Типичным представителем рода является вирус диареи телят Небраски (NCDV). В состав рода входят ротавирусы человека, поросят, ягнят, жеребят, оленей, собак, кошек, кроликов, мышей, обезьян и птиц. Ротавирусы являются этиологическими агентами острых гастроэнтеритов новорожденных животных различных видов и детей раннего возраста. Считают, что возрастная чувствительность связана с наличием вирусспецифических рецепторов на энтероцитах. Антиген ротавирусов первоначально обнаруживают в эпителии пейеровых бляшек [1557], затем - в локальных или регионарных лимфатических узлах. Вирионы ротавирусов состоят из сердцевины и двойного капсида — наружного и внутреннего. Наружный капсид состоит из капсомеров с плохо различимой субъединичной структурой. Внутренний капсид имеет икосаэдральный тип симметрии и состоит из клиновидных капсомеров, которые плотно прилегают к сердцевине вириона. В состав сердцевины входит внутренний белковый слой и нуклеоид. Под электронным микроскопом вирионы напоминают колесо с широкой ступицей, короткими спицами и тонким наружным ободком. Поэтому они получили название ротавирусы (от лат. rota - колесо). В препаратах ротавирусов встречаются обычно дву- и однокап- сидные, а также лишенные нуклеоида частицы («пустые» вирионы). Диаметр дву- капсидных частиц составляет 70-83 нм, однокапсидных — 60—70 нм. Инфекцион- ностью обладают только двукапсидные вирионы [62].
Данные по характеристике белковой композиции ротавируса (табл. 35) в основном получены на модели ротавирусов животных, в частности обезьян, крупного рогатого скота и свиней, которые адаптированы к культуре клеток и накапливаются в высоких титрах.
Таблица 35. Структурные белки вируса катаральной лихорадки овец [537]
В вирионах ротавирусов обнаружено шесть полипептидов (VP1, VP2, VP3, VP4, VP6 и VP7) с молекулярной массой от 37 до 125 кД, один из которых (VP7) гликозилирован.
Два белка VP4 (90 кД) и VP7 (36—38 кД) являются компонентами наружного капсида и не обнаруживаются в однокапсидных частицах. Другие белки образуют внутренний капсид или ассоциированы с сердцевиной вируса. Мажорным белком вириона является полипептид внутреннего капсида VP6 (42 кД). Три белка VP1, VP2 и VP3 входят в состав сердцевины [644].
Изучение промежуточных продуктов синтеза ротавируса обезьян показало, что вначале образуются «предсердцевинные» частицы (45 нм, 220S), содержащие белки VP1, VP3 и неструктурные (NS 53; 35 и 34); после включения VP2 они становятся сердцевинными частицами (60 нм, 310S), а затем, после присоединения VP6, становятся однокапсидными частицами [1599]. Завершается формирование полных вирионов включением VP4 и VP7.
Полипептиды наружного капсида ротавирусов представляют особый интерес, поскольку играют основную роль в возникновении инфекционного процесса и развитии иммунитета. Они ответственны за осуществление ранних этапов взаимодействия вирионов с чувствительными клетками — адсорбцию и проникновение, с ними связывают вирулентность ротавирусов. Эти же белки (VP7 и VP4) вызывают образование специфических вируснейтрализующих антител. Они ответственны за иммуногенность ротавирусов. Вирусоподобные частицы
Таблица 36. Структурные белки ротавирусов
ротавирусов, содержащие основные иммуногенные белки, могут служить своеобразными компонентными вакцинами [493].
Белок VP7 является основным протективным антигеном ротавирусов, ответственным за образование ВН-антител. С помощью моноклональных антител (МАТ) в его составе обнаружен большой домен нейтрализации, включающий несколько перекрывающихся эпитопов [706]. Гликозилирование VP7 - необходимое условие для взаимодействия с клетками-мишенями и проявления инфек- ционности.
Другим важным белком наружного капсида является VP4. Он ответственен за адаптацию ротавирусов к росту in vitro, контролирует их вирулентность на уровне организма, к тому же является вирусным гемагглютинином и, по-видимому, осуществляет некоторые функции, что и гемагглютинин вируса гриппа, то есть является вирусным белком, обеспечивающим проникновение вируса в клетку. Гемагглютинирующий и нейтрализующий домены находятся в N-конце- вой половине VP4 ротавируса [974].
В отличие от гемагглютинина орто- и парамиксовирусов, гемагглютинин ротавирусов не является гликопротеином, хотя в первичной структуре этого белка обнаружены потенциальные сайты гликозирования. В результате протеолиза от полипептида VP4 отщепляется фрагмент — VP8, в котором обнаружено пять нейтрализующих эпитопов [769].
Нейтрализующие моноклональные антитела к VP7 и VP4 сообщали протек- тивный иммунитет против гомологичного и некоторых гетерологичных сероти- пов ротавируса [1026]. Способность VP4 и VP7 к независимой и гетеротипичес- кой индукции синтеза протективных антител может иметь важное значение при конструировании современных ротавирусных вакцин.
Сравнительное изучение антигенных свойств ротавирусов различными методами показало наличие у них общих групповых антигенов. Групповое сходство определяется антигенной общностью внутреннего капсида, а антигенная специфичность связана с белками наружного капсида [62]. Ротавирусы разделяют на группы, субгруппы и серотипы. Белки наружного капсида содержат типоспецифические антигенные детерминанты, а внутреннего — группоспецифические и субгруппоспецифические антигенные детерминанты. Групповая принадлежность определяется антигенной общностью белка VP6, субгрупповая — его антигенными различиями. Гликопротеин VP7 (главный белок нейтрализации) является типоспецифическим антигеном ротавирусов и определяет их серотиповую принадлежность [731]. Серотиповая специфичность отличается высокой консервативностью [1099]. Критерием антигенного различия вирусов принята 20- кратная или большая разность титров вируса в PH с гомологичными и гетероло- гичными антителами.
Исходя из наличия общего группоспецифического антигена (VP6), все ротавирусы, независимо от вида естественного хозяина, разделены на шесть антигенных групп: А, В, С, D, Е и F. Наиболее многочисленна группа А, представители которой играют существенную роль в патологии человека и животных.
Большинство ротавирусов человека и животных относят к группе А, включающей так называемые типичные ротавирусы. Ротавирусы других групп называют атипичными, или параротавирусами. Они изучены недостаточно, поскольку, за небольшим исключением, их пока не удалось размножить in vitro [136]. Каждая группа ротавирусов на основании типоспецифических антигенов делится на серотипы. Так, ротавирусы группы А разделены на 11 серотипов, получивших название G-серотипы (табл. 37).
В другие антигенные группы также входят ротавирусы, поражающие различных хозяев. Вирусы, имеющие одного хозяина, могут настолько сильно различаться между собой в антигенном отношении, что представляют различные антигенные группы. Штаммы ротавирусов, относящиеся к одному серотипу, но выделенные от различных видов животных, часто имеют более тесную антигенную связь, чем штаммы различных серотипов, выделенные от одного вида животных.
Таблица 37. Классификация ротавирусов группы А
*НИ — неизвестно.
В группу В входят ротавирусы человека, крупного и мелкого рогатого скота, в группу С — человека и свиней, группы Е и F — свиней, группу D — птиц. В настоящее время различают не менее четырех серотипов ротавируса человека. Известно о существовании не менее трех серотипов ротавирусов группы А свиней [1140]. Кроме того, известны ротавирусы свиней, относящиеся к серогруппам В, С, Е. Серогрупповая серотиповая вариантность имеет место у ротавирусов крупного рогатого скота [200] и других животных. В перекрестной реакции нейтрализации тесное антигенное родство выявлено между ротавирусами обезьян и свиней, а также между ними и ротавирусами крупного рогатого скота. Гомология первичной структуры VP7 различных серотипов достигает 71—85%. Различная степень антигенного родства по VP4 обнаружена между ротавирусами, выделенными от свиней, человека, обезьян и собак. Штамм (АН-1), выделенный от человека, характеризовался высокой гомологией с ротавирусом, выделенным от кошек (FRV-1) [1143]. От крупного рогатого скота с диареей выделен ротавирус, геномная РНК которого была аналогична ротавирусу птиц [415]. Ротавирусы человека и свиней имели высокую степень гомологии нуклеотидных последовательностей и, возможно, могли иметь общего предка [477].
Ротавирусы обезьян, свиней и кроликов легко инфицировали телят в экспериментальных условиях [458]. Ротавирус человека вызывал летальную инфекцию у новорожденных поросят при оральном заражении. Существуют ротавирусы, обладающие двойной субгрупповой специфичностью. Такая уникальная способность обнаружена, например, у ротавируса лошадей (штамм FI-14), который взаимодействовал с антителами первой и второй субгрупп [807]. Известен штамм ротавируса свиней с двойной серотипоспецифичностью (G3 и G5) [1141]. Природа антигенного полиморфизма у ротавирусов пока не выяснена. Приведенные выше данные свидетельствуют о возможности пересечения ротавирусами видовых барьеров и их миграции между различными классами и видами млекопитающих в естественных условиях [415].
В последнее время у кур, свиней и человека были обнаружены атипичные ротавирусы, не имеющие группоспецифического антигена, несмотря на типичную для ротавирусов морфологию. Они были названы параротавирусами. Атипичные штаммы были обнаружены в 5% случаев при ротавирусных инфекциях у свиней и в 1% — ротавирусных диареях у крупного рогатого скота. При изучении с помощью ЭФ в ПААГ выявлены различия в профиле геномов этих штаммов и типичных ротавирусов [1262]. Параротавирусы свиней, в отличие от ротавирусов, вызывают образование синцития из энтероцитов в тонком кишечнике. Хемопротеин в тонком отделе кишечника удаляет наружный капсид ортореовиру- сов и ротавирусов и повышает их эффективность.
Колтивирусы и аквареовирусы по структуре и свойствам практически не отличаются от свойств, присущих семейству.
- геномных сегментов ротавирусов кодируют 13 белков, 2 из которых образуются в результате посттрансляционного расщепления.
Данные по характеристике белковой композиции ротавируса (табл. 35) в основном получены на модели ротавирусов животных, в частности обезьян, крупного рогатого скота и свиней, которые адаптированы к культуре клеток и накапливаются в высоких титрах.
Таблица 35. Структурные белки вируса катаральной лихорадки овец [537]
|
Обозначение белка |
Молекулярная масса, кД |
Содержание в вирионе |
Локализация |
|
|
% |
Число молекул |
|||
|
VPI |
140 |
2,2 |
7 |
Сердцевина |
|
VP2 |
110 |
22,8 |
98 |
Наружный капсид |
|
VP3 |
101 |
16,2 |
76 |
Сердцевина |
|
VP4 |
82 |
1,0 |
6 |
Сердцевина |
|
VP5 |
61 |
20,1 |
156 |
Наружный капсид |
|
VP6 |
42 |
2,8 |
32 |
Сердцевина |
|
VP7 |
29 |
34,9 |
570 |
Сердцевина |
В вирионах ротавирусов обнаружено шесть полипептидов (VP1, VP2, VP3, VP4, VP6 и VP7) с молекулярной массой от 37 до 125 кД, один из которых (VP7) гликозилирован.
Два белка VP4 (90 кД) и VP7 (36—38 кД) являются компонентами наружного капсида и не обнаруживаются в однокапсидных частицах. Другие белки образуют внутренний капсид или ассоциированы с сердцевиной вируса. Мажорным белком вириона является полипептид внутреннего капсида VP6 (42 кД). Три белка VP1, VP2 и VP3 входят в состав сердцевины [644].
Изучение промежуточных продуктов синтеза ротавируса обезьян показало, что вначале образуются «предсердцевинные» частицы (45 нм, 220S), содержащие белки VP1, VP3 и неструктурные (NS 53; 35 и 34); после включения VP2 они становятся сердцевинными частицами (60 нм, 310S), а затем, после присоединения VP6, становятся однокапсидными частицами [1599]. Завершается формирование полных вирионов включением VP4 и VP7.
Полипептиды наружного капсида ротавирусов представляют особый интерес, поскольку играют основную роль в возникновении инфекционного процесса и развитии иммунитета. Они ответственны за осуществление ранних этапов взаимодействия вирионов с чувствительными клетками — адсорбцию и проникновение, с ними связывают вирулентность ротавирусов. Эти же белки (VP7 и VP4) вызывают образование специфических вируснейтрализующих антител. Они ответственны за иммуногенность ротавирусов. Вирусоподобные частицы
Таблица 36. Структурные белки ротавирусов
|
Обозна чение белка |
Молекулярная масса, кД |
Содержание в вирионе белков, % от всей их массы |
Локализация |
Основные функции |
|
VP1 |
125 |
2 |
Сердцевина |
Репликация вирусной РНК |
|
VP2 |
102 |
15 |
Сердцевина |
Морфогенез и стабилизация структуры генома |
|
VP3 |
98 |
0,5 |
Сердцевина |
Репликация вирусной РНК |
|
VP4 |
87 |
1,5 |
Наружный капсид |
Инфекционная и ГА-активность, индукция протективного иммунитета и ВН-антител; участие в ограничении круга хозяев |
|
VP6 |
45 |
51 |
Внутренний капсид |
Стабилизация морфологической целостности и функциональной активности однокапсидных вирионов, группоспецифическая антигенная активность |
|
VP7 |
37 |
30 |
Наружный капсид |
Основной протективный антиген, индукция ВН-антител, типоспецифическая антигенная активность, ограничение круга хозяев |
ротавирусов, содержащие основные иммуногенные белки, могут служить своеобразными компонентными вакцинами [493].
Белок VP7 является основным протективным антигеном ротавирусов, ответственным за образование ВН-антител. С помощью моноклональных антител (МАТ) в его составе обнаружен большой домен нейтрализации, включающий несколько перекрывающихся эпитопов [706]. Гликозилирование VP7 - необходимое условие для взаимодействия с клетками-мишенями и проявления инфек- ционности.
Другим важным белком наружного капсида является VP4. Он ответственен за адаптацию ротавирусов к росту in vitro, контролирует их вирулентность на уровне организма, к тому же является вирусным гемагглютинином и, по-видимому, осуществляет некоторые функции, что и гемагглютинин вируса гриппа, то есть является вирусным белком, обеспечивающим проникновение вируса в клетку. Гемагглютинирующий и нейтрализующий домены находятся в N-конце- вой половине VP4 ротавируса [974].
В отличие от гемагглютинина орто- и парамиксовирусов, гемагглютинин ротавирусов не является гликопротеином, хотя в первичной структуре этого белка обнаружены потенциальные сайты гликозирования. В результате протеолиза от полипептида VP4 отщепляется фрагмент — VP8, в котором обнаружено пять нейтрализующих эпитопов [769].
Нейтрализующие моноклональные антитела к VP7 и VP4 сообщали протек- тивный иммунитет против гомологичного и некоторых гетерологичных сероти- пов ротавируса [1026]. Способность VP4 и VP7 к независимой и гетеротипичес- кой индукции синтеза протективных антител может иметь важное значение при конструировании современных ротавирусных вакцин.
Сравнительное изучение антигенных свойств ротавирусов различными методами показало наличие у них общих групповых антигенов. Групповое сходство определяется антигенной общностью внутреннего капсида, а антигенная специфичность связана с белками наружного капсида [62]. Ротавирусы разделяют на группы, субгруппы и серотипы. Белки наружного капсида содержат типоспецифические антигенные детерминанты, а внутреннего — группоспецифические и субгруппоспецифические антигенные детерминанты. Групповая принадлежность определяется антигенной общностью белка VP6, субгрупповая — его антигенными различиями. Гликопротеин VP7 (главный белок нейтрализации) является типоспецифическим антигеном ротавирусов и определяет их серотиповую принадлежность [731]. Серотиповая специфичность отличается высокой консервативностью [1099]. Критерием антигенного различия вирусов принята 20- кратная или большая разность титров вируса в PH с гомологичными и гетероло- гичными антителами.
Исходя из наличия общего группоспецифического антигена (VP6), все ротавирусы, независимо от вида естественного хозяина, разделены на шесть антигенных групп: А, В, С, D, Е и F. Наиболее многочисленна группа А, представители которой играют существенную роль в патологии человека и животных.
Большинство ротавирусов человека и животных относят к группе А, включающей так называемые типичные ротавирусы. Ротавирусы других групп называют атипичными, или параротавирусами. Они изучены недостаточно, поскольку, за небольшим исключением, их пока не удалось размножить in vitro [136]. Каждая группа ротавирусов на основании типоспецифических антигенов делится на серотипы. Так, ротавирусы группы А разделены на 11 серотипов, получивших название G-серотипы (табл. 37).
В другие антигенные группы также входят ротавирусы, поражающие различных хозяев. Вирусы, имеющие одного хозяина, могут настолько сильно различаться между собой в антигенном отношении, что представляют различные антигенные группы. Штаммы ротавирусов, относящиеся к одному серотипу, но выделенные от различных видов животных, часто имеют более тесную антигенную связь, чем штаммы различных серотипов, выделенные от одного вида животных.
Таблица 37. Классификация ротавирусов группы А
|
Серотип |
Субгруппа |
Хозяин |
Прототипный штамм |
|
G1 |
11 |
Человек |
Wa |
|
G2 |
1 |
Человек |
DS-1 |
|
Обезьяна |
SA-11 |
||
|
Собака |
СИ-1 |
||
|
Кошка |
ТаКа |
||
|
G3 |
11 |
Человек |
Р |
|
Свинья |
С1 |
||
|
Лошадь |
Н-2 |
||
|
Кролик |
С-11 |
||
|
G4 |
1 |
Свинья |
Sb-2 |
|
II |
Человек |
St-3 |
|
|
11 |
Свинья |
Gottfried |
|
|
G5 |
*НИ |
Человек |
69М |
|
G6 |
1 |
Свинья |
OSu |
|
I |
Лошадь |
H-l |
|
|
G7 |
I |
Крупный рогатый скот |
N СДУ |
|
G8 |
НИ |
Крупный рогатый скот |
В223 |
|
G9 |
ни |
Куры |
Ch-2 |
|
|
Индейки |
Tu-1 |
|
|
G10 |
ни |
Куры |
Ch-1 |
|
G11 |
ни |
Свинья |
YM |
*НИ — неизвестно.
В группу В входят ротавирусы человека, крупного и мелкого рогатого скота, в группу С — человека и свиней, группы Е и F — свиней, группу D — птиц. В настоящее время различают не менее четырех серотипов ротавируса человека. Известно о существовании не менее трех серотипов ротавирусов группы А свиней [1140]. Кроме того, известны ротавирусы свиней, относящиеся к серогруппам В, С, Е. Серогрупповая серотиповая вариантность имеет место у ротавирусов крупного рогатого скота [200] и других животных. В перекрестной реакции нейтрализации тесное антигенное родство выявлено между ротавирусами обезьян и свиней, а также между ними и ротавирусами крупного рогатого скота. Гомология первичной структуры VP7 различных серотипов достигает 71—85%. Различная степень антигенного родства по VP4 обнаружена между ротавирусами, выделенными от свиней, человека, обезьян и собак. Штамм (АН-1), выделенный от человека, характеризовался высокой гомологией с ротавирусом, выделенным от кошек (FRV-1) [1143]. От крупного рогатого скота с диареей выделен ротавирус, геномная РНК которого была аналогична ротавирусу птиц [415]. Ротавирусы человека и свиней имели высокую степень гомологии нуклеотидных последовательностей и, возможно, могли иметь общего предка [477].
Ротавирусы обезьян, свиней и кроликов легко инфицировали телят в экспериментальных условиях [458]. Ротавирус человека вызывал летальную инфекцию у новорожденных поросят при оральном заражении. Существуют ротавирусы, обладающие двойной субгрупповой специфичностью. Такая уникальная способность обнаружена, например, у ротавируса лошадей (штамм FI-14), который взаимодействовал с антителами первой и второй субгрупп [807]. Известен штамм ротавируса свиней с двойной серотипоспецифичностью (G3 и G5) [1141]. Природа антигенного полиморфизма у ротавирусов пока не выяснена. Приведенные выше данные свидетельствуют о возможности пересечения ротавирусами видовых барьеров и их миграции между различными классами и видами млекопитающих в естественных условиях [415].
В последнее время у кур, свиней и человека были обнаружены атипичные ротавирусы, не имеющие группоспецифического антигена, несмотря на типичную для ротавирусов морфологию. Они были названы параротавирусами. Атипичные штаммы были обнаружены в 5% случаев при ротавирусных инфекциях у свиней и в 1% — ротавирусных диареях у крупного рогатого скота. При изучении с помощью ЭФ в ПААГ выявлены различия в профиле геномов этих штаммов и типичных ротавирусов [1262]. Параротавирусы свиней, в отличие от ротавирусов, вызывают образование синцития из энтероцитов в тонком кишечнике. Хемопротеин в тонком отделе кишечника удаляет наружный капсид ортореовиру- сов и ротавирусов и повышает их эффективность.
Колтивирусы и аквареовирусы по структуре и свойствам практически не отличаются от свойств, присущих семейству.