第三讲 病毒的遗传变异分析
病毒进化和遗传变异的机制分析和应用
病毒进化和遗传变异的机制分析和应用随着科学技术的不断发展，人类对于病毒的了解也越来越深入，然而病毒进化和遗传变异的机制还是很有意思的话题。
病毒进化和遗传变异可以让病毒适应环境的变化以求得更好的生存机会，而这也可能会导致病毒的变异变得更加致命。
在本文中，将重点探讨病毒进化和遗传变异的机制的分析和应用。
一、病毒进化的机制病毒进化是指病毒种群随着时间和环境改变而产生的微小变化。
它是一个漫长的过程，在这个过程中，病毒的基因组可能会发生点突变。
这些突变可能让病毒得到某些基因的增强或减弱，以更好地适应环境。
在病毒进化的过程中，是否会发生基因重组和水平转移也非常重要。
基因重组是指病毒的DNA或RNA链之间发生剪接，从而形成新的基因组序列。
而水平转移是指病毒的DNA或RNA链在种群之间的转移。
这些转移和重组过程常常会让病毒的基因组发生变化。
在进化的过程中，病毒的恶意性也可能会被改变。
例如，病毒可能会从不引起疾病的“温和”型转变为致命的“猛烈”型。
这些变化分别对全球健康和增长构成威胁，因此了解这些过程非常重要。
二、病毒遗传变异的机制病毒的遗传变异是指由于基因重组和突变而导致的遗传信息变化。
这些变化可能会导致病毒的外表、功能、感染途径等各方面发生变化。
病毒遗传变异的机制主要有突变、抗原漂变和基因重排三种。
1.突变突变是病毒存活的一种基本方式。
突变可以发生在病毒的DNA或RNA链上，它改变了病毒的基因组序列。
这些变异可能是单个核苷酸的改变或大规模的改变。
2.抗原漂变抗原漂变是病毒突变的一种形式，它影响病毒的抗原特性。
当病毒感染人体后，免疫系统会识别其表面上的特定蛋白，从而导致病毒被消灭。
然而，病毒在进化过程中可能会发生抗原漂变，从而改变其表面蛋白，从而抑制免疫系统的反应，因此病毒也继续存活下来了。
3.基因重排基因重排是指病毒基因组内的DNA或RNA链之间互相“串”来“串去”从而形成新的病毒基因组序列。
基因重排也是病毒进化和遗传变异的重要形式。
病毒的遗传与变异
病毒的遗传与变异病毒的遗传与变异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。
病毒的变异主要源于其基因组的突变和重组。
病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。
自发突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。
诱导突变则是利用不同的物理或化学诱变剂处理病毒，提高病毒群体突变率，诱导病毒子代出现特定的突变类型。
DNA病毒和RNA病毒在突变频率上有较大的差别。
病毒突变类型可从多层次、不同水平进行分类，但目前作为研究工具的突变体类型主要有无效突变体、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。
病毒重组一般通过分子内重组、拷贝选择和基因重配三种机制完成。
分子内重组需要核酸分子的断裂及其它核酸分子的再连接，拷贝选择不涉及核酸分子的共价键断裂，基因重配则是具分段基因组病毒之间核酸片段交换，基因组各片段在子代病毒中随机分配。
病毒重组机制不同，其重组频率有很大差别，且RNA分段基因组病毒同型不同株病毒间的重组经重组重配机制进行，其重组率可高达50%。
通过病毒重组，可构建表达特定外源基因的重组病毒，可使灭活病毒经交叉感染或复感染得以复活，这在病毒的研究和利用上都具有重要意义。
病毒表型突变除了源于基因组的突变和重组外，还有一些非遗传因素影响病毒变异。
无囊膜病毒的转壳、表型混杂及具囊膜病毒的伪型病毒都可使病毒的表型发生改变。
病毒的同源干扰、缺陷干扰及缺陷病毒的存在也会对病毒表型变化产生影响。
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。
病毒的遗传变异及其影响
病毒的遗传变异及其影响病毒的遗传变异是指病毒在繁殖过程中产生的基因突变和基因重组等遗传变化。
这些变异使得病毒具有不同的基因型和表型，从而可能影响其传播能力、致病性和抗药性。
病毒的遗传变异是病毒演化和适应环境的重要机制，对公共卫生和临床医学具有重要影响。
病毒的遗传变异主要通过两种方式产生，即点突变和基因重组。
点突变是指病毒基因序列中的单个核苷酸发生变化，包括错义突变、无义突变和同义突变等。
这些突变会改变病毒的蛋白质结构和功能，进而影响其与宿主细胞的相互作用，致病性和免疫逃逸能力。
基因重组则是指病毒基因组中两个不同来源的基因在复制过程中发生结合，并形成新的基因组组合。
这个过程常见于RNA病毒，例如HIV和流感病毒，通过基因重组，它们能够产生新的亚型和变异株。
病毒的遗传变异对公共卫生和临床医学具有重要影响。
首先，病毒的遗传变异是病毒逃逸免疫系统监测和攻击的机制。
当人体感染了某种病毒后，免疫系统会产生特异性抗体来清除病毒。
然而，病毒的遗传变异能够改变病毒表位的结构，导致原有的抗体无法有效结合和中和病毒，从而允许病毒在宿主体内持续感染和复制。
这就是为什么有些病毒感染后会产生短暂的免疫保护，而有些病毒会不断引起感染和疾病恶化的原因之一。
其次，病毒的遗传变异也会影响病毒的致病性和传播能力。
病毒的遗传变异可能导致病毒具有更高的复制速率和更强的致病性，从而增加了病毒在人群中的传播风险。
例如，新冠病毒（SARS-CoV-2）的遗传变异已被发现与其传播能力和致病性之间存在关联。
一些变异体具有更高的传播速度，因此在短时间内可以感染更多的人。
此外，病毒的遗传变异还可能影响疫苗的效果和药物的疗效。
如果病毒的遗传变异导致病毒表位的结构改变，可能会降低疫苗对病毒的识别和中和能力，或者减少抗病毒药物对病毒的效果。
最后，病毒的遗传变异对病毒的流行趋势和传播模式具有重要影响。
根据不同的遗传变异，病毒可以形成不同的变种和亚型，这可能导致疫情在不同地区的变异。
病毒的遗传和变异
病毒的遗传和变异病毒在增殖过程中常发生基因组中碱基序列的置换、缺失或插入，引起基因突变。
病毒因基因突变而发生表型改变的毒株称为突变株(Inutant)。
1．基因突变(1)条件致死性突变株(conditlonal-lethal mutant)：是只能在某种条件下增殖的病毒株，如温度敏感性突变株(temperature-sensltlVe mutant，ts)在28～35℃条件下可增殖，而在36～40℃条件下不能增殖。
主要原因是高温下ts株的基因所编码的酶蛋白或结构蛋白质失去功能，使病毒不能增殖。
(2)宿主范围突变株(host-Ⅷlge mutant，hr)：是指病毒基因组的突变影响了对宿主细胞的感染范围，能感染野生型病毒不能感染的细胞。
例如可对分离的流感病毒株等进行基因分析，及时发现该病毒株是否带有非人源(禽、猪)的血凝素(H5、H7等)而发生宿主范围的变异。
(3)耐药突变株(drug-resistant mutant)：常因编码病毒酶的基因突变导致药物作用的靶酶特性改变，使病毒对药物产生抗性而能继续增殖。
2. 基因重组与重配两种病毒同时或先后感染同一宿主细胞时发生基因的交换，产生具有两个亲代特征的子代病毒，并能继续增殖，该变化称为基因重组(gene recombination)，其子代病毒称为重组体(recombinant)。
对于基因分节段的RNA病毒，如流感病毒、轮状病毒等，通过交换。
RNA节段而进行基因的重组称为基因重配(gene reassortment)。
散而言，发生重配的概率高于基因重组的概率。
3．基因整合某些病毒感染宿主细胞的过程中，病毒的DNA片段可插入细胞染色体DNA中，这种病毒基因组与细胞基因组的重组过程称为基因整合(gene integration)。
多种DNA病毒、反转录病毒等均有整合宿主细胞染色体的特性，整合既可引起病毒基因的变异，也可引起宿主细胞染色体基因的改变，易导致细胞转化发生肿瘤等。
【宠物微生物课件】病毒的遗传和变异
二.病毒变异类型
1.点突变
(DNA A-T, C-G ； RNA A-U, C-G，G-C，U-A )
基因突变病毒
二.病毒变异类型
2.缺失、插入
如 ： TAC CCA TTA GGA TCC CAT CAT
基因突变病毒
二.病毒变异类型
3.基因重组
基因突变病毒
二.病毒变异类型
4.特殊变异-缺损性感染变异
宠物微生物
病毒的遗传和变异
病毒的遗传、变异
变异的病毒
一.病毒稳定遗传应具有的重要特征
1 快速复制的能力 2 高滴度复制的能力 3 在组织中复制的能力 4 长时间排毒的能力
5 逃避宿主防御的能力
6
排到外部环境生存的能力
7 垂直传播的能力
二.病毒变异类型
病毒突变中的 基因变化
点突变 缺失、插入 病毒的重组 病毒突变中的基因ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化
基因突变病毒
三.获得变异病毒的方法
1.自然突变
A、化学方法
2.人工诱变
B 、物理方法
C 、生物方法
3.人工构建突变病毒
感谢各位聆听
病毒的遗传和变异
病毒的遗传与变异
分段基因组
病毒核酸由多个片段组成 ，如流感病毒、轮状病毒 等。
病毒基因表达与调控
立即早期基因表达
病毒感染细胞后，立即表达的基因，主要参与病毒基因组的复制和转 录调控。
早期基因表达
在病毒DNA复制开始前表达的基因，编码与病毒DNA复制相关的蛋 白质。
晚期基因表达
在病毒DNA复制完成后表达的基因，编码病毒的结构蛋白和功能蛋白 。
基因型分析
通过对病毒基因序列进行分型分析，了解不同病 毒株之间的遗传关系和变异特点。
进化树分析
利用生物信息学软件对病毒核酸序列进行进化树 构建，揭示病毒的进化历程和变异趋势。
05
抗病毒药物设计与应用策 略
针对病毒遗传物质药物设计
核酸类药物
通过干扰病毒基因组复制、转录 和翻译等过程，抑制病毒增殖。 如核苷类似物可竞争性抑制病毒 DNA或RNA聚合酶活性。
03
病毒遗传变异与疾病关系
病毒遗传变异导致疾病发生
基因突变
病毒基因组在复制过程中发生随 机突变，可能导致病毒毒力、传 播能力等发生变化，进而引发疾
病。
基因重组
不同病毒株之间发生基因交换， 产生新的病毒株，具有更强的适
应性和致病性。
宿主适应性
病毒在传播过程中逐渐适应宿主 环境，通过变异提高在宿主细胞
基因表达调控
病毒通过自身编码的转录因子或利用宿主细胞的转录因子来调控基因 的表达，确保病毒在感染周期中正确表达所需的蛋白质。
02
病毒变异现象及原因
病毒变异类型
基因突变
病毒基因组中碱基的替换 、插入或缺失，导致病毒 遗传信息的改变。
基因重组
不同病毒株之间或病毒与 宿主细胞基因组的交换， 产生新的病毒基因组组合 。
病毒的遗传与变异
3.2、表型混合
两种病毒混合感染后，一个病毒的基因 组偶尔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。
PHENOTYPIC MIXING
PHENOTYPIC MIXING
no changes in genome possibly altered host range possibly resistant to antibody neutralization
10.0% ∨
∨
单交换型 m r + 853 + + tu 965
18.4%
∨∨
双交换型 m + tu 162
+ r + 172
合计
9892
3.4% ∨ ∨ 12.9 20.8 27.1
作图： m 13.4 r 21.8 tu
重配作图
重配具有有或无，可用来进行重配作图。
中间型杂交作图
芜 菁 黄 花 叶 病 毒 (Twznip yellow mosaic virus, TYMV) 3.动物病毒 鸡痘病毒(Fowlpox virus) 痘苗病毒(Vaccinia virus) 疱疹病毒(Hezpes virus) 呼肠孤病毒(Reovirus)
口蹄疫病毒(Foot and mouth disease virus, FMDV) 脊髓灰质炎病毒(Polio virus) 多型瘤病毒(Polyome virus)
Reassortment by independent assortment during dual infection.
adapted from Treanor JJ Infect. Med. 15:714
最近重配
此次甲型H1N1流感病毒包含北美和欧 亚猪流感病毒、人流感病毒以及禽流感 病毒的基因片段。正因为其基因片段不 同于传统的H1N1病毒，因此属于新病 毒。
病毒的遗传与变异
病毒的遗传与变异1、遗传：亲代与子代相似2、变异：亲代与子代或者子代不同个体之间不完全相同。
遗传决定了物种的延续，变异有利于物种的进化。
核酸传递遗传信息的基础在于其碱基的排列顺序，病毒核酸复制时能够产生完全等同于原核酸的新的核酸分子，从而保持遗传的稳定性。
病毒的突变机率较高，决定了病毒遗传的变异性。
遗传和变异是对立的统一体，遗传使物种得以延续，变异则使物种不断进化。
流感病毒的抗原性会因为核酸的复制、装配等各种因素而发生变化，有了这些变化，流感病毒就可以有效地逃避宿主的免疫清除。
病毒的突变病毒的突变(Mutation)：基因组中核酸的组成或结构发生改变。
点突变（狭义突变）:少数几对碱基的缺失、插入或置换。
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（广义突变）。
突变体：携带突变的生物个体或群体、株系。
突变基因：包含突变位点的基因。
基本概念病毒株(strain)：同一种病毒的不同分离株或不同来源的病毒系病毒型别(type)：同种病毒的不同血清型别病毒野生型( Wildtype): 从自然宿主中新分离出的, 或者是实验室采用的病毒突变体(mutant)：与野生病毒株的不同表型的变异株,已清楚其机理病毒变异体(variant)：与野生病毒株的不同表型的变异株, 并不清楚其机理病毒准株(quasispecies):在一个宿主体内，子代病毒出现了与原始感染株不一致，该变异个体称为病毒准株。
自发突变和诱发突变病毒变异除自发、诱发突变外，还可能因混合感染引起的遗传重组。
病毒的变异主要源于其基因组的突变和重组。
1.自发突变：在无任何已知诱变剂的条件下产生的突变。
DNA病毒和RNA病毒的自发突变有明显区别:DNA：有一整套完整的DNA复制、核对、修正系统RNA：不能自动修复（RNA复制酶中缺少校正阅读活性）病毒复制比自发突变快得多，野生型种群处统治地位突变效率：DNA 10-8～10-11RNA 10-3～10-62.诱发突变：野生型病毒在各种理化因子存在的条件下提高突变力的措施 (适当的剂量、获得单一突变的突变体)根据诱发突变的本质和途径分为：体外诱变剂(静态)通过一些化学物质对核苷酸进行化学修饰→ 碱基配对发生改变→ （a.转换 b.颠换）亚硝酸、羟胺、烷化剂等体内诱变剂(动态)a.碱基类似物：通过互变异构效应造成碱基的转换和颠换b.插入剂：吖啶类染料插入到核酸分子之间，引起碱基堆积畸变，在下一步复制时造成核酸移码（碱基增加或缺失）→ 移码突变这两种物质所引起的核酸的变异，都需要病毒细胞处于代谢活性状态，此时核酸处于复制阶段，对处于静止状态的病毒无作用。
第三讲 病毒的遗传变异
毒力变异的分子基础
HA是否富含碱性氨基酸。HA裂解为HA1和HA2，暴露融合肽 段，通过融合进入宿主细胞，为入侵的关键步骤。 高致病力毒株HA的切割位点有多个氨基端毗连，决定该病
毒可被机体大多数组织细胞的蛋白酶裂解。低致病力的裂
解位点均只有一个单一的碱性氨基酸—精氨酸，只能被胰 蛋白酶切割，存在于消化道和呼吸道。
漂移
转移
转移
随机突变
基因组节段交换
流感病毒抗原性漂移及转移示意（据Harper）
源于禽类的甲型流感病毒在人体很难增殖， 反之亦然 二者均能在猪体内增殖，并在猪体内进行 基因重配，猪体是人流感毒株与禽流感毒 株的混合器，在猪体内流感病毒产生抗原 性转移
甲型流感病毒 传播的 经典模式
毒力变异的分子基础
“transforming principle” demonstrated with Streptococcus pneumoniae
病毒
第一节 第二节 第三节 第四节
突变 诱变 基因重组 病毒基因产物间的相互作用
准种：由一种母序列和来自该序列的大量突 变基因组所组成的病毒群体。
二、重配(reassortment)
重配 大多数情况下特指基因组分节段的RNA病 毒，砂粒病毒 双RNA病毒 布尼病毒 正黏病毒 以及呼肠孤病毒。
两个进化相近的毒株感染同一细胞是，两者 发生了基因的交换，产生稳定或可变的重配 毒株。
Reassortment by independent assortment during dual infection
1901年即分离禽流感病毒，但直到1955年才明确 它与人及哺乳动物流感的关系，20世纪70年代开 始注意在水禽广泛存在的禽流感病毒是流感病毒 的“基因库”，并对家禽业构成潜在威胁。 禽流感的高致病力毒株对鸡有致病性，旧称“真 性鸡瘟”（fowl plague），现名高致病性禽流感 （Highly pathogenic avian influenza, HPAI） 是OIE规定的通报疫病。
病毒的遗传和变异
自发突变 spontaneous mutation RNA病毒 ﹥ DNA病毒 病毒 病毒 诱发突变 induced mutation
条件致死性突变 如温度敏感突变株（ 如温度敏感突变株（temperature sensitive mutant， ， ts）高温下基因编码的蛋白或酶失去功能。 ）高温下基因编码的蛋白或酶失去功能。 宿主范围突变株（ 宿主范围突变株（host-range mutant, hr） ） 改变了对细胞的吸附或相互作用。 改变了对细胞的吸附或相互作用。
物理因素：温度、 pH、 物理因素：温度、 pH、 射线 化学因素：脂溶剂、化学消毒剂、 化学因素：脂溶剂、化学消毒剂、抗生素
物理因素 温度： 温度 大多病毒耐冷不耐热，但有例外的， 大多病毒耐冷不耐热，但有例外的，如HBV等 等 pH： 病毒在pH5.0以下或 以下或pH9.0以上迅速灭活 病毒在 以下或 以上迅速灭活 射线： 射线： γ射线，χ射线，紫外线多能使病毒灭活 射线， 射线 射线 射线，
耐药突变 drug-resistant mutant 病毒靶酶基因发生改变→耐药； 病毒靶酶基因发生改变 耐药； 耐药 HIV→AZT 变异株。 变异株。 基因重组 genetic recombination 形成兼有两亲代病毒特性的子代病毒。 形成兼有两亲代病毒特性的子代病毒。
基因重配 genetic reassortment 通过交换RNA节段而进行的重组。 节段而进行的重组。 通过交换 节段而进行的重组
化学因素： 化学因素： 氧化剂 卤素及其他化合物有灭活病毒的功能 酚类 可除去病毒衣壳蛋白
脂溶剂 可破坏有包膜的病毒 甲醛 可破坏对病毒的感染性而对抗原性影响不大
病毒的分类
分类原则： 、 分类原则：1、核酸类型与结构 2、病毒体的形状和大小 、 3、病毒体的形态结构 、 4、对脂溶剂的敏感性 、 一般分为DNA病毒、RNA病毒、逆转录病毒三类。 病毒、 病毒、 一般分为 病毒 病毒 逆转录病毒三类。
病毒与病原菌的遗传变异
病毒与病原菌的遗传变异病毒和病原菌是人类最常遇到的疾病原因。
随着科技的不断进步，我们也可以更好地了解这些微生物的遗传变异及其对我们的危害。
在本文中，我们将探讨这些变异如何影响我们的生活和健康。
1. 病毒的遗传变异病毒是一种非细胞生物，只有在寄主细胞内才能进行复制和繁殖。
病毒的基因组通常非常小，同时对于环境的适应性非常强。
这也是为什么在许多情况下，人类很难找到对它们有效的治疗方法。
与病原菌不同，病毒的遗传物质是单链或双链的DNA或RNA。
在繁殖过程中，病毒的遗传物质容易发生变异。
这种变异是由于复制错误或由于受到宿主细胞、药物或免疫系统的选择效应所造成的。
病毒的遗传变异可以影响病毒的传播、毒性和免疫逃避能力。
例如，新冠病毒在全球的传播就是由于其变异导致的。
新冠病毒出现了S、L、V等多种变异型，而其中S型是主要通行的变异体。
这一点也向我们展示了变异对病毒的传播力有多大的影响。
此外，病毒的变异还可能导致与现有疫苗不兼容，从而降低疫苗的有效性。
2. 病原菌的遗传变异病原菌是一种生物体，主要通过感染人体或其他动物来导致疾病的发生。
与病毒不同，病原菌的复制和遗传是分离开来的。
病原菌的基因组通常比病毒复杂，主要包括细胞质和细胞壁的各种蛋白质质成分等。
病原菌的遗传变异有许多因素，其中最重要的是突变和水平基因转移。
突变是指细菌DNA中的单个核苷酸突变，是其遗传变异最常见的形式。
而水平基因转移则可以导致病原菌之间的遗传信息交流。
这两种形式的遗传变异可以导致病原菌的抗药性增强，或导致其毒性的不同。
近年来，鲜有研究对病原菌的遗传变异进行长期的跟踪研究。
这一不足已经成为制定长期公共卫生策略的一个障碍，我们需要对此加以克服，才能更好地掌握病原菌的遗传变异。
3. 病毒和病原菌的遗传变异的治疗策略随着病毒和病原菌的遗传变异越来越多，控制它们的传播和治疗疾病的挑战也越来越复杂。
为应对这一问题，科学家们正致力于发展一些特定的治疗策略。
病毒进化中的遗传变异机制分析
病毒进化中的遗传变异机制分析自从人类存在以来，病毒就成为了人类的威胁之一。
随着科技的不断发展，人们对于病毒的认识也在不断地深入。
病毒在进化过程中，有许多具有重要意义的遗传变异机制。
一、重组和拼接机制病毒的遗传物质可以是DNA或RNA。
在病毒进化过程中，发生重组和拼接机制是两种非常常见的遗传变异方式。
重组机制是指来自不同来源的一些病毒，在宿主细胞内发生交换基因片段的一种现象。
这种现象在一些病毒家族中比较常见，它使得病毒的遗传多样性显著提高。
例如，在乙型肝炎病毒中，重组机制是其进化的主要驱动力之一。
拼接机制则是指一些病毒，将基因片段随意拼接在一起，从而形成一些功能异常的蛋白质，这些蛋白质往往带有一定的变异性，不同于正常蛋白质。
例如，在人类免疫缺陷病毒中，拼接机制就使得一些蛋白质如“扰动蛋白”，变成了它的原有蛋白质的一部分。
二、点突变机制点突变机制是指病毒基因组中存在过程的基因突变，这种突变可以是一种单核苷酸替换、缺失或插入等等。
点突变机制在病毒进化中扮演着核心角色，因为它能够驱动种群遗传的多样性。
例如，在流感病毒中，点突变机制是其进化的一条重要线路。
流感病毒中发生的点突变，往往能够产生高度抗药性的病毒株，并且在宿主中快速传播，从而对人们的生命安全造成威胁。
三、逆转录机制逆转录机制是一种非常独特的遗传机制，它是指RNA病毒通过逆转录作用，将自身RNA模板复制为DNA模板，并将该模板整合到宿主细胞基因组中的机制。
逆转录机制在HIV等人类免疫系统疾病的病毒家族中发挥着重要角色。
它不仅能够让病毒基因组的多样性增加，而且可以影响宿主基因组中基因的功能和表达。
值得注意的是，病毒的遗传变异机制并不仅仅是上述提到的这些，事实上，每一种病毒的遗传特征是非常独特和复杂的，如何恰当地理解它们的遗传特征，对疾病预防和控制具有重大意义。
在未来的不久将来，我们决不能低估病毒遗传变异机制的重要性。
(医学微生物学)5病毒的遗传与变异
全基因组测序
通过对病毒全基因组进行测序，可以了解其变异情况，并研究其与疾病相关性。
2
生物信息学分析
利用生物信息学工具分析病毒基因组序列，揭示其遗传变异的规律和功能。
3
病毒溯源与流行病学
通过病毒基因组的遗传跟踪，可以揭示异可以使其逃避宿主免疫系统的 攻击，延长感染时间。
抗病毒药物
病毒的遗传变异可能导致对抗病毒药物的耐药 性产生，限制了治疗的选择。
病毒遗传变异在传染病流行中的意义
病毒的遗传变异是传染病流行和控制的重要因素，对预防、诊断和治疗策略的制定具有重要意义。
病毒遗传变异的研究方法和应用
1
医学微生物学：病毒的遗 传与变异
病毒遗传学是研究病毒遗传与变异的领域。了解病毒的遗传学基础、遗传变 异机制和对传染病流行的影响可以帮助我们更好地应对病毒感染。
病毒的遗传学基础
1 遗传物质
病毒可以具有DNA或RNA作为遗传物质，这决定了病毒的基本特征和复制机制。
2 复制方式
病毒利用寄主细胞的机制进行复制，并借助细胞的重组和修复机制来实现自身遗传物质 的变异。
病毒的突变和重新组合
突变
病毒的突变可以是自发的，也可以是通过受到环境 或宿主免疫压力的诱导。
重新组合
不同株系的病毒在同一个细胞内重组，产生具有新 特性的病毒株。
病毒遗传变异的影响
致病性
病毒的遗传变异可以导致其致病性的增强或减 弱，影响疾病的传播和临床表现。
疫苗效果
病毒的遗传变异可能降低疫苗的效果，需要不 断调整疫苗的配方。
3 进化机制
病毒以快速的突变速度，不断适应环境变化和免疫压力，进化为更具传染性和致病性的 新型株系。
病毒的遗传变异机制
病毒的遗传与变异
脊髓灰质炎减毒活疫苗
二、基因突变
➢缺陷型干扰突变株（DIM）
病毒的基因缺陷（缺失突变引起），不能单独 复制，必须在辅助病毒（野生株）存在时才能 复制，同时干扰野生株的增殖。
➢宿主范围突变株
病毒的遗传与变异
一、病毒的遗传物质及其特点
遗传物质：DNA 或RNA 特点：
只有一种核酸，且存在形式多样； 基因数目少，结构较简单； 有外显子，基因以重叠形式存在 复制方式具有多样性；
二、基因突变
★突变：病毒基因组碱基序列发生改变。 ★基因组突变的方式：
点突变；缺失突变；插入突变。
★突变类型：
表 型 混 合
TRANSCAPSIDATION
核
生物合成
壳
转
组装
移
DNA病毒 逆转录病毒 溶原性噬菌体
+ssRNA逆转录病毒
五、病毒基因产物的相互作用
1.互补作用和加强作用
互补作用（Complementation）：指两种病毒感染 同一细胞时，其中一种病毒的基因产物（如结构蛋白 和代谢酶等）促使另一病毒增殖。其实质不是病毒之 间的基因重组，而是两种病毒能相互提供另一缺陷病 毒所需的基因产物。
流感病毒，轮状病毒，汉坦病毒 ➢ 重组与重配可导致基因复活：
交叉复活---活病毒与灭活病毒间。 多重复活---两个或多个灭活病毒间。
四、基因整合（Gene integration）
在病毒感染宿主细胞的过程中，有时病毒基因 组中的DNA片段可插入到宿主染色体DNA中，这 种病毒基因组与细胞基因组的重组过程称为基 因整合。
缺陷病毒
病毒的遗传变异及其在疫苗设计中的应用
病毒的遗传变异及其在疫苗设计中的应用随着新冠疫情的全球大流行，疫苗的研发和广泛接种成为了抗击病毒的主要手段之一。
然而，病毒的遗传变异不断出现，给疫苗的研发和应用带来了极大的挑战。
本文将从病毒的遗传变异出发，探讨病毒遗传变异对疫苗设计的影响以及应对策略。
一、病毒的遗传变异病毒的遗传变异是指病毒在不断传播过程中发生的基因组变异。
这些变异可能导致病毒的生物学特性、毒力、传播能力等方面的变化，影响到病毒的传播和对宿主的感染能力。
病毒的遗传变异主要包括点突变、插入、缺失、重新组合等多种类型。
在新冠疫情中，我们常听到的“英国变异株”、“南非变异株”等，就是指新冠病毒在这些地区中出现了一些特定的基因组变异，导致它们在某些方面的生物学特性和临床表现发生变化。
病毒的遗传变异虽然有时会影响到病毒的传播和毒力，但对于我们研发疫苗来说，它的影响更多是来自于疫苗和病毒之间的免疫逃逸。
二、病毒遗传变异对疫苗设计的影响疫苗的基本原理是通过激活免疫系统，让它产生对抗病原体的免疫应答。
针对病毒的疫苗在一定程度上是针对病毒的全基因组进行抗原设计的，但是不同的病毒变异速率及不同种类病毒的遗传变异模式都会直接或间接的影响疫苗对病毒的保护作用。
首先，病毒的点突变、插入、缺失、重组等导致的抗原上的变异会影响到疫苗的免疫原性和保护效果。
当疫苗是针对病毒特定抗原的时候，如果该病毒在该抗原处发生了变异，可能使疫苗失去作用或部分失去作用。
比如，新冠病毒的血凝素结合域（S蛋白）是研发新冠疫苗的主要靶点。
但是，随着病毒的遗传变异不断发生，出现了多个变异株的S蛋白。
这些变异株的S蛋白虽然还是保留着新冠病毒的特性，但由于抗体识别S蛋白的空间结构的要求非常严格，使得针对变异株的疫苗失去了保护作用，从而降低了疫苗的免疫原性和保护效果。
其次，有些病毒存在于不同的种属之间，导致了交叉免疫现象的出现。
即有些病毒的抗原在结构上与另一些病毒或病原体的抗原相似，这就是所谓的交叉免疫现象。
-3病毒遗传分析-76页PPT精品文档
tR1
mRNA
RNAPol
PR
tR1 N
晚期转录
PR’
QS
R
S和R为溶菌基因
五、λ 噬菌体溶源途径与裂解途径的调节
λ 噬菌体的Cro蛋白和CI阻遏蛋白相互拮抗： Cro
蛋白阻止cI 转录，从而阻止建立溶源性； CI阻遏蛋
白阻止早期基因转录，因此关闭Cro蛋白的合成。
PL
PRM
PRE
att int xis red cIII N OL rex cI OR cro cII O P Q
λ 噬菌体赖以发展作为基因克隆载体:
非必要基因由外源基因取代所形成的重组噬菌体 DNA，可以随着寄主大肠杆菌细胞一道复制和增殖， 而且在其溶源周期中，它们的DNA是整合在大肠杆 菌的染色体DNA上，成为后者的一个组成部分。
第三节 反转录病毒
一、反转录病毒的粒结构 二、反转录病毒的生活周期 三、反转录病毒的基因组 四、反转录过程中DNA双链的合成和LTR的产生 五、病毒线性DNA整合到寄主细胞基因组 六、原病毒的基因表达
形成的肉眼可见的透明圈 （大小，形状，透明度和边缘）
双层平板法分离细菌病毒（噬菌体） 的技术（噬菌斑）
用单层细胞进行 培养感染噬菌体
2、一步生长曲线的实验
(one-step-growth experiment) 定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线称为一步生长 曲线。该曲线可以用来确定噬菌体的潜伏期、裂解期和裂解量。
PBS
PBS 5’ U3 R U5 PBS
5’ U3 R U5 LTR
PBS
U3 R U5 tPRBNSA 5’
5’
U3 R U5 PBS
U3 R U5 5’ 5’ U3 R U5 PBS
病毒学 病毒的遗传与变异[知识研究]
![病毒学 病毒的遗传与变异[知识研究]](https://img.taocdn.com/s3/m/0419620c804d2b160b4ec080.png)
第一节 病毒的突变 第二节 病毒的重组 第三节 影响病毒表型的病毒间相互作用
专业知识
1
本章重点
1.病毒突变的类型 2.病毒重组的机制 3.病毒的复活 4.病毒的干扰
专业知识
2
第一节 病毒的突变
一、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）。 株(strain)、型(type)、变异株(variant)、突变体
专业知识
一般失去
13
一、病毒重组的机制 病毒变异，除了自发和诱发突变外，还可能因病毒混合感染
引起病毒之间的遗传重组而发生。当两种或多种病毒感染同一宿 主细胞—混合感染时，有时发生两株病毒基因组之间基因的交换、 重配等遗传结构较大的变化，这就是病毒的基因重组。
根据病毒核酸是连续还是分节段，依次将病毒的基因重组分 为分子内重组（intramolecular recombination）和基因重配 （genetic reassorment）。
基因重配：发生在具分段基因组的RNA病毒中 （流感病毒、呼肠孤病毒、布尼安病毒和沙粒病毒等）， 重组时，各片段在子代中随机分布。
专业知识
16
两种病毒混合感染引起病毒基因组重组的几种方式
重组机制 亲代1×亲代2
子代
示例
AbC ABc
ABC Abc
DNA病毒和少数RNA病毒（小RNA病毒） 的突变体之间
应用：可以选择性地获得病毒重组体。
专业知识
20
活病毒与灭活病毒之间（交叉复活）
A3株（流行株）
新A3抗原 鸡胚中增殖不良
旧A1抗原 A1株（非流行株）
鸡胚中生长良好
UV 灭活
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
病毒进化的例证
粘液瘤病毒与宿主的共同进化 甲型流感病毒的抗原性转移以及漂移
人类的感染
重组的甲型流感在人群中三次大流行：
1918年西班牙流感
1957年亚洲流感
1968年香港流感
流感期間 Camp Funston 的緊急軍事醫院。
禽流感病毒（Avian influenza virus， AIV）
野生水禽是禽流感病毒的基因库
病毒的变异
甲型流感病毒变异的显著特点是HA和NA发生
遗传性或抗原性漂移（genetic or antigenic drift） 遗传性或抗原性转移（genetic or antigenic shift）
表型的一致性，遗传的动态差异，在变异中 保持稳定。
突变
病毒复制过程中单个或者成段的核苷酸序列发生 替换、缺失、插入等现象。 缺损型干扰（defective interfering， DI）突变 株，突变的特例
缺损型干扰(defective interfering,DI)突变株
这是一种缺失突变的产物。自身不能复制,只有在
“transforming principle” demonstrated with Streptococcus pneumoniae
病毒
第一节 第二节 第三节 第四节
突变 诱变 基因重组 病毒基因产物间的相互作用
准种：由一种母序列和来自该序列的大量突 变基因组所组成的病毒群体。
病毒的遗传与变异
What is a gene?
Stable source of information Ability to replicate accurately Capable of change
DNA
RNA
Pr
基因激 转录起始 活 转录后加工
mRNA 降解
翻译
翻译后加工
细菌
外源性的遗传物质由供体菌进入受体菌细
胞内的过程称为基因转移（gene
transfer)；转移的基因与受体菌DNA整合
在一起称为重组(recombination)。细菌基
因转移和重组的主要方式有转化、转导、
接合。
Frederick Griffith’s Transformation Experiment - 1928
分子内重组
重配
一、分子内重组
将两个有亲缘关系但生物学性状不同的毒
株感染同一个宿主细胞，从而可发生核酸水平
上的互换，产生兼有两亲本特性的子代，称为
重组。
分子内重组：
两种密切的相关但序列不同的病毒核苷酸
病毒与病毒 病毒与细胞
Recombination by break-rejoin of incompletely linked genes
1901年即分离禽流感病毒，但直到1955年才明确 它与人及哺乳动物流感的关系，20世纪70年代开 始注意在水禽广泛存在的禽流感病毒是流感病毒 的“基因库”，并对家禽业构成潜在威胁。 禽流感的高致病力毒株对鸡有致病性，旧称“真 性鸡瘟”（fowl plague），现名高致病性禽流感 （Highly pathogenic avian influenza, HPAI） 是OIE规定的通报疫病。
病毒毒力有很大差异。 高致病力毒株主要有H5N1和H7N7亚型的 某些毒株。 禽流感病毒能感染人，某些毒株甚至可不 经过猪体混合重配再传染的过程，直接感 染人。
国外学者认为，在中国南部生活着密集的 人群及养殖大量的猪和鸭，彼此密切接触提 供了上述的机遇。 其实除华南之外，东南亚也具有类似情况， 2004年禽流感在该地区的广泛流行，似可 为佐证。
二、重配(reassortment)
重配 大多数情况下特指基因组分节段的RNA病 毒，砂粒病毒 双RNA病毒 布尼病毒 正黏病毒 以及呼肠孤病毒。
两个进化相近的毒株感染同一细胞是，两者 发生了基因的交换，产生稳定或可变的重配 毒株。
Reassortment by independent assortment during dual infection
亲本野生株作为辅助病毒存在时才能复制,但又干
扰亲本病毒的复制,导致后者数量减少。
含正常的衣壳蛋白质 只含有正常基因组的一部分 只能在正常同源病毒同时存在时才能繁殖, 这时同源病毒成为辅助病毒(helper virus) 特异性地干扰同源病毒的繁殖,经连续传代 后,DI颗粒增多
突变率和适应性
迅速复制的能力 较高的胞内滴度 特定细胞受体的选择 慢性感染以及隐性感染 逃避防御机制 传播方式的适应
诱变
病毒复制时前者可掺入RNA病毒的核酸， 后者可掺入DNA病毒的核酸。 定点诱变，生物有机体基因组中，分离 出带有目的基因的DNA片段。 2. 将带有目的基因的外源DNA片 段连接到能够自我复制的并具有 选择记号的载体分子上，形成重 组DNA分子。
3. 将重组DNA分子转移到适当的 受体细胞（亦称寄主细胞）并与 之一起增殖。
4. 从大量的细胞繁殖群体中，筛 选出获得了重组DNA分子的受体 细胞，并筛选出已经得到扩增的 目的基因。 5. 将目的基因克隆到表达载体上 ，导入寄主细胞，使之在新的遗 传背景下实现功能表达，产生出 人类所需要的物质.
基因重组
在
病毒的一步生长曲线（one-step growth curve） 感染比（multiplicity of infection, MOI）是指在一个系统中感染病毒的细胞 数与细胞总数之比。 在人工培养的细胞中，接种高MOI的病毒 ，使所有细胞几乎同时受到病毒感染，如 分析该培养系统中的单个细胞， 就可以代表病毒在整个体系中所有细胞生 长的情况。应用这一方法，可获得病毒一 步生长曲线试验的结果（图22-1）， 观察到病毒具有复制周期（replication cycle）。一个完整的复制周期包括吸附、 穿入与脱壳、生物合成、组装与释放等步 骤。 病毒感染细胞之后的一个短时间内，病毒 完全消失，甚至在细胞内也找不到传染性 的病毒颗粒， 直至感染数小时后子代病毒出现为止，这 阶段称为隐蔽期（eclipse period），一般 持续2~12h。