病毒的遗传与进化

1、病毒的遗传与进化 1病毒的变异现象和类型有哪些 2病毒变异发生机理 3病毒间相互作用包括哪些病毒间相互作用包括哪些 4什么是杂合现象，干扰现象，表型混合。杂合现象，干扰现象，表型混合。 5构建病毒变异株的一般方法。构建病毒变异株的一般方法。 病毒的遗传能保持物种的相对稳定，维系生物界的平衡；而病毒的变异可导致新品种出现，孕育生物界的进化。 病毒是一类极为简单的分子生物，核酸是遗传的物质基础，核酸复制的忠实性使病毒具有稳定的遗传表现。但由于病毒没有细胞结构，其遗传物质极易受外界环境及细胞内分子环境的影响而发生改变，病毒与其它生物相比，其遗传具有更大的变异性。 一、病毒性状的变异一、病毒性状的变异

2、 病毒的变异主要源于其基因组的突变和重组，并导致性状的改变。性状的变异有的可以遗传，有的则不能遗传。 性状的变异通常包括： 1、毒力的变异；、毒力的变异； 2、抗原性的变异；、抗原性的变异； 3、空斑的变异；、空斑的变异； 4、对某些理化因素抵抗力或依赖性的变异、对某些理化因素抵抗力或依赖性的变异等。等。 二、病毒突变二、病毒突变 1、突变的概念：、突变的概念： 病毒的突变（Mutation）是指基因组中核酸硷基顺序上的化学变化，可以是一个核苷酸的改变，也可为上百上千个核苷酸的缺失或易位。 2、病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。、病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。 （1）自发突变：）自发突

3、变：是在没有任何已知诱变剂的条件下，病毒子代产生高比例的突变体，最后导致表型变异；病毒复制中的自然突变率10-510-8。DNA病毒和RNA病毒在突变频率上有较大的差别。 （2）诱导突变：）诱导突变：是利用不同的物理或化学诱变剂（如温度、射线、5-溴尿嘧啶、亚硝酸盐等）处理病毒，提高病毒群体突变率，诱导病毒子代出现特定的突变类型。 3、突变的机理、突变的机理 （1）点突变：）点突变：在单一核酸的碱基中发生了改变。 （2）缺失突变：）缺失突变：在核苷酸中有一段序列被丢失。 （3）插入突变：）插入突变：在病毒基因组中插入一段核苷酸序列。 （4）回复突变：）回复突变：突变的核苷酸有可能发生突变逆转，

4、重新具有与起始毒株相同的表型。 4、突变的表现、突变的表现 突变株与原先的野生型病毒(Wild-type virus)特性不同，主要表现为无效突变体、病毒毒力突变体、温度敏感突变体、蚀斑突变体、宿主范围突变体、抗药性突变体、抗原突变体、回复突变体等。 （1）毒力改变：）毒力改变：有强毒株及弱毒株，后者可制成弱毒活病毒疫苗，如脊液灰质炎疫苗、麻疹疫苗等。 （2）条件致死突变株：）条件致死突变株：指病毒突变后在特定条件下能生长，而在原来条件下不能繁殖而被致死。其中最主要是的是温度敏感条件致死突变株（Temperature-sensitive conditional lethalmutant），简称

5、温度敏感突变株(ts株)，在特定温（2835）下孵育则能增殖，在非特定温度（3740）下孵育则不能繁殖，而野生型在两种温度均能增殖。显然是由于在非特定温度下，突变基因所编码的蛋白缺乏其应有功能。因此大多数ts株同时又是减毒株。现已从许多动物病毒中分离出ts株，选择遗传稳定性良好的品系用于制备碱毒活疫苗，如流感病毒及脊髓灰制裁炎病毒ts 株疫苗。 （3）宿主适应性突变株例：）宿主适应性突变株例：如狂犬病毒突变株适应在兔脑内增殖，由“街毒”变为“固定毒”，可制成狂犬病疫苗。 三、基因重组三、基因重组 1、基因重组的概念、基因重组的概念 两种不同的病毒或同一种病毒的两个不同的毒株同时感染同一细胞时，

6、在核酸复制过程中，病毒之间交换核酸片段，从而可发生基因重组。结果产生不同于亲代的可遗传的子代，称为基因重组（Genetic recombination）。 2、病毒基因重组的类型、病毒基因重组的类型 （1）分子内重组）分子内重组 指两种不同、通常关系密切相关的两种病毒的核苷酸片段的交换。DNA病毒可发生此种现象，RNA病毒更为普遍。 例如：西部马脑脊髓炎病毒就是类仙台病毒和东部马脑脊髓炎病毒重组产物。 （2）重配）重配 在两株基因组分节段的RNA病毒同时感染同一细胞时，二者基因组发生互换，产生稳定或不稳定的重配毒株。 例如流感病毒两个亚型之间的基因重组，产生新的杂交株，即具有一个亲代的血凝素和

7、另一亲代的神经氨酸酶。这在探索自然病毒变异原理中具有重要意义。人类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与某些动物（鸡、马、猪）的流感病毒间发生基因重组所致。 如：呼肠孤病毒1012节段； 沙粒病毒、双RNA病毒2节段； 布尼病毒3节段； 正粘病毒68节段。 （3）复活）复活 交叉复活交叉复活(Cross reactivation)：有传染性的病毒与灭活的相关病毒或该病毒的DNA片段共同培养，产生具有灭活病毒特性的活病毒。 例如将能在鸡胚中生长良好的甲型流感病毒（A0或A1亚型）疫苗株经紫外线灭活后，再加亚洲甲型（A2亚型）活流感病毒一同培养，产生出具有前者特点的A2亚

8、型流感病毒，可供制作疫苗. 多重复活（多重复活（Multiplicity reactivation）：例如用紫外线灭活的两株同种病毒，若一同培养后，常可使灭活的病毒复活，产生出感染性病毒体。 这是因为两种病毒核酸上受损害的基因部位不同，由于重组合相互弥补而得到复活。 因此现今不用紫外线灭活病毒制造疫苗，以防病毒复活的危险。 四、病毒间相互作用四、病毒间相互作用 1、病毒的抑制作用、病毒的抑制作用 指一种突变体表型被另一种抑制性突变所阻抑，它既可发生于病毒基因组内，也可发生于宿主细胞基因组内。这种现象在原核系统中较具代表性。 2、病毒遗传物质的相互作用、病毒遗传物质的相互作用 （1）互补作用：）

9、互补作用：即病毒超感染过程中基因产物间的相互作用，其结果是一种或两种亲本病毒产量增加，而两种病毒在基因水平上并未改变。在这种情况下，一种病毒为另一个存在某种功能缺陷的病毒提供了该种功能基因产物； （2）重组：）重组：是在超感染过程中病毒基因组间自然的相互作用，其结果是产生了两个亲代病毒基因组中都不存在的重组基因； （3）再活化：）再活化：是指由非感染的亲代病毒基因组产生有感染性的（重组）子代病毒的过程。此过程在体外已得到证实，并且在体内可能也有重要意义。例如，有人对AIDS患者长期临床观察中发现，长期潜伏的缺陷型HIV前病毒的拯救可能会增加抗原的多样性，并且对致病起一定的作用。 3、病毒非遗传

10、性的相互作用、病毒非遗传性的相互作用 （1）杂合现象：）杂合现象：例如逆转录病毒是真正的二倍体，具有两个完整的全基因组拷贝；某些DNA病毒，如疱疹病毒含有重复序列，因而是部分杂合的。另一些病毒（大多数是有包膜的病毒）的异常包装有时可能会产生杂合的多倍体颗粒（如10%以上的新城疫病毒颗粒）。 （2）干扰现象：一种病毒可干扰另一种病）干扰现象：一种病毒可干扰另一种病毒对细胞的感染。同源性干毒对细胞的感染。同源性干扰（即对抗同种病毒）通常是由干扰颗粒 （DI颗粒）引起的，颗粒间相互竞争必需的细胞成分而阻断复制。此外，干扰也可由突变类型引起 或通过封闭病毒受体所致，此作用是由先感染病毒所产生的受体附着

11、蛋白引起的 。 （3）表型混合：）表型混合：在某些极端情况，一个病毒的基因组被完全包裹于另一病毒（假型）衣壳或包膜中。这种混合使子代病毒具有了某种表型特征（如细胞嗜性），这种特征由掺入到病毒颗粒中的蛋白引起，但其基因组却不发生任何变化。 表型混合在裸核壳（无包膜）病毒中（如不同株的肠道病毒），或在彼此不相关的包膜病毒中极易发生。后一种情况是不同的病毒糖蛋白非特异性掺入到包膜引起的，从而产生了混合表型。 五病毒变异的研究方法五病毒变异的研究方法 病毒纯化 蚀斑分离法：即用高度稀释的病毒液感染玻璃瓶或平皿中培养的单层细胞，由于病毒呈现致细胞病变作用，而在单层细胞上形成蚀斑。 病斑分离法；一些可以在

12、鸡胚绒毛尿囊膜 上增殖的病毒，可以根据其在绒毛尿囊膜上形成的病斑特征进行纯系分离。 细胞克隆：先在玻璃器皿内培养对病毒敏感的细胞，待其生长成单层后，接种高度稀释的原始毒种，短时间内30-60分温育后，应用细胞分散剂，消化成单个细胞，再将细胞悬液用营养液高度稀释，使每毫升内含有一个细胞。然后再接种，筛选。最后获纯。 终点稀释法： 本法是在研究甲型流感病毒所谓的OD变异时最早创立的。应用鸡胚羊膜囊分离甲型流感病毒时，第一代羊水病毒对豚鼠红细胞量现很高的凝集价，但对鸡红细胞的凝集价很低，称为O相。取此第一代病毒在底倍稀释后作第二代羊膜 腔传代，第二代病毒对豚鼠和鸡红细胞具有几乎相等的凝集价，称为D相

13、。但是如将第一代病毒作高倍稀释后再行接种传代，则第二代病毒仍能保持O相。如果随后继续应用这种终点稀释度传代，一般可以无限地保持病毒O相的性状。这是由于终点稀释时只有占多数的O相病毒粒子能够获得感染下一代鸡胚的机会，毒株性状因而保持变。 遗传指标 鉴定病毒遗传变异的常用指标包括： 1病毒粒子的形态； 2抗原构造及血清学性状； 3蚀斑或病斑的大小和性状； 4 致细胞病变的特征； 5病原性，感染范围和毒力； 6对理化学因素的抵抗力 7对干扰素的敏感性。 研究方法 1 病毒突变率研究：突变率就是单位数量内发生突变的比率比。 2 人工筛选变异株：在动物病毒变异研究中最有实际意义的是获得毒力低，但仍有免疫

14、原性的弱毒株。几种减毒的方法： 异种动物适应性变异； 异常感染途径适应性变异； 鸡胚适应性变异； 细胞适应性变异 ； 重组实验 3 突变性质的分析；分析已有变异的突变性质和研究人突变对表型的影响 4 人工突变 将突变导入克隆病毒DNA方法概括起来有三类：碱基置换，缺失或插入，成簇碱基置换 碱基置换：最简单的碱基置换为寡核苷酸指导的突变法，该法需要合成一个含有目的突变的序列作为引物。将其与含有野生型序列模板杂交，然后以DNA聚合酶延伸，产生含有错配碱基的异源分子。 六、病毒变异的实际意义六、病毒变异的实际意义 1、研制减毒活疫苗：、研制减毒活疫苗：如ts株、宿主适应性突变株的研制。 2、应用于基

15、因工程：、应用于基因工程： 如何利用病毒突变和重组建立病毒生物学研究的有效方法，如何利用重组病毒构建重要疾病基因治疗载体，是研究病毒遗传和变异的主要目的之一。 虽然有一些病毒现已可通过序列分析进行其基因组研究，但病毒重组作图、重配作图、中间型杂交、转录图和多肽图等仍是研究病毒遗传图的重要方法。 在病毒基因功能研究中，经典的互补试验、克隆基因的互补试验及利用突变和重组进行的顺式因子分析、反式因子分析和基因瞬时表达，都有着不可替代的作用。 由于一些病毒可以感染动物和人类的特异组织细胞，利用这些病毒构建表达外源基因载体，用于人类一些特殊疾病的基因治疗，这一方面具有诱人的前景。 一、病毒性状的变异一、

16、病毒性状的变异 性状的变异通常包括：性状的变异通常包括： 1、毒力的变异、毒力的变异2、抗原性的变异、抗原性的变异 3、空斑的变异、空斑的变异4、对某些理化因素抵抗力或依赖性的变异等。对某些理化因素抵抗力或依赖性的变异等。 二、病毒突变二、病毒突变 1、突变的概念：、突变的概念： 2、病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。、病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。 （1）自发突变）自发突变 （2）诱导突变）诱导突变 3、突变的机理、突变的机理 （1）点突变）点突变 （2）缺失突变）缺失突变 （3）插入突变）插入突变 （4）回复）回复突变突变 4、突变的表现、突变的表现 （1）毒力改变（）毒力改变（2）条件致死突变株）条件致死突变株 （3）宿主适应性）宿主适应性突变株例突变株例 三、基因重组三、基因重组 1、基因重组的概念、基因重组的概念 2、病毒基因重组的类型、病毒基因重组的类型 （1）分子内重组（）分子内重组（2）重配）重配 （3）复活）复活 交叉复活交叉复活(Cross reactivation) 多重复多重复活（活（Multiplicity