Эволюция вирусов

часть геномов этих семейств (больше, чем 20 000 п.н.) занимает ген 
репликазы
,
содержащий домен ExoN, кодирующий от 3',5'-экзорибонуклеазу. Поскольку эта область
ExoN является гомологичной клеточным белкам суперсемейства DEDD экзонуклеаз,
вовлеченных в коррекцию и 
репарацию
[33]
, возможно, что коронавирусы и Roniviruses
сокращают количество ошибок посредством своего рода корректирующей активности
3',5'-экзорибонуклеазы. Это, в свою очередь, сокращает мутационное давление и
допускает большие размеры генома.
Последнее важное отличие между РНК- и дцДНК-вирусами относительно размера
генома — то, что первые (а также оцДНК-вирусы) часто используют перекрывающиеся
открытые рамки считывания, тогда как они менее распространены у последних
(несмотря на то, что, например, гены M065R и M066R поксвирусного вируса миксомы
перекрываются на 100 п.н.). Belshaw и др.
[34]
отметил 819 случаев перекрытия генов
среди 701 генома РНК вирусов; 56 % исследованных вирусов имели некоторую степень
перекрытия генов, почти всегда включающую сдвиг рамки считывания на +1 или −1.
Кроме того, РНК-вирусы с более длинными геномами имеют тенденцию показывать
меньшую степень перекрытия генов, чем вирусы с более короткими геномами
[34]
.
Несмотря на то, что точные эволюционные процессы, ответственные за эволюцию
перекрывающихся рамок считывания, являются до конца неясными, они точно

---

позволяют увеличить количество разнообразных белков, закодированных одной
нуклеотидной последовательностью.
Эволюция организации генома
Можно утверждать, что у вирусов наблюдается наибольшее разнообразие видов
нуклеиновых кислот
 и структур организации 
генома
, чем у любой другой группы
организмов. Помимо очевидного разделения на 
РНК-вирусы
, 
ДНК-вирусы
и
ретровирусы
, эти группы могут подразделяться на вирусы с положительной и
отрицательной цепью нуклеиновой кислоты, на вирусы содержащие одну или две цепи
нуклеиновой кислоты, на вирусы с целым или сегментированным геномом (которые
обычно являются многокомпонентными в случае 
оц(+)РНК
вирусов растений
), и
наконец на те, что используют субгеномные РНК, и те, подобно коронавирусам, которые
используют 
сдвиг рамки считывания рибосомы
. Поэтому ключевой задачей для
эволюционных вирусологов является объяснение того, почему существует такое
разнообразие структур вирусных геномов. Один из наиболее обсуждаемых вопросов
относительно эволюции структур геномов РНК-вирусов заключается в том, почему
некоторые из них сегментированные, а другие нет. Одна из теорий состоит в том, что
сегментации генома развивалась как способ увеличения генетического разнообразия
путем увеличения числа возможных вариантов сочетания разных фрагментов друг с
другом, так называемая 
реассортация
, хотя эта теория кажется маловероятной
[35]
. Точно
так же нет убедительных доказательств того, что сегментация генома способствует
возникновению более длинных геномов. Другое объяснение заключается в том, что
сегментация генома, особенно у многокомпонентных вирусов, является результатом
внутриклеточного отбора в пользу более коротких РНК, которые превосходят их
полноразмерные аналоги по скорости репликации
[36]
. Однако эта теория не может дать
убедительное объяснение тому, почему многокомпонентные вирусы почти все
ограничены вирусами растений.
Конкурирующая теория происхождения сегментированных геномов состоит в том, что
сегментация позволяет лучше контролировать 
экспрессию генов
. Очевидно, что всем
РНК-вирусам необходимо контролировать уровень каждого производимого ими белка.
У многих оц(+)RNA-вирусов такой 
контроль
происходит на уровне 
трансляции
,
поскольку это обязательная первая стадия в жизненном цикле вируса. Дополнительные
ограничения, с которыми сталкиваются вирусы этого типа, заключаются в том, что
эукариотические
 
рибосомы
 распознают только 5’-регион молекул 
мРНК
, так что
внутренние стартовые кодоны не используются, а мРНК обычно 
моноцистронная
[37]
.
…

---

Поэтому многие оц(+)RNA-вирусы, просто транслируют свою РНК в один полипротеин,
который 
протеолитически
 расщепляется на индивидуальные белки. Этот тип
организации генома могут представлять предковый тип организации генома оцРНК-
вирусов. Хотя такая организация генома обеспечивает эффективную репликацию, при
трансляции производятся одинаковые количества каждого белка, так что возможность
контроля над экспрессией генов невелика. Как следствие, другие оц(+)RNA-вирусы
разработали множество более сложных способов контроля экспрессии генов, все из
которых можно рассматривать как способы разделения вирусного генома на
отдельные транскрипционные единицы, внутри которых транскрипция (и трансляция)
может происходить независимо и с разной силой. Такое разделение может
представлять собой создание нескольких сегментов генома, использование
субгеномных РНК, или использование сдвига рамки считывания рибосомы на -1 для
создания нескольких открытых рамок считывания, как в случае 
коронавирусов
и
ронивирусов
[37]
.
Совершенно иначе обстоит дело с 
оц(-)РНК-вирусами
. Поскольку оц(-)RNA-вирусам
необходимо транскрибировать свои геномы в мРНК, перед их трансляцией, некоторый
контроль над экспрессией генов может происходить на этом этапе транскрипции. С
одной (-)цепи РНК может быть транскрибировано несколько мРНК, при этом первая
мРНК (транскрипция которой начинается ближе всех к 3’-концу) будет представлена в
большей концентрации, а последняя (5’-концевая) мРНК в наименьшей концентрации.
То есть в зависимости от расположения старта транскрипции мРНК в геноме вируса
создается транскрипционный градиент. Следовательно, возможно, что способность
лучше контролировать экспрессию генов посредством контроля транскрипции сама по
себе представляет собой причину, по которой в первую очередь возникали геномы с
антисмысловой (-)РНК. В этом отношении важно, что геномы несегментированных
оц(-)РНК– вирусов обладают высококонсервативным порядком генов, составляют
одну группу при построении 
филогенетических деревьев
на основе
последовательностей полимераз, и могут быть легко классифицированы в пределах
группы