病毒的遗传与进化

• ② 多重复活（Multiplicity reactivation）： 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。 • 这是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。
• 一、病毒性状的变异 • 性状的变异通常包括： • 1、毒力的变异 2、抗原性的变异 3、空斑的变异 4、 对某些理化因素抵抗力或依赖性的变异等。 • 二、病毒突变 • 1、突变的概念： • 2、病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。 • （1）自发突变 （2）诱导突变 • 3、突变的机理 • （1）点突变 （2）缺失突变 （3）插入突变 （4）回复 突变 • 4、突变的表现 • （1）毒力改变（2）条件致死突变株 （3）宿主适应性 突变株例
• 三、基因重组 • 1、基因重组的概念 • 2、病毒基因重组的类型 • （1）分子内重组（2）重配 • （3）复活 • ① 交叉复活(Cross reactivation) ② 多重复 活（Multiplicity reactivation） • 四、病毒间相互作用 • 1、病毒的抑制作用 • 2、病毒遗传物质的相互作用 • （1）互补作用 （2）重组 （3）再活化 • 3、病毒非遗传性的相互作用 • （1）杂合现象（2）干扰现象（3）表型混合
• （3）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。
• 三、基因重组 • 1、基因重组的概念 • 两种不同的病毒或同一种病毒的两个 不同的毒株同时感染同一细胞时，在核酸 复制过程中，病毒之间交换核酸片段，从 而可发生基因重组。结果产生不同于亲代 的可遗传的子代，称为基因重组（Genetic recombination）。
• 终点稀释法： • 本法是在研究甲型流感病毒所谓的OD变异时 最早创立的。应用鸡胚羊膜囊分离甲型流感病 毒时，第一代羊水病毒对豚鼠红细胞量现很高 的凝集价，但对鸡红细胞的凝集价很低，称为 O相。取此第一代病毒在底倍稀释后作第二代 羊膜 腔传代，第二代病毒对豚鼠和鸡红细胞具 有几乎相等的凝集价，称为D相。但是如将第 一代病毒作高倍稀释后再行接种传代，则第二 代病毒仍能保持O相。如果随后继续应用这种 终点稀释度传代，一般可以无限地保持病毒O 相的性状。这是由于终点稀释时只有占多数的 O相病毒粒子能够获得感染下一代鸡胚的机会， 毒株性状因而保持变。
• 四、病毒间相互作用 • 1、病毒的抑制作用 • 指一种突变体表型被另一种抑制性突变 所阻抑，它既可发生于病毒基因组内，也可 发生于宿主细胞基因组内。这种现象在原核 系统中较具代表性。
• 2、病毒遗传物质的相互作用 • （1）互补作用：即病毒超感染过程 中基因产物间的相互作用，其结果是 一种或两种亲本病毒产量增加，而两 种病毒在基因水平上并未改变。在这 种情况下，一种病毒为另一个存在某 种功能缺陷的病毒提供了该种功能基 因产物；
病毒的遗传与进化
• • • •
1病毒的变异现象和类型有哪些 2病毒变异发生机理 3病毒间相互作用包括哪些 4什么是杂合现象，干扰现象，表型混合。 5构建病毒变异株的一般方法。
• 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。
• 六、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： • 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。 • 虽然有一些病毒现已可通过序列分析进行其基因组研究， 但病毒重组作图、重配作图、中间型杂交、转录图和多肽 图等仍是研究病毒遗传图的重要方法。 • 在病毒基因功能研究中，经典的互补试验、克隆基因的互 补试验及利用突变和重组进行的顺式因子分析、反式因子 分析和基因瞬时表达，都有着不可替代的作用。 • 由于一些病毒可以感染动物和人类的特异组织细胞，利用 这些病毒构建表达外源基因载体，用于人类一些特殊疾病 的基因治疗，这一方面具有诱人的前景。
• 3、病毒非遗传性的相互作用 • （1）杂合现象：例如逆转录病毒是真正 的二倍体，具有两个完整的全基因组拷贝； 某些DNA病毒，如疱疹病毒含有重复序列， 因而是部分杂合的。另一些病毒（大多数 是有包膜的病毒）的异常包装有时可能会 产生杂合的多倍体颗粒（如10%以上的新 城疫病毒颗粒）。
• （2）干扰现象：一种病毒可干扰另一种病 毒对细胞的感染。同源性干扰（即对抗同 种病毒）通常是由干扰颗粒 （DI颗粒）引 起的，颗粒间相互竞争必需的细胞成分而 阻断复制。此外，干扰也可由突变类型引 起 或通过封闭病毒受体所致，此作用是由 先感染病毒所产生的受体附着蛋白引起的 。
• （3）复活 • ① 交叉复活(Cross reactivation)：有 传染性的病毒与灭活的相关病毒或该病毒的 DNA片段共同培养，产生具有灭活病毒特 性的活病毒。 • 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，可供制作疫苗.
五病毒变异的研究方法
• 病毒纯化 • 蚀斑分离法：即用高度稀释的病毒液感染 玻璃瓶或平皿中培养的单层细胞，由于病 毒呈现致细胞病变作用，而在单层细胞上 形成蚀斑。 • 病斑分离法；一些可以在鸡胚绒毛尿囊膜 上增殖的病毒，可以根据其在绒毛尿囊膜 上形成的病斑特征进行纯系分离。
• 细胞克隆：先在玻璃器皿内培养对病毒敏 感的细胞，待其生长成单层后，接种高度 稀释的原始毒种，短时间内30-60分温育后， 应用细胞分散剂，消化成单个细胞，再将 细胞悬液用营养液高度稀释，使每毫升内 含有一个细胞。然后再接种，筛选。最后 获纯。
• （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）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-sensitive conditional lethalmutant），简称温度敏感突变株(ts株)， 在特定温（28～35℃）下孵育则能增殖，在非特定温度 （37～40℃）下孵育则不能繁殖，而野生型在两种温度均 能增殖。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 的品系用于制备碱毒活疫苗，如流感病毒及脊髓灰制裁炎 病毒ts 株疫苗。
• 2、病毒突变一般分为自发突变和诱导突变。 • （1）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；病毒复制中的自 然突变率10-5～10-8。DNA病毒和RNA病 毒在突变频率上有较大的差别。
•
（2）诱导突变：是利用不同的物理或化 学诱变剂（如温度、射线、5-溴尿嘧啶、亚 硝酸盐等）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。
• • •
2、病毒基因重组的类型 （1）分子内重组 指两种不同、通常关系密切相关的两 种病毒的核苷酸片段的交换。DNA病毒可 发生此种现象，RNA病毒更为普遍。 • 例如：西部马脑脊髓炎病毒就是类仙 台病毒和东部马脑脊髓炎病毒重组产物。
• （2）重配 • 在两株基因组分节段的RNA病毒同时 感染同一细胞时，二者基因组发生互换， 产生稳定或不稳定的重配毒株。
• （2）重组：是在超感染过程中病毒基因组间自然 的相互作用，其结果是产生了两个亲代病毒基因 组中都不存在的重组基因； • （3）再活化：是指由非感染的亲代病毒基因组产 生有感染性的（重组）子代病毒的过程。此过程 在体外已得到证实，并且在体内可能也有重要意 义。例如，有人对AIDS患者长期临床观察中发现， 长期潜伏的缺陷型HIV前病毒的拯救可能会增加 抗原的多样性，并且对致病起一定的作用。
• 3、突变的机理 • （1）点突变：在单一核酸的碱基中发生 了改变。
• （2）缺失突变：在Fra Baidu bibliotek苷酸中有一段序列被 丢失。
• （3）插入突变：在病毒基因组中插入一段 核苷酸序列。 • （4）回复突变：突变的核苷酸有可能发生 突变逆转，重新具有与起始毒株相同的表 型。
• 4、突变的表现 • 突变株与原先的野生型病毒(Wild-type virus)特性不同，主要表现为无效突变体、 病毒毒力突变体、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。
• （3）表型混合：在某些极端情况，一个病毒的基 因组被完全包裹于另一病毒（假型）衣壳或包膜 中。这种混合使子代病毒具有了某种表型特征 （如细胞嗜性），这种特征由掺入到病毒颗粒中 的蛋白引起，但其基因组却不发生任何变化。 • 表型混合在裸核壳（无包膜）病毒中（如不同株 的肠道病毒），或在彼此不相关的包膜病毒中极 易发生。后一种情况是不同的病毒糖蛋白非特异 性掺入到包膜引起的，从而产生了混合表型。
• 一、病毒性状的变异 • 病毒的变异主要源于其基因组的突变 和重组，并导致性状的改变。性状的变异 有的可以遗传，有的则不能遗传。 • 性状的变异通常包括： • 1、毒力的变异； • 2、抗原性的变异； • 3、空斑的变异； • 4、对某些理化因素抵抗力或依赖性的变异 等。
• 二、病毒突变 • 1、突变的概念： • 病毒的突变（Mutation）是指基因组 中核酸硷基顺序上的化学变化，可以是一 个核苷酸的改变，也可为上百上千个核苷 酸的缺失或易位。
• 五病毒变异的研究方法 • 病毒纯化；遗传指标；研究方法 • 六病毒变异的实际意义 • 1、研制减毒活疫苗 2、应用于基
• • • • • • • • •
遗传指标 鉴定病毒遗传变异的常用指标包括： 1病毒粒子的形态； 2抗原构造及血清学性状； 3蚀斑或病斑的大小和性状； 4 致细胞病变的特征； 5病原性，感染范围和毒力； 6对理化学因素的抵抗力 7对干扰素的敏感性。
• 研究方法 • 1 病毒突变率研究：突变率就是单位数量内 发生突变的比率比。 • 2 人工筛选变异株：在动物病毒变异研究中 最有实际意义的是获得毒力低，但仍有免 疫原性的弱毒株。几种减毒的方法： • 异种动物适应性变异； • 异常感染途径适应性变异； • 鸡胚适应性变异； • 细胞适应性变异 ； • 重组实验
• 3 突变性质的分析；分析已有变异的突变性 质和研究人突变对表型的影响 • 4 人工突变 • 将突变导入克隆病毒DNA方法概括起来有 三类：碱基置换，缺失或插入，成簇碱基 置换 • 碱基置换：最简单的碱基置换为寡核苷酸 指导的突变法，该法需要合成一个含有目 的突变的序列作为引物。将其与含有野生 型序列模板杂交，然后以DNA聚合酶延伸， 产生含有错配碱基的异源分子。
• 例如流感病毒两个亚型之间的基因重组，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。人类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与某些 动物（鸡、马、猪）的流感病毒间发生基因重组 所致。 • 如：呼肠孤病毒——10～12节段； • 沙粒病毒、双RNA病毒——2节段； 布尼病毒——3节段； • 正粘病毒——6～8节段。