第五章 遺傳與變異

1、1 第五章第五章 病毒的遺傳與變異病毒的遺傳與變異生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 李李 灝灝 2種瓜得瓜，種豆得豆；種瓜得瓜，種豆得豆；龍生龍，鳳生鳳，老龍生龍，鳳生鳳，老鼠生仔會(huì)打洞。鼠生仔會(huì)打洞。遺傳遺傳一豬生九仔，連母十一豬生九仔，連母十個(gè)樣。個(gè)樣。 變異變異3穩(wěn)定性穩(wěn)定性變異變異具有具有存在存在核酸核酸進(jìn)化理論的發(fā)展進(jìn)化理論的發(fā)展基因變異基因變異生物性狀變化生物性狀變化4病毒遺傳的特點(diǎn)病毒遺傳的特點(diǎn)1、遺傳方式簡(jiǎn)單2、受宿主細(xì)胞影響3、易產(chǎn)生變異56789101112 二、突變的機(jī)制二、突變的機(jī)制 自發(fā)性突變(復(fù)制中的損傷、堿基的自發(fā)性化學(xué)改變、 自發(fā)脫堿基、 細(xì)胞的代謝產(chǎn)物對(duì)D

2、NA的損傷) 物理因素引起的突變(電離輻射、紫外線、熱誘變等) 化學(xué)因素引起的突變（烷化劑、堿基類似物、嵌入試劑等） 13突變的原因突變的原因誘因物理因素：化學(xué)因素：如X射線、激光等亞硝酸、硫酸二乙酯、二口惡口英、秋水仙素等在沒有這些外來因素影響時(shí)，基因突變也會(huì)由于DNA分子復(fù)制偶爾發(fā)生錯(cuò)誤，DNA的堿基組成發(fā)生改變等原因發(fā)生自發(fā)改變。外因內(nèi)因相互作用1415HIVHIV的變異的變異變異變異變異變異HIV基因組可發(fā)生變異，最易變異的是編碼包膜糖蛋白的env基因和調(diào)節(jié)基因nef。 env基因核苷酸變異概率每年每個(gè)位點(diǎn)0.1%，其變異率與流感病毒相似。根據(jù)nef基因序列的異同，將HIV-1分M、O

3、、N等3組（group）12個(gè)亞型(subtype)；HIV-2分為A-F等6個(gè)亞型。gp120 gp411617 HIV 病毒株變異的結(jié)果： 抗免疫識(shí)別 抗未來疫苗誘導(dǎo)的免疫力 更適于復(fù)制 更具致病力 更易持續(xù) 更易于傳播 不同的細(xì)胞嗜性突變 - 多樣化 - 進(jìn)化1819SHANXIFUJIANXIZHANGHEILONGJIANGJILINLIAONINGNEIMENGGUBeijingTian JinQINGHAIHEBEININGXIAGANSUSHAN XIANHUIHENANSHANDONGShang HaiJIANGXIHUBEIJIANGSUHUNANGUANGDONGGUAN

4、GXIGUIZHOUHAINANYUNNANSICHUANTAIWANXINJIANGChong QingZHEJIANGCRF07-BCBCRF01-AEB傳入我國(guó)C傳入我國(guó)CRF08-BC2021三、病毒突變的類型三、病毒突變的類型22四、病毒突變體四、病毒突變體23242526突變株（突變株（mutant）：）：因基因改變而發(fā)生某些生物特性改變的病毒株。變異株（變異株（variant)：當(dāng)該突變株能較穩(wěn)定地存在，并可在相應(yīng)的宿主或細(xì)胞中傳代與存活，則稱為變異株。由于病毒群體中常同時(shí)存在基因組略有不同的病毒體，因此在研究中常利用病毒稀釋后在單層細(xì)胞形成空斑，經(jīng)三次純化而獲得純度高的毒株。

5、27（+）3，5 5，3，5，RNADNA多聚酶多聚酶PC（-）Pre CPreS1PreS2SXHBV基因結(jié)構(gòu)及其突變基因結(jié)構(gòu)及其突變HBsAg編碼編碼DNA多聚酶多聚酶HBcAgHBeAg 編碼編碼HBxAg282930ABababABaBAb基因組不分節(jié)段的病毒的重組基因組不分節(jié)段的病毒的重組31分節(jié)段基因組病毒的基因重組（交換基因節(jié)段）稱重配（reassortment）。發(fā)生幾率較高。3233 活病毒間的重組活病毒間的重組 例如流感病毒兩個(gè)亞型例如流感病毒兩個(gè)亞型 之間可基因重組，產(chǎn)生之間可基因重組，產(chǎn)生 新的雜交株，即具有一新的雜交株，即具有一 個(gè)親代的血凝素和另一個(gè)親代的血凝素和另

6、一 親代的神經(jīng)氨酸酶。這親代的神經(jīng)氨酸酶。這 在探索自然病毒變異原在探索自然病毒變異原 理中具有重要意義。流理中具有重要意義。流 感每隔十年左右引起一感每隔十年左右引起一 次世界性大流行，可能次世界性大流行，可能 是由于人的流感病毒與是由于人的流感病毒與 某些動(dòng)物（雞、馬、豬）某些動(dòng)物（雞、馬、豬） 的流感病毒間發(fā)生基因的流感病毒間發(fā)生基因 重組所致。重組所致。 3435shiftdrift由于點(diǎn)突變而引起流感病毒的抗原性逐漸發(fā)生變異稱為抗抗原漂移原漂移。由于基因重組導(dǎo)致的變異則稱為抗原轉(zhuǎn)移抗原轉(zhuǎn)移。36抗原轉(zhuǎn)移抗原轉(zhuǎn)移373839 死死 活活 病病 毒毒 間間 的的 重重 組組 例如將能在雞

7、胚中生長(zhǎng)良好的甲型流例如將能在雞胚中生長(zhǎng)良好的甲型流 感病毒（感病毒（A0或或A1亞型）疫苗株經(jīng)紫外亞型）疫苗株經(jīng)紫外 線滅活后，再加亞洲甲型（線滅活后，再加亞洲甲型（A2亞型）亞型） 活流感病毒一同培養(yǎng)，產(chǎn)生出具有前活流感病毒一同培養(yǎng)，產(chǎn)生出具有前 者特點(diǎn)的者特點(diǎn)的A2亞型流感病毒，可供制作亞型流感病毒，可供制作 疫苗，此稱為交叉復(fù)活疫苗，此稱為交叉復(fù)活(Cross reactivation)4041 滅滅 活活 病病 毒毒 間間 的的 重重 組組滅活的兩株同種病毒，若一同培養(yǎng)后，常滅活的兩株同種病毒，若一同培養(yǎng)后，?？墒箿缁畹牟《緩?fù)活，產(chǎn)生出感染性病毒可使滅活的病毒復(fù)活，產(chǎn)生出感染性病毒體

8、，此稱為多重復(fù)活（體，此稱為多重復(fù)活（Multiplicity reactivation），這是因?yàn)閮煞N病毒核酸），這是因?yàn)閮煞N病毒核酸上受損害的基因部位不同，由于重組合相上受損害的基因部位不同，由于重組合相互彌補(bǔ)而得到復(fù)活?；浹a(bǔ)而得到復(fù)活。因此現(xiàn)今不用紫外線滅活病毒制造疫苗，因此現(xiàn)今不用紫外線滅活病毒制造疫苗，以防病毒復(fù)活的危險(xiǎn)。以防病毒復(fù)活的危險(xiǎn)。424344virus Avirus Bphenotypemixing virus Avirus B45表型混合和核殼轉(zhuǎn)移表型混合和核殼轉(zhuǎn)移 4647注意區(qū)分互補(bǔ)與多重復(fù)活481表型混合表型混合(Phenotype mixing) 兩種病毒混合

9、感染后，一個(gè)病毒的基因組偶而兩種病毒混合感染后，一個(gè)病毒的基因組偶而裝入另一病毒的衣殼內(nèi)，或裝入兩個(gè)病毒成分裝入另一病毒的衣殼內(nèi)，或裝入兩個(gè)病毒成分構(gòu)成的衣殼內(nèi)，發(fā)生表型混合。這種混合是不構(gòu)成的衣殼內(nèi)，發(fā)生表型混合。這種混合是不穩(wěn)定的，傳代后可恢復(fù)其原來的特性。穩(wěn)定的，傳代后可恢復(fù)其原來的特性。2基因型混合基因型混合(Genotype mixing) 3互補(bǔ)互補(bǔ) (Complementation)4增強(qiáng)增強(qiáng)(Enhancement) 5.多倍體多倍體（polypoidy）指兩種病毒的核酸偶而混合裝在同一病毒衣殼指兩種病毒的核酸偶而混合裝在同一病毒衣殼內(nèi)，或兩種病毒的核衣殼偶爾包在一個(gè)囊膜內(nèi)，內(nèi)

10、，或兩種病毒的核衣殼偶爾包在一個(gè)囊膜內(nèi)，但它們的核酸都未重組合，所以沒有遺傳性。但它們的核酸都未重組合，所以沒有遺傳性。指兩種病毒通過其產(chǎn)生的蛋白質(zhì)產(chǎn)物（如酶、指兩種病毒通過其產(chǎn)生的蛋白質(zhì)產(chǎn)物（如酶、衣殼或囊膜）相互間補(bǔ)助不足，例如輔助病衣殼或囊膜）相互間補(bǔ)助不足，例如輔助病毒與缺損病毒間、兩個(gè)缺損病毒間、活病毒毒與缺損病毒間、兩個(gè)缺損病毒間、活病毒與死病毒間都可以互補(bǔ)，互補(bǔ)后仍產(chǎn)生原來與死病毒間都可以互補(bǔ)，互補(bǔ)后仍產(chǎn)生原來病毒的子代病毒的子代 指兩種病毒混合培養(yǎng)時(shí)，一種病毒能促進(jìn)增強(qiáng)另指兩種病毒混合培養(yǎng)時(shí)，一種病毒能促進(jìn)增強(qiáng)另一種病毒的產(chǎn)量，可能是因?yàn)榍罢邏褐屏水a(chǎn)生干一種病毒的產(chǎn)量，可能是因

11、為前者壓制了產(chǎn)生干擾素所致擾素所致是病毒成熟過程中，出現(xiàn)數(shù)個(gè)核衣殼被一個(gè)是病毒成熟過程中，出現(xiàn)數(shù)個(gè)核衣殼被一個(gè)囊膜包裹的現(xiàn)象，多見于副粘病毒囊膜包裹的現(xiàn)象，多見于副粘病毒 495051繁殖快，生長(zhǎng)迅速繁殖快，生長(zhǎng)迅速1 1、減毒活疫苗減毒活疫苗 Attenuated VaccinesAttenuated Vaccines雞胚雞胚培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞大量突變病毒大量突變病毒原代猴腎細(xì)胞原代猴腎細(xì)胞減毒減毒生長(zhǎng)迅速，無毒性，只在非神經(jīng)組織（non-nervous）中生長(zhǎng)（腎），不在CNS生長(zhǎng)Sabin 疫苗疫苗Sabin polio vaccine傳代病毒于其他宿主傳代病毒于其他宿主（ foreign

12、 host）522 2、SabinSabin疫苗疫苗減毒的分子基礎(chǔ)減毒的分子基礎(chǔ)溫度敏感溫度敏感 temperature sensitivegrow better at 25-32 degrees than 37 degrees冷適應(yīng)冷適應(yīng)cold adaptedgrow as low as 25 degrees脊髓灰質(zhì)炎脊髓灰質(zhì)炎I I型減毒疫苗型減毒疫苗基因組基因組5757個(gè)堿基改變個(gè)堿基改變2121個(gè)氨基酸改變個(gè)氨基酸改變減毒疫苗是由病毒表面減毒疫苗是由病毒表面蛋白發(fā)生改變產(chǎn)生的蛋白發(fā)生改變產(chǎn)生的 53Sabin 脊髓灰質(zhì)炎疫苗三種（型）減毒脊髓灰質(zhì)炎病毒糖丸 （糖漿）口服sIgATh巨

13、噬細(xì)胞IgAsIgA漿細(xì)胞BM細(xì)胞上皮細(xì)胞輔助野型病毒543、流感病毒疫苗、流感病毒疫苗減毒的分子基礎(chǔ)減毒的分子基礎(chǔ)減毒鼻疫苗減毒鼻疫苗attenuated nasal vaccine冷適應(yīng)疫苗冷適應(yīng)疫苗cold-adapted vaccineculture cells漸進(jìn)性低溫傳代漸進(jìn)性低溫傳代12代，或12代以上只在只在25C生長(zhǎng)良好生長(zhǎng)良好限制病毒在上呼吸道限制病毒在上呼吸道流感病毒流感病毒 influenza virus55 用5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil）突變并經(jīng)過篩選溫度敏感而獲得的流感病毒A和RSV溫度敏感突變株 （Temperature-sensitive mut

14、ants）. 在流感發(fā)病過程中， TS基因（TS gene）可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行重配，產(chǎn)生一株病毒，可作為流感病毒新疫苗，它具有現(xiàn)在流行株的外殼，和減毒株的內(nèi)部蛋白。New methods of vaccine productionNew methods of vaccine production* * * 基因重配基因重配56Attenuated influenza vaccine strain using a cold-sensitive mutant that can be reassorted with new virulent strains NA：神經(jīng)氨酸酶：神經(jīng)氨酸酶HA：血凝素：血凝

15、素 （中和抗體的靶位）（中和抗體的靶位）57減毒株減毒株新的毒株（流行株）新的毒株（流行株）重重配配病毒病毒（新疫苗）（新疫苗）基因重配基因重配584 4、Advantages of attenuated vaccinesAdvantages of attenuated vaccines1) 激活免疫系統(tǒng)的所有時(shí)相。 可產(chǎn)生體液IgG和局部IgA。2) 對(duì)所有保護(hù)性抗原均產(chǎn)生免疫應(yīng)答，不同于抗原性發(fā)生改變 的死疫苗。3) 免疫性持久，交叉反應(yīng)多4) 成本低5) 在大多數(shù)的疫苗接種者中可迅速產(chǎn)生免疫性6) 接種方便，如 polio and adenovirus vaccines7) 可在某一群體

16、內(nèi)消除野生型病毒591) 突變，復(fù)毒 2）保存與運(yùn)輸均需冷藏3) 擴(kuò)散到其他沒有接種的人4) 擴(kuò)散未標(biāo)化的疫苗5) 很難傳入到熱帶地區(qū) 6) 對(duì)免疫缺陷病無能為力5 5、Disadvantages of Attenuated vaccineDisadvantages of Attenuated vaccine60 2003784例6個(gè)流行國(guó)家20041,268例6個(gè)流行國(guó)家6 6、減毒活疫苗的突變復(fù)毒、減毒活疫苗的突變復(fù)毒61Structural RegionNon-structural RegionP1P2P33 NTR5 NTRAnVPg IRES2A2B2C3C3D3A1D1C1B1AV

17、PgAACLOVER -LEAFu 在VP1段(900-906個(gè)堿基)的核苷酸與疫苗株差異1-15%；u 能夠?qū)е氯伺c人之間的傳播；致病性較強(qiáng)；u 在生物學(xué)性狀上很難與脊灰野病毒區(qū)分；u VDPV可在低OPV覆蓋率地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，引起脊灰暴發(fā)62VDPVVDPV的產(chǎn)生過程的產(chǎn)生過程口服OPV 機(jī)體內(nèi)病毒復(fù)制時(shí)核苷酸變異 病毒由糞便排出體外 再感染敏感機(jī)體 機(jī)體內(nèi)病毒進(jìn)一步變異 VDPV產(chǎn)生631) 產(chǎn)生充分的體液免疫2) 不出現(xiàn)突變和復(fù)毒 3) 可用于免疫缺陷的病人 4) 一般在熱帶地區(qū)活性不受影響5) 便于保存與運(yùn)輸Advantages of inactivated vaccine7 7、i

18、nactivated Vaccinesinactivated Vaccines641) 許多接種者不產(chǎn)生免疫反應(yīng) 2) 需要多次免疫3) 無局部免疫4) 成本高 5) 猴子短缺 6) 滅活失敗，接種病毒的毒株 Disadvantages of inactivated vaccines65666768697071= = = = = = = = = = = = = = = =E.coli Br47 + + r104 E.coli B E. coli K( ) 野生型野生型 小噬菌斑小噬菌斑 小噬菌斑小噬菌斑rII 大噬菌斑大噬菌斑 無噬菌斑（致死）無噬菌斑（致死）rII: r47 +, + r10

19、4 ( + +, r47 r104, r47 +, + r104 )E.coli B 3456E.coli K( ) 45724 4）T4T4噬菌體突變型的重組測(cè)驗(yàn)噬菌體突變型的重組測(cè)驗(yàn)Benzer的重組測(cè)驗(yàn)與基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)分析的重組測(cè)驗(yàn)與基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)分析噬菌體雜交實(shí)驗(yàn) r47r+ r+r104 B B K() r r+ +r r+ +親組合：r47r+、r+r104重組合：r+r+、r47r10473重組率重組型噬菌斑數(shù)總噬菌斑數(shù) E. coli( ) 45 2 E.coli B 3456 100% 1.33% 7475766 6）T2T2噬菌體的兩點(diǎn)測(cè)交與重組作圖噬菌體的兩點(diǎn)測(cè)交與重組作

20、圖 T2突變型（r-）：快速溶菌型，產(chǎn)生大而界限清晰的噬菌斑； T2野生型（r+）：緩慢溶菌型，產(chǎn)生小而邊緣模糊的噬菌斑。 T2寄主范圍突變型（h-）：能感染大腸桿菌品系1和品系2，產(chǎn)生透明的噬菌斑。 T2野生型（h+）：只能感染品系1，因?yàn)槠废?的細(xì)胞表面能阻止T2噬菌體對(duì)它的吸附。T2T2噬菌體的突變型噬菌體的突變型77E.coli 1 和和 2T2T2噬菌體的雜交噬菌體的雜交 h+r- h-r+E. coli 1基因型 表現(xiàn)型 h-r+ 親組合 透明,小 h+r- 親組合 半透明,大 h-r- 重組合 透明,大 h+r+ 重組合 半透明,小 78重組噬菌斑數(shù) (h+r+)+(h-r-)

21、重組值= = 100% 噬菌斑總數(shù) 噬菌斑總數(shù) T2T2噬菌體的重組值的計(jì)算噬菌體的重組值的計(jì)算雜交組合噬菌斑基因型的%重組值h+r-h-r+h+r+h-r-h+ra-h-ra+34.042.012.012.024%h+rb-h-rb+32.056.06.06.012%h+rc-h-rc+39.059.00.70.91.6%79 則：則：rara、rbrb、 rcrc與與 h h之間的順序：之間的順序：ra 24 hrb 12 hrc 1.6 h 4個(gè)基因可能的排列：個(gè)基因可能的排列： ra rb rc h ra rc h rb ra rb h rcra h rc rb8081821、噬菌體的突變型的互補(bǔ)試驗(yàn)、噬菌體的突變型的互補(bǔ)試驗(yàn)互補(bǔ)試驗(yàn)互補(bǔ)試驗(yàn)：根據(jù)基因的功能確定兩個(gè)基因是否等位的測(cè)驗(yàn)方法，確定突變的功能關(guān)系?；パa(bǔ)作用互補(bǔ)作用：兩個(gè)突變型的兩條同源染色體同處在一個(gè)雜合子