病毒的進(jìn)化的學(xué)習(xí)課件

病毒的進(jìn)化的學(xué)習(xí)課件第1頁(yè)/共68頁(yè)2第六章病毒的進(jìn)化病毒的進(jìn)化：病毒的由來(lái)、存在及其發(fā)展演變的過(guò)程、特征和規(guī)律。研究病毒進(jìn)化的難度：1）病毒特別微小2）病毒沒(méi)有化石3）病毒進(jìn)化的隨機(jī)性強(qiáng)

第2頁(yè)/共68頁(yè)31.有關(guān)病毒起源的學(xué)說(shuō)4.RNA病毒的進(jìn)化5.病毒與機(jī)體相互作用進(jìn)化關(guān)系本章內(nèi)容2.研究病毒分子進(jìn)化的有關(guān)方法3.DNA病毒的進(jìn)化第3頁(yè)/共68頁(yè)4前言特點(diǎn):從進(jìn)化的角度來(lái)說(shuō),病毒是高度的進(jìn)化的生物,并仍在不斷的進(jìn)化。

病毒一般只編碼從宿主細(xì)胞中不能得到的功能,除功能基因外很少浪費(fèi)基因組序列.

病毒的結(jié)構(gòu)在進(jìn)化過(guò)程中演變得具有雙重功能:蛋白質(zhì)外殼一方面保護(hù)病毒在環(huán)境中的穩(wěn)定性,另方面保證病毒進(jìn)入細(xì)胞后能迅速脫掉外殼進(jìn)行復(fù)制.第4頁(yè)/共68頁(yè)5前言意義:通過(guò)研究現(xiàn)存的病毒,希望了解病毒的起源和進(jìn)化歷程,預(yù)示病毒特別是人類病原病毒未來(lái)的變異和進(jìn)化方向,需要了解隨著環(huán)境因素的變化,病毒將如何變異、變異的速度、選擇壓力等,從而能有效地控制和避免人類和動(dòng)物病毒病的爆發(fā).第5頁(yè)/共68頁(yè)6前言三種類型的病毒:①單純以DNA為遺傳物質(zhì)的病毒②生活不同階段以DNA和RNA為遺傳物質(zhì)的病毒③單純以RNA為遺傳物質(zhì)的病毒一般認(rèn)為它們有著不同的起源和不同的進(jìn)化.第6頁(yè)/共68頁(yè)71、病毒起源的學(xué)說(shuō)病毒從何而來(lái)？這是生物進(jìn)化問(wèn)題上一個(gè)至關(guān)重要的研究課題，是一個(gè)不折不扣的懸而未決的問(wèn)題。第7頁(yè)/共68頁(yè)81、病毒起源的學(xué)說(shuō)病毒起源:病毒或遺傳物質(zhì)從它的前身大分子中獨(dú)立出來(lái)進(jìn)行自主復(fù)制和進(jìn)化的時(shí)候,稱為病毒起源.退化性學(xué)說(shuō)病毒起源于宿主細(xì)胞中的DNA和RNA成分的學(xué)說(shuō)病毒起源于具有自主復(fù)制功能的原始大分子學(xué)說(shuō)三類起源學(xué)說(shuō):第8頁(yè)/共68頁(yè)91.1、退化性學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)認(rèn)為:病毒是細(xì)胞內(nèi)寄生物的退化形式.

代表人:Green1935Burnet1945Lwoff1959

理由:細(xì)胞內(nèi)寄生的產(chǎn)生原因可能是由于微生物對(duì)某種不能穿透細(xì)胞膜的代謝發(fā)生了嚴(yán)重依賴.在細(xì)胞內(nèi),這類寄生物可以在不影響生存的情況下逐漸丟失部分生物學(xué)功能.它們所必需保留的功能是具有自主復(fù)制的DNA復(fù)制原點(diǎn),對(duì)復(fù)制進(jìn)行調(diào)控的反式調(diào)控蛋白及能與宿主生物合成及復(fù)制系統(tǒng)相互作用的順式和反式功能.

支持證據(jù):一些中間型的細(xì)胞內(nèi)寄生物,如立克次體，衣原體；麻風(fēng)桿菌第9頁(yè)/共68頁(yè)10退化性起源學(xué)說(shuō)對(duì)病毒的起源的解釋：1.寄生物在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生獨(dú)立復(fù)制的DNA質(zhì)粒；2.編碼寄生物亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)單位的基因發(fā)生突變，形成病毒的衣殼蛋白。第10頁(yè)/共68頁(yè)111.2.病毒起源于宿主細(xì)胞中的DNA和RNA成分的學(xué)說(shuō)

該學(xué)說(shuō)認(rèn)為:病毒是正常的細(xì)胞組分在進(jìn)化過(guò)程中獲得了自主復(fù)制的能力，獨(dú)立進(jìn)化來(lái)的.

能解釋所有的病毒起源:◆DNA病毒起源于質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)移因子◆RNA病毒起源于自主復(fù)制的mRNA◆反轉(zhuǎn)錄病毒起源于反轉(zhuǎn)座子病毒獨(dú)立的條件:◆有復(fù)制的起始位點(diǎn)◆有保護(hù)性蛋白質(zhì)外殼第11頁(yè)/共68頁(yè)121.2.1.復(fù)制的起始位點(diǎn)起始位點(diǎn):啟動(dòng)DNA和RNA復(fù)制的序列.

RNA病毒的復(fù)制起始位點(diǎn)一般位于線性分子的末端.

DNA病毒的起始位點(diǎn)一般位于分子的內(nèi)部并有明顯的結(jié)構(gòu)特征.

由于病毒很少完全自身編碼病毒DNA和RNA復(fù)制所需的蛋白質(zhì),通常會(huì)有宿主蛋白共同參與復(fù)制的起始.第12頁(yè)/共68頁(yè)131.2.2.類病毒和衛(wèi)星病毒類病毒衛(wèi)星病毒核酸最小分子最小分子有無(wú)外殼無(wú)有復(fù)制場(chǎng)所細(xì)胞核細(xì)胞質(zhì)是否編碼蛋白不不復(fù)制需RNA聚合酶Ⅱ拷貝多聚負(fù)鏈宿主細(xì)胞或依賴于RNA的RNA聚合酶Ⅰ起源可能是細(xì)胞RNA獲得復(fù)制原點(diǎn)后進(jìn)化產(chǎn)生的第13頁(yè)/共68頁(yè)141.2.3.質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子它們的起源和進(jìn)化可能和病毒的起源和進(jìn)化有關(guān).

質(zhì)粒:細(xì)胞中能夠自我復(fù)制的DNA分子.它的復(fù)制條件和病毒一樣,它的研究利于了解DNA病毒的起源和進(jìn)化.

轉(zhuǎn)座子:是從DNA的一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位點(diǎn)的大小為750—40000bp的DNA分子.許多DNA病毒的基因組組成與它相似,兩者是否具有相同的祖先,有待進(jìn)一步研究.第14頁(yè)/共68頁(yè)151.2.4.可復(fù)制的mRNAsRNA病毒起源是獨(dú)立于DNA病毒的.

有人認(rèn)為RNA病毒起源的一種可能是：細(xì)胞的mRNA獲得了自我復(fù)制的能力,一旦這種自我復(fù)制的mRNA獲得了編碼蛋白的基因,一個(gè)簡(jiǎn)單的RNA病毒就誕生了.第15頁(yè)/共68頁(yè)161.2.5反轉(zhuǎn)子由于1999年在古細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了所謂“反轉(zhuǎn)子”的遺傳單位，這為病毒在基因水平上的起源及進(jìn)化提供了新的證據(jù)：

“反轉(zhuǎn)子”是僅含一個(gè)基因并且能自我復(fù)制的一段核酸分子，具有重要的基因捕獲功能。其基因與宿主細(xì)胞等位基因高度同源，且在密碼子的使用頻率上也有高度的相似性，經(jīng)過(guò)考證，初步估計(jì)“反轉(zhuǎn)子”在4億年前就存在了。第16頁(yè)/共68頁(yè)171.2.5反轉(zhuǎn)子在古細(xì)菌進(jìn)化的過(guò)程中，反轉(zhuǎn)子從細(xì)菌基因中捕獲基因，擴(kuò)大自身的遺傳信息量并增加生物學(xué)功能，最原始的感染性病毒顆粒由此產(chǎn)生，原始病毒采取不同的復(fù)制策略，因此產(chǎn)生了不同病毒的進(jìn)化。第17頁(yè)/共68頁(yè)181.2.5反轉(zhuǎn)子由此生命的起源是從細(xì)菌開(kāi)始的，細(xì)菌是病毒進(jìn)化搖籃。據(jù)此推測(cè)：地球上最早出現(xiàn)的病毒可能是經(jīng)RNA為基因組的逆轉(zhuǎn)錄病毒，然后再發(fā)展成以DNA為基因組的逆轉(zhuǎn)錄病毒，最后出現(xiàn)的是DNA病毒，而RNA病毒則很可能有其獨(dú)立的演化途徑。

第18頁(yè)/共68頁(yè)191.3.病毒起源于具有自主復(fù)制功能的原始大分子學(xué)說(shuō)該學(xué)說(shuō)認(rèn)為:病毒起源于自主復(fù)制的RNA分子.首先是RNA的形成和復(fù)制,然后演變出RNA-蛋白質(zhì)介導(dǎo)的一系列反應(yīng),第三步產(chǎn)生了DNA.DNA由于比RNA穩(wěn)定而最終成為遺傳信息.第19頁(yè)/共68頁(yè)201.3.病毒起源于具有自主復(fù)制功能的原始大分子學(xué)說(shuō)證據(jù):RNA分子具有至少三種化學(xué)功能

◆核糖核酸酶的活性.◆能自我拼接去掉內(nèi)部的核酸序列(核酶)◆有實(shí)驗(yàn)表明,以RNA作引物可以合成依賴于模板的多聚胞嘧啶核酸.

RNA的反應(yīng)性有利于它作為催化物而不利于它成為遺傳物質(zhì).

有些分子被包裝在細(xì)胞或組織中,形成宿主細(xì)胞,另一些分子則自我復(fù)制或寄生在宿主細(xì)胞中,進(jìn)化為病毒.第20頁(yè)/共68頁(yè)21總而言之，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，隨著更多研究資料的積累，相信我們會(huì)獲得更多的新證據(jù)。有一點(diǎn)目前是有基本的共識(shí)的，那就是病毒是一個(gè)可動(dòng)遺傳單元，在相應(yīng)的條件下進(jìn)行細(xì)胞之間的定位傳遞。作為大分子物質(zhì)，病毒起源實(shí)際就是生物大分子的起源，是當(dāng)今生命科學(xué)中最重要的命題之一。第21頁(yè)/共68頁(yè)222.研究病毒分子進(jìn)化的有關(guān)方法單基因進(jìn)化樹(shù)基因組的排列與進(jìn)化研究基因組的基因組成與進(jìn)化研究第22頁(yè)/共68頁(yè)232.1利用核苷酸或蛋白質(zhì)序列繪制單基因進(jìn)化樹(shù)在構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)時(shí)，首先利用計(jì)算機(jī)程序?qū)哂卸鄠€(gè)同源基因的核苷酸或蛋白質(zhì)序列進(jìn)行同源序列的優(yōu)化排序，然后利用定量分子系統(tǒng)學(xué)的方法，如鄰接法、最大簡(jiǎn)約法等，構(gòu)建出單基因的進(jìn)化樹(shù)，從而預(yù)測(cè)相對(duì)應(yīng)的物種。利用單基因序列做出的進(jìn)化樹(shù)，可以用來(lái)研究病毒的親緣關(guān)系、進(jìn)化速率和流行病學(xué)分析。單基因進(jìn)化樹(shù)在相當(dāng)程度上可能不能反映病毒的進(jìn)化，而僅僅代表了基因的進(jìn)化。第23頁(yè)/共68頁(yè)242.2基因組的排列與進(jìn)化研究利用基因組的排列順序做進(jìn)化樹(shù)：基因組上基因的排列順序可以通過(guò)一定的方法構(gòu)建成進(jìn)化樹(shù)。比如2001年，Herniou等人利用相對(duì)斷裂點(diǎn)矩陣法和鄰近基因配對(duì)法構(gòu)建了桿狀病毒基因組進(jìn)化樹(shù)。與單基因進(jìn)化樹(shù)相比，它們從另一個(gè)側(cè)面反映了基因組的進(jìn)化規(guī)律，也就是基因組的重排現(xiàn)象。第24頁(yè)/共68頁(yè)252.3基因組的基因組成與進(jìn)化研究通過(guò)對(duì)基因組中基因的組成分析，了解在病毒的進(jìn)化過(guò)程中，病毒基因的進(jìn)化過(guò)程，為進(jìn)一步研究基因功能鑒定良好的基礎(chǔ)。第25頁(yè)/共68頁(yè)263.DNA病毒的進(jìn)化3.1.影響DNA病毒的進(jìn)化的因素3.1.1.突變和重組

影響病毒基因組產(chǎn)生進(jìn)化的主要力量是突變和重組.

由于病毒變異頻率快、短時(shí)間能復(fù)制許多代、會(huì)產(chǎn)生一些缺陷性病毒,導(dǎo)致病毒變異快.

變異導(dǎo)致病毒生物功能的巨大變化.從而改變了病毒與宿主細(xì)胞的關(guān)系,面對(duì)新宿主的選擇壓力成為迫使病毒進(jìn)化的原因之一.

第26頁(yè)/共68頁(yè)273.1.影響DNA病毒的進(jìn)化的因素3.1.2.由于基因組大小的限制所產(chǎn)生的進(jìn)化約束

基因的倍增:病毒的外殼對(duì)病毒的基因組的大小產(chǎn)生了限制,而病毒基因組上很少有非編碼序列存在.許多基因家族是靠基因倍增和漂移所產(chǎn)生,但因基因組缺少空間,這類基因會(huì)在病毒進(jìn)化中丟失.第27頁(yè)/共68頁(yè)283.1.影響DNA病毒的進(jìn)化的因素

3.1.2.由于基因組大小的限制所產(chǎn)生的進(jìn)化約束

非必需基因:病毒通過(guò)非必需基因進(jìn)化出一種導(dǎo)致免疫反應(yīng)弱化的機(jī)制,使子代病毒的產(chǎn)量提高,從而達(dá)到長(zhǎng)期慢性或持續(xù)性生長(zhǎng).如腺病毒的E3糖蛋白基因.第28頁(yè)/共68頁(yè)29

4.RNA病毒的進(jìn)化

4.1.RNA病毒超家族

RNA病毒可以看作是一類特殊的mRNA分子.有三大組:◆正鏈病毒:基因組能直接翻譯成蛋白質(zhì),不含蛋白質(zhì)的基因組有感染性.◆負(fù)鏈病毒:基因組為mRNA的互補(bǔ)鏈能,必須先轉(zhuǎn)錄才能翻譯.◆雙鏈病毒:

根據(jù)序列的同源性,RNA病毒被組合成幾個(gè)超家族第29頁(yè)/共68頁(yè)30

4.RNA病毒的進(jìn)化

4.1.RNA病毒超家族同一家族的不同病毒被視為來(lái)源于同一祖先.所有的RNA病毒可以用幾個(gè)超家族來(lái)涵蓋,說(shuō)明RNA病毒的起源在地球上生命的進(jìn)化史中可能只出現(xiàn)過(guò)幾次。事實(shí)上，RNA病毒在進(jìn)化史上可能只有一次起源，目前所有的RNA病毒可能是由一個(gè)原始的病毒經(jīng)過(guò)分化、重組、基因復(fù)制而產(chǎn)生的第30頁(yè)/共68頁(yè)314.2.RNA病毒的分歧速率

數(shù)據(jù)表明:RNA病毒的進(jìn)化速度比宿主的進(jìn)化速度快.

主要是它的突變頻率比宿主細(xì)胞大約高4個(gè)數(shù)量級(jí).

快速變異率使得人們推斷,現(xiàn)存的具有復(fù)制蛋白序列同源性的動(dòng)、植物RNA病毒在進(jìn)化上相互分離的時(shí)間要遠(yuǎn)晚于植物與動(dòng)物分離的時(shí)間.第31頁(yè)/共68頁(yè)32

4.3.RNA病毒變異發(fā)生的機(jī)制

4.3.1.突變

RNA病毒變異與進(jìn)化的主要原因是突變,特別是點(diǎn)突變.此外還有缺失突變和重排.

多數(shù)RNA聚合酶不具備錯(cuò)誤修復(fù)能力.錯(cuò)誤發(fā)生率高.

突變基因組的存在有利于病毒迅速適應(yīng)各類變化著的環(huán)境.第32頁(yè)/共68頁(yè)334.3.2.重排

兩個(gè)具有分段基因組的病毒在產(chǎn)生子代病毒時(shí)將其遺傳物質(zhì)重新組合,稱重排.

重排是具有分段基因組的病毒進(jìn)化的一個(gè)機(jī)制.

在進(jìn)化中,隨著條件不同,病毒有時(shí)可以分散形成分段基因組,有時(shí)又可組成單一基因組,前者的優(yōu)勢(shì)是可以借助重排方便地進(jìn)行遺傳交換,而后者的優(yōu)勢(shì)是能將包含所有遺傳信息的單一RNA分子便利地包裝和運(yùn)輸.第33頁(yè)/共68頁(yè)344.3.3.重組

重組是兩種不同來(lái)源的序列經(jīng)過(guò)共價(jià)組合形成新的核酸序列.RNA病毒重組現(xiàn)象并不普遍.真核細(xì)胞一般不具RNA聚合酶,RNA病毒也不編碼有利于重組的酶系統(tǒng).但這并不意味著RNA病毒不發(fā)生重組.第34頁(yè)/共68頁(yè)35

病毒進(jìn)化的特征：1）新病毒不斷產(chǎn)生，基本上從另一種宿主的病毒演化而來(lái)

2）新病毒產(chǎn)生后，在新宿主體內(nèi)分化變異速度快

3）新病毒穩(wěn)定后，其毒力大多在中等水平4）病毒進(jìn)化有一定隨機(jī)性，又受選擇壓力而呈一定的方向性和穩(wěn)定性5）病毒各基因在進(jìn)化上具有不同的進(jìn)化特征第35頁(yè)/共68頁(yè)365、病毒與機(jī)體相互作用的進(jìn)化關(guān)系對(duì)微生物的進(jìn)化研究表明，任何具有感染能力的微生物（包括病毒）在其生存及增殖能力上的成功進(jìn)化都取決于它的表型選擇。很顯然，這樣的表型選擇起源于病毒的遺傳可變性。第36頁(yè)/共68頁(yè)375、病毒與機(jī)體相互作用的進(jìn)化關(guān)系對(duì)于病毒來(lái)說(shuō)，基因突變的產(chǎn)生，實(shí)際上依然是由于在病毒感染過(guò)程中，病毒與宿主細(xì)胞的相互作用所形成的選擇誘導(dǎo)效應(yīng)，這類突變對(duì)病毒來(lái)說(shuō)是常見(jiàn)的。對(duì)某些病毒而言，這類突變引起的表型變化并不明顯，但對(duì)另外一些病毒，這類突變引起的表型變化極為顯著，它常常形成直接的病毒抗原性、毒力的改變，其中最典型的例子就是流感病毒。第37頁(yè)/共68頁(yè)385、病毒與機(jī)體相互作用的進(jìn)化關(guān)系這個(gè)RNA病毒的兩個(gè)主要抗原成分（血凝素抗原和神經(jīng)氨酸酶抗原）的變化周期之短暫、變化速度之快，令人類對(duì)他造成的疾病流行常常防不勝防。另外眾所周知的人免疫缺陷病毒（HIV病毒）從其被發(fā)現(xiàn)以來(lái)的幾十年間，基因突變導(dǎo)致抗原性漂移的速度也是極為明顯的，以至于在一定程度上其疫苗研究屢屢受挫。第38頁(yè)/共68頁(yè)395、病毒與機(jī)體相互作用的進(jìn)化關(guān)系病毒的基因突變以及其所導(dǎo)致的表型變化均是發(fā)生在其感染宿主細(xì)胞之后，尤其明顯的是表現(xiàn)為此感染在宿主群體基本完成了一次流行之后。這很明顯的提示，病毒的進(jìn)化，無(wú)論其是有利于病毒的生存，還是不利于病毒的生存，或者如同前面所說(shuō)的增加病毒毒力還是減弱病毒毒力，均取決于它與宿主細(xì)胞、個(gè)體、群體相互作用的感染過(guò)程。第39頁(yè)/共68頁(yè)405、病毒與機(jī)體相互作用的進(jìn)化關(guān)系因此，對(duì)病毒進(jìn)化的認(rèn)識(shí)就是對(duì)病毒與細(xì)胞互相作用的認(rèn)識(shí)，簡(jiǎn)單說(shuō)，也就是從病毒在個(gè)體宿主細(xì)胞的感染過(guò)程到宿主機(jī)體乃至宿主群體的感染過(guò)程的認(rèn)識(shí)。反之，如果要深入了解形成一種特定病毒感染激勵(lì)的系統(tǒng)背景，就應(yīng)該認(rèn)識(shí)病毒與宿主機(jī)體在相互作用的進(jìn)化過(guò)程中所建立起來(lái)的一系列相互關(guān)系第40頁(yè)/共68頁(yè)415、病毒與機(jī)體相互作用的進(jìn)化關(guān)系5.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化病毒要感染細(xì)胞，其首要的前提條件就是結(jié)合到細(xì)胞膜上。由于病毒的表面結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，不具有其他微生物如細(xì)菌等所具有的吸附的表面輔助結(jié)構(gòu)，例如鞭毛、纖毛等，因此，以一種較大的蛋白結(jié)構(gòu)或是囊膜與蛋白亞單位形成的結(jié)構(gòu)與細(xì)胞結(jié)合，必須尋找一個(gè)相應(yīng)的位于細(xì)胞表面的結(jié)合分子，也就是通常說(shuō)的“受體”。第41頁(yè)/共68頁(yè)425.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化例如，流感病毒的受體為細(xì)胞膜表面的唾液酸分子。這種流感病毒與唾液酸分子的結(jié)合從生物化學(xué)的意義上看，實(shí)際上就是蛋白分子與另一個(gè)（后者可以是蛋白分子、多糖分子等）在結(jié)構(gòu)構(gòu)象上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，而形成空間上的相互接近，并在氫鍵、范德華力的作用下完成的結(jié)構(gòu)結(jié)合過(guò)程。第42頁(yè)/共68頁(yè)435.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化

在一些相應(yīng)的研究資料中，展示了許多有意思的現(xiàn)象。例如在病毒殼蛋白中的一個(gè)氨基酸的改變可以影響病毒與受體的識(shí)別，以致改變病毒的組織嗜性甚至改變其病理結(jié)果。

有一些資料表明，在流感病毒血凝素蛋白中的一個(gè)氨基酸變化，即可使病毒與結(jié)構(gòu)略有不同的受體分子的結(jié)合特異性發(fā)生改變第43頁(yè)/共68頁(yè)445.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化僅能感染靈長(zhǎng)類動(dòng)物的脊髓灰質(zhì)炎病毒l型Mahoney株的殼蛋白中制造一個(gè)氨基酸的突變。就可以使其能夠感染嚙齒類動(dòng)物的小鼠。第44頁(yè)/共68頁(yè)455.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化這些結(jié)果提示，在病毒增殖過(guò)程中，只要某些突變一旦發(fā)生，病毒與受體的結(jié)合作用就會(huì)發(fā)生改變，而且這種改變直接影響到病毒的感染能力及感染對(duì)象。事實(shí)上，在病毒與細(xì)胞相互作用中，由于宿主生物環(huán)境的原因使病毒發(fā)生突變的概率是很大的。第45頁(yè)/共68頁(yè)465.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化因此，這實(shí)際上為病毒識(shí)別受體的能力不斷變化提供了機(jī)理上的可能。在某些不斷引起宿主群體感染的病毒中，這種可能性就更大，因?yàn)槠浠蛲蛔兟蕦?huì)在病毒與宿主的不斷作用過(guò)程中變得更高。第46頁(yè)/共68頁(yè)475.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化在HIV的病原學(xué)研究中，可以找到諸多的佐證。例如，對(duì)于HIV的來(lái)源，一個(gè)傾向性的共識(shí)就是由于猿猴免疫缺陷病毒(SIV)在偶然的情況下感染人體后，SIV在經(jīng)過(guò)感染人T細(xì)胞或其他細(xì)胞后發(fā)生較大的變異，形成了能夠識(shí)別人CD4受體及其他趨化素受體的能力，最終形成了HIV。第47頁(yè)/共68頁(yè)485.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化另外，實(shí)驗(yàn)還提示，麻疹疫苗的Edmonston株是與CD46受體結(jié)合細(xì)胞的，但其他一些麻疹病毒株則不使用CD46受體，而使用表達(dá)于B淋巴細(xì)胞或T淋巴細(xì)胞表面的SLAM受體(一種糖蛋白)開(kāi)始其感染，二者之間的差異是Edmon-ston株在減毒過(guò)程中改變了膜蛋白上血凝素中的一個(gè)氨基酸。第48頁(yè)/共68頁(yè)495.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化病毒在宿主環(huán)境中與各種因素的相互作用中，形成的選擇壓力促成了其基因結(jié)構(gòu)乃至蛋白結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致受體識(shí)別范圍、結(jié)合能力的改變。這在其進(jìn)化適應(yīng)的過(guò)程中具有極大的意義。而病毒在這種自然壓力下的進(jìn)化趨勢(shì)，就是病毒本身不斷借助與宿主的相互作用，尋找更加適宜的生存宿主和生存方式的原動(dòng)力。第49頁(yè)/共68頁(yè)505.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化另一個(gè)角度講，病毒在與宿主相互作用的過(guò)程中，如果不能適應(yīng)這種自然壓力，其所導(dǎo)致的基因突變亦可能是致死性的。雖然這方面明確的證據(jù)尚欠肯定，但從理論上看，這種可能性是存在的。在歷史上記載的曾經(jīng)肆虐于尼羅河流域，但后來(lái)卻自行消失的“昏睡性腦病”，也可能與此機(jī)理有一定的關(guān)聯(lián)。第50頁(yè)/共68頁(yè)515.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化病毒在受體識(shí)別及結(jié)合能力上的進(jìn)化，對(duì)于病毒整體上與宿主相互作用后導(dǎo)致的全面進(jìn)化來(lái)說(shuō)，只是其中一個(gè)方面，但是這個(gè)方面的進(jìn)化無(wú)疑對(duì)病毒的新種的形成，對(duì)病毒感染宿主的擴(kuò)大、組織嗜性的改變等都極為重要。因?yàn)檫@個(gè)能力決定了病毒的感染，也就是病毒生存所必需的增殖過(guò)程能否在新的環(huán)境中開(kāi)始。第51頁(yè)/共68頁(yè)52

由于病毒結(jié)構(gòu)上與受體結(jié)合的結(jié)構(gòu)部位通常都是免疫學(xué)中的中和抗體所涉及的主要抗原表位，因此，這個(gè)部位在與受體結(jié)合過(guò)程中的改變也必然形成免疫逃逸效應(yīng)，即機(jī)體中曾經(jīng)針對(duì)此抗原表位形成的中和性抗體將對(duì)該病毒的再次入侵失去中和能力，從而使病毒在受體識(shí)別及結(jié)合能力上的變化演變?yōu)椴《驹谒拗魅后w中感染能力的變化。5.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化第52頁(yè)/共68頁(yè)535.1病毒及其識(shí)別細(xì)胞受體能力的進(jìn)化2002年出現(xiàn)的SARS病毒(急性呼吸道重癥綜合癥病毒)就表現(xiàn)了作為冠狀病毒(Coronavi，u，)新準(zhǔn)種在與受體結(jié)合的S蛋白結(jié)構(gòu)的特異性。雖然該S蛋白所能識(shí)別的受體尚不清楚，但序列同源性在50％以上的變異表明，該S蛋白識(shí)別并結(jié)合的受體已不可能還是冠狀病毒人株229E或O443兩個(gè)株所能識(shí)別的受體了。

第53頁(yè)/共68頁(yè)545.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進(jìn)化除了單細(xì)胞生物(如細(xì)菌）外。大多數(shù)與病毒關(guān)系密切的宿主是分化程度較高的多細(xì)胞動(dòng)物或植物，而對(duì)脊椎動(dòng)物來(lái)說(shuō)，由于其進(jìn)化特點(diǎn)，它們大多數(shù)都在分化發(fā)展過(guò)程中行成了一套具有“防御外來(lái)病害侵入的免疫系統(tǒng)，這一系統(tǒng)通過(guò)機(jī)體的體液信號(hào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和神經(jīng)系”的調(diào)節(jié)，可以從整體上對(duì)外來(lái)的病害侵入做出全面的反應(yīng)，尤其針對(duì)病毒或其他病原體，機(jī)體免疫系統(tǒng)可以體液免疫和細(xì)胞免疫反應(yīng)的形式局限、消滅或清除入侵者。第54頁(yè)/共68頁(yè)555.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進(jìn)化這樣一個(gè)防御系統(tǒng)的存在，就宿主機(jī)體而言。是一個(gè)有效清除外來(lái)異物、保證機(jī)體環(huán)境趨于平衡的手段:對(duì)病毒和其他病原體來(lái)說(shuō)，則是在細(xì)胞水平之上、與病毒密切相關(guān)的、能和病毒在機(jī)體層次上相互作用的反應(yīng)系統(tǒng)，它對(duì)病毒及其他病原體的作用，形成了更高層面上的進(jìn)化壓力和自然選擇的力量。第55頁(yè)/共68頁(yè)565.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進(jìn)化這種力量可以分為兩個(gè)方面:一是在不斷進(jìn)化中趨于完善的天然免疫系統(tǒng)，它包括多種非特異性的細(xì)胞和殺傷性因子，是在病毒侵入機(jī)體后立即做出應(yīng)急反應(yīng)的系統(tǒng);

第56頁(yè)/共68頁(yè)575.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進(jìn)化另一個(gè)是在長(zhǎng)期與病原體的斗爭(zhēng)中不斷得到改進(jìn)的獲得性免疫系統(tǒng)，它包括特異性的殺傷細(xì)胞、識(shí)別輔助細(xì)胞、特異性抗體、免疫記憶性細(xì)胞等，是在病毒初次入侵后能夠加以認(rèn)識(shí)形成特異性反應(yīng)，并在病毒再次入侵時(shí)立即識(shí)別并加以反應(yīng)性清除的系統(tǒng)。第57頁(yè)/共68頁(yè)585.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進(jìn)化由此構(gòu)成的對(duì)病毒的選擇壓力通常稱為免疫選擇。進(jìn)化理論和實(shí)驗(yàn)分析表明，病毒在這樣的免疫選擇之下形成的本能反應(yīng)就是逃避宿主的免疫防衛(wèi)。這種逃避的主要方式就是利用病毒基因中序列突變的多樣性。這種方式在一些病毒(如流感病毒和包括HIV在內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄病毒家族)表現(xiàn)出極其典型的特征。第58頁(yè)/共68頁(yè)595.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進(jìn)化流感病毒，尤其是甲型流感病毒，它的生物學(xué)特點(diǎn)就是其抗原性始終呈持續(xù)不斷的變異。從大的方面看，該病毒作為一種在自然界廣泛分布、具有極廣宿主范圍的病毒，通過(guò)其在神經(jīng)氨酸酶(NA)及血凝素(HA)兩個(gè)主要抗原成分上的變異和在不同亞種中的雜交重組，使不同的感染體不斷地改變其宿主范圍，尤其是禽類流感發(fā)生向人類感染的轉(zhuǎn)移。第59頁(yè)/共68頁(yè)605.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進(jìn)化這方面較典型的例子即是1997年香港發(fā)生的H5N1流感株在人類的感染，即是由于禽類的流行株向人類的轉(zhuǎn)移所致。另外。在人群中的流行株則常常以抗原變異和抗原漂移的形式在人群中反復(fù)傳播。例如，發(fā)生于1918年的世界性流感大流行，其致病株經(jīng)后來(lái)的基因分型命名為HIN1亞型，自那以后至20世紀(jì)50年代之間，該型病毒還以其變異株引起了兩次世界性的流感大流行;第60頁(yè)/共68頁(yè)615.2病毒與宿主免疫系統(tǒng)相互作用的進(jìn)化1957年，起源于、中國(guó)貴州的HIN2亞型在形成流行后很快取代了HIN1型，導(dǎo)致了亞洲甲型流感的流