множественности реактивации зависит от многих причин: степени повреждения генома вирионов, числа проникших в клетку вирионов, концентраций их в определенных участках клетки, аутоинтерференции поврежденных вирионов. Для множественной реактивации важное значение имеет расстояние между вирионами с поврежденными геномами внутри клетки. Обработка вирионов двухвалентными ионами металлов, ведущая к их агрегации, усиливает множественную реактивацию.

Рекомбинация. Генетической рекомбинацией называют обмен генетическим материалом, происходящий между родительскими вирусами. Возможен обмен полными генами (межгенная рекомбинация), так и участками одного и того же гена (внутригенная рекомбинация). Образующийся вирус-рекомбинант обладает свойствами, унаследованными от разных родителей.

Обычно рекомбинируемые штаммы обладают характерными признаками, которые обозначаются как маркеры. Например, были получены рекомбинанты между вирусами полиомиелита, обладающие повышенной устойчивостью и повышенной чувствительностью к гуанидину, разной ней-ровирулентностью, разной устойчивостью к повышенной температуре, разной чувствительностью к ингибиторам сывороток лошадей и коров и т.п. Для получения рекомбинантов используют штаммы, содержащие два или большее число маркеров.

Тест рекомбинации применяют для генетических исследований вирусов. С его помощью возможно построение генетических карт вирусов, в которых определяется, в каких участках генома произошли мутации, а также в условных единицах измеряется расстояние между разными мутациями.

Пересортировка генов. Вариантом рекомбинации является феномен, получивший название пересортировки генов. Она наблюдается при генетических взаимодействиях между вирусами, имеющими сегментированный геном. Образующиеся при этом гибридные формы вирусов называют реассортантами. Реассортанты вирусов гриппа получают при совместном культивировании вирусов с разными генами гемагглютинина и нейраминидазы. В этом случае из общего потомства путем нейтрализации соответствующих антигенов можно выделить интересующие исследователя варианты.

Существуют определенные группировки (констелляции или созвездия) генов, которые в данной системе клеток более стойки и делают вирус более жизнеспособным.

Сходные процессы пересортировки генов имеют место у вирусов гриппа типов А, В и С и у других вирусов с фрагментарным геном – у буньявирусов, аренавирусов (однонитчатые РНК) и реовйрусов (ротавирусов) (двунит-чатая РНК), Однако эти процессы не столь интенсивны и доступны изучению, как у вирусов гриппа.

Гетерозиготность. При совместном культивировании двух штаммов вируса может происходить формирование вирионов, содержащих в своем составе два разных генома или по крайней мере один полный геном и часть второго генома. Это явление названо гетерозиготностью.

Комплементация. Комплементация (дополнение) является таким видом негенетического взаимодействия при смешанной инфекции двумя вирусами, которое стимулирует репродукцию обоих партнеров или одного из них, но не изменяет генотипы вирусов. Принцип комплементации заключается в том, что вирус снабжает партнера недостающими компонентами, обычно белками, структурными или неструктурными.

Комплементация широко распространена среди вирусов и встречается как между родственными, так и неродственными вирусами. Феномен тесно связан с проблемой дефектности вирусов.

Поскольку в вирусной популяции помимо стандартных обычно присутствуют дефектные неинфекционные вирусные особи, в частности дефектные частицы, утратившие часть генетического материала, комплементация имеет место в инфекционном цикле многих вирусов и заключается в том, что члены популяции снабжают друг друга продуктами генов, которые дефектны у партнеров (негенетическая реактивация). Отличие комплементации от генетической рекомбинации заключается в отсутствии обмена генетическим материалом.

Комплементация встречается и у неродственных вирусов, принадлежащих к разным семействам. Одним из семейств, вирусы которого наиболее часто участвуют в комплементации, является семейство аденовирусов. В одних системах аденовирусы могут действовать как дефектные вирусы, в других – как помощники. Например, в культуре клеток почек макак резусов аденовирусы могут репродуцироваться только в присутствии SV40, который является в данном случае вирусом-помощником. В других системах сами аденовирусы действуют как вирусы-помощники, а вирусомсателлитом является аденоассоциированный вирус, относящийся к семейству парвовирусов. Репродукция этого вируса полностью зависит от комплементирующего действия аденовирусов. Вирус гепатита В является помощником для дельта-агента, который покрывается его наружным белком – HBs-антигеном. Сочетание обоих вирусов обнаружено при наиболее тяжелых формах гепатита.

Возможна не только межцистронная, но и внутрицистронная комплементация в том случае, когда один ген кодирует несколько белков.

Фенотипическое смешивание. При совместном культивировании двух вирусов может наблюдаться феномен фенотипического смешивания, когда геном одного вируса бывает заключен в капсид, состоящий частично или полностью из белков другого вируса.

Фенотипическое смешивание наблюдается при смешанной инфекции многими вирусами, причем эти вирусы могут быть как близкими друг другу (например, вирусы гриппа А и В или разные серологические подтипы вируса гриппа А), так и весьма далекими (онковирусы и рабдовирусы).