Вирус Западного Нила (ВЗН) принадлежит к роду Flavivirus, семейству Flaviviridae, которое объединяет РНК-содержащие, сферические вирусы, покрытые липидной оболочкой. Его геном представляет собой одноцепочечную рибонуклеиновую кислоту положительной полярности длиной примерно 11 тыс. оснований. Циркуляция вируса связана с циклом «комар-птица-комар», основным резервуаром являются птицы. Многие млекопитающие, включая человека, восприимчивы к данному вирусу.
Вирус Западного Нила (ВЗН) является агентом лихорадки Западного Нила (ЛЗН). Инфицирование ВЗН может иметь различные проявления – чаще всего бессимптомной инфекции или легкой лихорадки, реже приводит к развитию тяжелых форм энцефалитов. Как правило, заражение происходит, посредством укусов комаров различных видов, но описаны случаи заражения при переливании крови, кормлении грудью, трансплантации органов и т.д. Основной природный цикл вируса ЗН происходит между птицами и комарами, преимущественно рода Culex. Главным фактором, распространения является способность птиц развивать высокие, титры виремии в крови, которые достаточны для заражения комаров. Птицы играют не только роль резервуара ВЗН в природных очагах, но и способны переносить его на огромные расстояния во время сезонных миграций. Главную роль переносчиков ВЗН играют комары и, возможно, аргасовые и иксодовые клещи. В России в очаги ЛЗН входит Северо-Западное Прикаспия, включающая в себя Астраханскую область и юг Волгоградской, число видов комаров – потенциальных переносчиков ВЗН – достигает 15-ти, из них ВЗН обнаружен в 6 видах [5].
Генотипы вируса Западного Нила
В настоящее время ВЗН разделен на девять различных линий (1–9) на основе глубокого филогенетического анализа опубликованных последовательностей на шести из семи континентов (кроме Антарктиды). Генотип 1 – распространен на территории РФ. Он же является ответственным за наибольшее количество эпидемических вспышек, подразделяемый на два субгенотипа (1а и 1 b – ранее австралийский вирус Кунджин) [5]. Генотип 2 ВЗН был изолирован от птиц и людей в Африке в 2004 году и считался менее опасным, чем 1-й, так как не вызывал тяжелых случаев заболевания в Южной Африке и менингоэнцефалит среди них в Европе. Остальные линии менее распространены в природе, но были изолированы в некоторых странах. Например, в Чешской Республике неоднократно выделяли 3-ю линию вируса, 4-я линия была изолирована и исследована в России, 5-я – в Индии, предполагаемая 6-я линия, основанная на небольшом фрагменте гена, была описана в Испании [14]. Вирус Кутанго (линия 7) первоначально был классифицирован как другой вирус, но позже его отнесли к подвиду вируса Западного Нила [14]. Генотип 7 был выделен от клещей и грызунов, что отличает его среди других линий ВЗН. Также исследования показали, что вирус Кутанго обладает более высокой вирулентностью, чем генетическая линия 1а. Кроме того, новая родословная (предполагаемый 8-й генотип) ВЗН была выделена из комаров Culex kedougou, в Сенегале в 1992 году [14]. Наконец, предполагаемая 9-я линия или подлиния 4-ой была выделена из комаров Urano taenia unguiculata в Австрии.
Генетическая организация Вируса Западного Нила
ВЗН относится к семейству Флавивирусов – это небольшие РНК-содержащие вирусы, размером около 45 нм, с липидной оболочкой. Внешняя белковая оболочка покрыта липидной мембраной хозяина. В состав липидной мембраны флавивирусов входит холестерин и фосфатидилсерин. В состав вириона входят три структурных белка: нуклекапсидный белок С (core), формирующий нуклеокапсид, оболочечный гликопротеид Е и мембранный белок М, которые входят в состав липопротеиновой оболочки вируса. Белок С (М 13 500) обладает РНК-связывающей активностью и в процессе сборки вириона вместе с геномной РНК упаковывается в нуклеокапсид, обладающий икосаэдрической симметрией.
Липопротеиновая оболочка вируса образована липидами мембран ЭПР клетки-хозяина и двумя вирусными белками Е и М. Мембранный белок М (М»8200) обладает выраженными гидрофобными свойствами, из-за чего практически полностью погружен в липидную оболочку. Главной функцией этого белка является вовлечение липидов мембран ЭПР в образование липопротеиновой оболочки вируса. Гликопротеид Е (М«53000) является доминирующим антигеном в реакциях геммаглютинации и нейтрализации, так же он определяет нейровирулентность и нейроинвазивность нейротропных флавивирусов [8].
Геномная РНК инфекционна и в клетке функционирует как мРНК. Её 5’ – конец РНК кэпирован по первому типу и вовлечен в образование 5’ -терминирующей вторичной структуры, вместе с кэпом выполняет функцию связывания рибосомы. Начинается с консервативного динуклеотида AG и содержит примерно 90-130 нуклеотидов. 3’- нетранслируемая область неполиаденирована, варьирует от 430-760 45 нуклеотидов и заканчивается консервативным динуклеотидом CU. 5’- и 3’- нетранслируемые области играют очень важную роль в процессе репликации флавивирусного генома [7]. В них содержатся консервативные элементы первичной и пространственной структуры РНК вируса, специфичные для различных серологических комплексов. Консервативная последовательность входит в состав 3’ -терминальной вторичной структуры, которая играет важную роль в репликации и инкапсулировании вирусной РНК [7]. Геномная РНК содержит одну открытую рамку считывания (ОРС) длиной около 10 400 и.о., кодирующую приблизительно 3350 а.о. ОРС начинается с первого инициирующего кодона AUG в позиции 97-118 н.о. на 5’ -конце и заканчивается тремя близко расположенными стоп-кодонами за 630-511 н.о. до З’ -конца [2]. Других ОРС не обнаружено, ОРС кодирует все вирусные белки, причем первоначально транслируется полипротеин – предшественник, из которого в процессе пострансляционного расщепления образуются индивидуальные белки. Гены структурных белков (С, М и Е) сосредоточены на 5’ -конце и занимают только одну четвертую часть генома. Остальные три четверти занимают гены неструктурных белков, участвующих в репликации вируса [4].
Геном ВЗН представляет собой одноцепочечную положительную смысловую РНК размером ~ 11000 нуклеотидов. Геном функционирует как единственная вирусная мРНК, а также как матрица для синтеза комплементарной минус-цепи РНК. 5'-некодирующая область (NCR) генома ВЗН имеет длину 96 нт, тогда как длина 3'-NCR варьируется от 337 до 649 нт [6]. Вариабельная область 3 'NCR расположена всего в 3' от стоп-кодона кодирующей области, 3'-конец геномной РНК не содержит поли-А тракта, но заканчивается консервативной CU OH. 3'- и 5'-концевые последовательности генома складываются во вторичные структуры РНК, которые являются консервативными среди дивергентных флавивирусов, даже если большинство нуклеотидов, составляющих эти структуры, не консервативны. Делеция 3 'или 5' концевой последовательности геномной стволовой петли (SL) является летальной для инфекционных клонов флавивирусов [4]. Структуры 3'-концевой РНК были первоначально проанализированы с помощью структурного зондирования, а позднее с помощью ЯМР-спектрометрии, а также путем селективного 2'-гидрозилацилирования, проанализированного с помощью удлинения праймера (SHAPE). Короткие консервативные последовательности в 3'-концевой SL-структуре геномной РНК флавивируса включают концевую 5'-CU-3 ', 5'-ACAC-3' последовательность около 3'-конца и 5'-ACAG-3 'в верхняя петля из 3 ' [3]. Мутация отдельных нуклеотидов в верхней петле инфекционного клона ВЗН показала, что большинство из них были цис- действующими и что три подчеркнутых нуклеотида (5'-A C A G UG C -3 ') необходимы для жизнеспособности вируса. Небольшой консервативный SL (sHP, также называемый SSL) расположен рядом с 3 'концевым SL. Делеция sHP в инфекционном клоне ВЗН или введение мутаций, разрушающих основу sHP в инфекционном клоне денге, были летальными [7]. Существование ранее предсказанного псевдоузла между 4 узлами петли sHP ВЗН и узлами на 5'-стороне 3'-концевой SL не было подтверждено недавним структурным анализом ЯМР. Интересно, что сообщалось, что замены nt в петле и стволе sHP вируса денге оказывали более отрицательное влияние на репликацию вируса в клетках комаров C6 / 36, чем в клетках млекопитающих [8].
Данные многочисленных исследований подтверждают, что флавивирусы используют клеточные белки на каждом этапе своих циклов репликации, но роль большинства этих факторов хозяина в репликации вируса все еще недостаточно изучена [4]. Инфекция ВЗН в природе чередуется между насекомыми-переносчиками и позвоночными, и некоторые из белков факторов хозяина, используемых флавивирусами, могут различаться у млекопитающих и насекомых-хозяев [3]. Взаимодействия между вирусными неструктурными белками, а также между клеточными белками, вероятно, будут сложными и могут происходить только после экспрессии вирусных белков из вирусного [7]. Также, инфекции, инициированные трансфекцией геномной РНК вместо вирусной инфекции, не активируют сигнальные пути клетки, обычно активируемые прикреплением и проникновением вируса [8].