Jens H. Kuhn, Gaya K. Amarasinghe, Christopher F. Basler, Sina Bavari, Alexander Bukreyev, Kartik Chandran, Ian Crozier, Olga Dolnik, John M. Dye, Pierre B. H. Formenty, Anthony Griffiths, Roger Hewson, Gary P. Kobinger, Eric M. Leroy, Elke Mühlberger, Sergei V. Netesov (Нетёсов Сергей Викторович), Gustavo Palacios, Bernadett Pályi, Janusz T. Pawęska, Sophie J. Smither, Ayato Takada (高田礼人), Jonathan S. Towner ja Victoria Wahl

Corresponding author: Jens H. Kuhn ([email protected])
Edited by: Stuart G. Siddell ja Peter J. Walker
Postitettu: Maaliskuu 2019, päivitetty lokakuu 2020
PDF: ICTV_Filoviridae.pdf

Tiivistelmä

Filoviridae-heimon jäsenet tuottavat erimuotoisia, usein filamenttisia, kuorellisia virioneja, jotka sisältävät lineaarisia 15-19 kb:n pituisia, negatiivisen aistimuksen omaavia, ei-segmentoituja RNA-genomeja (taulukko 1. Filoviridae). Perheeseen kuuluu kuusi sukua. Useat filovirukset (esim. Ebola-virus, Marburg-virus) ovat ihmiselle patogeenisiä ja erittäin virulentteja. Lepakot ovat joidenkin filovirusten (esim. Marburg-virus, Ravn-virus) luonnollisia isäntiä, kun taas toiset tartuttavat kaloja (esim. Huángjiāo-virus, Xīlǎng-virus).

Taulukko 1.Filoviridae. Filoviridae-heimon jäsenten ominaispiirteet

Ominaispiirre	Kuvaus
Tyypillinen jäsen	Marburg virus , laji Marburg marburgvirus, suku Marburgvirus
Virus	Koteloitu, erimuotoinen, yhdellä nukleokapsidilla tai polyploidi
Genomi	Noin 15-19 kb lineaarista negatiivista, ei-segmentoitua RNA:ta
Replikaatio	Antigeeninominen RNA:n välittäjäaineena replikaatio. Sekä genomi että antigenomi muodostavat ribonukleoproteiinikomplekseja, jotka toimivat templaatteina
Translaatio	Moninkertaisista 5′-kapseloiduista ja 3′-polyadenyloiduista mRNA:ista
Host range	Primaatit (ebolavirukset, marburgvirukset), lepakot (cuevavirukset, dianlovirukset, marburgvirukset, todennäköisesti ebolavirukset), kotieläimenä pidettävät siat (Reston-virus) ja kalat (striavirukset, thamnovirukset) saavat luonnostaan tartunnan
Taksonomia	Luokka Riboviria, heimo Negarnaviricota, alalaji Haploviricotina, luokka Monjiviricetes, järjestys Mononegavirales: Perheeseen kuuluu kuusi sukua (Cuevavirus, Dianlovirus, Ebolavirus, Marburgvirus, Striavirus ja Thamnovirus) ja yhteensä yksitoista lajia

Kuusi sukuun määritetyt virukset muodostavat RNA-ohjatun RNA-polymeraasin (RdRP) sekvenssien fylogeneettisen analyysin perusteella monofyleettisen kladin (Wolf ym., 2018). Kaikkien kuuden suvun virusten genomeilla on samanlainen genominen arkkitehtuuri.

Nisäkäsisäntä

Suku Cuevavirus. Tähän sukuun kuuluu yksi laji yhdelle virukselle (Lloviu virus ), joka löydettiin kuolleista miniopteridilepakoista (todennäköisesti satunnaiset isännät). Cuevaviruksia on raportoitu vain Euroopasta. Cuevaviruksille on ominaista, että niiden genomit ilmentävät ribonukleoproteiinikompleksiin (RNP) liittyvää proteiinia (VP24) ja suurta proteiinia (L) pikemminkin bikistronisesta mRNA:sta kuin yksittäisistä transkripteistä (dianlovirukset, ebolavirukset, marburgvirukset) (Negredo ym., 2011).

Suku Dianlovirus. Tähän sukuun kuuluu yksi laji yhdelle virukselle (Měnglà-virus ), joka löydettiin pteropodidilepakoista. Dianloviruksia on raportoitu vain Kiinasta. Dianloviirien genomien organisaatio muistuttaa suuresti marburgvirusten genomeja, mutta niissä on neljän eikä vain yhden geenin päällekkäisyys (Yang ym., 2019).

Suku Ebolavirus. Tähän sukuun kuuluu kuusi lajia kuutta virusta varten. Yksi näistä viruksista, Bombali-virus (BOMV), on havaittu molossidilepakoissa (Goldstein ym., 2018). Kahden muun viruksen, Ebola-viruksen (EBOV) ja Reston-viruksen (RESTV), epäillään olevan lepakoiden luonnollisina isäntinä. Viisi ebolavirusta (Bundibugyo-virus , EBOV, RESTV, Sudan-virus ja Taï Forest -virus ) ovat patogeenisiä kädellisille kuin ihmiselle. BDBV, EBOV ja SUDV ovat erittäin tappavia ihmispatogeeneja. Raporttien perusteella TAFV on aiheuttanut vain yhden vakavan mutta ei-tappavan tautitapauksen ihmisellä, ja RESTV on tiettävästi aiheuttanut vain yhden epämääräisen tartunnan ihmisellä. RESTV:tä on löydetty myös kotieläiminä pidetyistä sioista. RESTV näyttää olevan endeeminen Kaakkois-Aasiassa; kaikki muut ebolavirukset kiertävät Afrikassa (Kuhn ym., 2020). Ebolaviruksille on ominaista, että ne ilmentävät kolmea erillistä proteiinia glykoproteiinigeenistään (GP), mikä on niille yhteinen strategia cuevavirusten kanssa (Negredo ym., 2011, Sanchez ym., 1996, Volchkov ym., 1995).

Suku Marburgvirus. Tähän sukuun kuuluu yksi laji kahdelle pteropodidilepakoissa esiintyvälle virukselle. Molemmat virukset (Marburg-virus ja Ravn-virus ) ovat erittäin tappavia ihmispatogeeneja, jotka ovat endeemisiä Afrikassa (Kuhn et al., 2020).

Pisakoiden isäntä

Suku Striavirus. Tähän sukuun kuuluu yksi laji yhdelle virukselle (Xīlǎng-virus ), joka löydettiin Itä-Kiinan mereltä pyydystetyistä sammakkokaloista (Antennariidae-heimo). Striavirukset erottuvat genomeista, joissa on yhdeksän geenin päällekkäisyyttä, jotka koodaavat ainakin kolmea proteiinia, joilla ei ole ilmeisiä homologeja muissa filovirussuvuissa, ja jotka eivät koodaa VP24:ää (Shi ym., 2018, Hume ja Mühlberger 2019).

Suku Thamnovirus. Tähän sukuun kuuluu yksi laji yhdelle virukselle (Huángjiāo-virus ), joka löydettiin Itä-Kiinan mereltä pyydystetyistä filekaloista (Monacanthidae-heimo). Thamnovirukset erottuvat genomeista, jotka koodaavat ainakin yhtä proteiinia, jolla ei ole ilmeisiä homologeja muissa filovirus-suvuissa, eivätkä ne koodaa matriisiproteiinia (VP40) tai VP24:ää (Shi et al., 2018, Hume ja Mühlberger 2019).

Virion

Morfologia

Virion morfologiaa (kuva 1.Filoviridae) on tutkittu vain ebolavirusten ja marburgvirusten osalta, ja se on kuvattu vastaavilla suvun sivuilla.

Kuva 1.Filoviridae. A) Pyyhkäisyelektronimikroskooppikuva Marburg-viruksen hiukkasista (punainen), jotka nystyröityvät tartunnan saaneesta grivetistä (Chlorocebus aethiops (Linnaeus, 1758)). Vero E6 -solu. B) Transmissioelektronimikroskooppikuva Marburg-viruksen hiukkasista (punainen), joita esiintyy sekä solunulkoisina hiukkasina että Vero E6 -soluista orastuvina hiukkasina. Kuvat on väritetty selkeyden vuoksi. Courtesy of John G. Bernbaum and Jiro Wada, NIH/NIAID/DCR/IRF-Frederick, Fort Detrick, MD, USA.

Fysikaalis-kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet

Fysikaalis-kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet on kuvattu vain yksittäisten ebolavirusten ja marburgvirusten osalta, ja ne on kuvattu vastaavilla sukusivuilla.

Nukleiinihappo

Filovirusten genomit ovat lineaarisia ei-segmentoituja RNA-molekyylejä, joilla on negatiivinen polariteetti. Genomit vaihtelevat noin 15 kb:sta (tamnovirukset) noin 19 kb:iin (cuevavirukset, ebolavirukset ja marburgvirukset) (Negredo ym., 2011, Shi ym., 2018, Feldmann ym., 1992, Sanchez ym., 1993).

Proteiinit

Filovirukset ilmentävät 6-10 proteiinia. RNP-kompleksit koostuvat genomisesta RNA-molekyylistä ja useista erityyppisistä rakenneproteiineista, joista yksi on suuri proteiini (L) (Ortín ja Martín-Benito 2015).

Lipidit

Filoviruksen kuori on peräisin isäntäsolun kalvoista, ja sen lipidikoostumuksen katsotaan olevan samankaltainen kuin isäntäsolun plasmamembraanissa (Bavari ym., 2002). Jotkin filoviruksen proteiinit voivat olla asyloidut (Funke et al., 1995, Ito et al., 2001).

Hiilihydraatit

Hiilihydraattikoostumus on kuvattu vain yksittäisten ebolavirusten ja marburgvirusten osalta, ja se on kuvattu vastaavilla sukusivuilla.

Genomin järjestäytyminen ja replikaatio

Filovirusten genomit ovat järjestäytyneet kuten useimpien mononegavirusten genomit, yleinen geenijärjestys on 3′-N-P-M-(G)-L-5′ (vaihtoehtoinen terminologia filoviruksille: 3′-NP-VP35-VP40-(GP)-L-5′), mutta eroavat toisistaan siten, että ne sisältävät ylimääräisiä geenejä (kuva 2. Filoviridae) (Negredo ym., 2011, Shi ym., 2018, Feldmann ym., 1992, Sanchez ym., 1993). Filovirusten genomien äärimmäisessä 3′-päässä (leader) ja 5′-päässä (trailer) olevat ekstrageeniset sekvenssit ovat konservoituneita, ja lyhyet jaksot näistä loppusekvensseistä ovat komplementaarisia. Muiden kuin kalojen filovirusten geenejä reunustavat konservoidut transkription aloitus- ja lopetuskohdat (polyadenylaatio), jotka tyypillisesti sisältävät erittäin konservoidun pentameerin 3′-UAAUU-5′. Geenejä voivat erottaa toisistaan ei-konservoituneet intergeeniset sekvenssit tai päällekkäisyydet. Useimmilla geeneillä on suhteellisen pitkiä 3′- ja 5′-koodaamattomia alueita (Kuhn ym., 2020, Hume ja Mühlberger 2019, Brauburger ym., 2015).

Kuva 2. Filoviridae. Kaavamainen esitys filoviruksen genomin organisaatiosta. Genomit on piirretty mittakaavaan. Courtesy of Jiro Wada, NIH/NIAID/DCR/IRF-Frederick, Fort Detrick, MD, USA.

Filovirusten replikaatiostrategioita (kuva 3.Filoviridae) on tutkittu perusteellisesti vain EBOV:n ja MARV:n avulla, ja niitä käsitellään vastaavissa alaluvuissa.

Kuva 3.Filoviridae. Filovirusten (mahdollisesti striaviruksia ja tamnoviruksia lukuun ottamatta) replikaatiosykli. Virukset kiinnittyvät solupinnan kiinnittymistekijöihin (oranssit Y:t) ja kulkeutuvat soluun endosytoosin kautta (Davey ym., 2017). Filoviruksen glykoproteiinit (keltaiset klubit) sitoutuvat endosomaaliseen NPC-sisäiseen kolesterolikuljettajaan 1 (NPC1, valkoinen siksak) ja katalysoivat virus- ja solukalvojen fuusion vapauttaen filoviruksen RNP-kompleksin (vihreä kierre) (Carette ym., 2011, Côté ym., 2011, Ng ym., 2014). Polymeraasikompleksi (joka koostuu VP35:stä ja L:stä ) transkriboi filoviruksen mRNA:ta, joka käännetään filoviruksen proteiineiksi, ja monistaa filoviruksen genomista RNA:ta antigenomisten välikappaleiden välityksellä (Brauburger ym., 2015). Genominen RNA ja antigenominen RNA esiintyvät vain ribonukleoproteiinikomplekseina, jotka toimivat malleina replikaatiota ja/tai transkriptiota varten. Filovirusproteiinien ja jälkeläisgenomien kokoaminen tapahtuu sytoplasmassa ja johtaa virionien buddingiin ja vapautumiseen plasmakalvolla (Kolesnikova et al., 2017). Courtesy of Jiro Wada, NIH/NIAID/DCR/IRF-Frederick, Fort Detrick, MD, USA.

Biologia

Filovirukset näyttävät olevan endeemisiä Länsi-Afrikassa (BOMV, EBOV, MARV, TAFV), Keski-Afrikassa (BDBV, EBOV, MARV), Itä-Afrikassa (BDBV, SUDV, MARV, RAVV), eteläisessä Afrikassa (MARV), Itä-Aasiassa (HUJV, MLAV, RESTV, XILV), Kaakkois-Aasiassa (RESTV) sekä Itä- ja Etelä-Euroopassa (LLOV). Filovirusten luonnollisesti tartunnan saaneita isäntiä ovat lepakot (BOMV, LLOV, MARV, RAVV, todennäköisesti myös ebolavirukset), todennäköisesti aktinopterygian kalat (HUJV, XILV) ja kotieläiminä pidettävät siat (RESTV) (Negredo ym., 2011, Yang ym., 2019, Goldstein ym., 2019), 2018, Shi ym., 2018, Amman ym., 2017, Kemenesi ym., 2018).

Antigeenisyys

Johtuen siitä, että replikoituvia cuevavirus-, striavirus- ja thamnovirus-isolaatteja ei ole, pan-filovirusten antigeenisyystutkimuksia ei ole tehty.

Suvunrajauskriteerit

PAirwise Sequence Comparison (PASC), jossa käytetään koodaukseltaan täydellisiä filovirusten genomeja, on ensisijainen työkalu filovirusten sukujen rajaamiseen. Eri sukujen filovirusten genomisekvenssit eroavat toisistaan ≥55 % (Bào ym., 2017). Genomiset ominaisuudet, kuten geenien päällekkäisyyksien määrä ja sijainti, avointen lukukehysten (ORF) ja/tai geenien määrä, filoviruksen isäntä ja maantieteellinen levinneisyys sekä filoviruksen patogeenisuus eri organismeille, otetaan myös huomioon suvunmäärityksessä.

Nimien derivointi

Filoviridae: latinankielisestä sanasta filum, ”lanka”, joka viittaa filoviruksen hiukkasten morfologiaan.

Suhteet suvun sisällä

Suvun sisäiset fylogeneettiset sukulaisuussuhteet on määritetty maksimaalisen todennäköisyyden puista, jotka on luotu käyttäen koodaavia täydellisiä tai täydellisiä genomisekvenssejä (kuva 4. Filoviridae) tai RdRP-sekvenssien fylogeneettisen analyysin avulla (Wolf et al., 2018).

Figure 4.Filoviridae. Filovirusten fylogeneettiset suhteet. Koodaavilla täydellisillä tai täydellisillä filovirusten genomeilla johdettu Maximum-likelihood-puu (keskipistejuuri) osoittaa suvun kuusi erillistä klaasia (sukua). Sekvenssit linjattiin käyttäen Clustal-Omega-versiota 1.2.1 (http://www.clustal.org/omega/) ja kuratoitiin manuaalisesti Geneious-versiossa R9 (http://www.geneious.com). Puut päätettiin FastTree-ohjelmalla, versio 2.1 (Price et al., 2010), käyttäen General Time Reversible (GTR) -mallia, jossa oli 20 Gamma-rate-luokkaa, 5 000 bootstrap-replikaattia ja tyhjentäviä hakuparametreja (-slow) ja pseudolukuja (-pseudo). Puiden solmujen läheisyydessä olevat numerot ilmaisevat bootstrap-arvot desimaalimuodossa. Puun oksat on skaalattu nukleotidisubstituutioihin paikkaa kohti. Oksien kärjet osoittavat GenBank-tunnistenumerot.Analyysin on toimittanut Nicholas Di Paola, USAMRIID, Fort Detrick, MD, USA. Tämä fylogeneettinen puu ja vastaava sekvenssikohdistus ovat ladattavissa Resurssit-sivulta.

Suhteet muihin taksoneihin

Filovirukset ovat läheisessä sukulaisuussuhteessa paramyxoviruksiin (Mononegavirales: Paramyxoviridae), pneumoviruksiin (Mononegavirales: Pneumoviridae) ja aurinkoviruksiin (Mononegavirales: Sunviridae) (Wolf et al., 2018).

Liittyvät, luokittelemattomat virukset

Luokittelemattomat filovirukset (muita luokittelemattomia filoviruksia, jotka ovat todennäköisesti olemassa olevien sukujen jäseniä, on lueteltu yksittäisten sukukuvausten alla).

Viruksen nimi	Liittymisnumero	viite
BtFiloYN2162	KX371873	(Yang et al., 2017)
BtFiloYN2176	KX371874	(Yang et al., 2017)
BtFiloYN2180	KX371875	(Yang ym, 2017)
BtFiloYN2181	KX371876	(Yang ym, 2017)
BtFiloYN2190	KX371879	(Yang ym, 2017)
BtFiloYN9434	KX371883	(Yang ym, 2017)
BtFiloYN9435	KX371885	(Yang et al., 2017)
BtFiloYN9442	KX371884	(Yang et al., 2017)
BtFiloYN9445	KX371886	(Yang ym, 2017)
BtFiloYN9447-2	KX371888	(Yang ym, 2017)
BtFiloYN9447-3	KX371889	(Yang ym, 2017)
BtFiloYN9447-4	KX371890	(Yang ym, 2017)
BtFV/WD04	KP233864	(He ym, 2015)

Virusten nimet ja virusten lyhenteet, eivät ole virallisia ICTV-nimityksiä.

Jäsentaksonit

• Cuevavirus
• Dianlovirus
• Ebolavirus
• Marburgvirus
• Striavirus
• Thamnovirus