病毒的遺傳與進(jìn)化

病毒的遺傳與進(jìn)化1病毒的變異現(xiàn)象和類型有哪些2病毒變異發(fā)生機(jī)理3病毒間相互作用包括哪些4什么是雜合現(xiàn)象，干擾現(xiàn)象，表型混合。5構(gòu)建病毒變異株的一般方法。病毒的遺傳能保持物種的相對(duì)穩(wěn)定，維系生物界的平衡；而病毒的變異可導(dǎo)致新品種出現(xiàn)，孕育生物界的進(jìn)化。病毒是一類極為簡(jiǎn)單的分子生物，核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，核酸復(fù)制的忠實(shí)性使病毒具有穩(wěn)定的遺傳表現(xiàn)。但由于病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其遺傳物質(zhì)極易受外界環(huán)境及細(xì)胞內(nèi)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、病毒性狀的變異病毒的變異主要源于其基因組的突變和重組，并導(dǎo)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；

2、抗原性的變異；

3、空斑的變異；4、對(duì)某些理化因素抵抗力或依賴性的變異等。

二、病毒突變

1、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(xué)變化，可以是一個(gè)核苷酸的改變，也可為上百上千個(gè)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(dǎo)突變。

（1）自發(fā)突變：是在沒有任何已知誘變劑的條件下，病毒子代產(chǎn)生高比例的突變體，最后導(dǎo)致表型變異；病毒復(fù)制中的自然突變率10-5～10-8。DNA病毒和RNA病毒在突變頻率上有較大的差別。

（2）誘導(dǎo)突變：是利用不同的物理或化學(xué)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(dǎo)病毒子代出現(xiàn)特定的突變類型。3、突變的機(jī)理

（1）點(diǎn)突變：在單一核酸的堿基中發(fā)生了改變。（2）缺失突變：在核苷酸中有一段序列被丟失。（3）插入突變：在病毒基因組中插入一段核苷酸序列。（4）回復(fù)突變：突變的核苷酸有可能發(fā)生突變逆轉(zhuǎn)，重新具有與起始毒株相同的表型。4、突變的表現(xiàn)突變株與原先的野生型病毒(Wild-typevirus)特性不同，主要表現(xiàn)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(fù)突變體等。（1）毒力改變：有強(qiáng)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）條件致死突變株：指病毒突變后在特定條件下能生長(zhǎng)，而在原來?xiàng)l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(jiǎn)稱溫度敏感突變株(ts株)，在特定溫（28～35℃）下孵育則能增殖，在非特定溫度（37～40℃）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(yīng)有功能。因此大多數(shù)ts株同時(shí)又是減毒株?，F(xiàn)已從許多動(dòng)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(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。三、基因重組

1、基因重組的概念兩種不同的病毒或同一種病毒的兩個(gè)不同的毒株同時(shí)感染同一細(xì)胞時(shí)，在核酸復(fù)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(jié)果產(chǎn)生不同于親代的可遺傳的子代，稱為基因重組（Geneticrecombination）。

2、病毒基因重組的類型

（1）分子內(nèi)重組指兩種不同、通常關(guān)系密切相關(guān)的兩種病毒的核苷酸片段的交換。DNA病毒可發(fā)生此種現(xiàn)象，RNA病毒更為普遍。例如：西部馬腦脊髓炎病毒就是類仙臺(tái)病毒和東部馬腦脊髓炎病毒重組產(chǎn)物。（2）重配在兩株基因組分節(jié)段的RNA病毒同時(shí)感染同一細(xì)胞時(shí)，二者基因組發(fā)生互換，產(chǎn)生穩(wěn)定或不穩(wěn)定的重配毒株。例如流感病毒兩個(gè)亞型之間的基因重組，產(chǎn)生新的雜交株，即具有一個(gè)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。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(dòng)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——10～12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——6～8節(jié)段。（3）復(fù)活

①交叉復(fù)活(Crossreactivation)：有傳染性的病毒與滅活的相關(guān)病毒或該病毒的DNA片段共同培養(yǎng)，產(chǎn)生具有滅活病毒特性的活病毒。例如將能在雞胚中生長(zhǎng)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(diǎn)的A2亞型流感病毒，可供制作疫苗.②多重復(fù)活（Multiplicityreactivation）：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。這是因?yàn)閮煞N病毒核酸上受損害的基因部位不同，由于重組合相互彌補(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，以防病毒復(fù)活的危險(xiǎn)。四、病毒間相互作用

1、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(nèi)，也可發(fā)生于宿主細(xì)胞基因組內(nèi)。這種現(xiàn)象在原核系統(tǒng)中較具代表性。2、病毒遺傳物質(zhì)的相互作用（1）互補(bǔ)作用：即病毒超感染過程中基因產(chǎn)物間的相互作用，其結(jié)果是一種或兩種親本病毒產(chǎn)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(gè)存在某種功能缺陷的病毒提供了該種功能基因產(chǎn)物；（2）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(jié)果是產(chǎn)生了兩個(gè)親代病毒基因組中都不存在的重組基因；（3）再活化：是指由非感染的親代病毒基因組產(chǎn)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(shí)，并且在體內(nèi)可能也有重要意義。例如，有人對(duì)AIDS患者長(zhǎng)期臨床觀察中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期潛伏的缺陷型HIV前病毒的拯救可能會(huì)增加抗原的多樣性，并且對(duì)致病起一定的作用。3、病毒非遺傳性的相互作用

（1）雜合現(xiàn)象：例如逆轉(zhuǎn)錄病毒是真正的二倍體，具有兩個(gè)完整的全基因組拷貝；某些DNA病毒，如皰疹病毒含有重復(fù)序列，因而是部分雜合的。另一些病毒（大多數(shù)是有包膜的病毒）的異常包裝有時(shí)可能會(huì)產(chǎn)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(xiàn)象：一種病毒可干擾另一種病毒對(duì)細(xì)胞的感染。同源性干擾（即對(duì)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(jìng)爭(zhēng)必需的細(xì)胞成分而阻斷復(fù)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(chǎn)生的受體附著蛋白引起的。（3）表型混合：在某些極端情況，一個(gè)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(xì)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(guān)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(chǎn)生了混合表型。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(xì)胞，由于病毒呈現(xiàn)致細(xì)胞病變作用，而在單層細(xì)胞上形成蝕斑。病斑分離法；一些可以在雞胚絨毛尿囊膜上增殖的病毒，可以根據(jù)其在絨毛尿囊膜上形成的病斑特征進(jìn)行純系分離。細(xì)胞克?。合仍诓Ａ髅髢?nèi)培養(yǎng)對(duì)病毒敏感的細(xì)胞，待其生長(zhǎng)成單層后，接種高度稀釋的原始毒種，短時(shí)間內(nèi)30-60分溫育后，應(yīng)用細(xì)胞分散劑，消化成單個(gè)細(xì)胞，再將細(xì)胞懸液用營(yíng)養(yǎng)液高度稀釋，使每毫升內(nèi)含有一個(gè)細(xì)胞。然后再接種，篩選。最后獲純。終點(diǎn)稀釋法：本法是在研究甲型流感病毒所謂的OD變異時(shí)最早創(chuàng)立的。應(yīng)用雞胚羊膜囊分離甲型流感病毒時(shí)，第一代羊水病毒對(duì)豚鼠紅細(xì)胞量現(xiàn)很高的凝集價(jià)，但對(duì)雞紅細(xì)胞的凝集價(jià)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(duì)豚鼠和雞紅細(xì)胞具有幾乎相等的凝集價(jià)，稱為D相。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(yīng)用這種終點(diǎn)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(diǎn)稀釋時(shí)只有占多數(shù)的O相病毒粒子能夠獲得感染下一代雞胚的機(jī)會(huì)，毒株性狀因而保持變。遺傳指標(biāo)鑒定病毒遺傳變異的常用指標(biāo)包括：1病毒粒子的形態(tài)；2抗原構(gòu)造及血清學(xué)性狀；3蝕斑或病斑的大小和性狀；4致細(xì)胞病變的特征；5病原性，感染范圍和毒力；6對(duì)理化學(xué)因素的抵抗力7對(duì)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(shù)量?jī)?nèi)發(fā)生突變的比率比。2人工篩選變異株：在動(dòng)物病毒變異研究中最有實(shí)際意義的是獲得毒力低，但仍有免疫原性的弱毒株。幾種減毒的方法：異種動(dòng)物適應(yīng)性變異；異常感染途徑適應(yīng)性變異；雞胚適應(yīng)性變異；細(xì)胞適應(yīng)性變異；重組實(shí)驗(yàn)3突變性質(zhì)的分析；分析已有變異的突變性質(zhì)和研究人突變對(duì)表型的影響4人工突變將突變導(dǎo)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(jiǎn)單的堿基置換為寡核苷酸指導(dǎo)的突變法，該法需要合成一個(gè)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(chǎn)生含有錯(cuò)配堿基的異源分子。六、病毒變異的實(shí)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：如何利用病毒突變和重組建立病毒生物學(xué)研究的有效方法，如何利用重組病毒構(gòu)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(xiàn)已可通過序列分析進(jìn)行其基因組研究，但病毒重組作圖、重配作圖、中間型雜交、轉(zhuǎn)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(jīng)典的互補(bǔ)試驗(yàn)、克隆基因的互補(bǔ)試驗(yàn)及利用突變和重組進(jìn)行的順式因子分析、反式因子分析和基因瞬時(shí)表達(dá)，都有著不可替代的作用。由于一些病毒可以感染動(dòng)物和人類的特異組織細(xì)胞，利用這些病毒構(gòu)建表達(dá)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、病毒性狀的變異性狀的變異通常包括：1、毒力的變異2、抗原性的變異3、空斑的變異4、對(duì)某些理化因素抵抗力或依賴性的變異等。二、病毒突變1、突變的概念：2、病毒突變一般分為自發(fā)突變和誘導(dǎo)突變。

（1）自發(fā)突變（2）誘導(dǎo)突變

3、突變的機(jī)理

（1）點(diǎn)突變（2）缺失突變（3）插入突變（4）回復(fù)突變4、突變的表現(xiàn)（1）毒力改變（2）條件致死突變株（3）宿主適應(yīng)性突變株例三、基因重組

1、基因重組的概念

2、病毒基因重組的類型（1）分子內(nèi)重組（2）重配（3）復(fù)活①