Изучение вирусов, поражающих насекомых-фитофагов, тесно связано с общим прогрессом вирусологии как науки.
Первые сведения о энтомопатогенных вирусах получены в первые 10-летия XX в., что было предопределено классическими исследованиями Д. И. Ивановского, который показал, что заразное начало, вызывающее мозаичную болезнь табака, проходит через фарфоровые фильтры. Таким образом, впервые было доказано существование фильтрующихся инфекционных агентов и найден метод дифференцирования возбудителей вирусных заболеваний от возбудителей болезней иной природы. Аналогичные эксперименты с энтомопатогенными вирусами были проведены позже.
Вирусы, связанные с насекомыми, представляют обширную и разнообразную группу инфекционных агентов. Однако наибольшее внимание исследователей привлекают возбудители полиэдрозов; они имеют большое экономическое значение, так как нередко оказывают существенное влияние на численность вредных насекомых. Возбудители вирусных болезней насекомых служат удобной моделью для решения многих важных вопросов молекулярной биологии и вирусологии. Это обусловлено в значительной мере Тем, что вирусные включения, формирующиеся в клетках хозяев, достигают 20—30% и более сухого веса погибшей личинки, а сами насекомые удобны для постановки лабораторных опытов. В частности, вирус ядерного полиэдроза тутового шелкопряда, наряду с вирусом табачной мозаики, в течение многих лет являлся классическим объектом при установлении целого ряда общебиологических закономерностей.
Большое общебиологическое и практическое значение исследований в области вирусологии насекомых предопределило быстрые темпы их развития. Об этом свидетельствуют следующие факты. В 1949 г. Э. Штейнхауз насчитывал немногим более 100 видов, восприимчивых к вирусам; через 10 лет эта цифра удвоилась и к 1970 г. возросла почти в 3 раза.
Изучение элементарного химического состава ядерных полиэдров тутового шелкопряда показало содержание следующих элементов, %: углерода (54,3), водорода (7), азота (14,2), фосфора (0,31), серы (1,5), хлора (0,07), железа (0,005). Все они характерны для клеток растений, животных и бактерий. В результате исследования состава очищенного белка полиэдров, выделенных из различных чешуекрылых насекомых, обнаружено 16 аминокислот. Процентное соотношение их примерно одинаково независимо от видовой принадлежности хозяина. О химическом составе гранул до настоящего времени сведений в литературе мало. Известны работы Е. Веллингтона, который с помощью хроматографии установил близость аминокислотного состава белков вирусных частиц из гранул, полученных от гранулезных гусениц Cacoecia murinana Hbn. и Choristoneura lumiferana Clem. Химические анализы различных групп энтомопатогенных вирусов не выявили в них особых различий. В то же время биохимические исследования позволили сделать вывод, что вирусные частицы из ядерных полиэдров и гранул содержат ДНК, а из цитоплазматических — РНК.
Таким образом, энтомопатогенные вирусы представляют собой гетерогенную группу, где различия между отдельными представителями значительно больше, чем среди клеточных организмов. Если нормальными компонентами растительной, животной или бактериальной клетки являются белки, РНК, ДНК, липоиды, углеводы, ферменты и некоторые другие соединения, то вирусы содержат лишь один тип нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК. Функция хранителя генетической информации у вирусов ядерного полиэдроза всех типов и гранулеза выполняет двуспиральная ДНК, а у вирусов возбудителей цитоплазматического полиэдроза — однонитчатая РНК.
Исследования, выполненные на бактериофагах, вирусах растений и животных, показали универсальность правила, постулировавшего, что вирион может содержать лишь один тип нуклеиновой кислоты — ДНК или РНК. К настоящему времени обнаружилось лишь два исключения из этого правила. Первое — у представителей группы хламидозоа, к которой относятся крупные и сложно устроенные возбудители трахомы, пситтакоза, лимфагранулемы и некоторых других, содержащие одновременно ДНК и РНК. На этом основании многие исследователи считают их самостоятельной группой, занимающей промежуточное положение между вирусами и риккетсиями. Второе исключение наблюдается у вирусов ядерного полиэдроза и гранулеза. Впервые этот факт был установлен советскими исследователями на ядерных полиэдрах тутового и дубового шелкопрядов. В дальнейшем присутствие двух нуклеиновых кислот было обнаружено в ядерных полиэдрах американской белой бабочки Hyphatria cunea Drury, гранулах сибирского шелкопряда Dendrolimus sibiricus Tschtw и озимой совки Agrotis segetum Schiff.
РНК не входит в состав вирионов, а содержится в белке полиэдра. Происхождение и роль ее до настоящего времени остается не выясненной. То, что заражение клетки и репродукция вируса происходят посредством очищенных вирионов, говорит о второстепенном значении РНК в процессе инфекции. Тем не менее исследования показали ее связь с инфекционными свойствами полиэдров. Получены высокоинфекционные для гусениц тутового шелкопряда щелочные растворы ядерных полиэдров, содержащие оба типа нуклеиновых кислот и белок. После воздействия на растворы РНК-азы и ДНК-азы их инфекционность исчезла. Эти опыты были первой попыткой выяснения роли РНК полиэдров в их инфекционности. Косвенным подтверждением инфекционности РНК являются факты ее обнаружения в теле гусениц тутового шелкопряда вскоре после заражения ядерным полиэдрозом.
В течение последних 15—20 лет установлена субмикроскопическая структура некоторых полиэдров и гранул. М. Дэй с помощью электронного микроскопа установил макромолекулярную кристаллическую решетку ядерных полиэдров тутового шелкопряда, определил размер белковых молекул и величину элементарной ячейки. Параллельные исследования К. Моргана показали, что молекулы полиэдренного белка эллипсоидны и расположены в гексагональной системе. Г. Бергольд установил закономерную связь между внешней формой полиэдров и их молекулярным строением: чем правильнее молекулярная решетка белковых молекул, тем совершеннее кристалл полиэдра. Молекулярное строение белка гранул аналогично полиэдренному белку.
Элементарные вирусные частицы — вирионы расположены в ядерных полиэдрах одиночно или пучками и имеют форму палочек; их число в пучках может меняться от 2 до 19; в гранулах заключена одна вирусная частица, реже две.
Вирионы, как ядерных полиэдров, так и гранул имеют сложное строение. Снаружи они одеты двумя оболочками — внутренней и внешней. Детали структуры вирусных частиц были установлены К. Смитом и Г. Хиллсом, которые показали, что внутренняя оболочка вирусной частицы при гранулезе капустной белянки Pieris brassicae L. спиралевидно утолщена. Позже подобные образования были обнаружены у ядерных полиэдров крапивницы Aglais urticae L. Исследования ядерных полиэдров, проведенные в последние годы, показали, что внутренняя часть палочковидных вирионов заполнена нуклеиновой кислотой.
Таким образом, структура палочковидных вирусов насекомых существенно отличается от аналогичных по форме вирусов растений, вызывающих мозаичную болезнь табака, у которых имеется внутренний канал и РНК расположена спирально вдоль цилиндра. Экспериментальные исследования показали особое строение вируса гранулеза сибирского шелкопряда: центральная часть вирусной частицы представляет собой тяж ДНК в форме стержня размером около 25×270 ммк, вытянутого вдоль оси вирусной частицы и окруженного двумя оболочками — внутренней и внешней. Согласно предложенной модели упаковка высокомолекулярной циклической ДНК внутри вирусной частицы гранул сибирского шелкопряда осуществляется путем ряда последовательных спирализаций с образованием суперспирали высшего порядка в форме стержня, вытянутого вдоль оси вирусной частицы.
Структура вирионов цитоплазматических полиэдров долгое время оставалась неизвестной. Первое сообщение по этому вопросу дали Я. Хосака и К. Айзава. Они установили икосаэдрическую форму с двумя концентрическими оболочками. Каждая оболочка имеет 12 субъединиц, представляющих собой пустые пентагональные призмы с выступами с наружной стороны в виде четырех трубок. Хроматографические и электрофоретические исследования цитоплазменного вируса из гусениц Laothoe populi показали, что они содержат 0,9% РНК и не содержат ДНК. Анализ вирусов пяти видов насекомых дал сходное количество РНК.
По мере увеличения числа видов вирусов, патогенных для насекомых, все острее встает необходимость определения их места в общей системе микроорганизмов.
К сожалению, систематика микроорганизмов далека от совершенства, поскольку еще отсутствуют единые объективные критерии для установления филогенетического родства. Исследователи нередко пользуются случайными признаками при выявлении различия или сходства видов и вариантов, что приводит к таксономической путанице.
Существующая в настоящее время классификация вирусов насекомых включает несколько родов, предложенных рядом авторов.
Я. Вейзер на основе преимущественно существующих родовых таксонов предложил систему классификации энтомопатогенных вирусов, которая может удовлетворить нужды практической диагностики. В основу классификации положены характер локализации вирусов в тканях и клетках хозяина, а также морфология включений и вирионов. По мере накопления знаний об энтомопатогенных вирусах выявлено, что эти инфекционные агенты нельзя рассматривать как обособленную группу микроорганизмов. Более правильно использовать универсальную классификацию для всех вирусов независимо от круга поражаемых хозяев.
На IX Международном конгрессе по микробиологии (Москва, 1966) были одобрены предложения и рекомендации по номенклатуре и классификации вирусов, разработанные Временным комитетом по номенклатуре вирусов (ВКНВ). По предложению ВКНВ все вирусы выделены в самостоятельный тип VIra. Основой таксономии является элементарная вирусная частица — вирион. Классификация базируется на типе нуклеиновой кислоты и анатомии вириона. При этом для характеристики вириона наиболее существенными признаками являются тип симметрии, количество капсомеров (для вирусов с кубической симметрией), диаметр нуклеокапсида (для вирусов со спиральной симметрией) и наличие наружной оболочки. В дальнейшем ВКНВ принял дополнительные критерии: число нитей нуклеиновой кислоты, молекулярный вес вириона, процентное содержание нуклеиновой кислоты, очертания вириона и каспида, константу седиментации вириона, нуклеотидный состав.
Согласно новым принципам номенклатуры и класификации все основные представители вирусов насекомых отнесены к семи различным группам. Для каждой группы предложен типовой вид.
Основная информация о том или ином вирусе может быть записана в виде криптограммы. Так, криптограмму вируса ядерного полиэдроза тутового шелкопряда Bombyx mori L можно записать в виде
Д/2 : 80/10 — 15: И/Е : I/O.
Первая пара криптограммы показывает, что вирус содержит ДНК Д и она двунитчатая — 2; 80 млн. — молекулярный вес ДНК; 10—15%—содержание ДНК; И — вирион продолговатой формы с параллельными сторонами; Е — нуклеокапсид продолговатый с параллельными сторонами и незакругленными углами; I — систематическая принадлежность инфицируемого хозяина (в данном случае беспозвоночное Invertebrate); О — систематическая принадлежность переносчика (в данном случае переносчик неизвестен).
Трудности классификации энтомопатогенных вирусов связаны с их малой изученностью. Для большинства вирусов, поражающих лесных насекомых, еще не определены морфологические признаки и биохимические свойства. Исследователям еще предстоит выполнить большой объем работ, чтобы получить информацию, достаточную для объективного суждения о месте возбудителей вирозов дендрофильных насекомых в общей системе вирусов.