Ротавирусы () — род вирусов с двунитевой сегментированной РНК, принадлежащий к семейству реовирусов (Reoviridae), возбудители ротавирусной инфекции.
Внешний вид частиц напоминает «колесо с широкой ступицей, короткими спицами и чётко очерченным ободком», из-за чего они и получили своё название (от — «колесо»).
Виды Известно 9 видов данного рода, обозначаемых латинскими буквами A—J. Человек может инфицироваться видами A, B и C, при этом возбудителем более 90 % ротавирусных инфекций является наиболее часто встречаемый вид — ротавирус A. Виды с A по D могут вызывать болезни у других животных. К виду Ротавирус A относится несколько серотипов. Как и в случае с вирусом гриппа, здесь применяется двойная классификация по подтипам поверхностных белков: серотипы G определяются вариациями гликопротеина VP7, а серотипы P — протеазочувствительным белком VP4. Поскольку гены, определяющие G- и P-типы, наследуются независимо друг от друга, встречаются различные их комбинации.
Структура Геном ротавируса состоит из 11 уникальных двунитевых молекул РНК, состоящих в общей сложности из . Нити нумеруются от 1 до 11 в порядке уменьшения длины, каждая представляет собой один ген. Каждый ген кодирует один белок, за исключением гена 9, кодирующего два белка. РНК окружена трёхслойным белковым капсидом в форме усечённого икосаэдра. Каждый из слоёв сложен отдельным вирусным белком. Внутренний и средний слои перфорированы каналами. Средний слой визуально содержит «спицы колеса» (белок VP6) и является важнейшим компонентом вириона.Carter J., & Saunders V. A. (2007). Virology: principles and applications. John Wiley & Sons; 148—151. Размер вируса — 76,5 нм в диаметре, суперкапсида нет.
Белки Вирион сформирован шестью структурными вирусными протеинами (VP), которые обозначаются как VP1, VP2, VP3, VP4, VP6 и VP7. Инфицированная вирусом клетка продуцирует также шесть неструктурных белков (NSP), не являющихся частью вирусной частицы. Они обозначаются: NSP1, NSP2, NSP3, NSP4, NSP5 и NSP6.
По крайней мере шесть из двенадцати кодируемых геномом вируса белков связываются с РНК. Роль этих белков в репликации вируса до конца не выяснена; их функции, как считается, относятся к синтезу РНК и его упаковке в вирион, транспортировке мРНК к месту репликации, трансляции мРНК и регуляции экспрессии генов.
Структурные белки VP1 располагается в ядре вирусной частицы и представляет собой фермент — РНК-полимеразу. В инфицированной клетке фермент осуществляет синтез мРНК для дальнейшего производства вирусных белков, а также синтез сегментов РНК вирусного генома для новых вирионов.
VP2 формирует ядро вируса и связывает вирусный геном.
VP3 также составляет ядро вириона и является ферментом гуанилил-трансферазой. Данный фермент катализирует образование 5'-кэп во время процессинга пре-мРНК. Кэп стабилизирует вирусную мРНК, защищая её от утилизации нуклеазами.
VP4 расположен на поверхности вириона и выступает с неё в виде шипа. Он связывается с рецепторами на поверхности клеток и управляет внедрением вируса в клетку. Для того, чтобы вирус смог вызывать инфекцию, VP4 должен быть модифицирован находящимся в кишечнике ферментом трипсином в VP5* и VP8*. Именно VP4 определяет вирулентность вируса. VP4 используется для серотипической классификации ротавирусов наряду с VP7.
VP6 формирует толщу капсида. Этот белок крайне антигенен и может использоваться для определения вида ротавируса. Этот белок используется для определения инфекции, вызванной ротавирусом А, в лабораторных тестах.
VP7 — структурный гликопротеин, формирующий наружную поверхность вириона. Он определяет G-тип серологической классификации и вместе с VP4 участвует в формировании иммунитета к инфекции.
Неструктурные белки NSP1, продукт гена 5, является неструктурным РНК-связывающим белком. NSP1 также блокирует продукцию интерферона, части врождённой иммунной системы, защищающей клетки от вирусной инфекции. NSP1 вынуждает протеасомы к лизису ключевых сигнальных компонентов, необходимых для стимуляции продукции интерферона в заражённой клетке и для реакции на интерферон, секретируемый соседними клетками. Целями для протеолитической деградации становятся несколько регуляторных факторов интерферона.
NSP2 — РНК-связывающий белок, аккумулируется в цитоплазматических включениях (вироплазмах) и участвует в репликации генома.
NSP3 связывается с вирусной мРНК в заражённых клетках и отвечает за выключение синтеза клеточных белков. NSP3 инактивирует два фактора инициации трансляции, необходимые для синтеза белков из мРНК клетки-хозяина. Во-первых, NSP3 выталкивает поли(а)-связывающий белок (PABP) из фактора инициации трансляции eIF4F. PABP необходим для эффективной трансляции транскриптов с 3'-хвостами, которые обнаруживаются у большинства транскриптов клетки-хозяина. Во-вторых, NSP3 инактивирует eIF2, стимулируя его фосфорилирование. В то же время эффективная трансляция вирусной мРНК не требует двух этих факторов, поскольку эта РНК не содержит 3'-концов.
NSP4 — вирусный энтеротоксин, вызывающий диарею. Является первым обнаруженным вирусным энтеротоксином.
NSP5 кодируется сегментом 11 генома ротавируса А и в инфицированных вирусом клетках накапливается в вироплазмах.
NSP6 является белком, связывающим нуклеиновые кислоты, кодируется геном 11 по внефазовой открытой рамке считывания.
+ Гены и белки ротавируса Сегмент РНК (Ген) Размер, спаренных оснований Белок Молекулярная масса, kDa ПоложениеКопий на частицу Функция 1 3302 VP1 125 В вершинах ядра<25 РНК-зависимая РНК-полимераза 2 2690 VP2 102 Формирует внутреннюю оболочку ядра120 Стимулирует вирусную РНК-репликазу 3 2591 VP3 88 В вершинах ядра<25 метилтрансфераза, мРНК-кэпирующий фермент 4 2362 VP4 87 Шипы на поверхности капсида120 Прикрепление к клетке, вирулентность51611 NSP1 59Неструктурный белок0Связывание 5’РНК, блокирование продукции интерферона61356 VP6 45Толща капсида (средний слой)780Структурная функция; видоспецифичный антиген71104 NSP3 37Неструктурный белок0Усиливает активность вирусной мРНК, выключает синтез клеточных белков81059 NSP2 35Неструктурный белок0НТФаза, участвует в упаковке РНК91062VP71 VP7238 и 34На поверхности780Структурный белок; нейтрализирующий антиген10751 NSP4 20Неструктурный белок0 Энтеротоксин11667 NSP5 NSP6 22Неструктурный белок0 оцРНК- и дцРНК-связывающий модулятор активности NSP2, фосфопротеин Таблица составлена на основе штамма обезьяньего ротавируса SA11Desselberger U. Rotavirus: basic facts. In Rotaviruses Methods and Protocols. Ed. Gray, J. and Desselberger U. Humana Press, 2000, pp. 1—8. ISBN 0-89603-736-3Patton J. T. Rotavirus RNA replication and gene expression. In Novartis Foundation. Gastroenteritis Viruses, Humana Press, 2001, pp. 64—81. ISBN 0-471-49663-4. Размеры генов у некоторых других штаммов могут отличаться.
Репликация
Ротавирусы реплицируются главным образом в кишечнике и заражают энтероциты ворсинок тонкого кишечника, что приводит к структурным и функциональным изменениям эпителия. Тройная белковая оболочка делает их устойчивыми к кислой среде желудка и пищеварительным ферментам в кишечнике.
Существует два возможных пути проникновения вируса в клетку: прямая пенетрация через клеточную мембрану и эндоцитоз. Предполагается, что трансмембранное проникновение опосредовано гидрофобной областью VP5, являющегося продуктом расщепления VP4. Эта область закрыта у нерасщеплённого VP4, поэтому вирионы с белковыми шипами, не подвергшимися расщеплению, не способны проникнуть в клетку этим способом. Второй путь проникновения — эндоцитоз. Вирус проникает в клетку путём опосредованного рецепторами эндоцитоза и образует везикулы, известные как эндосомы. Белки в третьем слое (VP7 и шип VP4) нарушают мембрану эндосомы, создав разницу в концентрации кальция. Это вызывает распад VP7-тримеров на одиночные белковые субъединицы, при этом оставшиеся вокруг вирусной двунитевой РНК белки VP2 и VP6 образуют двухслойную частицу (DLP).
Одиннадцать дцРНК-нитей остаются под защитой двух белковых оболочек, где вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза создаёт транскрипты мРНК вирусного генома. Оставаясь в ядре вириона, вирусная РНК избегает врождённого иммунного ответа, называемого РНК-интерференцией и вызываемого присутствием двухцепочечной РНК.
Во время инфекции ротавирус производит мРНК для биосинтеза белка и репликации генов. Большинство ротавирусных белков накапливается в вироплазмах, где реплицируется РНК и собираются DLP. Вироплазмы формируются вокруг ядра клетки уже через два часа после начала вирусной инфекции и состоят из вирусных фабрик, создаваемых, как предполагается, двумя вирусными неструктурными белками: NSP5 и NSP2. Ингибирование NSP5 РНК-интерференцией приводит к резкому снижению репликации ротавирусов. DLP мигрируют в эндоплазматический ретикулум, где они получают свой третий, внешний, слой (образованный VP7 и VP4). Потомство вируса высвобождается из клетки путём лизиса.
Передача
Ротавирусы передаются фекально-оральным путем, при контакте с загрязненными руками, поверхностями и предметами и, возможно, дыхательным путем. Вирусная диарея очень заразна. Фекалии инфицированного человека могут содержать более 10 триллионов инфекционных частиц на грамм; для передачи инфекции другому человеку требуется менее 100 из них.
Ротавирусы стабильны в окружающей среде и были обнаружены в образцах устья реки в количестве до 1-5 инфекционных частиц на галлон США. Вирусы выживают от 9 до 19 дней. Санитарные меры, достаточные для уничтожения бактерий и паразитов, по-видимому, неэффективны в борьбе с ротавирусом, поскольку заболеваемость ротавирусной инфекцией в странах с высокими и низкими стандартами здравоохранения одинакова.
Признаки и симптомы Ротавирусный энтерит — это заболевание от легкой до тяжелой степени, характеризующееся тошнотой, рвотой, водянистой диареей и субфебрильной температурой. Как только ребёнок заражается вирусом, проходит инкубационный период продолжительностью около двух дней, прежде чем появляются симптомы. Период болезни острый. Симптомы часто начинаются с рвоты, за которой следует от четырёх до восьми дней обильной диареи. Обезвоживание чаще встречается при ротавирусной инфекции, чем при большинстве случаев, вызванных бактериальными патогенами, и является наиболее частой причиной смерти, связанной с ротавирусной инфекцией.
Ротавирусные инфекции А могут возникать на протяжении всей жизни: первая обычно вызывает симптомы, но последующие инфекции обычно протекают в легкой или бессимптомной форме, поскольку иммунная система обеспечивает некоторую защиту. Следовательно, частота симптоматических инфекций наиболее высока у детей в возрасте до двух лет и постепенно снижается к 45 годам. Наиболее тяжелые симптомы, как правило, возникают у детей в возрасте от шести месяцев до двух лет, пожилых людей и людей с иммунодефицитом. Из-за иммунитета, приобретенного в детстве, большинство взрослых не восприимчивы к ротавирусу; у гастроэнтерита у взрослых обычно есть причина, отличная от ротавирусной, но бессимптомные инфекции у взрослых могут поддерживать передачу инфекции в сообществе. Есть некоторые свидетельства того, что группа крови может влиять на восприимчивость к заражению ротавирусами.
Механизмы заболевания
Ротавирусы размножаются в основном в кишечнике и поражают энтероциты ворсинок тонкой кишки, что приводит к структурным и функциональным изменениям эпителия. У людей, и особенно на животных моделях, имеются доказательства внекишечного распространения инфекционного вируса в другие органы и макрофаги.