Вирус гриппа А и РСВ образуют гибридные вирусные частицы при совместном заражении клеток

Вирионы вируса гриппа А (фиолетовые) и респираторно-синцитиального вируса (сине-зеленые) отпочковываются от поверхности клетки легкого. Изображение с сайта the-scientist.com

Исследователи инфицировали культуру клеток легких человека одновременно вирусом гриппа А (ВГА) и респираторно-синцитиальным вирусом (РСВ). Оказалось, что в результате совместного заражения образуются гибридные вирусы, содержащие поверхностные белки и генетический материал обоих вирусов. Ученые предполагают, что такое взаимодействие вирусов, вызывающих респираторные заболевания, может влиять на ход инфекции, путая иммунную систему и расширяя спектр клеток-мишеней для заражения.

Различные вирусы могут поражать одни и те же типы клеток организма, что создает возможность для совместных инфекций, которые по некоторым оценкам составляют 10–30% случаев ОРВИ (S. Nickbakhsh et al., 2016. Extensive multiplex PCR diagnostics reveal new insights into the epidemiology of viral respiratory infections). Есть работы, показывающие, что вирусы могут влиять друг на друга при совместной инфекции. Например, вирус гриппа А (ВГА) повышает эффективность заражения клеток вирусом SARS-CoV2. Это было показано как in vitro (в культуре клеток), так и in vivo (на мышах). Дело в том, что клетки, зараженные вирусом гриппа, начинают синтезировать и выставлять на своей поверхности больше молекул ангиотензинпревращающего фермента-2 (ACE2), который SARS-CoV2 использует для проникновения в клетку. Молекулярный механизм такого влияния гриппа на клетки пока неизвестен.

Бывают и обратные ситуации. Например, если вирус гриппа А попадает в организм, два дня назад зараженный риновирусом, то симптомы гриппа оказываются мягче, а выздоровление происходит быстрее (A. J. Gonzalez et al., 2018. Attenuation of Influenza A Virus Disease Severity by Viral Coinfection in a Mouse Model). Происходит это из-за того, что риновирус вызывает в дыхательных путях небольшое воспаление, тем самым подготавливая иммунную систему к встрече с более грозным врагом — вирусом гриппа. А если вирусы попадают в организм в обратном порядке, то грипп, наоборот, проходит более тяжело.

Существует еще много примеров влияния одних вирусов на эффективность других при совместной инфекции. Однако, образования в полном смысле слова гибридных вирусов — то есть вирусных частиц, слепленных из белков и генетического материала двух разных вирусов, — ранее никто не наблюдал.

Бывает, что один вирус заимствует белки другого. Умбравирусы — вирусы растений, не имеющие собственного белка оболочки, поэтому они могут проникать в растения только через повреждения. Но при совместной инфекции с лютеовирусами умбравирусы одеваются в их белки оболочки, приобретая способность переноситься тлями.

Однако образование в клетках вирусных гибридов, содержащих генетический материал и белки двух эволюционно далеких вирусов, ранее никто не наблюдал.

По данным ВОЗ, респираторно-синцитиальный вирус (РСВ) — один из основных возбудителей ОРВИ. Инфекция может протекать тяжело у детей при первом заражении и у пожилых. Несмотря на то, что вирус был впервые выделен в 1955 году, до сих пор против него нет одобренной ВОЗ вакцины.

Когда говорят о вирусе как о физическом объекте, используют термин «вирион» (или «вирусная частица»). Вирион РСВ обычно нитчатый, диаметром 0,060–0,2 мкм и длиной до 10 мкм; он покрыт суперкапсидом — липидной оболочкой, формирующейся из мембраны зараженной клетки со встроенными вирусными белками (M. B. Battles, J. S. McLellan, 2019. Respiratory syncytial virus entry and how to block it). Вирусам с такой оболочкой не нужно разрушать клетку, чтобы покинуть ее: они отпочковываются от поверхности клетки, забирая кусочек клеточной мембраны.

Вирионы РСВ (вытянутые голубые образования) на фоне культуры клеток эпителия легких человека. Желтые точки — специальные антитела, при помощи которых помечают поверхностные белки вирионов. Микрофотография сделана с помощью сканирующего электронного микроскопа и раскрашена. Изображение с сайта en.wikipedia.org

Геном РСВ кодирует 11 белков. За проникновение в клетку отвечают два встроенных в суперкапсид гликопротеина — G и F. Оба они способны связываться с некоторыми молекулами на клеточной поверхности, но какие из них вирус использует при инфекции, пока неизвестно. Белок G синтезируется и в свободной форме: множество его копий секретируется (выделяется) из клетки, отвлекая иммунную систему. F-белок обеспечивает слияние (fusion) вирусной и клеточной мембран.

В геноме вируса гриппа А тоже закодировано 11 белков (S. Clancy, 2008. Genetics of the Influenza Virus). Как и РСВ, ВГА обернут в суперкапсид. Его поверхностные белки — гемагглютинин и нейраминидаза. С помощью гемагглютинина вирус связывается с сиаловыми кислотами на поверхности клеток — с этого и начинается заражение (A. Varki, 2008. Sialic acids in human health and disease). Нейраминидаза — фермент, способный отрывать сиаловые кислоты от поверхности клетки, что предотвращает залипание на ней вирусного потомства при покидании клетки. Вирионы ВГА могут быть сферическими с диаметром 0,1 мкм, но могут быть и нитчатыми, достигая более 20 мкм в длину.

Клетка с вирионами ВГА на своей поверхности. Фотография сделана с помощью сканирующего электронного микроскопа и раскрашена. Изображение с сайта npr.org

У обоих вирусов формирование суперкапсида и отсоединение вирусной частицы от клетки происходит за счет встраивания в мембрану клетки поверхностных вирусных белков. Располагаясь на определенном расстоянии друг от друга, они вызывают искривление мембраны, формируя на поверхности клетки выпячивание вокруг вириона, превращающееся в самостоятельную вирусную частицу.

Заразив in vitro культуру клеток легких человека сразу обоими вирусами, исследователи наблюдали на поверхности клеток длинные выпячивания, содержащие поверхностные белки обоих вирусов. Это было подтверждено с помощью иммунофлуоресцентного анализа. При этом белки РСВ располагались вдоль выростов, а белки ВГА — на их концах. Выпячивания могли отсоединяться от клеток, образуя гибридные вирусные частицы. При этом они несли в себе генетический материал обоих вирусов и могли заражать другие клетки той же культуры.

Изображение гибридной вирусной частицы, полученное методом криоэлектронной томографии, а затем раскрашенное. Желтые точки и синяя область — поверхностные белки и генетический материал ВГА, синие точки и желтая область — поверхностные белки и генетический материал РСВ. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Антитела против F-белка РСВ справляются с гибридными вирусами так же хорошо, как и с РСВ. При этом, однако, гибридные вирусные частицы менее эффективно нейтрализуются антителами против гемагглютинина, чем вирус гриппа. Ученые установили, что вирусы-гибриды могут доставлять генетический материал ВГА в клетки, не имеющие на поверхности сиаловых кислот, — и это при том, что сам вирус гриппа А на это не способен. Получается, что гибридные вирионы могут переносить генетический материал ВГА в клетки, в которые может проникать РСВ. А этот вирус способен заражать много типов клеток. ВГА инфицирует в основном клетки верхних (нос и глотка) и средних (гортань, трахея и бронхи) дыхательных путей, но в составе вирусного гибрида предположительно может проникнуть и в нижние отделы дыхательной системы (бронхиолы и альвеолы). Проведенное исследование говорит о том, что осложнения острых респираторных инфекций могут быть связаны с образованием химерных вирусов.

Источник: Joanne Haney, Swetha Vijayakrishnan, James Streetley, Kieran Dee, Daniel Max Goldfarb, Mairi Clarke, Margaret Mullin, Stephen D. Carter, David Bhella & Pablo R. Murcia. Coinfection by influenza A virus and respiratory syncytial virus produces hybrid virus particles // Nature Microbiology. 2022. DOI: 10.1038/s41564-022-01242-5.

Галина Клинк