病毒的遺傳與進化

1、病毒的遺傳與進化 1病毒的變異現象和類型有哪些 2病毒變異發(fā)生機理 3病毒間相互作用包括哪些病毒間相互作用包括哪些 4什么是雜合現象，干擾現象，表型混合。雜合現象，干擾現象，表型混合。 5構建病毒變異株的一般方法。構建病毒變異株的一般方法。 病毒的遺傳能保持物種的相對穩(wěn)定，維系生物界的平衡；而病毒的變異可導致新品種出現，孕育生物界的進化。 病毒是一類極為簡單的分子生物，核酸是遺傳的物質基礎，核酸復制的忠實性使病毒具有穩(wěn)定的遺傳表現。但由于病毒沒有細胞結構，其遺傳物質極易受外界環(huán)境及細胞內分子環(huán)境的影響而發(fā)生改變，病毒與其它生物相比，其遺傳具有更大的變異性。 一、病毒性狀的變異一、病毒性狀的變異

2、 病毒的變異主要源于其基因組的突變和重組，并導致性狀的改變。性狀的變異有的可以遺傳，有的則不能遺傳。 性狀的變異通常包括： 1、毒力的變異；、毒力的變異； 2、抗原性的變異；、抗原性的變異； 3、空斑的變異；、空斑的變異； 4、對某些理化因素抵抗力或依賴性的變異、對某些理化因素抵抗力或依賴性的變異等。等。 二、病毒突變二、病毒突變 1、突變的概念：、突變的概念： 病毒的突變（Mutation）是指基因組中核酸鹼基順序上的化學變化，可以是一個核苷酸的改變，也可為上百上千個核苷酸的缺失或易位。 2、病毒突變一般分為自發(fā)突變和誘導突變。、病毒突變一般分為自發(fā)突變和誘導突變。 （1）自發(fā)突變：）自發(fā)突

3、變：是在沒有任何已知誘變劑的條件下，病毒子代產生高比例的突變體，最后導致表型變異；病毒復制中的自然突變率10-510-8。DNA病毒和RNA病毒在突變頻率上有較大的差別。 （2）誘導突變：）誘導突變：是利用不同的物理或化學誘變劑（如溫度、射線、5-溴尿嘧啶、亞硝酸鹽等）處理病毒，提高病毒群體突變率，誘導病毒子代出現特定的突變類型。 3、突變的機理、突變的機理 （1）點突變：）點突變：在單一核酸的堿基中發(fā)生了改變。 （2）缺失突變：）缺失突變：在核苷酸中有一段序列被丟失。 （3）插入突變：）插入突變：在病毒基因組中插入一段核苷酸序列。 （4）回復突變：）回復突變：突變的核苷酸有可能發(fā)生突變逆轉，

4、重新具有與起始毒株相同的表型。 4、突變的表現、突變的表現 突變株與原先的野生型病毒(Wild-type virus)特性不同，主要表現為無效突變體、病毒毒力突變體、溫度敏感突變體、蝕斑突變體、宿主范圍突變體、抗藥性突變體、抗原突變體、回復突變體等。 （1）毒力改變：）毒力改變：有強毒株及弱毒株，后者可制成弱毒活病毒疫苗，如脊液灰質炎疫苗、麻疹疫苗等。 （2）條件致死突變株：）條件致死突變株：指病毒突變后在特定條件下能生長，而在原來條件下不能繁殖而被致死。其中最主要是的是溫度敏感條件致死突變株（Temperature-sensitive conditional lethalmutant），簡稱

5、溫度敏感突變株(ts株)，在特定溫（2835）下孵育則能增殖，在非特定溫度（3740）下孵育則不能繁殖，而野生型在兩種溫度均能增殖。顯然是由于在非特定溫度下，突變基因所編碼的蛋白缺乏其應有功能。因此大多數ts株同時又是減毒株?，F已從許多動物病毒中分離出ts株，選擇遺傳穩(wěn)定性良好的品系用于制備堿毒活疫苗，如流感病毒及脊髓灰制裁炎病毒ts 株疫苗。 （3）宿主適應性突變株例：）宿主適應性突變株例：如狂犬病毒突變株適應在兔腦內增殖，由“街毒”變?yōu)椤肮潭ǘ尽保芍瞥煽袢∫呙纭?三、基因重組三、基因重組 1、基因重組的概念、基因重組的概念 兩種不同的病毒或同一種病毒的兩個不同的毒株同時感染同一細胞時，

6、在核酸復制過程中，病毒之間交換核酸片段，從而可發(fā)生基因重組。結果產生不同于親代的可遺傳的子代，稱為基因重組（Genetic recombination）。 2、病毒基因重組的類型、病毒基因重組的類型 （1）分子內重組）分子內重組 指兩種不同、通常關系密切相關的兩種病毒的核苷酸片段的交換。DNA病毒可發(fā)生此種現象，RNA病毒更為普遍。 例如：西部馬腦脊髓炎病毒就是類仙臺病毒和東部馬腦脊髓炎病毒重組產物。 （2）重配）重配 在兩株基因組分節(jié)段的RNA病毒同時感染同一細胞時，二者基因組發(fā)生互換，產生穩(wěn)定或不穩(wěn)定的重配毒株。 例如流感病毒兩個亞型之間的基因重組，產生新的雜交株，即具有一個親代的血凝素和

7、另一親代的神經氨酸酶。這在探索自然病毒變異原理中具有重要意義。人類的流感每隔十年左右引起一次世界性大流行，可能是由于人的流感病毒與某些動物（雞、馬、豬）的流感病毒間發(fā)生基因重組所致。 如：呼腸孤病毒1012節(jié)段； 沙粒病毒、雙RNA病毒2節(jié)段； 布尼病毒3節(jié)段； 正粘病毒68節(jié)段。 （3）復活）復活 交叉復活交叉復活(Cross reactivation)：有傳染性的病毒與滅活的相關病毒或該病毒的DNA片段共同培養(yǎng)，產生具有滅活病毒特性的活病毒。 例如將能在雞胚中生長良好的甲型流感病毒（A0或A1亞型）疫苗株經紫外線滅活后，再加亞洲甲型（A2亞型）活流感病毒一同培養(yǎng)，產生出具有前者特點的A2亞

8、型流感病毒，可供制作疫苗. 多重復活（多重復活（Multiplicity reactivation）：例如用紫外線滅活的兩株同種病毒，若一同培養(yǎng)后，?？墒箿缁畹牟《緩突?，產生出感染性病毒體。 這是因為兩種病毒核酸上受損害的基因部位不同，由于重組合相互彌補而得到復活。 因此現今不用紫外線滅活病毒制造疫苗，以防病毒復活的危險。 四、病毒間相互作用四、病毒間相互作用 1、病毒的抑制作用、病毒的抑制作用 指一種突變體表型被另一種抑制性突變所阻抑，它既可發(fā)生于病毒基因組內，也可發(fā)生于宿主細胞基因組內。這種現象在原核系統(tǒng)中較具代表性。 2、病毒遺傳物質的相互作用、病毒遺傳物質的相互作用 （1）互補作用：）

9、互補作用：即病毒超感染過程中基因產物間的相互作用，其結果是一種或兩種親本病毒產量增加，而兩種病毒在基因水平上并未改變。在這種情況下，一種病毒為另一個存在某種功能缺陷的病毒提供了該種功能基因產物； （2）重組：）重組：是在超感染過程中病毒基因組間自然的相互作用，其結果是產生了兩個親代病毒基因組中都不存在的重組基因； （3）再活化：）再活化：是指由非感染的親代病毒基因組產生有感染性的（重組）子代病毒的過程。此過程在體外已得到證實，并且在體內可能也有重要意義。例如，有人對AIDS患者長期臨床觀察中發(fā)現，長期潛伏的缺陷型HIV前病毒的拯救可能會增加抗原的多樣性，并且對致病起一定的作用。 3、病毒非遺傳

10、性的相互作用、病毒非遺傳性的相互作用 （1）雜合現象：）雜合現象：例如逆轉錄病毒是真正的二倍體，具有兩個完整的全基因組拷貝；某些DNA病毒，如皰疹病毒含有重復序列，因而是部分雜合的。另一些病毒（大多數是有包膜的病毒）的異常包裝有時可能會產生雜合的多倍體顆粒（如10%以上的新城疫病毒顆粒）。 （2）干擾現象：一種病毒可干擾另一種病）干擾現象：一種病毒可干擾另一種病毒對細胞的感染。同源性干毒對細胞的感染。同源性干擾（即對抗同種病毒）通常是由干擾顆粒 （DI顆粒）引起的，顆粒間相互競爭必需的細胞成分而阻斷復制。此外，干擾也可由突變類型引起 或通過封閉病毒受體所致，此作用是由先感染病毒所產生的受體附著

11、蛋白引起的 。 （3）表型混合：）表型混合：在某些極端情況，一個病毒的基因組被完全包裹于另一病毒（假型）衣殼或包膜中。這種混合使子代病毒具有了某種表型特征（如細胞嗜性），這種特征由摻入到病毒顆粒中的蛋白引起，但其基因組卻不發(fā)生任何變化。 表型混合在裸核殼（無包膜）病毒中（如不同株的腸道病毒），或在彼此不相關的包膜病毒中極易發(fā)生。后一種情況是不同的病毒糖蛋白非特異性摻入到包膜引起的，從而產生了混合表型。 五病毒變異的研究方法五病毒變異的研究方法 病毒純化 蝕斑分離法：即用高度稀釋的病毒液感染玻璃瓶或平皿中培養(yǎng)的單層細胞，由于病毒呈現致細胞病變作用，而在單層細胞上形成蝕斑。 病斑分離法；一些可以在

12、雞胚絨毛尿囊膜 上增殖的病毒，可以根據其在絨毛尿囊膜上形成的病斑特征進行純系分離。 細胞克隆：先在玻璃器皿內培養(yǎng)對病毒敏感的細胞，待其生長成單層后，接種高度稀釋的原始毒種，短時間內30-60分溫育后，應用細胞分散劑，消化成單個細胞，再將細胞懸液用營養(yǎng)液高度稀釋，使每毫升內含有一個細胞。然后再接種，篩選。最后獲純。 終點稀釋法： 本法是在研究甲型流感病毒所謂的OD變異時最早創(chuàng)立的。應用雞胚羊膜囊分離甲型流感病毒時，第一代羊水病毒對豚鼠紅細胞量現很高的凝集價，但對雞紅細胞的凝集價很低，稱為O相。取此第一代病毒在底倍稀釋后作第二代羊膜 腔傳代，第二代病毒對豚鼠和雞紅細胞具有幾乎相等的凝集價，稱為D相

13、。但是如將第一代病毒作高倍稀釋后再行接種傳代，則第二代病毒仍能保持O相。如果隨后繼續(xù)應用這種終點稀釋度傳代，一般可以無限地保持病毒O相的性狀。這是由于終點稀釋時只有占多數的O相病毒粒子能夠獲得感染下一代雞胚的機會，毒株性狀因而保持變。 遺傳指標 鑒定病毒遺傳變異的常用指標包括： 1病毒粒子的形態(tài)； 2抗原構造及血清學性狀； 3蝕斑或病斑的大小和性狀； 4 致細胞病變的特征； 5病原性，感染范圍和毒力； 6對理化學因素的抵抗力 7對干擾素的敏感性。 研究方法 1 病毒突變率研究：突變率就是單位數量內發(fā)生突變的比率比。 2 人工篩選變異株：在動物病毒變異研究中最有實際意義的是獲得毒力低，但仍有免疫

14、原性的弱毒株。幾種減毒的方法： 異種動物適應性變異； 異常感染途徑適應性變異； 雞胚適應性變異； 細胞適應性變異 ； 重組實驗 3 突變性質的分析；分析已有變異的突變性質和研究人突變對表型的影響 4 人工突變 將突變導入克隆病毒DNA方法概括起來有三類：堿基置換，缺失或插入，成簇堿基置換 堿基置換：最簡單的堿基置換為寡核苷酸指導的突變法，該法需要合成一個含有目的突變的序列作為引物。將其與含有野生型序列模板雜交，然后以DNA聚合酶延伸，產生含有錯配堿基的異源分子。 六、病毒變異的實際意義六、病毒變異的實際意義 1、研制減毒活疫苗：、研制減毒活疫苗：如ts株、宿主適應性突變株的研制。 2、應用于基

15、因工程：、應用于基因工程： 如何利用病毒突變和重組建立病毒生物學研究的有效方法，如何利用重組病毒構建重要疾病基因治療載體，是研究病毒遺傳和變異的主要目的之一。 雖然有一些病毒現已可通過序列分析進行其基因組研究，但病毒重組作圖、重配作圖、中間型雜交、轉錄圖和多肽圖等仍是研究病毒遺傳圖的重要方法。 在病毒基因功能研究中，經典的互補試驗、克隆基因的互補試驗及利用突變和重組進行的順式因子分析、反式因子分析和基因瞬時表達，都有著不可替代的作用。 由于一些病毒可以感染動物和人類的特異組織細胞，利用這些病毒構建表達外源基因載體，用于人類一些特殊疾病的基因治療，這一方面具有誘人的前景。 一、病毒性狀的變異一、

16、病毒性狀的變異 性狀的變異通常包括：性狀的變異通常包括： 1、毒力的變異、毒力的變異2、抗原性的變異、抗原性的變異 3、空斑的變異、空斑的變異4、對某些理化因素抵抗力或依賴性的變異等。對某些理化因素抵抗力或依賴性的變異等。 二、病毒突變二、病毒突變 1、突變的概念：、突變的概念： 2、病毒突變一般分為自發(fā)突變和誘導突變。、病毒突變一般分為自發(fā)突變和誘導突變。 （1）自發(fā)突變）自發(fā)突變 （2）誘導突變）誘導突變 3、突變的機理、突變的機理 （1）點突變）點突變 （2）缺失突變）缺失突變 （3）插入突變）插入突變 （4）回復）回復突變突變 4、突變的表現、突變的表現 （1）毒力改變（）毒力改變（2）條件致死突變株）條件致死突變株 （3）宿主適應性）宿主適應性突變株例突變株例 三、基因重組三、基因重組 1、基因重組的概念、基因重組的概念 2、病毒基因重組的類型、病毒基因重組的類型 （1）分子內重組（）分子內重組（2）重配）重配 （3）復活）復活 交叉復活交叉復活(Cross reactivation) 多重復多重復活（活（Multiplicity