ДИЧ образуются при серийном пассировании в культурах клеток или эмбрионах птиц. При высокой множественности заражения их концентрация возрастает. Это обусловлено несколькими механизмами: 1) их укороченный геном размножается быстрее; 2) они менее часто уклоняются от функционирования в качестве матриц транскрипции мРНК и 3) они обладают повышенным афинитетом для вирусной репликазы, дающим им преимущество перед их полно-геномными аналогами. Этим также объясняется то, почему ДИЧ интерферируют с репликацией инфекционных вирионов с полноразмерным РНК геномом, прогрессивно повышая эффективность в серийных пассажах.
Морфологически ДИЧ подобны родительским вирионам и содержат все структурные белки в той же пропорции, что и стандартный вирус. Однако у вируса верикулярного стоматита ДИЧ короче (пулевидные частицы), образуются путем множественных делеций генома и содержат от 60 до 25% вирусного генома. Они интерферируют только с гомотипичными штаммами вируса. Образование дефектных частиц может зависеть от вакцинного штамма вируса.
Заражение культуры клеток вакцинным штаммом Эдмонстон-Шварц и Эдмонстон-Эндерс вируса кори при небольшой множественности заражения не индуцировали образования субгеномной РНК.
Генерация некоторых дефектных ДНК вирусных геномов может сопровождаться значительными модификациями ДНК. Например, ДИЧ парвовируса обычно содержат копии оригинальной геномной ДНК, хотя иногда с примесью ДНК клеточного происхождения.
ДИЧ могут снижать вирулентность стандартного вируса. Разведенный вирус может оказаться вирулентным, а концентрированный - не вирулентным. Роль ДИЧ при различных инфекциях все еще выясняется.
В последние годы секвенирование генома вирусов привело к пониманию механизма аттенуации и позволило повысить эффективность и безопасность живых вакцин. У большинства вирусов за вирулентность и тропизм ответственны несколько генов, которые действуют различными путями. Например, в отличие от системной инфекции, вызванной вирулентным полевым вирусом, некоторые вакцинные вирусы, обладающие тропизмом к респираторному тракту, размножаются только в верхних дыхательных путях; в других случаях, вакцинный вирус, введенный орально, размножается только в специфических эпителиальных клетках кишечника.
Аттенуированный штамм 17-D вируса желтой лихорадки обладает пониженным тропизмом к печени обезьян и это является признаком, с помощью которого мутант может быть признан аттенуированным для человека. Это подтверждалось при дальнейших исследованиях в клинических условиях.
Подобным образом штаммы полиовируса, аттенуированные естественным путем или пассированием в культуре клеток, утратили нейровирулентность.
Аттенуация вируса серийными пассажами в неестественном хозяине
Большинство живых вирусных вакцин, применяемых сегодня, получены эмпирически серийными пассажами в гетерологичном организме или культуре клеток естественного или гетерологичного хозяина. Адаптация вируса к более интенсивному размножению в необычных условиях сопровождается прогрессирующим снижением и потерей вирулентности для естественного хозяина.
Серийные пассажи в гетерологичном хозяине были классическим способом эмпирической аттенуации вируса. Например, вирусы чумы крупного рогатого скота и классической чумы свиней были аттенуированы и использованы в качестве соответствующих живых вакцин после длительного серийного пассирования в организме кролика. Значительно раньше таким способом получен аттенуированный вирус бешенства. Аттенуированные штаммы многих вирусов получены серийным пассированием в эмбрионах птиц.
В процессе многочисленных пассажей в неестественном хозяине или культуре клеток исходный вирулентный штамм вируса может накопить множество точечных мутаций в геноме, которые лежат в основе аттенуации. Однако, несмотря на многие весьма ценные практические результаты, аттенуация вирусов путем пассирования в системе неестественного хозяина — в целом процесс неуправляемый, а результаты его непредсказуемы.
Получение удовлетворительных аттенуированных мутантов является результатом «генетической рулетки» вследствие случайной селекции мутантов с желаемой степенью аттенуации и выраженной иммуногенностью. Это положение, в частности, подтверждается неудачными результатами повторного получения вакцинного штамма 17Д вируса желтой лихорадки. Генетическая основа аттенуации вакцинных вирусов кори, паротита, краснухи, желтой лихорадки, ротавируса и осповакцины не известна, тогда как генетические детерминанты аттенуации двух из трех вакцинных штаммов полиовируса достаточно изучены.
Живые вакцины против чумы КРС (ЧКРС) являются одними из наиболее безопасных и эффективных вирусных вакцин. Вирус ЧКРС аттенуирован разными способами и практически с одинаковым результатом. Три типа аттенуированных вакцин использовали десятилетиями для ликвидации ЧКРС: лапинизированную, капринизированную и культуральную. Капринизированная вакцина была первой живой вакциной против ЧКРС и использовалась до недавнего времени в Индии. Лапинизированный штамм (Накамура-Ш) адаптировали к культуре клеток почки телят или куриным эмбрионам. Лапинизирован-но-авинизированную (LA) вакцину в основном применяли в Азии.
В странах стационарно неблагополучных по ЧКРС в основном применяли культуральную вакцину RBOK из штамма Kabete «О», который не передается при контакте и создает напряженный иммунитет длительностью не менее 10 лет. Культуральные вакцины из других штаммов, в том числе созданных в СССР, обладали аналогичными свойствами.
Несмотря на достигнутые успехи в получении аттенуированных вирусных вакцин эмпирическим путем, на современном этапе происходит замена «генетической рулетки» рациональным констуированием генно-инженерных вакцин. В последнем случае, мутации, связанные с аттенуацией, известны, стабильны и предсказуемы.
Аттенуация вирусов посредством длительного пассирования в клеточных культурах в настоящее время является основным методом получения живых вирусных вакцин. Этот метод основан на селекции пассажных мутантов, отличающихся биологическими свойствами от исходных вирулентных штаммов. Полученные таким образом аттенуированные иммуногенные штаммы аккумулируют в себе множество спонтанных мутаций, что гарантирует им генетическую и фенотипическую стабильность, хотя генетическая основа аттенуации используемых живых вирусных вакцин в большинстве случаев остается невыясненной.
Идентификация вирусных генов, определяющих вирулентность, представляет огромный интерес для получения авирулентных вакцинных штаммов, а также их использования в качестве носителей чужеродных генов. Поэтому изучению молекулярных основ аттенуации вирусов уделяется большое внимание. Наиболее часто с этой целью сопоставляют первичную структуру геномов вирулентных и аттенуированных штаммов и реже прибегают к изучению влияния инактивации или делетирования различных генов на вирулентные свойства вирусов.
