Генетическая изменчивость ВИЧ

Ретровирусы вообще отличаются от всех других форм жизни более высокой частотой генетических изменений в процессе самовоспроизводства, то есть репликации. Именно применительно к ретровирусам было введено понятие квази-видов (viral quasispecies), так как потомки уже в первом поколении существенно отличаются от родителей. Частота генетических ошибок при репликации для клеток эукариот и прокариот составляет 10 в(-7)ст – 10 в(-9)ст ошибки/на геном/на цикл репликации. У ретровирусов, в том числе и у ВИЧ, эта частота на 3 или 4 порядка выше и составляет 10в(-4)ст – 10 в(-5)ст ошибок/на геном/ на цикл репликации. Так как геном у ВИЧ содержит 10 в(4)ст нуклеотидов в длину, то, следовательно, в каждом первом геноме при каждой репликации есть хотя бы одна генетическая ошибка, то есть ни один дочерний вирион не воспроизводит родительский вирион в точности. То есть, ВИЧ существует не иначе как только в качестве множества квази-видов.
Мутантные провирусы лентивирусов, в том числе ВИЧ, накапливаются, аккумулируются в организме в различных клетках в течение периода латентной инфекции. Тем самым создается огромный генетический пул провирусов, спрятанных в клетках от элиминирующих механизмов макроорганизма, что позволяет выжить каким-то вариантам вируса под давлением самых разных факторов эволюционного отбора. Это свойство отличает ВИЧ от, например, РНК-содержащих вирусов типа вируса гриппа А. При выделении вируса из организма в культуре in vitro идет интенсивная рекомбинация геномов квази-видов и в итоге определение последовательности нуклеотидов методом цепной полимеразной реакции в дочерних вирионах показывает сильные различия с исходным вирусом. В каждом конкретном опыте удается выявить 5-6 вариантов. При этом отличия в составе и последовательности нуклеотидов между изолятами составляют в одних случаях 1-2%, в других – до 25% нуклеотидов генома.
Точечные мутации в геноме ВИЧ не являются равновероятно разнообразными: с максимальной частотой происходит замена гуанозина (G) на аденозин (А), что обозначается в символах «G → А». В связи с этим применяется понятие «гипермутация», что означает мутацию, встречающуюся гораздо чаще прочих. Например, в одном конкретном опыте [Wain-Hobson S., 1990] обнаружено 23 мутации G → А всего на 286 пар нуклеотидов в провирусе ВИЧ. Большинство замен G на А идет в динуклеотиде GrA. Механизм такой мутации в молекулярной генетике называется дислокацией и представляется состоящим из 4-х стадий:

• 1) по неизвестным причинам происходит дислокация праймера, в результате чего на матрице образуется один неспаренный остаток дезокситимидина (dT);
• 2) на следующей стадии элонгации праймера образуется оппозитный неспаренный остаток дезоксиаденозина (dA) и, как следствие, внеспиральный дезокситимидин (dT);
• 3) на стадии взаиморасположения праймера с затравкой происходит ошибка в спаривании: rG (или dG) с dT;
• 4) несмотря на эту ошибку продолжается элонгация генома, причем rG или dG не копируются при репликации.

В жизненном цикле ВИЧ есть три стадии, на которых могут происходить точечные мутации: это обратная транскрипция с геномной РНК на «минус»-цепь ДНК, затем синтез «плюс»-цепи ДНК при возникновении провируса и, наконец, транскрипция РНК с ДНК провируса.
Почему преобладают замены G на А – неизвестно. В геноме ВИЧ содержание А составляет 34%. Столь же велико оно и у других известных лентивирусов животных и составляет в среднем 34-38%, тогда как у ретровирусов, не являющихся лентивирусами, содержание А не превышает 22-30%. Естественно возникает вопрос, не является ли гипермутация G → А не свойством лентивирусов, а артефактом, приобретенным в эксперименте в ходе цепной полимеразной реакции, катализируемой полимеразой Taq. Опыты H.Temin и V.K.Pathak на вирусе некроза селезенки (SNN) (это ретровирус С-типа птиц) показали наличие той же гипермутации G → А, хотя выполнялись без применения Taq-полимеразы и ЦПР. Так что возможно, что гипермутация G → А является собственным свойством лентивирусов, а не Taq-полимеразы.