病毒學(xué)第五章病毒遺傳和變異

1、關(guān)于病毒學(xué)第五章病毒的遺傳與變異第一張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月本章重點1.病毒突變的類型2.病毒重組的機制3.病毒的復(fù)活4.病毒的干擾第二張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 病毒的突變一、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）。 株(strain)、型(type)、變異株(variant)、突變體(mutant)、野生型(wild-type)、野外分離株(field isolates) 通常用“株”來區(qū)分同一病毒的不同野生型，“型”是感染性中和作用確定的血清型的同義語。第三張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 在沒有任何

2、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。 DNA病毒中自發(fā)突變率為10-8-10-11，RNA病毒中為10-3-10-4。RNA復(fù)制酶缺少校正閱讀活性。二、自發(fā)突變（spontaneous mutation）第四張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 RNA病毒由于其復(fù)制的保真度較低，因此，人們提出了準(zhǔn)種（quasispecies）的概念。所謂準(zhǔn)種，即是一組自身復(fù)制的分子，它們彼此不同，但又密切相關(guān)。第五張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 準(zhǔn)種的演變是從一個原始的特定病毒序開始的，該病毒的每一輪復(fù)制均導(dǎo)致變異株的出現(xiàn)。因此，在任何時點，某病毒群（viral po

3、pulation）總是由常見的代表性序列即主序列（master sequence）和一組不同的但又密切相關(guān)的序列（變異株）所組成。 所有這些相關(guān)的序列（變異株），不管其所占比例如何，均被認(rèn)為是一群復(fù)制體（replicon），表現(xiàn)為動態(tài)的基因相互作用（dynamic genetic interaction）。第六張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)環(huán)境發(fā)生改變時，在原病毒群中已存在的各種變異株，以及在復(fù)制過程中新生代的變異株中，將被選擇出最適應(yīng)于新環(huán)境的變異株。爾后，被選擇出的變異株又面臨新環(huán)境的變化。為了其子代能繼續(xù)復(fù)制，將再次被選擇出適應(yīng)新環(huán)境的變異株。如此周而復(fù)始，不斷形成新的病

4、毒群（即準(zhǔn)種）。第七張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 利用自然界各種物理或化學(xué)誘變劑處理野生型病毒，提高病毒群體的突變率，稱為誘發(fā)突變。 體外誘變劑，對病毒靜態(tài)核苷酸進行化學(xué)修飾，使其在后面的復(fù)制中發(fā)生錯配，包括亞硝酸、羥胺、烷化劑等。 體內(nèi)誘變劑，它們的作用需要代謝活躍的核苷酸，一組為堿基類似物，另一組為插入劑。 UV偶爾也用于病毒的誘變。三、誘發(fā)突變（induced mutation）第八張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 從突變引起的遺傳信息的意義改變來看，可分為同義突變、錯義突變和無義突變。 有不少錯義突變的產(chǎn)物仍然有部分活性，使表型介于突變型和野生型之間，為滲漏突變

5、型。 有些錯義突變不影響或基本不影響蛋白質(zhì)活性，不表現(xiàn)明顯的性狀變化，為中性突變，中性突變和同義突變又常稱為沉默突變（silent mutation）。 四、病毒突變類型第九張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 從突變帶來的表型改變來看，可分為噬菌斑形態(tài)突變體、致死突變體、條件致死突變體和生化突變體。 噬菌斑形態(tài)突變體是指造成宿主細胞噬菌斑形態(tài)改變的突變體。 條件致死突變體是在某一條件下具有致死效應(yīng)而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變體，如溫度敏感突變體，2835可增殖，3740 不能增殖，具有減低毒力而保持免疫原性的特點。 生化突變體最常見的有營養(yǎng)缺陷型突變體和抗藥性突變體。第十張，PPT

6、共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 宿主范圍突變株：病毒基因組改變影響了對宿主細胞的感染范圍，可感染野生型病毒不能感染的細胞。 抗原性變異，病毒毒力變異。第十一張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月五、回復(fù)突變 回復(fù)突變(reverse mutation): 突變體(mutant)經(jīng)過第二次突變又完全地或部份地恢復(fù)為原來的基困型或表型。完全恢復(fù)是由于突變的堿基順序經(jīng)第二次突變后又變?yōu)樵瓉淼膲A基順序，故亦稱真正的回復(fù)突變。 部分恢復(fù)是由于第二次突變發(fā)生在另一部位上，其結(jié)果是部分恢復(fù)原來的表型，亦稱為第二位點突變(second site mutation)或基因內(nèi)校正(intragenic su

7、ppression)。此時原來的突變位點依然存在，而它的表型效應(yīng)被基因組上第二位點的突變所抑制，因而第二次突變又稱抑制突變（suppressor mutation） 第十二張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 病毒的重組改變的類型改變內(nèi)容突變類型多肽序列改變多肽功能影響取代單核苷酸代換同義突變無（密碼簡并）無錯義突變氨基酸代換因氨基酸及序位而定無義突變延伸提前終止一般失去增加缺失單、寡核苷酸插入或缺失移框突變突變點后序列改變一般失去重組基因組片段連接次序改變 病毒突變的分子機制 第十三張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一、病毒重組的機制 病毒變異，除了自發(fā)和誘發(fā)突變外，還可

8、能因病毒混合感染引起病毒之間的遺傳重組而發(fā)生。當(dāng)兩種或多種病毒感染同一宿主細胞混合感染時，有時發(fā)生兩株病毒基因組之間基因的交換、重配等遺傳結(jié)構(gòu)較大的變化，這就是病毒的基因重組。 根據(jù)病毒核酸是連續(xù)還是分節(jié)段，依次將病毒的基因重組分為分子內(nèi)重組（intramolecular recombination）和基因重配（genetic reassorment）。 分子內(nèi)重組還可以分為斷裂連接模式（strand breakage and religation）和拷貝選擇模式（copy-choice） 第十四張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 斷裂連接模式：通常發(fā)生在單一分子基因組的DNA或RNA

9、病毒中，重組需要核酸分子的斷裂及與其他核酸分子的再連接，即需要病毒的交配。 第十五張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 拷貝選擇重組（copy-choice recombination）：發(fā)生在部分具單一分子基因組RNA 病毒中（脊髓灰質(zhì)炎病毒、口疹病毒、冠狀病毒、口蹄疫病毒等），仍屬于分子內(nèi)重組，不涉及核酸分子共價鍵的斷裂，RNA聚合酶選擇性連接的模板鏈上合成子代鏈，子代鏈?zhǔn)遣煌０彐湹钠唇印?基因重配：發(fā)生在具分段基因組的RNA病毒中（流感病毒、呼腸孤病毒、布尼安病毒和沙粒病毒等），重組時，各片段在子代中隨機分布。第十六張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月重組機制親代1親代2子

10、代示例分子內(nèi)重組AbC ABcABC AbcDNA病毒和少數(shù)RNA病毒（小RNA病毒）的突變體之間ABC ASTABT ASCDNA病毒不同毒株之間ABCD XYZABCZ腺病毒失去基因D，獲得SV40基因ZABC 12312ABC3溫和噬菌體、腫瘤病毒基因組整合進細胞的基因組基因重配A/b/C A/B/cA/B/C基因組分節(jié)段的RNA病毒A/B/C A/S/TA/S/C A/B/T說明：A等字母代表有活性的病毒基因；1，2，3表示有活性的細胞基因；b,c為突變體基因；ABC等字母代表連續(xù)線狀基因組；A/B/C表示分節(jié)段基因組 兩種病毒混合感染引起病毒基因組重組的幾種方式 第十七張，PPT共二

11、十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、基因重組的遺傳學(xué)效應(yīng) 1、復(fù)活現(xiàn)象 復(fù)合感染（multiple infection）：一個細胞被多個病毒同時感染。 復(fù)活（reactivation）：復(fù)合感染時，滅活的病毒之間發(fā)生重組或滅活的病毒與有活力的病毒間發(fā)生重組，從而產(chǎn)生有感染活性重組子代病毒。第十八張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月復(fù)活現(xiàn)象親代1親代2子代說明交叉復(fù)活紫外滅活者與異品系的相關(guān)病毒之間abCa/b/CASTA/S/TASCA/S/C用基因重排或分子內(nèi)重組拯救親代滅活基因C多重復(fù)活不同基因失活的同種病毒的不同毒粒之間ABcA/B/cAbCA/b/CABCA/B/C基因B,C的重組或

12、重配產(chǎn)生有活性的子代病毒 病毒復(fù)活現(xiàn)象 說明：A,B,C代表有活性的病毒基因；a,b,c表示失活的病毒基因；ABC等字母代表連續(xù)線狀基因組；A/B/C表示分節(jié)段基因組第十九張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 一株活性病毒與另一株相關(guān)但具有不同遺傳標(biāo)記的滅活病毒復(fù)合感染細胞，產(chǎn)生具有滅活病毒某些遺傳標(biāo)記的活性病毒重組體，這類病毒復(fù)活現(xiàn)象稱為交叉復(fù)活，又稱標(biāo)記拯救（marker rescue）。首先在T4噬菌體中發(fā)現(xiàn)。 應(yīng)用：可以選擇性地獲得病毒重組體。（1）交叉復(fù)活（cross reactivation）第二十張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月活病毒與滅活病毒之間（交叉復(fù)活）A3

13、株（流行株）新A3抗原雞胚中增殖不良A1株（非流行株）舊A1抗原雞胚中生長良好雞胚中共同培養(yǎng)重組體（理想疫苗）有A3抗原雞胚中生長良好UV滅活第二十一張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)基因型相同的多個滅活病毒顆粒感染同一細胞時，由于滅活病毒之間發(fā)生重組，產(chǎn)生有感染性的重組體子代病毒。如流感病毒、呼腸孤病毒、狂犬病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒和痘病毒。這是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。（2）多重復(fù)活 （mutliplicity reactivation）第二十二張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年

14、6月第三節(jié) 影響病毒表型的病毒間相互作用一、表型混雜（phenotypic mixing） 病毒混合感染產(chǎn)生一種具有兩個親代病毒結(jié)構(gòu)蛋白（殼體或囊膜）的子代。其一種極端現(xiàn)象為轉(zhuǎn)殼現(xiàn)象。病毒的表型混雜為一種暫時現(xiàn)象，隨傳代而消失。 無囊膜病毒中，親緣關(guān)系密切的病毒間經(jīng)常發(fā)生表型混雜，常出現(xiàn)轉(zhuǎn)殼現(xiàn)象。 有囊膜病毒的表型混雜常表現(xiàn)為一個病毒的核衣殼包埋在另一個病毒的囊膜中，形成偽型病毒。也有囊膜蛋白的嵌合混雜。第二十三張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十四張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 二、互補作用（complementation）： 即病毒感染過程中基因產(chǎn)物間的相互作用，其

15、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，一種病毒為另一個存在某種功能缺陷的病毒提供了該種功能基因產(chǎn)物。第二十五張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月三、病毒間的干擾 （1）干擾的定義： 在兩種病毒共同感染同一種細胞時，可發(fā)生一種病毒抑制另一種病毒復(fù)制的現(xiàn)象。干擾現(xiàn)象可在同種以及同株的病毒間發(fā)生，后者如流感病毒的自身干擾。異種病毒和無親緣關(guān)系的病毒之間也可以干擾，且比較常見。第二十六張，PPT共二十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）干擾的類型a. 自身干擾：在復(fù)制過程中產(chǎn)生了缺陷性干擾顆粒（defective interfering particle, DIP），能干擾同種的正常病毒在細胞內(nèi)復(fù)制，如流感病毒在雞胚尿囊液中連續(xù)傳代，則DIP逐漸增加而發(fā)生自身干擾。 b. 同種干擾：同種異型（流感病毒A、B） 同型異株（流感病毒A1、A2）c. 異種干擾：第一種病毒占據(jù)或破壞了宿主細胞的表面受體或者改變了宿主細胞的代謝途徑因而阻止另一種病毒的吸附或穿入，如粘病毒等；另外，也可能是阻止第二種mRNA的轉(zhuǎn)譯，如脊髓灰質(zhì)炎病毒干擾水泡性口炎病毒。