Nidovirales

Nidovirales — это отряд оболочечных одноцепочечных РНК-вирусов с положительной полярностью генома (плюс-цепь РНК), характеризующихся уникальной стратегией репликации и экспрессии генов, включающей синтез вложенного набора субгеномных мРНК (от лат. nidus — гнездо). Отряд объединяет вирусы, поражающие широкий круг хозяев: от беспозвоночных (ракообразные, насекомые) до позвоночных животных, включая человека. В состав Nidovirales входят семейства Coronaviridae, Arteriviridae, Roniviridae и Mesoniviridae, а также ряд неклассифицированных родов. Наибольшую известность в контексте медицины и ветеринарии получили представители семейства Coronaviridae, к которым относятся возбудители тяжёлого острого респираторного синдрома (SARS), ближневосточного респираторного синдрома (MERS) и COVID-19.

Таксономия и классификация

Отряд Nidovirales был впервые выделен в 1997 году на основе филогенетического анализа РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp) и геликазы. В настоящее время (по данным Международного комитета по таксономии вирусов, ICTV, 2023) отряд включает несколько подотрядов и семейств, классификация которых постоянно уточняется.

Семейства

• Coronaviridae — наиболее изученное семейство. Включает два подсемейства: Orthocoronavirinae (собственно коронавирусы) и Letovirinae. Orthocoronavirinae делятся на четыре рода: Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus и Deltacoronavirus. К роду Betacoronavirus относятся вирусы SARS-CoV, MERS-CoV и SARS-CoV-2.
• Arteriviridae — вирусы, поражающие преимущественно млекопитающих (лошадей, свиней, обезьян). Включают роды Equarterivirus, Porarterivirus, Simarterivirus и другие. Вызывают такие заболевания, как артериит лошадей, репродуктивно-респираторный синдром свиней (РРСС).
• Roniviridae — вирусы, инфицирующие ракообразных (креветки, крабы). Единственный род Okavirus.
• Mesoniviridae — вирусы, выделенные из комаров, но способные реплицироваться в клетках млекопитающих. Род Alphamesonivirus.

Структура и морфология

Вирионы Nidovirales имеют сферическую или плеоморфную форму, диаметр варьируется от 50 до 200 нм в зависимости от семейства. Обязательным компонентом является липидная оболочка, происходящая из мембран эндоплазматического ретикулума или аппарата Гольджи заражённой клетки. В оболочку встроены гликопротеины, отвечающие за прикрепление к рецепторам клетки-хозяина и слияние мембран.

• Коронавирусы (Coronaviridae) — крупные вирионы (80–120 нм) с характерными булавовидными выступами (пепломерами) из белка S (spike), придающими им вид короны. Помимо S-белка, в оболочку встроены белки M (мембранный), E (оболочечный) и, у некоторых видов, HE (гемагглютинин-эстераза).
• Артеривирусы (Arteriviridae) — более мелкие (50–60 нм), с гладкой поверхностью или короткими выступами. Геном упакован в нуклеокапсид, который у коронавирусов имеет спиральную симметрию, а у артеривирусов — икосаэдрическую.

Геном и репликация

Геном Nidovirales представлен одноцепочечной РНК положительной полярности. Длина генома значительно варьирует: от 12–15 тысяч нуклеотидов (тыс. нт) у артеривирусов до 30–32 тыс. нт у коронавирусов, что делает их одними из самых крупных РНК-вирусов.

Ключевые особенности репликации

1. Синтез субгеномных РНК (сгРНК). Это главная отличительная черта отряда. В ходе репликации вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) синтезирует не только полную геномную РНК, но и набор более коротких субгеномных мРНК. Каждая такая мРНК кодирует один или несколько белков, расположенных в 3'-концевой части генома. Синтез сгРНК происходит с помощью механизма «прерывистой транскрипции» (у коронавирусов) или с использованием лидер-тело-слияния.
2. Репликационно-транскрипционный комплекс (РТК). Репликация и транскрипция происходят в мембранных везикулах, образованных из мембран эндоплазматического ретикулума. В состав РТК входят RdRp, геликаза, экзонуклеаза (ExoN), обеспечивающая коррекцию ошибок (proofreading), что нехарактерно для большинства РНК-вирусов. Наличие ExoN объясняет относительно низкую скорость мутирования коронавирусов по сравнению с другими РНК-вирусами (например, вирусом гриппа).
3. Полипротеины. Геномная РНК транслируется непосредственно в рибосомах клетки-хозяина, образуя два больших полипротеина (pp1a и pp1ab), которые затем расщепляются вирусными протеазами на 15–16 неструктурных белков (nsps), формирующих РТК.

Патогенез и заболевания

Nidovirales поражают различные системы органов, преимущественно респираторный тракт, желудочно-кишечный тракт и нервную систему. У человека наибольшее значение имеют коронавирусы.

Коронавирусы человека

• SARS-CoV (Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus) — возбудитель атипичной пневмонии (SARS). Вспышка 2002–2003 годов. Летальность около 10%. Природный резервуар — летучие мыши, промежуточный хозяин — циветты.
• MERS-CoV (Middle East Respiratory Syndrome coronavirus) — возбудитель ближневосточного респираторного синдрома. Вспышки с 2012 года. Летальность около 35%. Резервуар — верблюды.
• SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus 2) — возбудитель COVID-19. Пандемия с 2020 года. Летальность варьирует, но значительно ниже, чем у SARS-CoV и MERS-CoV. Природный резервуар — летучие мыши, промежуточный хозяин не установлен окончательно.
• Эндемичные коронавирусы (HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63, HCoV-HKU1) — вызывают лёгкие респираторные инфекции (до 30% случаев «простуды»).

Артеривирусы

• Вирус артериита лошадей (EAV) — вызывает респираторные и репродуктивные нарушения у лошадей.
• Вирус репродуктивно-респираторного синдрома свиней (PRRSV) — одно из самых экономически значимых заболеваний в свиноводстве, приводящее к абортам, мертворождению и респираторным болезням поросят.
• Вирус геморрагической лихорадки обезьян (SHFV) — поражает макак, вызывая тяжёлое заболевание, сходное с геморрагической лихорадкой Эбола.

Ронивирусы

• Вирус жёлтой головы креветок (YHV) — вызывает массовую гибель креветок в аквакультуре, особенно в Юго-Восточной Азии.

Эволюция и происхождение

Считается, что Nidovirales произошли от общего предка, который, вероятно, инфицировал беспозвоночных. Эволюция в сторону увеличения генома (у коронавирусов) стала возможной благодаря приобретению экзонуклеазы ExoN, снижающей частоту мутаций. Филогенетический анализ показывает, что коронавирусы позвоночных произошли от вирусов летучих мышей, которые являются их природным резервуаром. Артеривирусы, вероятно, произошли от вирусов насекомых, а затем адаптировались к млекопитающим.

Интересные факты

• Размер генома SARS-CoV-2 (около 30 тыс. нт) почти в 4 раза превышает размер генома вируса гриппа и в 10 раз — ВИЧ.
• Название «коронавирус» было предложено в 1968 году группой вирусологов, наблюдавших под электронным микроскопом характерные выступы, напоминающие солнечную корону.
• Вирус артериита лошадей (EAV) был впервые выделен в 1953 году, но его таксономическая принадлежность к Nidovirales была установлена только в 1990-х годах.
• У коронавирусов обнаружен механизм «рибосомального сдвига» (frameshifting), позволяющий транслировать два полипротеина из одной мРНК.

Источники

• International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV). Virus Taxonomy: 2023 Release.
• Gorbalenya, A. E., et al. (2006). Nidovirales: evolving the largest RNA virus genome. Virus Research, 117(1), 17-37.
• Masters, P. S. (2006). The molecular biology of coronaviruses. Advances in Virus Research, 66, 193-292.
• Snijder, E. J., et al. (2013). Arterivirus molecular biology and pathogenesis. Journal of General Virology, 94(10), 2141-2163.
• World Health Organization (WHO). Coronavirus disease (COVID-19) pandemic.