Bakuloviirused

Bakuloviirused (Baculoviridae) on viiruste sugukond, kelle looduslikud peremeesorganismid kuuluvad lülijalgsete, liblikaliste, kiletiivaliste, kahetiivaliste ning kümnejalaliste hulka.
On uuritud 600 selgrootute liiki, keda bakuloviirused nakatavad. Kõige tüüpilisemad kandjad on ööliblikate vastsed, kuid bakuloviirused nakatavad ka pidevkehalisi, pistesääsklasi ning krevette. Bakuloviirused suudavad siseneda ka imetajate  või teiste selgroogsete loomade rakkudesse, kuid ei suuda seal paljuneda.
Tuntakse 55 liiki bakuloviirusi, kes jagunevad nelja perekonda.
1940. aastatel hakati uurima võimalusi kasutada bakuloviirusi biopestitsiididena viljapõldudel. Tänapäeal on neile leitud mitmeid biotehnoloogilisi rakendusi ja nende põhja on arendatud välja BacMam-süsteem.
Bakuloviiruste genoom on 80–180 tuhande aluspaari suurune tsirkulaarne DNA kaksikahel.

Ajalugu

Bakuloviirusi mainitakse kirjanduses esmakordselt 16. sajandil seoses siidiussidel esineva närbumistõvega. Alates 1940. aastatest on bakuloviirusi laialdaselt uuritud ja kasutatud biopestitsiididena. Alates 1990. aastatest on neid kasutatud keeruliste eukarüootsete valkude tootmiseks putukarakukultuurides. Nõnda toodetud rekombinantseid valke on kasutatud nii teaduses kui ka vaktsiinidena inimeste ja loomade raviks. Näiteks on levinuim H5N1 linnugripi tüve vaktsiin kanadele toodetud bakuloviiruste ekpressioonivektorit kasutades. Hiljuti on avastatud, et bakuloviirusi kasutades saab imetajarakkudesse viia sobivaid promootoreid. Need potentsiaalselt kliinilised kasutusalad on alates 1995. aastast viinud bakuloviiruste intensiivsema uurimiseni.

Viirusosakese struktuur

Enim uuritud bakuloviirus on Autographa californica multikapsiidne nukleopolühedroviirus (AcMNPV). See viirus eraldati esmakordselt tähtöölaste perekonda kuuluvast liigist Autographa californica. Viiruse genoom koosneb 134 tuhandest aluspaarist. Viiruse nukleokapsiid koosneb peamiselt valgust nimega VP39 ning mõningatest väiksematest valkudest. Nukleokapsiidi pikkus on 260 nm ja diameeter on 21 nm. 
Bakuloviirus saab oma membraani rakumembraani osana ning sellel peab olema ekspresseeritud glükoproteiin gp64, et viirusosake oleks nakatamisvõimeline. See valk moodustab peplomeerideks kutsutud struktuure pungunud bakuloviiruse ühte otsa, kuid neid ei moodustu oklusioonikehaga viiruse pinnale. Oklusioonikehaga viirusega seostatakse aga mõningaid teisi valke. Kummagi viiruse vormi membraanid erinevad natuke ka lipiidse koostise poolest. Pungunud bakuloviiruste membraan koosneb fosfatitüülseriinist, kuid oklusioonikehaga viiruste membraanis esinevad fosfatitüülkoliin ning fosfatitüületanoolamiin.
Evolutsiooni käigus on bakuloviiruse membraani glükoproteiinid muutunud. Arvatakse, et ld130 on membraanvalk, mis on gp64 eellane ning mille on funktsionaalselt asendanud mitteortogonaalse geeniasenduse käigus gp64, kuid ld130 kodeeriv geen on viiruse genoomis endiselt olemas.
Gp64 on homotrimeerne membraani glükoproteiin, mis esineb pulgakujulises viirusosakeses polaarselt. See valk koosneb 512 aminohappejäägist. Valk on glükosüleeritud nelja asparagiini jäägi juurest, sellel on 20 aminohappejäägi pikkune signaaljärjestus N-terminaalses otsas, oligomerisatsiooni-ja liitumisdomeen ja hüdrofoobne transmembraanne seitsmest aminohappejäägist koosnev domeen C-terminali lähedal. Seda valku toodetakse kogu nakatumistsükli jooksul, kusjuures kõige rohkem toodetakse seda vahemikus 24–26 tundi pärast nakatumist. Trimeriseerumine molekulidevaheliste tsüsteiinijääkide vaheliste disulfiidsildade kaudu on võtmeetapp selleks, et valk jõuaks membraanile. Ainult 33% toodetud valgust jõuab membraanile, samas kui monomeerne gp64 lagundatakse. 
Gp64 on hädavajalik, et viirus saaks punguda, jõuda järgmise rakuni ning sellesse endosoomi kaudu siseneda. Gp64 põhjustab pH mõjul viiruse membraani liitumise endosoomiga. Kuigi gp64-l on palju tähtsaid omadusi, on avastatud, et gp64 asendamisel mõne teise viirustele omase glükoproteiiniga, näiteks Ld130-ga, jääb viirusosake endiselt toimivaks.

Kasutusvaldkonnad

Putukakultuurides on bakuloviiruste abil on võimalik toota rekombinantseid glükoproteiine. Sel viisil toodetud valke uuritakse, eesmärgiga kasutada neid vähivastaste vaktsiinidena ning neil on mitmeid eeliseid võrreldes imetajarakukultuurides toodetud valkudega. Bakuloviirusi võib kasutada ka imetajarakkudes valkude ekspresseerimiseks BacMam-süsteemi kasutades. Nii saab bakuloviiruste abil panna rakud tootma nii retseptoreid, biosensoreid kui muid valke.
Bakuloviiruste efektiivseks kasutamiseks on vajalik teada viirusosakeste hulka ruumalaühikus. Arvulise hinnangu andmiseks kasutatakse mitut ühikut:
nakatamisvõimelisi viirusosakesi milliliitris ehk ivp/ml ja viiruslaiku moodustavaid viirusosakesi milliliitris ehk pfu/ml.
Pfu/ml määratakse viiruslaigu meetodil. Huvipakkuvast proovist valmistatakse sobiv lahjendus, nakatatakse sellega viirusele sobiva rakuliini monokihti, eemaldatakse teatud aja möödudes viirus ning kaetakse rakud agaroosgeeliga. Nakatumisel rakud purunevad ja neist moodustuvad laigud loendatakse.
Ivp/ml määramiseks kasutatakse erinevaid meetodeid, mille eesmärgiks on määrata, milline viiruse kogus tapab peremeesorganismidest 50% või tekitab tsütopaatilise muutuse.

Bioohutus

Bakuloviirused võivad siseneda ka imetajarakkudesse, sealhulgas inimese rakkudesse ning viia sinna oma DNA, kuid ei ole seal võimelised paljunema ja nakkust levitama. Bakuloviirused saavad nakatada ja paljuneda vaid väikese hulga sarnaste liikide organismides. Kuna bakuloviirused ei kujuta endast inimesele ohtu, peetakse neid ohutuks kasutada.

Taksonoomia

Bakuloviirused jagunevad nelja perekonda: alfabakuloviirused (liblikaliste-spetsiifilised nukleopolühedroviirused), beetabakuloviirused (liblikaliste-spetsiifilised granuloviirused), gammabakuloviirused ja deltabakuloviirused.

Evolutsioon

Arvatakse, et bakuloviirused arenesid nudiviiruste perekonnast 310 miljonit aastat tagasi.