III. Свойства генома вируса гриппа

Вирус гриппа обладает фрагментированным геномом, состоящим по меньшей мере из семи фрагментов одноцепочеч-ной РНК- Такая фрагментация позволяет геному 'перегруппировываться («рекомбинация») в процессе смешанных инфекций различными штаммами (см. гл. 7) и может иметь основополагающее значение для антигенной изменчивости вируса гриппа. После смешанного заражения клеток двумя различными вирусами гриппа А с высокой частотой образуются вирусные рекомбинанты. Высокая частота рекомбинаций между вирусами гриппа А впервые была продемонстрирована Burnet (Burnet, Lind, 1949, 1951) и многократно подтверждена другими работающими в этой области исследователями (Hirst, Gotlieb, 1953, 1955; Simpson, Hirst, 1961; Simpson, 1964; Sugiura, Kilbourne, 1966). Было обнаружено, что частота рекомбинаций может доходить до 97%.

Высокая частота рекомбинаций между вирусами гриппа ■позволяет довольно лето образовываться антиген-но гибридным вирусам в ходе смешанной инфекции в опытах как in vitro, так и in vivo. Впервые биохимическое подтверждение этого дали Laver и Kilbourne (1966), которые обнаружили, что генетически стабильный рекомбинантный вирус Х7, выделенный из клеток, смешанно инфицированных штамсиами вируса гриппа NW-S (H0N1) и RI/5+ (H2N2), обладает субъединицами НА вируса H0N1, а субъединицами NA вируса H2N2. Впоследствии было выделено много других таких рекомби-нантных вирусов гриппа А, и фактически их .можно создать «в нужном порядке» (Webster, 1970) (см. также 39). Образование новых штаммов гриппа путем рекомбинации между .вирусами животных (или птиц) и человека обсуждаются в разделе VII. Были получены данные, свидетельствующие о том, что штаммы вирусов, которые вызывают пандемии гриппа, могут возникать таким путем и в природе. Рекомбинации между вирусами гриппа В тоже возможны (Perry, Burner, 1953; Perry et al., 1954; Ledinko, 1955; Tobita, Kilbourne, 1974), но никогда еще не было обнаружено рекомбинации между вирусами -гриппа типов А и В.

IV. Субъединицы гемагглютинина

И НЕЙРАМИНИДАЗЫ КАК ВЫСОКОИЗМЕНЧИВЫЕ

АНТИГЕНЫ

Гемаггл-ютинирующая и нейраминидазная активности вируса гриппа ассоциированы с различными субъединицами (Laver, Valentine, 1969; Laver, 1973), образующими слой «шипов» на поверхности вирусных частиц (32).

Гемагглютииин является основным поверхностным антигеном. Он ответствен за взаимодействие вируса с поверхностью клетки и за индукцию нейтрализующих антител. Изменчивость гемагглютинирующего антигена способствует появлению новых зпидамий гриппа.

Фермент NA является вторым вирусспеци-фическим поверхностным антигеном частицы вируса 'гриппа. В антигенном отношении NA полностью отличается от НА (Seto, Rott, 1966; Webster, Laver, 1967). Антитела ж NA не нейтрализуют инфекционности вируса (кроме очень высоких концентраций) , но они сильно замедляют освобождение вируса из инфицированных клеток (Seto, Rott, 1966; Webster, Laver, 1967; Kilbourne et al., 1968; Becht et al., 1971; Dowdle et al., 1974), и эти антитела могут играть важную роль в снижении репликации вируса in vivo и в предотвращении распространения

инфекции (Schulman et al., 1968). Обычная изменчивость присуща и NA, то вариации этого антигена, возможно, менее существенны для эпидемиологии гриппа.

Гемагглютинирующие субъединицы представляют собой гликопротеиновые палочкообразные структуры, треугольные в сечении с относительной молекулярной массой около 215 000 (33). Они «моновалентны» и (взаимодействуют с

рецепторами клетки только одним концам (Laver, Valentine, 1969). Изолированные субъединицы — высокоиммуногенны при введении животным в присутствии адъюванта. Каждая вирусная частица содержит приблизительно 400 субъедшшц НА (Tiffany Blough, 1970; Schulze, 1973; Layer, 1973).

Субъединицы НА состоят из двух полилептидов с относительной молекулярной массой около 25 000 и 55 000 (Сот-pans et al., 1970; Schulze, 1970; Laver, 1971; Skehel, Schild, 1971; Stanley, Haslam, 1971; Skehel, 1971, 1972; Klenk et al., 1972). Их обозначают как тяжелый и легкий шолипептиды НА1 и НА2. Oi6e эти цепи синтезируются в 'виде одного тюли-пелтида-предшествеН'Ника с молекулярной массой около 80 000, который в ряде .клеток расщепляется на легкий и тяжелый полипептиды (Lazarowitz et al., 1971, 1973; Skehel, 1972; Klenk et al., 1972). В интактных субъединицах тяжелая и легкая цепи соединены дисульфидными связями, обр-азуя димер, а каждая субъединица НА состоит из двух или трех таких димеров (Laver, 1971).

Субъед'иницы НА имеют гидрофобный и гидрофильный жонцы (34). Гидрофильный конец ответствен за биологическую активность субъединицы, тогда как гидрофобный конец осуществляет связь с липидами вирусной оболочки. Гид-рофо;бные свойства субъединицы связаны, по-видимому, с С-концом лепкой полипептидной цепи (НА2) (Skehel, Wa-terfield, 1975) (ом. гл. 3).

Нейраминидазная субъединица представляет собой сглико-протеиновую структуру с относительной молекулярной массой около 240 000. Она состоит из квадратных, имеющих форму коробочек, головок размером 8-8-4 ям, IK центру которых прикреплена нить с диффузным хвостом или с небольшой головкой на конце (,35) (Laver, Valentine, 1969; Wrigley et al., 1973). Выделенные субъединицы обладают полной ферментативной активностью и высокоиммуногенны при введении животным с адъювантом. Каждая вирусная частица содержит примерно 80 субъединиц NA (Schulze, 1973; Laver, 1973). Однако количество субъединиц NA в вирусной частице может варьировать в зависимости от штамма (Webster et al., 1968; Webster, Laver, 1972; Palese, Schulman, 1974), а также от вида «летки-хозяина, на которой выращивали вирус

Субъединицы NA состоят из четырех тликозилиро-ванных лолипептидов с относительной молекулярной массой около 60 000, связанных друг с другом дисульфидными связями, локализованными в нити или в ее хвосте (см. также гл. 4). У 'большинства штаммов эти 4 полипептида, гао-видимому, идентичны. Однако у некоторых штаммов NA, (возможно, состоит из двух типов полипептидов, слегка различающихся по размерам (Webster, 1970a; Skehel, Schield, 1971; Bucher, Kil-bourne, 1972; Laver, Baker, 1972; Lazdins et al., 1972; Downie, Laver, 1973; Wrigley et al., 1973).

Активный центр фермента и антигенные детерминанты локализованы в различных областях головки субъединицы NA (Ada et al., 1963; Fazekas de St. Groth, 1963), причем эти головки обладают гидрофильными свойствами. «Хвост» NA гидрофобен и служит для присоединения субъединицы к ли-пидной оболочке вируса (Laver, Valentine, 1969) (см. ' 29).

А. ВЫДЕЛЕНИЕ И ОТДЕЛЕНИЕ ДРУГ ОТ ДРУГА СУБЪЕДИНИЦ НА И NA

Для некоторых штаммов вируса гриппа чистые, интактные субъединицы НА и NA могут быть получены методом электрофореза на полосках ацетатцеллюлозы после разрушения вирусных частиц с помощью SDS (Laver, 1964, 1971; Laver, Valentine, 1969; Downie, 1973). Успех выделения любой из этих субъединиц с помощью данной методики зависит от устойчивости их к денатурации SDS при комнатной температуре. По этому критерию вирусы гриппа могут быть разделены на четыре группы.

1. Вирусы с субъединицами НА, устойчивыми к денатура

ции SDS. При разрушении вирусов этого типа SDS и элек

трофорезе на полосках ацетатцеллюлозы .все вирусные белки,

«роме субъединиц НА, мигрируют как анионы. Гемагглюти-

нин, мигрирующий как катион, может быть выделен в чистом

виде с полным восстановлением биологической активности

при условиях, не разрушающих ковалентных связей [напри

мер: A/Bel/42 (H0N1)].

2. Вирусы с субъединицами NA, устойчивыми « денатура

ции SDS. Чистые, активные субъединицы NA могут быть вы

делены из этих вирусов методом, описанным выше (напри

мер: B/LEE/40).

3. Вирусы, у которых ни НА, ни NA не устойчивы к дена

турации SDS. В этом случае все вирусные белки .мигрируют

как анионы и ни одна из поверхностных субъединиц не мо

жет быть выделена описанными методами [например:

A/NWS/33 (H0N1)].

4. Вирусы, у которых субъединицы как НА, так и NA

устойчивы к денатурации SDS. Для этих вирусов обе субъ

единицы в процессе электрофореза -мигрируют как катионы

и не могут быть разделены таким способом [например:

А/Сингапур? 1/57 (H2N2)].

Субъединицы НА и NA последней группы вирусов могут быть выделены, как показано на 36. Был выделен птичий вирус гриппа (А/буревестник/Австралия/1/72(Нау6Мау5), который имел стабильные к SDSHAHNA (Downie, Laver, 1973). В процессе электрофореза на ацетатцеллюлозе они двигались вместе как катионы (см. 31, вверху) и не могли быть разделены таким способом. В связи с этим два вида этих субъединиц разделили генетически с помощью рекомбинации (Webster, 1970b). Для получения рекомбинантов были выбраны родительские вирусы с субъединицами НА или NA, чувствительными к денатурации SDS. SDS-стабильные субъединицы НА и NA птичьего вируса были затем выделены из разрушенных с помощью SDS рекомбинантных вирусных частиц путем электрофореза на полосках ацетатцеллюлозы (ем. 31, IB середине и внизу). Таким образам можно получить чистые субъединицы, необходимые для химического анализа и приготовления «моноспецифических» антисывороток.

Субъединицы НА и NA могут (быть также выделены из определенных штаммов вируса гриппа путем обработки вирусных частиц шротеолитическими ферментами (Noll et al., 1962; Seto et al., 1966; Compans et al., 1970; Brand, Skehel, 1972; Wrigley et al., 1973). При таком способе отделение поверхностных субъединиц от вирусных частиц происходит, -по-видимому, в результате переваривания гидрофобных (концов полипентидной цепи, которые ответственны за присоединение субъединиц к липидному слою вирусной оболочки. Однако при этом должно происходить также частичное переваривание других областей субъединицы НА, вследствие чего нарушается гемагглютинирующая активность и теряются некоторые антигенные детерминанты.

Б. РАЗДЕЛЕНИЕ ПОЛИПЕПТИДОВ ГЕМАГГЛЮТИНИНА (НА1 И НА2)

Легкая и тяжелая цепи гемагглютинирующих субъединиц могут быть разделены методом электрофореза в SDS-поли-акриламидном теле. Однако для препаративных целей наилучшее разделение достигается при центрифугировании в градиенте плотности гуанидина гидрохлорида — дитиотриэтола (Laver, 1971), проводимом в условиях, в которых разрываются дисульфидные связи, или путем тель-фильтрации в растворе гуанидина гидрохлорида — дитиотриэтола (Webster, 1970а). В основе такого разделения лежит, по-видимому, значительная .гидрофобность легкой полипептидной цепи. В процессе центрифугирования в концентрированном растворе гуанидина гидрохлорида — дитиотриэтола этот легкий полипептид еедиментирует «быстрее, чем тяжелая цепь, а при гель-фильтрации легкая цепь выходит первой, по-видимому, из-за того, что даже в такой сильно диссоциирующей среде легкая цепь не существует iB виде мономера.

Эти замечания относятся только ж 'Субъединицам НА, полученного из вируса, выращенного на клетках, в которых происходит полное протеолитическое расщепление предшеет-

вующего полипептида НА на НАЛ и НА2. Более того, тяжелый и легкий полипептиды (НА1 и НА2) субъединиц НА, получаемых путем протеолитичеокого переваривания, не могут быть разделены таким образам, возможно, из-за того, что при переваривании разрушаются 'Гидрофобные области легкой цепи (Skehel, Laver, неопубликованные данные).

В. СВОЙСТВА НА1 И НА2

Легкие и тяжелые полипептидные цепи вируса гриппа А, штамм BEL (H0N1), имели сходный состав полипептидов, за исключением того, что тяжелый полипештид содержал значительно больше пролина, чем легкая цепь (Laver, Raker, 1972). Однако пептидные карты продуктов триптического расщепления этих двух цепей были совершенно различными, что свидетельствует о различной последовательности аминокислот в этих цепях (Laver, 1971). Обе полипелтидные цепи содержат углеводы, но анализ глюкозамина дает основания полагать, что тяжелый полипептид содержит гораздо больше углеводов, чем легкая цепь. Было обнаружено, что тяжелая цепь содержит 9,4% N-ацетилглюкозамина, так же как и нейтральных Сахаров; таким образом, она, вероятно, содержит около 20% углеводов.

Г. КОЛИЧЕСТВО РАЗЛИЧНЫХ ВИРУ СПЕЦИФИЧЕСКИХ

АНТИГЕННЫХ ДЕТЕРМИНАНТ НА ПОВЕРХНОСТИ

СУБЪЕДИНИЦ НА

Количество различных вирусспецифичееких антигенных

детерминант на гемалглютинирующих субъединицах вируса

гриппа неизвестно (на поверхности гемагглютинирующих

субъединиц существуют также детерминанты, специфические

к клетке-хозяину). Проведенные недавно опыты показали,

однако, что гемагглютинирующие субъединицы штамма Гон

конг (H3N2) вируса гриппа человека обладают по меньшей

мере двумя, а возможно, и более различными вирусспецифи-

ческими антигенными детерминантами (Laver et al., 1974).

Это было продемонстрировано следующим образом: гемагглю

тинирующие субъединицы были получены из вируса гриппа

Гонконг (А/Гонконг/68, H3N2) и его антигенного варианта

А/Мемфис/102/72, который возник в результате антигенного

дрейфа. Тесты на иммунодиффузию показали, что субъеди

ницы вируса Гонконг/68 обладают по крайней .мере двумя

различными видами антигенных детерминант, тогда как ва

риант 1972 г. несет на себе, по-видимому, ;не менее трех раз

личных детерминант (37).

Гемагглютинирующие субъединицы вирусов А/Гонконг/68 и А/Мемфис/102/72 имели одну общую детерминанту. Антитела ж этой детерминанте давали 'перекрестные реакции с обоими вирусами в тестах на иммунодиффузию, торможение гем-агглютинации и нейтрализации. Антитела к другим детерминантам не показали сколько-нибудь заметных серологических перекрестных реакций между вирусами Гонконг/68 и Мемфис/72. Таким образом, очевидно, что в процессе анти-

генного дрейфа вирус гриппа Гонконг претерпел значительные изменения в одной из своих «специфичных» детерминант. Данные Laver и соавт. (1974) (предполагают, что различные антигенные детерминанты локализованы на одной и той же субъединице НА и что вирусные частицы не обладают смесью антигенно различающихся субъединиц.

Д. ЛОКАЛИЗАЦИЯ АНТИГЕНА КЛЕТКИ-ХОЗЯИНА

Хотя первые описания антигена клетки-хозяина в вирусе гриппа '(Knight, 1944, 1946) 'были встречены с некоторым скептицизмом, \в настоящее время их существование установлено твердо1. Наличие таких антигенов было выявлено рядом серологических методов, включающих реакции преципитации (Knight, 1944), иммунодиффузии (Howe et al., 1967), связывания комплемента (Smith et al., 1955), торможения гематглютинации (Knight, 1944; Harboe et al., 1961; Harboe, 1963a) и методом блокирования торможения гемагглютина-ции (Harboe, 1963b; Laver, Webster, 1966). Антиген клетки-хозяина состоит главным образам из углеводов и жовалентно связан с иолипептидами субъедиииц НА и NA. Связей антигена (и углеводов) 'клежи-хозяина с внутренними белками вирусной частицы обнаружено не было.

Одной из загадочных черт хозяйского антигена вирусов гриппа является то, что он выявляется в вирусах, выращенных в полости аллантоиса эмбрионов кур или индеек (Harboe, 1963а), но не в вирусах, выращенных, например, в полости' аллантоиса утиных эмбрионов, в легких мышей или в ■различных культурах клеток. Вирусы, выращенные на этих клетках, совсем не ингибировались в реакции торможения темагглютинации антисыворотками, полученными против экстрактов из .незараженных «леток-хозяев. Вероятно, это происходит из-за того, что вирус, выращенный в этих клетках, 'Содержит углеводы 'клетии-хозяина, но яо некоторым причинам они либо «е обладают антигенными свойствами, либо антитела, направленные против них, не ингибируют гем-агглютинацию.

Е. РОЛЬ АНТИГЕНА КЛЕТКИ-ХОЗЯИНА

Углеводный компонент может играть очень важную роль в сборке вирусной оболочки. Изолированные субъединицы NA ■и НА в отсутствие SDS агрегируют. Это дает основание полагать, что данные субъединицы обладают как гидрофобными, так и гидрофильными концами (Laver, Valentine, 1969) и, шозможно, углеводный компонент клетки-хозяина и обусловливает гидрофобвость одного конца еубъединиц НА и NA.

Ж. АНТИГЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СУБЪЕДИНИЦ

ГЕМАГГЛЮТИНИНА И НЕЙРАМИНИДАЗЫ, ВЫЯВЛЯЕМАЯ

МОНОСПЕЦИФИЧЕСКИМИ АНТИСЫВОРОТКАМИ

До 'недавнего времени считалось, что V-антиген, или обо-лочжа частицы вируса гриппа, 'представляет собой нечто неделимое, но это не так. Сейчас известно, что V-антиген состоит ИЗ НА, NA и вирусного антигена клетки-хозяина. Ни в одной из ранее опубликованных работ но антигенным взаимоотношениям между вирусами гриппа это <не принималось во внимание, <в результате чего уровни реакций перекреста ■между данными вирусами зависели от используемых тестов. Так, широко используемая штаммоспецифическая реакция связывания комплемента выявляла перекрестные реакции окзк между нейраминидазными, так и между гемагглютипи-рующими антигенами, :в то время как реакция перекреста между нейраминидазным'и антигенами может выявляться также и в РТГА. Это происходит потому, что в интактном вирусе может возникать «стерическая нейтрализация» нейр-аминидазной активности антителами к гемагглютинину и наоборот (Laver, Kilbourne, 1966; Schulman, Kilbourne, 1969; Easterday et al., 1969; Webster, Darlington, 1969).

Антигенный дрейф отдельных антигенов вируса гриппа может быть изучен после отделения этих антигенов от вирусной частицы (Webster, Darlington, 1969) или путем 'генетического разделения этих антигенов (Kilbourne et al., 1967). Таким образом, теперь при использовании моноспецифических антисыворотож « этим двум антигенам 'возможно проведение детальных серологических исследований антигенного дрейфа индивидуальных антигенов вируса гриппа.