(5)病毒的分类、遗传和变异

病毒的分类命名与遗传变异

第四章主要内容第一节病毒的分类与命名第二节病毒的遗传与变异第三节病毒的干扰现象及干扰素第一节

病毒的分类与命名病毒分类学是随着病毒学尤其是分子病毒学的发展而建立起来的，并逐渐走向成熟。按生物分类学标准，分类应能反映生物体的进化与种系发生的关系。但病毒不可能按这个原则分类，一般仍按病毒鉴定等的实际需要而分类。一、病毒的命名与分类系统进展概况

自从1898年贝杰林克（Beijerinck）首次提出“病毒”的概念以来，已经过去100多年时间。病毒的种类由最初的几十种、几百种，发展到今天的5000多种，为了使如此多的病毒种类能够得到科学的命名和分类，国际病毒分类委员会(InternationalComitteeonTaxonomyofViruses,ICTV)已提出和多次修订了病毒的命名和分类原则，并且建立了由目、科（亚科）、属和种分类阶元构成的病毒分类系统。病毒的分类和命名大事记

1937年Levaditi和Lepine就曾根据病毒对组织的亲和性进行分类。1948年Holmes提出根据病毒所引起的宿主症状的分类方案。1950年第五届国际微生物学会提出了有关病毒分类的8项原则。1963年国际微生物命名委员会病毒分会根据安德鲁斯(Andrewes)提出的分类建议提出了新的8项分类原则。1966年在莫斯科举行的第九届国际微生物学会上成立了国际病毒命名委员会（InternationalCommitteeonNomenclatureofViruses,ICNV），并通过了上述新的8项分类原则。

1971年ICNV公布了关于病毒分类和命名的第一次报告，将当时了解得比较清楚的500多种病毒分为RNA和DNA病毒两大类，并且分为43个病毒属。1973年ICNV正式更名为国际病毒分类委员会(InternationalCommitteeonTaxonomyofViruses,ICTV)。

1976年ICTV公布了病毒分类和命名的第二次报告，将病毒已建立的属（组）按宿主分为五大类。1979年公布了病毒分类和命名第三次报告，并根据病毒核酸类型，包膜有无将病毒分为7大类，总共有53个科（组或群）。

1982年公布了病毒分类和命名第四次报告，将7大类病毒分为54个科（组）和5个可能的科。同时还提出了22条病毒命名的规则和新的病毒分类方案。病毒总数为1372种。1991年ICTV公布了病毒和命名第五次报告，将2430种病毒分类73个科（组），比第四次报告增加了19个（组），并且首次公布了比科更为高级的分类阶元，即单分子负链RNA病毒目。1995年ICTV公布了病毒分类和命名第六次报告，将现在所知约4000多种病毒分为49科，11个亚科，164个属（包括：22个未定科的属），其中植物病毒分类不再采用组、亚组，而统一使用科、属、种分类阶元。1996年在耶路撒冷第10届国际病毒大会期间，ICTV对第六次报告作了修改和补充，确定了38条新的病毒分类和命名准则。1997年ICTV在法国斯特拉斯堡召开常务会议，正式批准病毒分类系统有2个目，55个科，189个属（有23个属的分科未定）。1998年ICTV在美国加州SanDiego召开了第27次常务会议，会上又增设了1个目，6个科，26个属。同时批准了41条新的分类和命名规则。

1999年根据“Virustaxanomy-1999”、病毒分类系统达到了3个目，62个科。另外亚病毒感染因子（Subviralagent）下设卫星、类病毒和朊病毒，其中类病毒分类新设立了2个科，7个属。同年ICTV公布第七个国际病毒分类报告，植物病毒的分类有了非常大的进展，列出15个植物病毒科、73个植物病毒属，其中已归科的属有49个，未归到科的属有24个。二、病毒分类原理原理：强调其分类和命名的稳定性、实用性、认可性和灵活性。

稳定性是指病毒名称及其隶属关系一旦确定下来，就应该尽可能的保留。

实用性是指病毒分类体制应该对病毒学研究领域是有用的。认可性是指病毒分类阶元和名称应该为病毒学研究者乐意接受和使用，所以，认可性也是实用性的必然结果。

灵活性是指病毒分类阶元可以依据某些新发现而进行重新修订和再确定。三、病毒分类原则国际病毒分类委员会所承认的病毒分类原则，是在许多病毒分类学家提出许多分类标准方案中，归纳整理而得予通过的。目前所确定的病毒分类原则，有下列八条，得到国际分类委员会的认可。1、核酸的类型、结构及相对分子质量病毒核酸是DNA还是RNA，是单股还是双股，是线状还是环状，是整个还是分段，核酸的相对分子质量是多少，核酸相对分子质量占病毒体总量的百分比，鸟嘌呤加胞嘧啶（G＋C）的含量等。2、病毒的形状和大小病毒体的形状是杆状、球状、二十面体、子弹状、砖形还是蝌蚪状等；病毒体的长度和宽度、病毒体的直径。3、病毒的形态结构包括壳体的对称型、立体对称、螺旋对称或复合对称；有无囊膜；二十面体壳体的壳粒数目和直径、螺旋壳体的直径。4、病毒体对乙醚、氯仿等脂溶剂的敏感性5、血清学性质和抗原关系。6、流行病学特点包括病毒属的宿主范围；传播方式和媒介种类；临床病理学特征。7、病毒在细胞培养上的特性包括对细胞和宿主的特异性；病毒在感染细胞内的复制过程；合成和装配部位；在核内、细胞质内或细胞表面成熟的情况；细胞内包涵体的形成和细胞病理变化。8、除脂溶剂外对其它化学和物理因子的敏感性包括对酸的稳定性、对热的稳定性和加入两价阳离子后的稳定性。国际病毒分类委员会第七次报告（1999年），病毒的分类学已经出版。将所有已知的病毒，根据核酸的类型分为：此外，还增设亚病毒因子一类。类病毒DNA病毒单股双股RNA病毒单股双股负链正链DNA与RNA逆转录病毒裸露RNA病毒一些属性不很明确的，尚未确定属或称暂定病毒属，用引号和后缀“－likeviruses”表示，如“Norwalk-likeviruses”(汉译为“诺瓦克样病毒属”)。第二节病毒的遗传与变异

遗传和变异是生命的基本特征。遗传是生物体亲代与子代之间的形态结构与生理机能等方面的相似性。而变异则是亲代与子代之间、子代各个体之间的差异性。

病毒是一种极为简单的分子生物，具有明显的遗传稳定性，但由于病毒不具有细胞结构，其遗传物质易受周围环境的影响。特别是病毒是以基因组的分子形式在细胞内复制繁殖，在繁殖过程中，病毒核酸更易受细胞内分子环境的影响而发生改变，这就决定了病毒的遗传具有较大的变异性。一、病毒的突变突变的定义

病毒遗传物质核酸的组成或结构发生改变称为突变(mutation)。其中核酸中一对或少数几对碱基的缺失、插入或置换，由于其发生变化的范围很小，称为点突变或狭义的突变，而目前突变的概念包括大段染色体的缺失、重复、移位和倒位等较大范围内可遗传结构的改变。通常，携带突变的生物个体或群体，或株系，称为突变体(mutant)。（一）、自发突变在没有任何已知诱变剂存在的条件下，一些病毒在子代中产生高比例的突变体。这些自发突变体(spontaneousmutation)在病毒基因组中累积，经历病毒进化过程中的选择压力产生表型变异。在DNA基因组病毒中，自发突变率极低，每个掺入核苷酸的自发突变率仅为10-8～10-11。在基因组为RNA的病毒中，检测到的自发突变率高得多，每个掺入核苷酸的自发突变率高达10-3～10-4。

原因：这种自发突变率差异的原因是RNA基因组复制置信度低，RNA复制酶中缺少校正阅读活性。（二）、诱发突变各种物理、化学诱变剂(Mutagens)可提高病毒突变率，如温度、射线、5-溴尿嘧啶、亚硝酸盐等的作用均可诱发突变。

突变株与原先的野生型病毒(Wild-typevirus)特性不同，表现为病毒毒力、抗原组成、温度和宿主范围等方面的改变。1．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．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。街毒—人们把直接从自然界中分离到的狂犬病毒称为街毒。固定毒—街毒在实验室中传代，其特性发生改变称其为固定毒。3．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-sensitiveconditionallethalmutant），简称温度敏感突变株(ts株)。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减毒活疫苗，如流感病毒及脊髓灰质炎病毒ts株疫苗。二、病毒的重组病毒重组机制

当两种有亲缘关系的不同病毒感染同一宿主细胞时，它们的遗传物质发生交换，结果产生不同于亲代的可遗传的子代，称为基因重组（Geneticrecombination）。病毒重组时，来自两个或多个病毒颗粒的遗传物质重配于子代重组体病毒中，病毒重组体含有来自两个或多个亲代病毒基因的核酸序列，出现与亲代病毒不同的基因型和表型。1．活病毒间的重组

例如流感病毒两个亚型之间可基因重组，产生新的杂交株，即具有一个亲代的血凝素和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。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。2．灭活病毒间的重组

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，此称为多重复活（Multiplicityreactivation）。原因：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。3．死活病毒间的重组

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亚型流感病毒，此称为交叉复活(Crossreactivation)。三、病毒的进化从进化角度来看，病毒是高度进化的生物，并且仍在不断地进化。通过研究现存的病毒，人们希望能够了解病毒的起源和进化历程，了解随着环境因素的变化，病毒将怎样变异、变异的速度如何、什么是变异的选择压力等，从而能够有效地控制和避免人类及动物病毒病的爆发。一般认为病毒的进化是独立于宿主的进化进行的，质粒、转座子、插入片段、反转子等的进化与病毒的进化有一定的相关性。

病毒与细胞关系的多元化给病毒起源的研究增加了许多困难，1988年以来，随着对病毒与细胞相互作用的分子模型分析和病毒核酸的分子生物学研究以及病毒基因克隆技术的发展，对病毒的起源目前形成了三种代表性的学说。第一种学说认为，病毒是地球上生物进化过程中的一种最为原始的生命物质，病毒既具有化学大分子的属性，又具有生物的部分特征。这似乎提示，在从无机自然界到生命出现这一漫长的转变过程中，病毒正处于非生物到生物的过渡位置，也就是说病毒正好填补从化学大分子到原始细胞生物中间的空白。其要点是：地球上生命物质产生的环境中首先由无机物质演化为有机物质，再演化为大分子生命物质。这个学说是根据生命起源学说和分子进化理论所提出来的一种纯粹的假设，缺乏任何进化上的证据。第二种学说认为病毒是一种高级微生物的退行性生命物质，微生物细胞在生命历程中的部分基因丢弃使其丧失独立的自我繁殖能力，最终退化为病毒。提出这种假说的依据是：在细胞内环境寄生的细菌与病毒之间，还存在着像立克次氏体和衣原体（是二类非独立生活的细胞生物）这样一些比细菌更原始，而且是专性细胞内寄生的中间形式。并据此推测：细菌→立克次氏体→衣原体→病毒。如果假说成立，那就应该在病毒能够感染的动植物细胞和细菌细胞中找到这种细胞内寄生的小型细胞生物，而实际情况并非如此，况且，在立克次氏体和衣原体中未见发现病毒的报道。可见，该假说成立的证据不足。

第三种学说认为，病毒来源于正常细胞的核酸，因偶然途径从细胞内脱离出来而变为病毒，这就是目前比较流行的病毒起源的内源性学说。支持这个学说的多半来自于一些实验的间接证据：病毒与质粒的相似性，质粒本属于细胞的一部分，但它可以随时脱离细胞，并在细胞之间传递；有很多DNA病毒，如细菌病毒中的λ噬菌体，植物病毒中的花椰菜花叶病毒，动物病毒中的乙肝病毒、腺病毒、疱疹病毒和乳头瘤病毒等，这些病毒的DNA或全部或部分可以结合到它们所寄生的细胞的染色体上，从而变为细胞的一部分，这正好是细胞核酸外逸的逆过程；以上三种病毒起源学说及病毒演化的有关证据给人的启示是，病毒起源是复杂和多元化的，不同病毒有着不同的起源，至少在DNA病毒和RNA病毒之间是如此，这方面的结论尚有待于更多研究资料的积累。四、基因相互作用的产物1．表型混合(Phenotypemixing)两种病毒混合感染后，一个病毒的基因组偶而装入另一病毒的衣壳内，或装入两个病毒成分构成的衣壳内，发生表型混合。这种混合是不稳定的，传代后可恢复其原来的特性。2．基因型混合(Genotypemixing)指两种病毒的核酸偶而混合装在同一病毒衣壳内，或两种病毒的核衣壳偶尔包在一个囊膜内，但它们的核酸都未重组合，所以没有遗传性。3．互补(Complementation)指两种病毒通过其产生的蛋白质产物（如酶、衣壳或囊膜）相互间补助不足，例如辅助病毒与缺损病毒间、两个缺损病毒间、活病毒与死病毒间都可以互补，互补后仍产生原来病毒的子代。4．增强(Enhancement)指两种病毒混合培养时，一种病毒能促进增强另一种病毒的产量，可能是因为前者压制了产生干扰素所致。五、病毒变异的实际意义1．研制减毒活疫苗如ts株、宿主适应性突变株的研制。2．应用于基因工程(Geneticengineering)基因工程是将一个生物体的基因(Gene)，也就是携带遗传信息的DNA片段，转移到另一个生物内，与原有生物体的DNA结合，实现遗传性状的转移和重新组合，从而使人们能够定向地控制、干预和改变生物体的变异和遗传。第三节病毒的干扰现象及干扰素一种病毒感染动物机体(或细胞)后能产生抑制他种病毒再感染的作用，这种现象称为病毒的干扰现象。干扰现象可发生于同一株病毒内缺损病毒对正常病毒的干扰，称为自身干扰；也可发生于同种病毒不同株之间，称为同种干扰；也发生于同属病毒不同种之间，称为同属干扰。同属干扰现象较常见。原因：可能是干扰病毒先占据或损坏了易感细胞上能为被干扰病毒吸附的受体；或者在细胞内复制时，先占用了有关的细胞组成和代谢