(5)病毒的分類、遺傳和變異

病毒的分類命名與遺傳變異

第四章主要內(nèi)容第一節(jié)病毒的分類與命名第二節(jié)病毒的遺傳與變異第三節(jié)病毒的干擾現(xiàn)象及干擾素第一節(jié)

病毒的分類與命名病毒分類學(xué)是隨著病毒學(xué)尤其是分子病毒學(xué)的發(fā)展而建立起來的，并逐漸走向成熟。按生物分類學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，分類應(yīng)能反映生物體的進(jìn)化與種系發(fā)生的關(guān)系。但病毒不可能按這個原則分類，一般仍按病毒鑒定等的實際需要而分類。一、病毒的命名與分類系統(tǒng)進(jìn)展概況

自從1898年貝杰林克（Beijerinck）首次提出“病毒”的概念以來，已經(jīng)過去100多年時間。病毒的種類由最初的幾十種、幾百種，發(fā)展到今天的5000多種，為了使如此多的病毒種類能夠得到科學(xué)的命名和分類，國際病毒分類委員會(InternationalComitteeonTaxonomyofViruses,ICTV)已提出和多次修訂了病毒的命名和分類原則，并且建立了由目、科（亞科）、屬和種分類階元構(gòu)成的病毒分類系統(tǒng)。病毒的分類和命名大事記

1937年Levaditi和Lepine就曾根據(jù)病毒對組織的親和性進(jìn)行分類。1948年Holmes提出根據(jù)病毒所引起的宿主癥狀的分類方案。1950年第五屆國際微生物學(xué)會提出了有關(guān)病毒分類的8項原則。1963年國際微生物命名委員會病毒分會根據(jù)安德魯斯(Andrewes)提出的分類建議提出了新的8項分類原則。1966年在莫斯科舉行的第九屆國際微生物學(xué)會上成立了國際病毒命名委員會（InternationalCommitteeonNomenclatureofViruses,ICNV），并通過了上述新的8項分類原則。

1971年ICNV公布了關(guān)于病毒分類和命名的第一次報告，將當(dāng)時了解得比較清楚的500多種病毒分為RNA和DNA病毒兩大類，并且分為43個病毒屬。1973年ICNV正式更名為國際病毒分類委員會(InternationalCommitteeonTaxonomyofViruses,ICTV)。

1976年ICTV公布了病毒分類和命名的第二次報告，將病毒已建立的屬（組）按宿主分為五大類。1979年公布了病毒分類和命名第三次報告，并根據(jù)病毒核酸類型，包膜有無將病毒分為7大類，總共有53個科（組或群）。

1982年公布了病毒分類和命名第四次報告，將7大類病毒分為54個科（組）和5個可能的科。同時還提出了22條病毒命名的規(guī)則和新的病毒分類方案。病毒總數(shù)為1372種。1991年ICTV公布了病毒和命名第五次報告，將2430種病毒分類73個科（組），比第四次報告增加了19個（組），并且首次公布了比科更為高級的分類階元，即單分子負(fù)鏈RNA病毒目。1995年ICTV公布了病毒分類和命名第六次報告，將現(xiàn)在所知約4000多種病毒分為49科，11個亞科，164個屬（包括：22個未定科的屬），其中植物病毒分類不再采用組、亞組，而統(tǒng)一使用科、屬、種分類階元。1996年在耶路撒冷第10屆國際病毒大會期間，ICTV對第六次報告作了修改和補充，確定了38條新的病毒分類和命名準(zhǔn)則。1997年ICTV在法國斯特拉斯堡召開常務(wù)會議，正式批準(zhǔn)病毒分類系統(tǒng)有2個目，55個科，189個屬（有23個屬的分科未定）。1998年ICTV在美國加州SanDiego召開了第27次常務(wù)會議，會上又增設(shè)了1個目，6個科，26個屬。同時批準(zhǔn)了41條新的分類和命名規(guī)則。

1999年根據(jù)“Virustaxanomy-1999”、病毒分類系統(tǒng)達(dá)到了3個目，62個科。另外亞病毒感染因子（Subviralagent）下設(shè)衛(wèi)星、類病毒和朊病毒，其中類病毒分類新設(shè)立了2個科，7個屬。同年ICTV公布第七個國際病毒分類報告，植物病毒的分類有了非常大的進(jìn)展，列出15個植物病毒科、73個植物病毒屬，其中已歸科的屬有49個，未歸到科的屬有24個。二、病毒分類原理原理：強調(diào)其分類和命名的穩(wěn)定性、實用性、認(rèn)可性和靈活性。

穩(wěn)定性是指病毒名稱及其隸屬關(guān)系一旦確定下來，就應(yīng)該盡可能的保留。

實用性是指病毒分類體制應(yīng)該對病毒學(xué)研究領(lǐng)域是有用的。認(rèn)可性是指病毒分類階元和名稱應(yīng)該為病毒學(xué)研究者樂意接受和使用，所以，認(rèn)可性也是實用性的必然結(jié)果。

靈活性是指病毒分類階元可以依據(jù)某些新發(fā)現(xiàn)而進(jìn)行重新修訂和再確定。三、病毒分類原則國際病毒分類委員會所承認(rèn)的病毒分類原則，是在許多病毒分類學(xué)家提出許多分類標(biāo)準(zhǔn)方案中，歸納整理而得予通過的。目前所確定的病毒分類原則，有下列八條，得到國際分類委員會的認(rèn)可。1、核酸的類型、結(jié)構(gòu)及相對分子質(zhì)量病毒核酸是DNA還是RNA，是單股還是雙股，是線狀還是環(huán)狀，是整個還是分段，核酸的相對分子質(zhì)量是多少，核酸相對分子質(zhì)量占病毒體總量的百分比，鳥嘌呤加胞嘧啶（G＋C）的含量等。2、病毒的形狀和大小病毒體的形狀是桿狀、球狀、二十面體、子彈狀、磚形還是蝌蚪狀等；病毒體的長度和寬度、病毒體的直徑。3、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)包括殼體的對稱型、立體對稱、螺旋對稱或復(fù)合對稱；有無囊膜；二十面體殼體的殼粒數(shù)目和直徑、螺旋殼體的直徑。4、病毒體對乙醚、氯仿等脂溶劑的敏感性5、血清學(xué)性質(zhì)和抗原關(guān)系。6、流行病學(xué)特點包括病毒屬的宿主范圍；傳播方式和媒介種類；臨床病理學(xué)特征。7、病毒在細(xì)胞培養(yǎng)上的特性包括對細(xì)胞和宿主的特異性；病毒在感染細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制過程；合成和裝配部位；在核內(nèi)、細(xì)胞質(zhì)內(nèi)或細(xì)胞表面成熟的情況；細(xì)胞內(nèi)包涵體的形成和細(xì)胞病理變化。8、除脂溶劑外對其它化學(xué)和物理因子的敏感性包括對酸的穩(wěn)定性、對熱的穩(wěn)定性和加入兩價陽離子后的穩(wěn)定性。國際病毒分類委員會第七次報告（1999年），病毒的分類學(xué)已經(jīng)出版。將所有已知的病毒，根據(jù)核酸的類型分為：此外，還增設(shè)亞病毒因子一類。類病毒DNA病毒單股雙股RNA病毒單股雙股負(fù)鏈正鏈DNA與RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒裸露RNA病毒一些屬性不很明確的，尚未確定屬或稱暫定病毒屬，用引號和后綴“－likeviruses”表示，如“Norwalk-likeviruses”(漢譯為“諾瓦克樣病毒屬”)。第二節(jié)病毒的遺傳與變異

遺傳和變異是生命的基本特征。遺傳是生物體親代與子代之間的形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理機能等方面的相似性。而變異則是親代與子代之間、子代各個體之間的差異性。

病毒是一種極為簡單的分子生物，具有明顯的遺傳穩(wěn)定性，但由于病毒不具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其遺傳物質(zhì)易受周圍環(huán)境的影響。特別是病毒是以基因組的分子形式在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制繁殖，在繁殖過程中，病毒核酸更易受細(xì)胞內(nèi)分子環(huán)境的影響而發(fā)生改變，這就決定了病毒的遺傳具有較大的變異性。一、病毒的突變突變的定義

病毒遺傳物質(zhì)核酸的組成或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變稱為突變(mutation)。其中核酸中一對或少數(shù)幾對堿基的缺失、插入或置換，由于其發(fā)生變化的范圍很小，稱為點突變或狹義的突變，而目前突變的概念包括大段染色體的缺失、重復(fù)、移位和倒位等較大范圍內(nèi)可遺傳結(jié)構(gòu)的改變。通常，攜帶突變的生物個體或群體，或株系，稱為突變體(mutant)。（一）、自發(fā)突變在沒有任何已知誘變劑存在的條件下，一些病毒在子代中產(chǎn)生高比例的突變體。這些自發(fā)突變體(spontaneousmutation)在病毒基因組中累積，經(jīng)歷病毒進(jìn)化過程中的選擇壓力產(chǎn)生表型變異。在DNA基因組病毒中，自發(fā)突變率極低，每個摻入核苷酸的自發(fā)突變率僅為10-8～10-11。在基因組為RNA的病毒中，檢測到的自發(fā)突變率高得多，每個摻入核苷酸的自發(fā)突變率高達(dá)10-3～10-4。

原因：這種自發(fā)突變率差異的原因是RNA基因組復(fù)制置信度低，RNA復(fù)制酶中缺少校正閱讀活性。（二）、誘發(fā)突變各種物理、化學(xué)誘變劑(Mutagens)可提高病毒突變率，如溫度、射線、5-溴尿嘧啶、亞硝酸鹽等的作用均可誘發(fā)突變。

突變株與原先的野生型病毒(Wild-typevirus)特性不同，表現(xiàn)為病毒毒力、抗原組成、溫度和宿主范圍等方面的改變。1．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(zhì)炎疫苗、麻疹疫苗等。2．宿主適應(yīng)性突變株例如狂犬病毒突變株適應(yīng)在兔腦內(nèi)增殖，由“街毒”變?yōu)椤肮潭ǘ尽?，可制成狂犬病疫苗。街毒—人們把直接從自然界中分離到的狂犬病毒稱為街毒。固定毒—街毒在實驗室中傳代，其特性發(fā)生改變稱其為固定毒。3．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-sensitiveconditionallethalmutant），簡稱溫度敏感突變株(ts株)。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(yīng)有功能。因此大多數(shù)ts株同時又是減毒株?，F(xiàn)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減毒活疫苗，如流感病毒及脊髓灰質(zhì)炎病毒ts株疫苗。二、病毒的重組病毒重組機制

當(dāng)兩種有親緣關(guān)系的不同病毒感染同一宿主細(xì)胞時，它們的遺傳物質(zhì)發(fā)生交換，結(jié)果產(chǎn)生不同于親代的可遺傳的子代，稱為基因重組（Geneticrecombination）。病毒重組時，來自兩個或多個病毒顆粒的遺傳物質(zhì)重配于子代重組體病毒中，病毒重組體含有來自兩個或多個親代病毒基因的核酸序列，出現(xiàn)與親代病毒不同的基因型和表型。1．活病毒間的重組

例如流感病毒兩個亞型之間可基因重組，產(chǎn)生新的雜交株，即具有一個親代的血凝素和另一親代的神經(jīng)氨酸酶。這在探索自然病毒變異原理中具有重要意義。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。2．滅活病毒間的重組

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?fù)活，產(chǎn)生出感染性病毒體，此稱為多重復(fù)活（Multiplicityreactivation）。原因：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(fù)活。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。3．死活病毒間的重組

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(jīng)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(chǎn)生出具有前者特點的A2亞型流感病毒，此稱為交叉復(fù)活(Crossreactivation)。三、病毒的進(jìn)化從進(jìn)化角度來看，病毒是高度進(jìn)化的生物，并且仍在不斷地進(jìn)化。通過研究現(xiàn)存的病毒，人們希望能夠了解病毒的起源和進(jìn)化歷程，了解隨著環(huán)境因素的變化，病毒將怎樣變異、變異的速度如何、什么是變異的選擇壓力等，從而能夠有效地控制和避免人類及動物病毒病的爆發(fā)。一般認(rèn)為病毒的進(jìn)化是獨立于宿主的進(jìn)化進(jìn)行的，質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子、插入片段、反轉(zhuǎn)子等的進(jìn)化與病毒的進(jìn)化有一定的相關(guān)性。

病毒與細(xì)胞關(guān)系的多元化給病毒起源的研究增加了許多困難，1988年以來，隨著對病毒與細(xì)胞相互作用的分子模型分析和病毒核酸的分子生物學(xué)研究以及病毒基因克隆技術(shù)的發(fā)展，對病毒的起源目前形成了三種代表性的學(xué)說。第一種學(xué)說認(rèn)為，病毒是地球上生物進(jìn)化過程中的一種最為原始的生命物質(zhì)，病毒既具有化學(xué)大分子的屬性，又具有生物的部分特征。這似乎提示，在從無機自然界到生命出現(xiàn)這一漫長的轉(zhuǎn)變過程中，病毒正處于非生物到生物的過渡位置，也就是說病毒正好填補從化學(xué)大分子到原始細(xì)胞生物中間的空白。其要點是：地球上生命物質(zhì)產(chǎn)生的環(huán)境中首先由無機物質(zhì)演化為有機物質(zhì)，再演化為大分子生命物質(zhì)。這個學(xué)說是根據(jù)生命起源學(xué)說和分子進(jìn)化理論所提出來的一種純粹的假設(shè)，缺乏任何進(jìn)化上的證據(jù)。第二種學(xué)說認(rèn)為病毒是一種高級微生物的退行性生命物質(zhì)，微生物細(xì)胞在生命歷程中的部分基因丟棄使其喪失獨立的自我繁殖能力，最終退化為病毒。提出這種假說的依據(jù)是：在細(xì)胞內(nèi)環(huán)境寄生的細(xì)菌與病毒之間，還存在著像立克次氏體和衣原體（是二類非獨立生活的細(xì)胞生物）這樣一些比細(xì)菌更原始，而且是專性細(xì)胞內(nèi)寄生的中間形式。并據(jù)此推測：細(xì)菌→立克次氏體→衣原體→病毒。如果假說成立，那就應(yīng)該在病毒能夠感染的動植物細(xì)胞和細(xì)菌細(xì)胞中找到這種細(xì)胞內(nèi)寄生的小型細(xì)胞生物，而實際情況并非如此，況且，在立克次氏體和衣原體中未見發(fā)現(xiàn)病毒的報道?？梢?，該假說成立的證據(jù)不足。

第三種學(xué)說認(rèn)為，病毒來源于正常細(xì)胞的核酸，因偶然途徑從細(xì)胞內(nèi)脫離出來而變?yōu)椴《?，這就是目前比較流行的病毒起源的內(nèi)源性學(xué)說。支持這個學(xué)說的多半來自于一些實驗的間接證據(jù)：病毒與質(zhì)粒的相似性，質(zhì)粒本屬于細(xì)胞的一部分，但它可以隨時脫離細(xì)胞，并在細(xì)胞之間傳遞；有很多DNA病毒，如細(xì)菌病毒中的λ噬菌體，植物病毒中的花椰菜花葉病毒，動物病毒中的乙肝病毒、腺病毒、皰疹病毒和乳頭瘤病毒等，這些病毒的DNA或全部或部分可以結(jié)合到它們所寄生的細(xì)胞的染色體上，從而變?yōu)榧?xì)胞的一部分，這正好是細(xì)胞核酸外逸的逆過程；以上三種病毒起源學(xué)說及病毒演化的有關(guān)證據(jù)給人的啟示是，病毒起源是復(fù)雜和多元化的，不同病毒有著不同的起源，至少在DNA病毒和RNA病毒之間是如此，這方面的結(jié)論尚有待于更多研究資料的積累。四、基因相互作用的產(chǎn)物1．表型混合(Phenotypemixing)兩種病毒混合感染后，一個病毒的基因組偶而裝入另一病毒的衣殼內(nèi)，或裝入兩個病毒成分構(gòu)成的衣殼內(nèi)，發(fā)生表型混合。這種混合是不穩(wěn)定的，傳代后可恢復(fù)其原來的特性。2．基因型混合(Genotypemixing)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囊膜內(nèi)，但它們的核酸都未重組合，所以沒有遺傳性。3．互補(Complementation)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）相互間補助不足，例如輔助病毒與缺損病毒間、兩個缺損病毒間、活病毒與死病毒間都可以互補，互補后仍產(chǎn)生原來病毒的子代。4．增強(Enhancement)指兩種病毒混合培養(yǎng)時，一種病毒能促進(jìn)增強另一種病毒的產(chǎn)量，可能是因為前者壓制了產(chǎn)生干擾素所致。五、病毒變異的實際意義1．研制減毒活疫苗如ts株、宿主適應(yīng)性突變株的研制。2．應(yīng)用于基因工程(Geneticengineering)基因工程是將一個生物體的基因(Gene)，也就是攜帶遺傳信息的DNA片段，轉(zhuǎn)移到另一個生物內(nèi)，與原有生物體的DNA結(jié)合，實現(xiàn)遺傳性狀的轉(zhuǎn)移和重新組合，從而使人們能夠定向地控制、干預(yù)和改變生物體的變異和遺傳。第三節(jié)病毒的干擾現(xiàn)象及干擾素一種病毒感染動物機體(或細(xì)胞)后能產(chǎn)生抑制他種病毒再感染的作用，這種現(xiàn)象稱為病毒的干擾現(xiàn)象。干擾現(xiàn)象可發(fā)生于同一株病毒內(nèi)缺損病毒對正常病毒的干擾，稱為自身干擾；也可發(fā)生于同種病毒不同株之間，稱為同種干擾；也發(fā)生于同屬病毒不同種之間，稱為同屬干擾。同屬干擾現(xiàn)象較常見。原因：可能是干擾病毒先占據(jù)或損壞了易感細(xì)胞上能為被干擾病毒吸附的受體；或者在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制時，先占用了有關(guān)的細(xì)胞組成和代謝