Baculoviridae

Karakteristik	Beskrivelse
Typisk medlem	Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus C6 (L22858), art Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus, slægt Alphabaculovirus
Virion	En eller to forskellige typer af virioner bestående af omsluttede, stavformede nukleokapsider, 30-60 nm × 250-300 nm, indeholdende >20 proteiner
Genom	Et enkelt kovalent lukket cirkulært dsDNA-molekyle på 80-180 kbp, der koder for 100-200 proteiner
Replikation	Nukleært, med nukleokapsider samlet i kernen og omsluttet enten (a) i kernen eller blandet nukleoplasma og cytoplasma, eller b) ved knopskydning gennem plasmamembranen
Translation	Fra mRNA’er transskriberet fra viralt DNA
Host range	Insekter i larvestadiet i ordenerne Diptera, Hymenoptera og Lepidoptera
Taksonomi	Fire slægter med 84 arter

Fysisk-kemiske og fysiske egenskaber

ODV’s opdriftstæthed i CsCl er 1,18-1,25 g cm-3, og nucleokapsidets opdriftstæthed er 1,47 g cm-3. BV’s opdriftsdensitet i saccharose er 1,17-1,18 g cm-3 (Summers og Volkman 1976). Virioner af begge fænotyper er følsomme over for organiske opløsningsmidler og detergenter. ODV og BV er marginalt følsomme over for varme og inaktiveres ved ekstreme pH-værdier (Gudauskas og Canerday 1968, Knittel og Fairbrother 1987).

Nukleinsyre

Nukleokapsider indeholder et molekyle cirkulært, superoprullet dsDNA på 80-180 kbp (Figur 1.Baculoviridae, Figur 2.Baculoviridae).

Proteiner

Genomiske analyser tyder på, at baculovirusser koder for ca. 100-200 proteiner. Proteomics-analyser til dato indikerer, at virioner kan indeholde så få som 23 og så mange som 73 forskellige polypeptider (Deng et al., 2007, Zhang et al., 2015). Nukleokapsider fra begge virionfænotyper (ODV og BV) indeholder et større kapsidprotein (VP39), et grundlæggende DNA-bindingsprotein (P6.9) komplekseret med viralgenomet og mindst 2-3 yderligere proteiner. Der er til dato blevet identificeret to forskellige EFP’er. EFP GP64 er til stede i en gruppe af alphabaculovirus, der omfatter Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV) og nært beslægtede (Blissard og Wenz 1992). De fleste alphabaculovirus og betabaculovirus koder for og synes at anvende EFP’er, der er kendt som F-proteiner, som er homologer til Ld130-proteinet fra Lymantria dispar multiple nucleopolyhedrovirus (LdMNPV) (Pearson et al., 2001) og Se8-proteinet fra Spodoptera exigua multiple nucleopolyhedrovirus (SeMNPV) (IJkel et al., 2000). Deltabaculoviruset Culex nigripalpus nucleopolyhedrovirus koder også for et EFP med fusogen aktivitet (Wang et al., 2017). Der er blevet identificeret flere ODV-hindehindeproteiner. Otte ODV-proteiner, herunder 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) og AC83 (PIF-8) (Javed et al., 2017) er afgørende for ODV’s orale infektionsevne. Det vigtigste protein i OB-matrixen er et viruskodet polypeptid på 25-33 kDa. Dette protein kaldes polyhedrin for nucleopolyhedrovirusser (det fælles navn, der anvendes for alfa-, delta- og gammabaculovirus) og granulin for granulovirus (betabaculovirus) (Rohrmann 1986). OB’en er ofte omgivet af en kuvert, der indeholder mindst ét hovedprotein (Whitt og Manning 1988). Polyhedrinproteinet fra deltabaculovirus er serologisk og genetisk ubeslægtet med OB-proteiner fra alfa-, beta- og gammabaculovirus (Perera et al., 2006).

Lipider

Lipider er til stede i ODV- og BV-hylstrene. Lipidsammensætningen varierer mellem de to virionfænotyper (Braunagel og Summers 1994).

Karbohydrater

Karbohydrater er til stede som glycoproteiner og glycolipider.

Genomorganisering og replikation

Cirkulært genomisk DNA er infektiøst, hvilket tyder på, at efter cellulær indgang og afcoating er ingen virion-associerede proteiner essentielle for infektion (Burand et al., 1980, Carstens et al., 1980). 38 genhomologer, de såkaldte baculovirus-kernegener, er fælles for alfa-, beta-, gamma- og deltabaculovirus (Javed et al., 2017, Garavaglia et al., 2012) (Figur 2.Baculoviridae) (Figur 2.Baculoviridae). Disse konserverede gener er involveret i forskellige funktioner, herunder DNA-replikation, sen gentranskription og virionstruktur. I nogle tilfælde kan større genomstørrelser være et resultat af tilstedeværelsen af familier af gentagne gener (Hayakawa et al., 1999). Transkription af baculovirusgener er tidsmæssigt reguleret, og der kendes to hovedklasser af gener: tidlige og sene gener. Sene gener kan yderligere underopdeles i sene og meget sene gener. Genklasser (tidlige, sene og meget sene) er ikke grupperet på baculovirus-genomet, og begge strenge af genomet er involveret i kodningsfunktioner. Tidlige gener transskriberes af værtens RNA-polymerase II, mens sene og meget sene gener transskriberes af en alpha-amanitin-resistent viral RNA-polymerase (Huh og Weaver 1990). RNA-splejsning forekommer, men synes at være sjælden (Chisholm og Henner 1988, Pearson og Rohrmann 1997). Transiente undersøgelser af tidlig og sen gentranskription og DNA-replikation tyder på, at mindst tre viruskodede proteiner regulerer tidlig gentranskription (Guarino og Summers 1986, Kovacs et al., 1991, Lu og Carstens 1993, Yoo og Guarino 1994), mens ca. 20 viruskodede proteiner, kendt som sene ekspressionsfaktorer (LEF’er), er nødvendige for sen gentranskription (Rapp et al., 1998, Huijskens et al., 2004). Af de ca. 20 LEF’er synes halvdelen at være involveret i DNA-replikation (Lu og Miller 1995). Transkription af sene gener indledes ved den anden adenin i et konserveret 5′-TAAG-3′ promotormotiv, som er et væsentligt kerneelement i baculovirus’ sene promotor (Chen et al., 2013). Putative replikationsoprindelser består af gentagne sekvenser, der findes flere steder i baculovirus-genomet (Pearson et al., 1992, Hilton og Winstanley 2007). Disse sekvenser, kaldet homologous repeat (hr)-regioner, synes ikke at være stærkt konserverede blandt forskellige baculovirusarter. Der er også blevet identificeret enkeltkopierede, ikke-hr-putative replikationsoprindelser (Kool et al., 1994). DNA-replikation er nødvendig for sen gentranskription. De fleste virionstrukturproteiner er kodet af sene gener. Mens transkriptionen af sene og meget sene gener synes at begynde umiddelbart efter DNA-replikation, transskriberes nogle meget sene gener, der koder for okklusionskropsspecifikke proteiner, på et senere tidspunkt i ekstremt høje niveauer (Thiem og Miller 1990). BV-produktion sker primært i den sene fase, og produktion af okklusionskroppe sker i den meget sene fase.

I inficerede dyr begynder den virale replikation i insektmidtarmen. Efter indtagelse opløses OB’er i tarmlumen, hvorved ODV’er frigives, som menes at trænge ind i målenpithelcellerne via fusion med plasmamembranen på celleoverfladen (Kawanishi et al., 1972). Hos lepidopteriske insekter sker viral indtrængen i midgutceller i et alkalisk miljø, op til pH 12. Infektion af midgut er nødvendig for at initiere infektion i dyret. Selv om viruset menes at gennemgå én replikationsrunde i mellemgut-epitelet før overførsel af infektion til sekundære væv i hemocoelen, er der også blevet foreslået en mekanisme for direkte bevægelse fra mellemtarmen til hemocoelen (Granados og Lawler 1981, Washburn et al., 1999, Washburn et al., 2003).

DNA-replikation finder sted i kernen. I betabaculovirus-inficerede celler går kernemembranens integritet tabt under replikationsprocessen (Walker et al., 1982, Federici og Stern 1990). For nogle baculovirus’ vedkommende er replikationen begrænset til tarmepitelet, og afkomsvirioner omsluttes og okkluderes i disse celler, og de kan blive smidt ud i tarmlumen sammen med det afstødte epithel eller frigives ved værtens død (Federici og Stern 1990). Hos andre baculovirusser overføres infektionen til indre organer og væv (Keddie et al., 1989). Den anden virionfænotype, BV, som knopper fra den basolaterale membran af inficerede tarmceller, er nødvendig for overførsel af infektionen til hemocoelen. Inficerede fedtlegemsceller er det primære sted for okkluderet virusproduktion hos lepidopteriske insekter. For alfa-, gamma- og deltabaculovirus’ vedkommende modnes det okkluderede virus i kerner af inficerede celler, og for betabaculovirus’ vedkommende i det nuklear-cytoplasmatiske miljø. OB’er, der indeholder infektiøse ODV-virioner, frigives ved værtens død og sædvanligvis ved væskemangel.

Biologi

Baculovirus er kun blevet isoleret fra insekter – primært fra insekter af ordenen Lepidoptera, men også fra ordenerne Hymenoptera og Diptera. Overførsel sker naturligt (i) horisontalt ved kontaminering med OB’er af fødevarer, ægoverflader osv. (Hamm og Young 1974, Young og Yearian 1986), (ii) vertikalt i ægget enten fra inficerede voksne hunner eller hanner (Doane 1969) eller eksperimentelt, (iii) ved injektion af intakte værter med BV’er, eller (iv) ved infektion eller transfektion af cellekulturer. Typisk tager infektionsprocessen i en tolerant insektvært ca. en uge, og som et slutresultat bliver det syge insekt flydende og frigiver infektiøse okklusionskroppe til miljøet. OB’er er en miljømæssigt stabil form af viruset med øget modstandsdygtighed over for kemisk og fysisk nedbrydning samt inaktivering ved UV-lys. Persisterende, asymptomatiske infektioner er også blevet dokumenteret (Myers og Cory 2016).

Antigenicitet

Antigeniske determinanter, der krydsreagerer mellem forskellige baculovirus, findes på virionproteiner og på det vigtigste OB-polypeptid: polyhedrin eller granulin (Summers et al., 1978, Volkman 1983). Neutraliserende antistoffer reagerer med det vigtigste overfladeglykoprotein af BV’er (Volkman et al., 1984).

Derivation af navne

Alpha, Beta, Gamma, Delta: De græske bogstaver α, β, γ og δ, de fire første bogstaver i det græske alfabet.

Baculo-: af baculum, der betyder “stang” på latin og henviser til morfologien af nukleokapsidet.

Granulo-: af “granule” og “granulosis”, der henviser til den relativt lille størrelse af OB’er og deres granulære udseende i betabaculovirus-inficerede celler.

Nucleopolyhedro-: af “nuclear polyhedrosis” og “polyhedron”, der henviser til OB’ernes mangefacetterede udseende i kerner af inficerede celler.

Kriterier for afgrænsning af slægter

Slægter af Baculoviridae adskilles på grundlag af fylogeni, genomkarakteristika (især genindhold), værtsområde og OB-morfologi (Jehle et al., 2006a).

Sammenhænge inden for familien

Fylogenetisk analyse baseret på de 38 baculovirus-kernegener viser, at familien består af fire monofyletiske grupper (figur 3.Baculoviridae), som også kan diskrimineres på grundlag af ordener af deres insektværter og på deres morfologi. Baculovirusene er inddelt i de fire slægter Alphabaculovirus, Betabaculovirus, Gammabaculovirus og Deltabaculovirus.

Sammenhænge med andre taxa

Medlemmer af familien Baculoviridae deler strukturelle, genetiske og biologiske karakterer med vira af familien Nudiviridae, som tidligere var blevet klassificeret som “ikke-okluderede” baculovirus. Nudivirusserne deler mindst 20 kernegener med baculovirus (Wang et al., 2011). Baculovirusene ligner også spytkirtelhypertrofi-virusserne fra Hytrosaviridae og deler mindst 12 kernegener med medlemmer af denne familie (Jehle et al., 2013).

Medlems-taxaer

• Alphabaculovirus
• Betabaculovirus
• Deltabaculovirus
• Gammabaculovirus