Baculoviridae

Robert L. Harrison, Elisabeth A. Herniou, Johannes A. Jehle, David A. Theilmann4, John P. Burand, James J. Becnel, Peter J. Krell, Monique M. van Oers, Joseph D. Mowery a Gary R. Bauchan

Citace této kapitoly zprávy ICTV je shrnutí publikované jako Harrison et al, (2019):
Taxonomický profil viru ICTV: Journal of General Virology, 99: 1185-1186.

Odpovídající autor: Harrison ([email protected])
Redakce: Robert L. Harrison ([email protected])
Redakce: Robert L. Harrison: Davison
Vydáno: Balázs Harrach a Andrew J. Davison
Přeloženo: Mgr: Červen 2018
PDF: Baculoviridae je čeleď velkých, pro hmyz specifických virů s kruhovým dsDNA genomem o velikosti od 80 do 180 kbp (tabulka 1. Baculoviridae). Viry se skládají z obalených tyčinkovitých nukleokapsid a jsou uloženy v charakteristických okluzních tělíscích o velikosti 0,15-5 µm. Okluzní tělíska se skládají z matrice tvořené jediným virovým proteinem, který je během infekce exprimován ve vysokých hladinách. Zástupci této čeledi infikují výhradně larvy hmyzu řádů Lepidoptera, Hymenoptera a Diptera. Někteří členové byli vyvinuti jako biopesticidy pro kontrolu hmyzích škůdců a jako vektory pro expresi rekombinantních proteinů.

Tabulka 1.Baculoviridae. Charakteristika členů čeledi Baculoviridae.

Virus

Morfologie

Při infekci bakulovirem se vyskytuje jeden nebo dva fenotypy virionu. Infekce je iniciována ve střevním epitelu viriony obsaženými v krystalickém proteinovém okluzním tělísku (OB), které může mít polyedrický tvar a obsahovat mnoho virionů (příslušníci rodů Alphabaculovirus, Gammabaculovirus a Deltabaculovirus); nebo ovocylindrický tvar a obsahovat pouze jeden nebo vzácně dva či více virionů (příslušníci rodu Betabaculovirus). Viriony uvnitř okluzí, označované jako viry odvozené od okluzí (ODV), se skládají z jedné nebo více tyčinkovitých nukleokapsid, které mají výraznou strukturní polaritu a jsou uzavřeny v obalu (obr. 1. Baculoviridae). U ODV se nukleokapsida obaluje uvnitř jádra (příslušníci rodu Alphabaculovirus) nebo v jaderně-cytoplazmatickém prostředí po ztrátě jaderné membrány (příslušníci rodu Betabaculovirus). Průměrný průměr nukleokapsid je 30-60 nm a délka 250-300 nm. Na obalech ODV nebyly zaznamenány struktury podobné hrotům (peplomery). Viriony druhého fenotypu (označované jako budded virus nebo BV; obr. 1. Baculoviridae) vznikají, když nukleokapsidy projdou plazmatickou membránou na povrchu infikovaných buněk. BV obvykle obsahují jeden nukleokapsid. Jejich obaly jsou odvozeny od buněčné plazmatické membrány a charakteristicky vypadají jako volně přiléhající membrána, která obsahuje obalový fúzní glykoprotein (EFP), který tvoří peplomery obvykle pozorované na jednom konci virionu (viz „Proteiny“ níže).

Fyzikálně-chemické a fyzikální vlastnosti

Vztlaková hustota ODV v CsCl je 1,18-1,25 g cm-3 a hustota nukleokapsidy je 1,47 g cm-3. Vztlaková hustota BV v sacharóze je 1,17-1,18 g cm-3 (Summers a Volkman 1976). Viriony obou fenotypů jsou citlivé na organická rozpouštědla a detergenty. ODV a BV jsou okrajově citlivé na teplo a inaktivují se při extrémních hodnotách pH (Gudauskas a Canerday 1968, Knittel a Fairbrother 1987).

Nukleová kyselina

Nukleokapsidy obsahují jednu molekulu kruhové, superzavinuté dsDNA o délce 80-180 kbp (obr. 1).Baculoviridae, obrázek 2. Baculoviridae).

Proteiny

Genomické analýzy naznačují, že bakuloviry kódují přibližně 100-200 proteinů. Dosavadní proteomické analýzy naznačují, že viriony mohou obsahovat jen 23 a až 73 různých polypeptidů (Deng et al., 2007, Zhang et al., 2015). Nukleokapsidy obou fenotypů virionů (ODV a BV) obsahují hlavní kapsidový protein (VP39), základní protein vázající DNA (P6.9) v komplexu s virovým genomem a nejméně 2-3 další proteiny. Dosud byly identifikovány dva různé EFP. EFP GP64 je přítomen ve skupině alfabakulovirů, mezi něž patří Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV) a jeho blízcí příbuzní (Blissard a Wenz 1992). Většina alfabakulovirů a betabakulovirů kóduje a zřejmě využívá EFP známé jako F proteiny, které jsou homology proteinu Ld130 z Lymantria dispar multiple nucleopolyhedrovirus (LdMNPV) (Pearson et al., 2001) a proteinu Se8 z Spodoptera exigua multiple nucleopolyhedrovirus (SeMNPV) (IJkel et al., 2000). Nukleopolyhedrovirus deltabakuloviru Culex nigripalpus rovněž kóduje EFP s fuzogenní aktivitou (Wang et al., 2017). Bylo identifikováno několik obalových proteinů ODV. Osm proteinů ODV, včetně P74 (Faulkner et al., 1997), PIF-1 (Kikhno et al., 2002), PIF-2 (Pijlman et al., 2003), PIF-3 (Ohkawa et al., 2005), AC96 (PIF-4) (Fang et al., 2009), ODV-E56 (PIF-5) (Harrison et al., 2010), AC68 (PIF-6) (Nie et al., 2012), AC110 (PIF-7) (Jiantao et al., 2016) a AC83 (PIF-8) (Javed et al., 2017) jsou nezbytné pro orální infekčnost ODV. Hlavním proteinem matrice OB je virem kódovaný polypeptid o velikosti 25-33 kDa. Tento protein se nazývá polyhedrin pro nukleopolyhedroviry (společný název používaný pro alfa-, delta- a gammabakuloviry) a granulin pro granuloviry (betabakuloviry) (Rohrmann 1986). OB je často obklopen obalem, který obsahuje alespoň jeden hlavní protein (Whitt a Manning 1988). Polyhedrinový protein deltabakulovirů není sérologicky a geneticky příbuzný s OB proteiny alfa-, beta- a gamabakulovirů (Perera et al., 2006).

Lipidy

Lipidy jsou přítomny v obalech ODV a BV. Složení lipidů se u obou fenotypů virionů liší (Braunagel a Summers, 1994).

Sacharidy

Sacharidy jsou přítomny ve formě glykoproteinů a glykolipidů.

Organizace genomu a replikace

Kruhová genomická DNA je infekční, což naznačuje, že po vstupu do buňky a rozbalení obalu nejsou pro infekci nezbytné žádné proteiny spojené s virionem (Burand et al..), 1980, Carstens et al., 1980). Třicet osm genových homologů, tzv. baculovirových core genů, je společných pro alfa-, beta-, gama- a deltabaculoviry (Javed et al., 2017, Garavaglia et al., 2012) (obr. 2. Baculoviridae). Tyto konzervované geny se podílejí na různých funkcích, včetně replikace DNA, transkripce pozdních genů a struktury virionu. V některých případech může být větší velikost genomu důsledkem přítomnosti rodin opakujících se genů (Hayakawa et al., 1999). Transkripce bakulovirových genů je časově regulována a rozeznávají se dvě hlavní třídy genů: časné a pozdní. Pozdní geny lze dále rozdělit na pozdní a velmi pozdní geny. Třídy genů (časné, pozdní a velmi pozdní) nejsou v genomu bakuloviru seskupeny a na kódovacích funkcích se podílejí obě vlákna genomu. Časné geny jsou přepisovány hostitelskou RNA polymerázou II, zatímco pozdní a velmi pozdní geny jsou přepisovány alfa-amanitin-rezistentní virovou RNA polymerázou (Huh a Weaver 1990). Dochází k sestřihu RNA, ale zdá se, že je vzácný (Chisholm a Henner 1988, Pearson a Rohrmann 1997). Studie transkripce časných a pozdních genů a replikace DNA naznačují, že nejméně tři virem kódované proteiny regulují transkripci časných genů (Guarino a Summers 1986, Kovacs a kol., 1991, Lu a Carstens 1993, Yoo a Guarino 1994), zatímco přibližně 20 virem kódovaných proteinů známých jako faktory pozdní exprese (LEF) je nezbytných pro transkripci pozdních genů (Rapp a kol., 1998, Huijskens a kol., 2004). Zdá se, že polovina z přibližně 20 LEF se podílí na replikaci DNA (Lu a Miller 1995). Transkripce pozdních genů začíná na druhém adeninu konzervovaného promotorového motivu 5′-TAAG-3′, který je základním jádrovým prvkem pozdního promotoru bakuloviru (Chen et al., 2013). Putativní replikační počátky se skládají z opakujících se sekvencí, které se nacházejí na více místech v genomu bakuloviru (Pearson et al., 1992, Hilton a Winstanley 2007). Tyto sekvence, označované jako oblasti homologních opakování (hr), se nezdají být vysoce konzervované mezi různými druhy bakulovirů. Byly také identifikovány předpokládané replikační počátky, které nemají jednu kopii (Kool et al., 1994). Replikace DNA je nutná pro transkripci pozdních genů. Většina strukturních proteinů virionu je kódována pozdními geny. Zatímco transkripce pozdních a velmi pozdních genů zřejmě začíná ihned po replikaci DNA, některé velmi pozdní geny, které kódují proteiny specifické pro okluzní tělíska, jsou transkribovány v extrémně vysokých hladinách později (Thiem a Miller 1990). K produkci BV dochází především během pozdní fáze a k produkci okluzního tělíska dochází během velmi pozdní fáze.

U infikovaných zvířat začíná virová replikace ve středním střevě hmyzu. Po pozření jsou OB ve střevním lumen solubilizovány, čímž se uvolní ODV, o nichž se předpokládá, že vstupují do cílových epiteliálních buněk prostřednictvím fúze s plazmatickou membránou na povrchu buněk (Kawanishi et al., 1972). U lepidopterního hmyzu dochází ke vstupu viru do buněk středního střeva v alkalickém prostředí, a to až do pH 12. Infekce středního střeva je nutná pro zahájení infekce u zvířete. Ačkoli se předpokládá, že virus projde jedním kolem replikace v epitelu středního střeva před přenosem infekce do sekundárních tkání v hemocelu, byl také navržen mechanismus přímého přesunu ze středního střeva do hemocelu (Granados a Lawler 1981, Washburn et al., 1999, Washburn et al., 2003).

Replikace DNA probíhá v jádře. V buňkách infikovaných betabakulovirem dochází během replikace ke ztrátě integrity jaderné membrány (Walker et al., 1982, Federici a Stern 1990). U některých bakulovirů je replikace omezena na střevní epitel a potomci virionů jsou v těchto buňkách obaleni a okludováni a mohou být vylučováni do střevního lumen s odloučeným epitelem nebo uvolněni po smrti hostitele (Federici a Stern, 1990). U jiných bakulovirů se infekce přenáší do vnitřních orgánů a tkání (Keddie et al., 1989). Druhý fenotyp virionu, BV, který vyrůstá z bazolaterální membrány infikovaných střevních buněk, je nutný pro přenos infekce do hemocelií. Infikované buňky tukového těla jsou primárním místem produkce okludovaného viru u lepidopterního hmyzu. V případě alfa-, gama- a deltabakulovirů dozrává okludovaný virus v jádrech infikovaných buněk a v případě betabakulovirů v jaderně-cytoplazmatickém prostředí. OB obsahující infekční viriony ODV se uvolňují po smrti a obvykle zkapalnění hostitele.

Biologie

Bakuloviry byly izolovány pouze z hmyzu – především z hmyzu řádu Lepidoptera, ale také z řádů Hymenoptera a Diptera. K přenosu dochází přirozeně (i) horizontálně kontaminací OB potravy, povrchu vajíček atd. (Hamm a Young 1974, Young a Yearian 1986); ii) vertikálně uvnitř vajíček buď z infikovaných samic nebo dospělých samců (Doane 1969); nebo experimentálně; iii) injektáží nepoškozených hostitelů BV; nebo iv) infekcí nebo transfekcí buněčných kultur. Proces infekce v permisivním hmyzím hostiteli trvá obvykle přibližně jeden týden a v konečném důsledku nemocný hmyz zkapalní a uvolní do prostředí infekční okluzní tělíska. OB představují environmentálně stabilní formu viru se zvýšenou odolností vůči chemickému a fyzikálnímu rozkladu i inaktivaci UV světlem. Byly také zdokumentovány perzistentní, asymptomatické infekce (Myers a Cory 2016).

Antigenicita

Antigenní determinanty, které zkříženě reagují mezi různými bakuloviry, existují na proteinech virionu a na hlavním polypeptidu OB: polyhedrinu nebo granulinu (Summers et al., 1978, Volkman 1983). Neutralizační protilátky reagují s hlavním povrchovým glykoproteinem BV (Volkman et al., 1984).

Derivace názvů

Alfa, Beta, Gamma, Delta:

Baculo-: řecká písmena α, β, γ a δ, první čtyři písmena řecké abecedy: od baculum, což v latině znamená „tyčinka“, odkazující na morfologii nukleokapsidy.

Granulo-: od „granule“ a „granulosis“, odkazující na relativně malou velikost OB a jejich granulární vzhled v buňkách infikovaných betabakulovirem.

Nukleopolyhedro-: od „nuclear polyhedrosis“ a „polyhedron“, což odkazuje na mnohotvárný vzhled OB v jádrech infikovaných buněk.

Kritéria pro vymezení rodů

Rod Baculoviridae se rozlišuje na základě fylogeneze, vlastností genomu (zejména obsahu genů), hostitelského areálu a morfologie OB (Jehle et al., 2006a).

Vztahy v rámci čeledi

Fylogenetická analýza na základě 38 základních genů bakulovirů ukazuje, že čeleď zahrnuje čtyři monofyletické skupiny (obr. 3. Baculoviridae), které lze rozlišit také na základě řádů jejich hmyzích hostitelů a na základě jejich morfologie. Bakuloviry jsou zařazeny do čtyř rodů Alphabaculovirus, Betabaculovirus, Gammabaculovirus a Deltabaculovirus.

Souvislosti s jinými taxony

Členové čeledi Baculoviridae sdílejí strukturní, genetické a biologické znaky s viry čeledi Nudiviridae, které byly dříve klasifikovány jako „neokludované“ bakuloviry. Nudiviry s baculoviry sdílejí nejméně 20 základních genů (Wang et al., 2011). Baculoviry jsou také podobné virům hypertrofie slinných žláz z čeledi Hytrosaviridae a se členy této čeledi sdílejí nejméně 12 základních genů (Jehle et al., 2013).

Členové taxonu

• Alphabaculovirus
• Betabaculovirus
• Deltabaculovirus
• Gammabaculovirus

.