TWiV 1235: Рекомбинация препятствует ликвидации
Обсуждение рекомбинации РНК энтеровирусов и ее влияния на ликвидацию полиомиелита, включая механизмы, вызовы для вакцин и стратегии.

This Week in Virology
13 июл. 2025 г.
Время чтения:
3 мин
Дэвид Бартон из Университета Колорадо, его коллега Брайан Кемп и Олив Пирсен из Университета штата Колорадо обсуждают рекомбинацию РНК энтеровирусов и ее роль в препятствии ликвидации полиомиелита.
Структура и механизм РНК-полимеразы полиовируса
Олив Пирсен характеризует РНК-зависимую РНК-полимеразу полиовируса как 500-аминокислотную цепь, напоминающую правую руку. Структура включает три домена: ладонь (содержит активный центр), большой палец и пальцы. Матричная РНК входит через верх пальцев, поворачивает на 90 градусов и выходит вдоль ладони. Нуклеотиды проникают через отверстие между большим пальцем и указательным пальцем, достигают активного центра и образуют дуплекс, который выходит в сторону исследователя.
Ключевое отличие вирусных полимераз: в отличие от клеточных полимераз, которые связывают нуклеотид и переносят его к предструктурированному активному центру, вирусные РНК-полимеразы сначала связывают нуклеотид, а затем структурируют активный центр под ним. Это требует минимального молекулярного движения (1-1,5 ангстрема) для закрытия активного центра и запуска химической реакции.
Разделение дуплексной РНК происходит вне полимеразы. Механизм точно не установлен, но известно, что одна полимераза может разделить дуплекс, образованный предыдущей полимеразой.
Асимметрия синтеза РНК
Полиовирус производит плюс-нити в соотношении 50-200:1 по сравнению с минус-нитями. Механизм включает:
Фиксацию минус-нити в мембранном репликационном комплексе
Продукцию сотен уридилированных VPG-праймеров (VPG-UU)
Итеративное использование этих праймеров для синтеза множественных плюс-нитей с одной минус-нити
Механизм РНК-рекомбинации
Определение: рекомбинация — это процесс создания химерной РНК путем копирования части одной матрицы, переключения на другую матрицу и продолжения копирования. Бартон классифицирует это как "половое размножение" в противоположность "бесполому" обычному копированию.
Эффективность: в экспериментальной системе Брайана Кемпа рекомбинация происходит с частотой 0,1-1% от нормальной репликации. Система использует полноразмерный вирус с летальной делецией GDD в активном центре полимеразы и субгеномный репликон без капсидных генов.
Молекулярный механизм: рекомбинация происходит преимущественно во время синтеза минус-нити, поскольку всегда присутствует избыток плюс-нитей. Новосинтезированная минус-нить отделяется от полимеразы и матрицы, находит родственную плюс-нить и гибридизуется с ней для завершения синтеза.
Гомологичность: полимераза использует только 4-5 пар оснований двуцепочечной РНК непосредственно рядом с активным центром для определения гомологичных сайтов кроссовера. Это оставляет место для "промискуитета" — негомологичной рекомбинации.
Группы рекомбинации энтеровирусов
Исследователи выделили четыре группы рекомбинации среди энтеровирусов, основанные на 94% сходстве полимеразы на аминокислотном уровне. Полиовирусы типов 1, 2 и 3 входят в группу рекомбинации 4 вместе с вирусами Коксаки A13, A20, A21, A24 и другими.
Важное наблюдение: классификация ICTV на основе капсидных генов не совпадает с группами рекомбинации. Не все энтеровирусы C рекомбинируют друг с другом.
Биологическое значение рекомбинации
Рекомбинация служит механизмом "исправления ошибок" для противодействия катастрофе ошибок. Мутация L420A в полимеразе снижает рекомбинацию в 50-100 раз и делает вирусы значительно более чувствительными к катастрофе ошибок, вызванной рибавирином.
Проблемы с новой оральной полиовакциной типа 2 (nOPV2)
nOPV2 была разработана для предотвращения реверсии к нейровирулентности, но в природе наблюдаются двойные рекомбинационные события, которые "хирургически" удаляют все аттенуирующие мутации.
Дизайн nOPV2:
Мутации в 5'-UTR (IRES) для предотвращения точечных реверсий
Перемещение cis-репликационного элемента (CRE) из гена 2C в 5'-область для защиты от простой рекомбинации
Реальность: вирусы успешно выполняют последовательные рекомбинационные события — сначала восстанавливают естественный CRE, затем заменяют аттенуированную 5'-область на вирулентную от других энтеровирусов C.
Ограничения стратегии ликвидации
Циркулирующие полиовирусы вакцинного происхождения (cVDPV) продолжают появляться даже после применения nOPV2. В Папуа — Новой Гвинее обнаружены cVDPV2 как рекомбинанты, несмотря на предполагаемое отсутствие циркулирующих энтеровирусов C.
Фундаментальная проблема: каждая доза OPV потенциально может стать источником новой вспышки. Использование живого вируса для борьбы с полиомиелитом — это "борьба огнем с огнем".
Альтернативный подход с кодон-деоптимизированным вакцинным штаммом, который аттенуировал капсидные гены, мог бы быть более эффективным, поскольку рекомбинация не смогла бы восстановить вирулентность без доступных генов капсида полиовируса в природе.
📌 Основные выводы для практикующих врачей:
РНК-рекомбинация энтеровирусов происходит с частотой 0,1-1% и служит механизмом "полового размножения" для обмена генетическим материалом между родственными вирусами
Группы рекомбинации определяются 94% сходством полимеразы, а не классификацией ICTV по капсидным генам — полиовирусы рекомбинируют только с подгруппой энтеровирусов C
nOPV2 не решает проблему реверсии — двойные рекомбинационные события восстанавливают вирулентность через замену всех аттенуирующих элементов
Каждая доза OPV может стать источником cVDPV — стратегия "борьбы огнем с огнем" имеет фундаментальные ограничения
Для ликвидации полиомиелита требуется новый подход — предпочтительно безнуклеиновая вакцина, индуцирующая устойчивый мукозальный иммунитет
Конспект подкаста представлен исключительно в информационных целях и не предназначен для постановки диагноза или назначения лечения.