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 és Gary R. Bauchan

Az ICTV Report e fejezetének hivatkozása a Harrison et al. néven megjelent összefoglaló, (2019):
ICTV vírustaxonómiai profil: Baculoviridae, Journal of General Virology, 99: 1185-1186.

Corresponding author: Robert L. Harrison ([email protected])
Szerkesztette: Robert L. Harrison ([email protected])
Szerkesztette: Robert L. Harrison: Harrach Balázs és Andrew J. Davison
Közölte: Harrach Balázs és Andrew J. Davison
Közölte: Harrach Balázs és Andrew J. Davison: 2018. június
PDF: ICTV_Baculoviridae.pdf

Összefoglaló

A Baculoviridae nagyméretű, rovar-specifikus vírusok családja, melyek cirkuláris dsDNS genomja 80 és 180 kbp közötti (1. táblázat: Baculoviridae). A vírusok burkolt, pálcika alakú nukleokapszidokból állnak, és 0,15-5 µm nagyságú, jellegzetes zárványtestekbe ágyazódnak. Az okklúziós testek egyetlen, a fertőzés során nagy mennyiségben kifejeződő vírusfehérjéből álló mátrixból állnak. E család tagjai kizárólag a Lepidoptera, Hymenoptera és Diptera rovarrendek lárváit fertőzik. Egyes tagjait rovarkártevők elleni biopeszticidként és rekombináns fehérjeexpressziós vektorként fejlesztették ki.

1. táblázat: Baculoviridae. A Baculoviridae család tagjainak jellemzői.

Vírus

Morfológia

Egy vagy két vírusfenotípus vesz részt a baculovírus fertőzésekben. A fertőzést a bélhámban egy kristályos fehérje okklúziós testben (OB) lévő virionok indítják el, amely lehet poliéderes alakú és sok viriont tartalmazhat (az Alphabaculovirus, Gammabaculovirus és Deltabaculovirus nemzetségek tagjai); vagy ovocilindrikus és csak egy, ritkán két vagy több viriont tartalmazhat (a Betabaculovirus nemzetség tagjai). Az okklúziókon belüli vírusok, amelyeket okklúziós vírusnak (ODV) neveznek, egy vagy több rúd alakú nukleokapszidból állnak, amelyeknek határozott szerkezeti polaritásuk van, és egy burokba vannak zárva (1. ábra. Baculoviridae). Az ODV-k esetében a nukleokapszid-burkolat a sejtmagban (az Alphabaculovirus nemzetség tagjai) vagy a nukleáris membrán elvesztése után a nukleáris-citoplazmatikus miliőben (a Betabaculovirus nemzetség tagjai) történik. A nukleokapszidok átlagosan 30-60 nm átmérőjűek és 250-300 nm hosszúak. Tüskeszerű struktúrákat (peplomereket) nem jelentettek az ODV burokján. A második fenotípusú vírusok (ún. bimbós vírus vagy BV; 1. ábra Baculoviridae) akkor keletkeznek, amikor a nukleokapszidok a fertőzött sejtek felszínén a plazmamembránon keresztül bimbóznak. A BV-k jellemzően egyetlen nukleokapszidot tartalmaznak. Burokuk a sejtplazmamembránból származik, és jellemzően laza illeszkedésű membránként jelenik meg, amely egy burokfúziós glikoproteint (EFP) tartalmaz, amely általában a virion egyik végén megfigyelhető peplomereket alkot (lásd alább a “Fehérjék” című részt).

Fizikai-kémiai és fizikai tulajdonságok

Az ODV úszósűrűsége CsCl-ben 1,18-1,25 g cm-3, a nukleokapszidé pedig 1,47 g cm-3 . A BV úszósűrűsége szacharózban 1,17-1,18 g cm-3 (Summers és Volkman 1976). Mindkét fenotípus vírusai érzékenyek a szerves oldószerekre és a detergensekre. Az ODV és a BV csekély mértékben érzékenyek a hőre, és szélsőséges pH-értékeknél inaktiválódnak (Gudauskas és Canerday 1968, Knittel és Fairbrother 1987).

Nukleinsav

A nukleokapszidok egy molekula 80-180 kbp méretű, körkörös, szupertekercselt dsDNS-t tartalmaznak (1. ábra.Baculoviridae, 2. ábra.Baculoviridae).

Fehérjék

Genomikai elemzések szerint a baculovírusok körülbelül 100-200 fehérjét kódolnak. Az eddigi proteomikai elemzések szerint a virionok akár 23, de akár 73 különböző polipeptidet is tartalmazhatnak (Deng et al., 2007, Zhang et al., 2015). A nukleokapszidok mindkét virion fenotípusból (ODV és BV) tartalmaznak egy fő kapszidfehérjét (VP39), egy alapvető DNS-kötő fehérjét (P6.9), amely a vírusgenommal komplexben van, és legalább 2-3 további fehérjét. Eddig két különböző EFP-t azonosítottak. A GP64 EFP jelen van az alfabaculovírusok egy csoportjában, amelybe az Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV) és közeli rokonai tartoznak (Blissard és Wenz 1992). A legtöbb alfabaculovírus és betabaculovírus kódolja és úgy tűnik, hogy használja az F fehérjéknek nevezett EFP-ket, amelyek a Lymantria dispar multiple nucleopolyhedrovirus (LdMNPV) Ld130 fehérjének (Pearson et al., 2001) és a Spodoptera exigua multiple nucleopolyhedrovirus (SeMNPV) Se8 fehérjének (IJkel et al., 2000) homológjai. A deltabaculovírus Culex nigripalpus nucleopolyhedrovirus szintén egy fuzogén aktivitású EFP-t kódol (Wang és mtsai., 2017). Számos ODV burokfehérjét azonosítottak. Nyolc ODV fehérje, köztük a 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) és AC83 (PIF-8) (Javed et al., 2017) elengedhetetlenek az ODV orális fertőzőképességéhez. Az OB mátrix fő fehérjéje egy 25-33 kDa méretű, vírus által kódolt polipeptid. Ezt a fehérjét nukleopolihedrovírusok esetében polihedrinnek (az alfa-, delta- és gammabaculovírusok közös neve), granulovírusok (bétaabaculovírusok) esetében pedig granulinnak nevezik (Rohrmann 1986). Az OB-t gyakran burok veszi körül, amely legalább egy fő fehérjét tartalmaz (Whitt és Manning 1988). A deltabaculovírusok polihedrin fehérjéje szerológiailag és genetikailag nem kapcsolódik az alfa-, béta- és gammabaculovírusok OB fehérjéihez (Perera és mtsai., 2006).

Lipidek

Lipidek vannak jelen az ODV és a BV burkában. A két virion fenotípus között eltérő a lipidek összetétele (Braunagel és Summers 1994).

Szénhidrátok

A szénhidrátok glikoproteinek és glikolipidek formájában vannak jelen.

Genomszervezés és replikáció

A körkörös genomiális DNS fertőző, ami arra utal, hogy a sejtbe jutás és a burkolatbontás után a virionhoz kapcsolódó fehérjék nem szükségesek a fertőzéshez (Burand et al., 1980, Carstens és mtsai., 1980). Az alfa-, béta-, gamma- és deltabaculovírusok között harmincnyolc gén homológja, az úgynevezett baculovírus maggének közösek (Javed et al., 2017, Garavaglia et al., 2012) (2. ábra Baculoviridae). Ezek a konzervált gének különböző funkciókban vesznek részt, beleértve a DNS-replikációt, a késői génátírást és a virion szerkezetét. Bizonyos esetekben a nagyobb genomméret az ismétlődő géncsaládok jelenlétéből adódhat (Hayakawa et al., 1999). A baculovírus gének átírása időben szabályozott, és a gének két fő osztályát ismerjük: korai és késői gének. A késői gének tovább oszthatók késői és nagyon késői génekre. A génosztályok (korai, késői és nagyon késői) nem csoportosulnak a baculovírus genomon, és a genom mindkét szála részt vesz a kódoló funkciókban. A korai géneket a gazdaszervezet RNS-polimeráz II írja át, míg a késői és nagyon késői géneket egy alfa-amanitin-rezisztens vírus RNS-polimeráz írja át (Huh és Weaver 1990). RNS-splicing előfordul, de úgy tűnik, hogy ritka (Chisholm és Henner 1988, Pearson és Rohrmann 1997). Tranziens korai és késői génátírási és DNS-replikációs vizsgálatok szerint legalább három víruskódolt fehérje szabályozza a korai génátírást (Guarino és Summers 1986, Kovacs és mtsai., 1991, Lu és Carstens 1993, Yoo és Guarino 1994), míg a késői génátíráshoz körülbelül 20 víruskódolt fehérje, úgynevezett késői expressziós faktorok (LEF) szükségesek (Rapp és mtsai., 1998, Huijskens és mtsai., 2004). Úgy tűnik, hogy a körülbelül 20 LEF-nek a fele részt vesz a DNS-replikációban (Lu és Miller 1995). A késői gének transzkripciója egy konzervált 5′-TAAG-3′ promóter motívum második adeninjénél kezdődik, amely a baculovírus késői promóterének lényeges központi eleme (Chen és mtsai., 2013). A feltételezett replikációs origók a baculovírus genomban több helyen található ismétlődő szekvenciákból állnak (Pearson és mtsai., 1992, Hilton és Winstanley 2007). Ezek a szekvenciák, amelyeket homológ ismétlődő (hr) régióknak neveznek, úgy tűnik, hogy nem nagyon konzerváltak a különböző baculovírus fajok között. Egyetlen példányban, nem hr-nek minősülő putatív replikációs origókat is azonosítottak (Kool és mtsai., 1994). A DNS-replikáció szükséges a késői géntranszkripcióhoz. A legtöbb virionszerkezeti fehérjét késői gének kódolják. Míg a késői és nagyon késői gének transzkripciója a jelek szerint közvetlenül a DNS-replikáció után kezdődik, néhány nagyon késői gén, amelyek az okklúziós test-specifikus fehérjéket kódolják, rendkívül magas szinten, később íródik át (Thiem és Miller 1990). A BV-termelés elsősorban a késői fázisban, az okklúziós testek termelése pedig a nagyon késői fázisban történik.

A fertőzött állatokban a vírusszaporodás a rovar középbélben kezdődik. A lenyelést követően az OB-k a béllumenben szolubilizálódnak, felszabadítva az ODV-ket, amelyek feltehetően a sejtfelszínen a plazmamembránnal való fúzió révén jutnak be a célhámsejtekbe (Kawanishi és mtsai., 1972). Lepidoptera rovarokban a vírus bejutása a középbélsejtekbe lúgos környezetben történik, pH 12-ig. A középbél fertőzése szükséges a fertőzés megindulásához az állatban. Bár úgy gondolják, hogy a vírus a fertőzésnek a hemocoelben lévő másodlagos szövetekbe történő átvitele előtt a midgut epitheliumában egy replikációs körön megy keresztül, javasolták a midgutból a hemocoelbe történő közvetlen mozgás mechanizmusát is (Granados és Lawler 1981, Washburn et al., 1999, Washburn et al., 2003).

A DNS-replikáció a sejtmagban történik. A betabaculovírussal fertőzött sejtekben a nukleáris membrán integritása a replikációs folyamat során elveszik (Walker és mtsai., 1982, Federici és Stern 1990). Néhány baculovírus esetében a replikáció a bélhámra korlátozódik, és az utódvírusok burkolóznak és elzáródnak ezekben a sejtekben, és a levedlett hámmal a béllumenbe kerülhetnek, vagy a gazda halálakor szabadulhatnak fel (Federici és Stern 1990). Más baculovírusok esetében a fertőzés belső szervekre és szövetekre terjed (Keddie és mtsai., 1989). A második virionfenotípus, a BV, amely a fertőzött bélsejtek basolaterális membránjából bimbózik, szükséges a fertőzésnek a hemocoelbe való átviteléhez. A fertőzött zsírtestsejtek a lepidoptera rovaroknál az okklúziós vírusprodukció elsődleges helye. Az okklúziós vírus az alfa-, gamma- és deltabaculovírusok esetében a fertőzött sejtek sejtmagjában, a béta-baculovírusok esetében pedig a nukleáris-citoplazmatikus miliőben érik. A fertőző ODV-vírusokat tartalmazó OB-k a gazdaszervezet elhalásakor és általában elfolyósodásakor szabadulnak fel.

Biológia

Baculovírusokat eddig csak rovarokból izoláltak – elsősorban a Lepidoptera rendbe tartozó rovarokból, de a Hymenoptera és Diptera rendekből is. A terjedés természetesen (i) horizontálisan történik az élelmiszerek, tojásfelületek stb. OB-kkel való szennyeződése révén. (Hamm és Young 1974, Young és Yearian 1986); (ii) vertikálisan a tojáson belül a fertőzött nőstény vagy hím felnőtt egyedekből (Doane 1969); vagy kísérleti úton; (iii) ép gazdaszervezetek BV-kkel történő befecskendezésével; vagy (iv) sejtkultúrák fertőzésével vagy transzfekciójával. Jellemzően a fertőzési folyamat egy megengedő rovar gazdaszervezetben körülbelül egy hetet vesz igénybe, és végeredményként a beteg rovar elfolyik, és a fertőző zárótestek a környezetbe kerülnek. Az OB-k a vírus környezeti szempontból stabil formáját képviselik, amely fokozottan ellenáll a kémiai és fizikai bomlásnak, valamint az UV-fény általi inaktiválásnak. Tartós, tünetmentes fertőzéseket is dokumentáltak (Myers és Cory 2016).

Antigenitás

A virion fehérjéin és a fő OB polipeptiden: polihedrin vagy granulin (Summers és mtsai., 1978, Volkman 1983) léteznek olyan antigenikus determinánsok, amelyek keresztreagálnak a különböző baculovírusok között. A semlegesítő antitestek a BV-k fő felszíni glikoproteinjével reagálnak (Volkman és mtsai., 1984).

Nevek deriválása

Alfa, béta, gamma, delta: Görög α, β, γ és δ betűk, a görög ábécé első négy betűje.

Baculo-: a baculumból, ami latinul “rudat” jelent, és a nukleokapszid morfológiájára utal.

Granulo-: a “granule” és a “granulosis” szóból, utalva az OB-k viszonylag kis méretére és a betabaculovírussal fertőzött sejtekben megjelenő szemcsés megjelenésére.

Nucleopolyhedro-: a “nuclear polyhedrosis” és a “polyhedron” szavakból, utalva az OB-k sokrétű megjelenésére a fertőzött sejtek sejtmagjában.

A nemzetségek elhatárolási kritériumai

A Baculoviridae nemzetségeit a filogenetika, a genom jellemzői (különösen a géntartalom), a gazdanövénytartomány és az OB morfológia alapján különböztetik meg (Jehle et al., 2006a).

A családon belüli kapcsolatok

A 38 baculovírus maggén alapján végzett filogenetikai elemzés azt mutatja, hogy a család négy monofiletikus csoportot alkot (3. ábra. Baculoviridae), amelyek a rovargazdák rendje és a morfológia alapján is megkülönböztethetők. A baculovírusokat a négy nemzetségbe sorolják: Alphabaculovirus, Betabaculovirus, Gammabaculovirus és Deltabaculovirus.

Viszonyok más taxonokkal

A Baculoviridae család tagjainak szerkezeti, genetikai és biológiai jellemzői közösek a Nudiviridae családba tartozó vírusokkal, amelyeket korábban a “nem zárványos” baculovírusok közé soroltak. A nudivírusok legalább 20 központi gént osztanak meg a baculovírusokkal (Wang és mtsai., 2011). A baculovírusok a Hytrosaviridae nyálmirigy-hypertrófiavírusokhoz is hasonlítanak, és legalább 12 core-génen osztoznak e család tagjaival (Jehle et al., 2013).

Tagadó taxonok

• Alphabaculovirus
• Betabaculovirus
• Deltabaculovirus
• Gammabaculovirus