Эволюционные механизмы изменчивости вирусов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Эволюционные изменения вирусов в первую очередь связаны с процессами репликации вирусов, содержащих дезоксирибонуклеиновую и рибонуклеиновую кислоты, которые значительно отличаются. Геномы большинства вирусов, содержащих рибонуклеиновую кислоту, реплицируются с гораздо меньшей точностью по сравнению с геномами вирусов, содержащих дезоксирибонуклеиновую кислоту. Сравнение количества мутаций в инфицированной клетке отражает обратную зависимость между размером генома и частотой мутаций, осуществляемых этими двумя видами вирусов. Для вирусов с двухцепочечными геномами дезоксирибонуклеиновой кислоты характерна низкая частота мутаций по сравнению с одноцепочечными геномами. Геном вирусов представляет собой не стабильную уникальную структуру, а скорее всего усредненное, вариабельное количество различных аминокислотных последовательностей. Именно в популяции вирусов поддерживается высокая частота мутаций, а низкая изменчивость является невыгодной для сохранения вирусов в природе. Некоторые виды животных могут быть промежуточными хозяевами при появлении новых эпидемических вирусов. Введение невирусной нуклеиновой кислоты в вирусный геном может также способствовать эволюционным изменениям вируса, приводить к образованию дефектных геномов или появлению гипервирулентных штаммов. Вирусные геномы кодируют многочисленные молекулы, модулирующие широкий спектр защитных иммунных механизмов. Вариабельности вирусов способствует и одновременная интеграция нескольких провирусных геномов в одну клетку, что активизирует процессы рекомбинации и генетического сдвига. Важным эволюционным моментом может быть превращение рибозы рибонуклеиновой кислоты в дезоксирибозу дезоксирибонуклеиновой кислоты, что увеличивает стабильность нуклеиновых кислот более чем в 100 раз. Горизонтальный перенос генов между вирусами, которые заражают различных хозяев, является центральной особенностью эволюции вирусов, содержащих рибонуклеиновую кислоту. Вирусы эукариотов с одноцепочечной дезоксирибонуклеиновой кислотой, вероятно, эволюционировали из бактериальных плазмид после приобретения ими генов капсидных белков из (+) цепи вирусов, содержащих рибонуклеиновую кислоту. Кроме мегавирусов и аденовирусов полинтоны являются вероятными предшественниками биднавирусов и вирофагов.

Об авторах

Александр Витальевич Москалев

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Автор, ответственный за переписку.
Email: alexmav195223@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3403-3850
SPIN-код: 8227-2647

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Борис Юриевич Гумилевский

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Email: alexmav195223@yandex.ru
SPIN-код: 3428-7704
Scopus Author ID: 6602391269
ResearcherId: J-1841-2017

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Василий Яковлевич Апчел

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова; Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена

Email: alexmav195223@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7658-4856
SPIN-код: 4978-0785
Scopus Author ID: 6507529350
ResearcherId: Е-8190-2019

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Василий Николаевич Цыган

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Email: alexmav195223@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1199-0911
SPIN-код: 7215-6206

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Katze M.G., Korth M.J., Law G.L., et al. Viral pathogenesis: From basics to systems biology. San Diego: Academic Press, 2016. 422 p.
  2. Ahmad L., Mostowy S., Sancho-Shimizu S. Autophagy-virus interplay: From cell biology to human disease // Front Cell Dev Biol. 2018. Vol. 19. ID 155. doi: 10.3389/fcell.2018.00155
  3. Luoa L.Y., Hahnb W.C. Oncogenic signaling adaptor proteins // J Genet Genomics. 2015. Vol. 42, No. 10. P. 521–529. doi: 10.1016/j.jgg.2015.09.001
  4. Griffin D.E. The immune response in measles: Virus control, clearance and protective immunity // Viruses. 2016. Vol. 10, No. 8. P. 282–291. doi: 10.3390/v8100282
  5. Gong B.-L., Mao R.-Q., Xiao Y., et al. Improvement of enzyme activity and soluble expression of an alkaline protease isolated from oil-polluted mud flat metagenome by random mutagenesis // Enzyme Microb Technol. 2017. Vol. 106. P. 97–105. doi: 10.1016/j.enzmictec.2017.06.015
  6. Domingo E., Perales C. Quasispecies and virus // Eur Biophys J. 2018. Vol. 4, No. 47. P. 443–457. doi: 10.1007/s00249-018-1282-6
  7. Guo Y.-J., Pan W.-W., Liu S.-B., et al. ERK/MAPK signaling pathway and tumorigenesis // Exp Ther Med. 2020. Vol. 19, No. 3. P. 1997–2007. doi: 10.3892/etm.2020.8454
  8. Takata M.A., Gonçalves-Carneiro D., Zang T.M., et al. CG dinucleotide suppression enables antiviral defence targeting non-self RNA // Nature. 2017. Vol. 550, No. 7674. P. 124–127. doi: 10.1038/nature24039
  9. Thapa R.J., Ingram J.P., Ragan K.B., et al. DAI senses influenza a virus genomic RNA and activates RIPK3-Dependent cell death // Cell Host Microbe. 2016. Vol. 20, No. 5. P. 674–681. doi: 10.1016/j.chom.2016.09.014
  10. Hemann E.A., Green R., Turnbull J.B., et al. Interferon-λ modu lates dendritic cells to facilitate T cell immunity ion with influenza A virus // Nat Immunol. 2019. Vol. 20. P. 1035–1045. doi: 10.1038/s41590-019-0408-z
  11. Stecca B., Rovida E. Impact of ERK5 on the hallmarks of cancer // Int J Mol Sci. 2019. Vol. 20, No. 6. ID 1426. doi: 10.3390/ijms20061426
  12. Yang L., Shi P., Zhao G., et al. Targeting cancer stem cell pathways for cancer therapy // Signal Transduct Target Ther. 2020. Vol. 5, No. 8. ID 8. doi: 10.1038/s41392-020-0110-5
  13. Burrell C., Howard C., Murphy F. Fenner and White’s medical virology. 5th edition. San Diego: Academic Press, 2016. 454 p.
  14. Nash A., Dalziel R., Fitzgerald J. Mims’ pathogenesis of infectious disease. 6th edition. San Diego: Academic Press, 2015. 348 p.
  15. Maillard P.V., van der Veen A.G., Poirier E.Z., et al. Slicing and dicing viruses: antiviral RNA interference in mammals // EMBO J. 2019. Vol. 38, No. 8. ID e100941. doi: 10.15252/embj.2018100941
  16. Hayward A. Origin of the retroviruses: when, where, and how? // Curr Opin Virol. 2017. Vol. 25. P. 23–27. doi: 10.1016/j.coviro.2017.06.006
  17. Krupovic M., Koonin E.V. Multiple origins of viral capsid proteins from cellular ancestors // PNAS USA. 2017. Vol. 114, No. 12. P. E2401–E2410. doi: 10.1073/pnas.1621061114
  18. Lee S., Liu H., Wilen C.B., et al. A secreted viral nonstructural protein deters intestinal norovirus pathogenesis // Cell Host Microbe. 2019. Vol. 25, No. 6. P. 179–187. doi: 10.1016/j.chom.2019.04.005845–857
  19. Horie M. The biological significance of bornavirus-derived genes in mammals // Curr Opin Virol. 2017. Vol. 25. P. 1–6. doi: 10.1016/j.coviro.2017.06.004
  20. Hadjidj R., Badis A., Mechri S., et al. Purification, biochemical, and molecular characterization of novel protease from Bacillus licheniformis strain K7A // Int J Biol Macromol. 2018. Vol. 114. P. 1033–1048. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.03.167
  21. Jeong Y.J., Baek S.C., Kim H. Cloning and characterization of a novel intracellular serine protease (IspK) from Bacillus megaterium with a potential additive for detergents // Int J Biol Macromol. 2018. Vol. 108. P. 808–816. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.10.173
  22. Ashraf N.M., Krishnagopal A., Hussain A., et al. Engineering of serine protease for improved thermostability and catalytic activity using rational design // Int J Biol Macromol. 2019. Vol. 126. P. 229–237. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.12.218
  23. Ashraf N.M., Krishnagopal A., Hussain A., et al. Engineering of serine protease for improved thermo stability and catalytic activity using rational design // Int J Biol Macromol. 2019. Vol. 126. P. 229–237. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018
  24. Ho S.Y.W., Lanfear R., Bromham L., et al. Time-dependent rates of molecular evolution // Mol Ecol. 2011. Vol. 20, No. 15. P. 3087–3101. doi: 10.1111/j.1365-294X.2011.05178.x
  25. Katzourakis A., Gifford R.J. Endogenous viral elements in animal genomes // PLoS Genet. 2010. Vol. 11, No. 6. ID e1001191. doi: 10.1371/journal.pgen.1001191
  26. Aiewsakun P., Katzourakis A. Endogenous viruses: Connecting recent and ancient viral evolution // Virology. 2015. Vol. 479-480. P. 26–37. doi: 10.1016/j.virol.2015.02.011
  27. Parrish N.F., Tomonaga K. Endogenized viral sequences in mammals // Curr Opin Microbiol. 2016. Vol. 31. P. 176–183. doi: 10.1016/j.mib.2016.03.002
  28. Frank J.A., Feschotte C. Co-option of endogenous viral sequences for host cell function // Curr Opin Virol. 2017. Vol. 25. P. 81–89. doi: 10.1016/j.coviro.2017.07.021
  29. Garcia-Sastre A. Ten strategies of interferon evasion by viruses // Cell Host Microbe. 2017. Vol. 22, No. 2. P. 176–184. doi: 10.1016/j.chom.2017.07.012
  30. Diner B.A., Lum K.K., Javitt A., et al. Interactions of the antiviral factor interferon gamma-inducible protein 16. NIFI16 mediate immune signaling and herpes simplex virus-1 immunosuppression // Mol Cell Proteomics. 2015. Vol. 14, No. 9. P. 2341–2356. doi: 10.1074/mcp.M114.047068
  31. Stoye J.P. Studies of endogenous retroviruses reveal a continuing evolutionary saga // Nat Rev Microbiol. 2012. Vol. 6, No. 10. P. 395–406. doi: 10.1038/nrmicro2783
  32. Hemann E.A., Green R., Turnbull J.B., et al. Interferon-λ modulates dendritic cells to facilitate T cell immunity ion with influenza A virus // Nat Immunol. 2019. Vol. 20. P. 1035–1045. doi: 10.1038/s41590-019-0408-z
  33. Enard D., Cai L., Gwennap C., Petrov D.A. Viruses are a dominant driver of protein adaptation in mammals // Elife. 2016. Vol. 5. ID e12469. doi: 10.7554/eLife.12469
  34. Xu X., Zhang M., Xu F., Jiang S. Wnt signaling in breast cancer: biological mechanisms, challenges and opportunities // Mol Cancer. 2020. Vol. 19, No. 165. ID 165. doi: 10.1186/s12943-020-01276-5
  35. Wang B., Li X., Liu L., Wang M. β-Catenin: oncogenic role and therapeutic target in cervical cancer // Biol Res. 2020. Vol. 53. ID 33. doi: 10.1186/s40659-020-00301-7
  36. Ma Z., Damania B. The cGAS-STING defense pathway and its counteraction by viruses // Cell Host Microbe. 2016. Vol. 19, No. 2. P. 150–158. doi: 10.1016/j.chom.2016.01.010

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Появление и передача различных серотипов вируса гриппа А при пандемиях в ХХ в. (по Дж. Флинту, В. Раканьелло, Г. Ралла и др. Принципы вирусологии. 5-е изд. Т. II. 2020)

Скачать (395KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Филогения обратных транскриптаз ретровирусов и параретровирусов: env — гены оболочки; gag — группоспецифический антиген; IN — интеграза; LTR — длинный терминальный повтор; MA — матричный белок; MP — белок движения; NC — нуклеокапсид; nef tat, rev, vif, vpr, vpu — гены вируса иммунодефицита человека 1-го типа, которые экспрессируют регуляторные белки через мРНК; P — полимераза; pol — гены полимеразы; PR — протеаза; PreS — предповерхностный белок (оболочечный); PX/TA — активатор белка X/транскрипции; RH — RNase H; RT — обратная транскриптаза; SU — поверхностный гликопротеин; TM — трансмембранный гликопротеин; TP — РНКаза Н; TT/SR — трансляционный трансактиватор/супрессор РНК-интерференции; VAP — вирион-ассоциированный белок (адаптировано из M. Krupovic et al. 2018. J. Virol 92:e00515-18)

Скачать (695KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Генетические карты выделенных (–) нить РНК-вирусов (по Дж. Флинту, В. Раканьелло, Г. Ралла и др. Принципы вирусологии. 5-е изд. Т. II. 2020)

Скачать (516KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Эволюция геномов РНК-вирусов (по Дж. Флинту, В. Раканьелло, Г. Ралла и др. Принципы вирусологии. 5-е изд. Т. II. 2020)

Скачать (417KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».