第六章 病毒的遗传与变异
细菌的遗传与变异知识分享
（二）化学方法
常用的化学诱变剂有5溴脱氧尿苷（ UBr ）、 5-氟脱氧尿苷、2-氨基嘌呤、8-氮鸟嘌呤、亚硝 酸、羟胺、烷化剂（B丙酸内酯和芥子气等）、 亚硝基胍、丫啶橙染料 (丫啶黄、丫啶橙、原黄 素等)、一系列烷化剂和丫啶类结合的化合物、 溴化乙锭等。它们的作用机制复杂而各有差异， 总的说来主要有以下几方面。
（4）在特殊气体条件下培养 如无荚膜炭疽芽 孢苗是半强毒菌株在含50%动物血清的培养基 上，在50%CO2的条件下选育的。
（5）通过非易感动物 如猪丹毒弱毒苗 (GC42 ) 系将强致病菌和株通过豚鼠370代后，又通过 鸡42代选育而成。
（6）通过基因工程的方法 去除毒力基因或用 点突变的方法使毒力基因失活，可获得无毒力 菌株或弱毒菌株。但对多基因调控的毒力因子 较难奏效。
利用各种生物学的方法可诱使微生物发生 变异，使细菌发生毒力等性状的改变，获得性 能良好的菌株。
1、增强毒力 连续通过易感动物，可使病原 菌毒力增强。有的细菌与其他微生物共生，或 被温和噬菌体感染，也可增强毒力。例如产气 荚膜梭菌与八叠球菌共生时毒力增强;肉毒梭 菌当被温和噬菌体感染时，方产生毒素。
2、减弱毒力 病原菌毒力自发减弱的现象， 常见于传染病流行末期所分得的病原菌株。人 工减弱病原微生物的毒力通常使用病原菌通过 非易感动物、鸡胚等方法。如将禽霍乱强毒菌 株通过琢鼠190代后，再经鸡胚传40代，育成 禽霍乱弱毒菌株。无论自然变异弱毒株或人工 培育的变异弱毒株，均由于DNA上核甘酸碱基 顺序的改变的结果。
3.插入DNA相邻的碱基之间，引起移码突变。 在邻近的两个嘌呤碱基之间插入丫啶染料分子， 可引起DNA复制时碱基增添或缺失的错误，造 成密码子的移码，出现基因突变。
周群英《环境工程微生物学》(第3版)课后习题(第六章 微生物的遗传和变异)【圣才出品】
第六章微生物的遗传和变异1．什么是微生物的遗传性和变异性？遗传和变异的物质基础是什么？如何得以证明？答：（1）微生物的遗传性微生物将其生长发育所需要的营养类型和环境条件，以及对这些营养和外界条件产生的一定反应，或出现的一定性状相对稳定的一代一代传给后代，称为微生物的遗传。
（2）微生物的变异性微生物从它使用的环境迁移到不适应的环境后，改变自己对营养和环境条件的要求，在新的生活条件下产生适应新环境的酶，从而适应新环境并良好生长，称为微生物的变异。
（3）遗传和变异的物质基础遗传和变异的物质基础是DNA。
（4）证明方式可以用格里菲斯经典的转化实验和大肠杆菌T2噬菌体感染大肠杆菌的试验证明。
2．微生物的遗传基因是什么？微生物的遗传信息是如何传递的？答：（1）微生物的遗传基因微生物的遗传基因是微生物体内储存传递信息的、有自我复制功能的单位。
（2）微生物遗传信息的传递从分子遗传学的角度来看，微生物的遗传信息是通过DNA传递给子代的。
3．什么叫分子遗传学的中心法则？什么叫反向转录？答：（1）分子遗传学的中心法则指DNA的复制和遗传信息传递的基本规则。
（2）反向转录是指只含RNA的病毒将遗传信息储存在RNA上，通过反转录酶的作用由RNA转录为DNA的过程。
4．DNA是如何复制的？何谓DNA的变性和复性？答：（1）DNA的复制过程如下：①DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂，彼此分开成两条单链。
②各自以原有的多核苷酸链为模板，根据碱基配对的原则吸收细胞中游离的核苷酸，按照原有链上的碱基排列顺序，各自合成出一条新的互补的多核苷酸链。
③新合成的一条多核苷酸链和原有的多核苷酸链又以氢键连接成新的双螺旋结构。
（2）DNA的变性DNA的变性是指天然双链DNA受热或在其他因素作用下，两条链之间的结合力被破坏而分开成单链DNA的过程。
（3）DNA的复性DNA的复性是指变性的DNA溶液经过适当的处理后重新形成天然DNA的过程。
病毒的遗传与变异 ppt课件
类病毒（ Viroids）
• 很小 (250-400nt),单链杆状RNA，有二级结构； 无衣壳或包膜 • 多与植物疾病相关
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朊粒（ 朊病毒prion）
一种小的蛋白感染颗粒，不包含核酸（体积极小，最小
的感染形式比最小的病毒还小100倍，小于20nm）
蛋白酶抗性
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卫星病毒satellites
非遗传性变异：
– 互补作用；表型混合；
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3
病毒变异的机制
遗传性变异：
本质是病毒核酸序列改变，由机体免疫压力和理
化因素及生物学因子等诱变因子(genetic factor)
引起。
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4
(一)基因突变(genetic variation)
病毒突变的机制包括碱基置、增加、缺失、倒位等 几种形式。
特点：是RNA病毒 ，500-2000；复制需要辅助病毒，与辅
助病毒基因无同源性，复制时常干扰辅助病毒的增殖， 所致疾病与辅助病毒无关
两类：一类可编码自身衣壳蛋白
另一类为卫星病毒RNA分子，需利用辅助病毒的
衣壳，曾称拟病毒
ppt课件 22
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16
第四节
理化因素对病毒的影响
• 灭活（Inactivation）
– 病毒受理化因素作用后，失去感染性. 灭活病毒仍
保留某些特性，如抗原性、红细胞吸附、细胞融合等
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17
一
物理因素
1.温度：病毒耐冷不耐热，56℃30分钟或100℃几秒钟 即被灭活。 可在-70℃或液氮中（-196℃） 长期存活。反复冻融可使病毒灭活。 2.射线和紫外线：可见光照射紫外线灭活的病毒，激活 修复酶可使其复活
遗传物质的基础PPT课件
（二）DNA分子的复制
1.概念：以亲代DNA分子为模板合成子代DNA分 子的过程
2.时间：有丝分裂新间期和减数第一次分裂间期 （基因突变就发生在该期）
3.特点：边解旋边复制，半保留复制
4.条件：模板、原料、酶(解旋酶、聚合酶等)、能量
5.意义：保持前后代遗传信息的连续性（DNA分子 独特的双螺旋结构，为复制提供了精确 的模板，通过碱基互补配对，保证复制 能够准确进行。）
④ (A+G)/(A+T+G+C)= 1 / 2
⑤ (A+T)/(A+T+G+C)=a
则 (A1+T1)/(A1+T1+G1+C1)= a
14
2、与复制有关的碱基计算
一个DNA连续复制n次后，共有多少个DNA？多
少条脱氧核苷酸链？母链多少条？子链多少条？
DNA分子数 = 2n 脱氧核苷酸链数 = 2n+1 母链数 = 2 子链数 = 2n+1﹣2
DNA双链 C
A
A链
TG
B链
信使RNA 转运RNA
AU
G
A
C链 G D链
氨基酸
丙氨酸
1、丙氨酸的密码子是 GCA，决定合成该氨基
酸的DNA上的碱基是 CGT 。
2、第二个氨基酸是 UGC半胱氨酸，（查密码表）
3、 A 链为转录的模板链，遗传密码子存
12
第一代 第二代 第三代 第四代
13
有关DNA中的碱基计算
1、与结构有关的碱基计算
① (A+G)/(T+C)= 1
(A+C)/(T+G)= 1
② (A1+T1)/(A2+T2)= 1
病毒的遗传与变异
北京大学医学部
Peking University Health Science Center
P109
病毒的遗传与变异
zouqinghua@
Medical Microbiology Excellent Curriculum
精品课程
医学微生物学¾有线形、环形、分节段与不分节段之分。
¾有极性差异。
某些有遗传信息逆向转录
¾某些有遗传信息逆向转录。
ORF中普遍存在重叠基因，符合遗传节约的复制方式具有多样性。
¾连续传代培养时，有些子代病毒能够在敏感细胞中产生在大小、颜色或外形上不同于亲代病毒的蚀斑，这种子代病毒称为蚀斑突变株；
C）下不能增殖的突变株。
+
甲型流感病毒不同亚型间基因重排，或动物与人之间分子内重组分子间重组
Virus A
yp
Phenotype mixing Virus A Virus A Virus B Virus B POLYPOIDY
A
或
A virus
胞的穿透；或产生分泌型蛋白抑制干扰素的产生。
(医学微生物学)5病毒的遗传和与变异
通过研究病毒的变异，科学家们还能够更好地 了解病毒进化的规律，从而为防治未来的疾病 提供依据。
病毒基因组结构和遗传特征
1
病毒基因组结构
病毒一般都具有一种核酸基因组，可以是DNA或RNA。它们的基因组结构相对简 单，通常只含有数千个碱基对。
2
病毒遗传特征
病毒的遗传物质相对较小，且它们不具备自我复制的能力，因此必须寄生在寄主 的细胞内完成其生命周期。
3
变异机制
病毒变异机制有多种，比如突变、基因重组、基因剪切等，这些变异机制会导致 病毒的生物学特性发生变化。
流感病毒
流感病毒的变异
流感病毒的变异特别迅速，这可能对疫苗的研制造 成困难。病毒通过重组和突变不断变异，从而不断 适应宿主的免疫系统。
对疫苗的影响
开发有效的流感疫苗一直是一项全球挑战，因为流 感病毒变异速度很快，使得研发新型疫苗难度不断 增加。
2
病毒复制过程中的变异
疱疹病毒在复制过程中会发生重组、复制差错等变异，从而导致病毒产生不同的 亚型，在临床上表现出不同的病理学特征。ຫໍສະໝຸດ 3病毒对治疗的挑战
疱疹病毒的变异给其治疗带来了巨大挑战，目前还没有治疗该病毒的特效药物。
乙型肝炎病毒
基因组结构
乙型肝炎病毒是一种双链DNA病毒，其基因组结构比较简单，但是具有一个病毒感染所必需 的表面抗原和内部抗原。
病毒变异对药物研发的影响
治疗方案调整
病毒的变异提示我们需要针对不同的病毒亚型选择 不同的药物，因此医生需要对病情进行综合评估， 从而制定针对性的治疗方案。
研发新型药物
病毒变异对已有药物疗效的影响说明了需要研制更 多、更有效的药物以对抗不断进化的病毒。
未来研究方向
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。
病原生物与免疫学基础第六章 病毒的基本特性
四、病毒的抵抗力
病毒在某些理化因素作用下可失去感染性称为灭活。 1. 物理因素：病毒耐冷不耐热，经加热56℃30分钟
2. 免疫病理损伤 体液免疫的病理损伤 细胞免疫的病理损伤 免疫抑制 免疫耐受性
二、抗病毒免疫 （一） 固有免疫
屏障作用 吞噬细胞和NK细胞作用 体液中的抗病毒物质
（二）适应性免疫
特异性体液免疫作用 特异性细胞免疫作用
第三节 病毒感染的检查方法与防治原则
一、标本采取与送检
（一）标本采集的原则和要求 1.临床评估及病程采集不同标本 2.无菌操作 3.早期采集 4.由感染部位采集 5.血清学检查的标本采取
（四）防治原则
1．人工主动免疫 ①灭活疫苗 ②减毒活疫苗 ③基因工程疫苗
2．人工被动免疫 免疫血清、人血清丙种球蛋白等
3． 干扰素治疗 4 ．化学药物治疗 5 ．中草药治疗
第二篇 病原微生物
第六章 病毒的基本特性
第一节 病毒的生物学性状 第二节 病毒与宿主的相互关系 第三节 病毒感染的检查方法与防治原则
病毒（Virus）是一类个体微小，结构简单 的非细胞型微生物。主要特点是其基本结构由 白质与核酸组成，基因组只含一种核酸（DNA 或RNA），缺乏产生能量的酶系统，对抗生素 不敏感，只能寄生在敏感的宿主细胞内以复制 方式进行增殖。
或100℃几秒钟即可被灭活。病毒在 pH6.0～9.0的 范围内比较稳定；X射线、紫外线等均可破坏病毒。 2. 化学因素：包膜病毒对脂溶剂敏感。病毒对过氧化 氢、高锰酸钾、含氯石灰、碘和碘化物很敏感，卤素 类化学物质是病毒的有效灭活剂。抗生素对病毒无抑 制作用，某些中草药如板蓝根、大青叶等对某些病毒 有一定的抑制作用。
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 。
高中生物第六章遗传和变异知识点总结_
高中生物第六章遗传和变异知识点总结_名词：1、T２噬菌体：这是一种寄生在大肠杆菌里的病毒。
它是由蛋白质外壳和存在于头部内的DNA所构成。
它侵染细菌时可以产生一大批与亲代噬菌体一样的子代噬菌体。
2、细胞核遗传：染色体是主要的遗传物质载体，且染色体在细胞核内，受细胞核内遗传物质控制的遗传现象。
3、细胞质遗传：线粒体和叶绿体也是遗传物质的载体，且在细胞质内，受细胞质内遗传物质控制的遗传现象。
语句：1、证明DNA是遗传物质的实验关键是：设法把DNA与蛋白质分开，单独直接地观察DNA的作用。
2、肺炎双球菌的类型：①、R型（英文Rough是粗糙之意），菌落粗糙，菌体无多糖荚膜，无毒，注入小鼠体内后，小鼠不死亡。
②、S型（英文Smooth是光滑之意）：菌落光滑，菌体有多糖荚膜，有毒，注入到小鼠体内可以使小鼠患病死亡。
如果用加热的方法杀死S型细菌后注入到小鼠体内，小鼠不死亡。
2、格里菲斯实验：格里菲斯用加热的办法将S型菌杀死，并用死的S型菌与活的R型菌的混合物注射到小鼠身上。
小鼠死了。
（由于R型经不起死了的S型菌的DNA（转化因子）的诱惑，变成了S型）。
3、艾弗里实验说明DNA是转化因子的原因：将S型细菌中的多糖、蛋白质、脂类和DNA等提取出来，分别与R型细菌进行混合；结果只有DNA与R型细菌进行混合，才能使R型细菌转化成S型细菌，并且的含量越高，转化越有效。
4、艾弗里实验的结论：DNA是转化因子，是使R 型细菌产生稳定的遗传变化的物质，即DNA是遗传物质。
4、噬菌体侵染细菌的实验：①噬菌体侵染细菌的实验过程：吸附侵入复制组装释放。
②DNA中P的含量多，蛋白质中P的含量少；蛋白质中有S而DNA中没有S，所以用放射性同位素３５S标记一部分噬菌体的蛋白质，用放射性同位素３２P标记另一部分噬菌体的DNA。
用35P标记蛋白质的噬菌体侵染后，细菌体内无放射性，即表明噬菌体的蛋白质没有进入细菌内部；而用3２P标记DNA的噬菌体侵染细菌后，细菌体内有放射性，即表明噬菌体的DNA进入了细菌体内。
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。
病毒的遗传变异与演化
病毒的遗传变异与演化病毒是一种微生物，最早的病毒记录可以追溯到3亿年前。
病毒并非真正的细胞，其基本结构由一段DNA或RNA包裹在一个外壳中组成。
在共生进化过程中，病毒逐渐适应寄生于生物体内，其外壳形态和功能也在不断地变化和演化。
本文将就病毒的遗传变异和演化进行探讨。
遗传变异病毒的遗传物质为DNA或RNA, 因此其生殖方式与生物体的方式存在巨大差异。
病毒的受体细胞是相对固定的，但是病毒的表面蛋白却拥有丰富的遗传变异性。
其表面蛋白的变异有以下几种方式：1. 突变病毒的遗传突变较为常见，通过繁殖过程的复制错误等因素，病毒基因组内部发生的变异被称为内突变。
举例来说，2019年新型冠状病毒疫情爆发后，病毒在不断复制过程中产生了几种突变，例如杀菌紫外线221纳米波长灭活后的病毒瞬间变异。
突变能够改变病毒的基因组，继而影响其表面蛋白的结构与功能。
然而大部分的突变对病毒的功能并没有显著影响，甚至还能增强病毒的传染性。
2. 重配重配是指在病毒基因组中，存在两段不同来源的RNA特异性质，这两段RNA间能够发生重组。
重组之后的病毒，在表面蛋白的结构上会发生变异，因此使生物体难以识别并排除病毒。
3. 易位病毒的基因组有时也会发生显著的易位，也即移动。
比如面部疱疹病毒可通过不同的易位过程进入新生宿主，形成不同的亚型。
演化病毒的演化本质是遗传变异与自然选择共同作用的结果。
尽管病毒的进化慢于其他生物，但其表面蛋白的遗传变异性使其更适应对环境变化和防御性免疫反应。
病毒的演化主要有两种方式：1.适应性进化作为外寄生微生物，病毒的进化主要是针对宿主免疫系统的反应而进行的。
宿主的免疫反应跟病毒的表面蛋白结构密切相关，因此病毒需要不断地变异，以适应新的免疫防御系统。
新型冠状病毒疫情中，新冠病毒即通过适应性进化不断演化出多种亚型和变异体，以逃避免疫系统的攻击。
2.自我进化病毒的自我进化是指病毒能够通过不断的适应性变异，进而培育形态更加稳定的亚型。
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。
(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
遗传与变异
生物的亲代能产生与自己相似的后代的现象叫做遗传。
遗传物质的基础是脱氧核糖核酸（DNA），亲代将自己的遗传物质DNA传递给子代，而且遗传的性状和物种保持相对的稳定性。
生命之所以能够一代一代地延续的原因，主要是由于遗传物质在生物进程之中得以代代相承，从而使后代具有与前代相近的性状。
只是，亲代与子代之间、子代的个体之间，是绝对不会完全相同的，也就是说，总是或多或少地存在着差异，这样现象叫变异。
遗传是指亲子间的相似性，变异是指亲子间和子代个体间的差异。
生物的遗传和变异是通过生殖和发育而实现的。
遗传从现象来看是亲子代之间的相似的现象，即俗语所说的“种瓜得瓜，种豆得豆”。
它的实质是生物按照亲代的发育途径和方式，从环境中获取物质，产生和亲代相似的复本。
遗传是相对稳定的，生物不轻易改变从亲代继承的发育途径和方式。
因此，亲代的外貌、行为习性，以及优良性状可以在子代重现，甚至酷似亲代。
而亲代的缺陷和遗传病，同样可以传递给子代。
遗传是一切生物的基本属性，它使生物界保持相对稳定，使人类可以识别包括自己在内的生物界。
变异是指亲子代之间，同胞兄弟姊妹之间，以及同种个体之间的差异现象。
俗语说“一母生九子，九子各异”。
世界上没有两个绝对相同的个体，包括挛生同胞在内，这充分说明了遗传的稳定性是相对的，而变异是绝对的。
生物的遗传与变异是同一事物的两个方面，遗传可以发生变异，发生的变异可以遗传，正常健康的父亲，可以生育出智力与体质方面有遗传缺陷的子女，并把遗传缺陷（变异）传递给下一代。
遗传和变异的物质基础生物的遗传和变异是否有物质基础的问题，在遗传学领域内争论了数十年之久。
在现代生物学领域中，一致公认生物的遗传物质在细胞水平上是染色体，在分子水平上是基因，它们的化学构成是脱氧核糖核酸（DNA),在极少数没有DNA的原核生物中，如烟草花叶病毒等，核糖核酸（RNA）是遗传物质。
真核生物的细胞具有结构完整的细胞核，在细胞质中还有多种细胞器，真核生物的遗传物质就是细胞核内的染色体。
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②体内诱变剂 碱基类似物: 氨基嘌呤 氨基嘌呤, 溴脱氧尿苷 溴脱氧尿苷, 碱基类似物:2-氨基嘌呤,5-溴脱氧尿苷, 5-氮杂胞苷等,导致碱基的转换或颠换. 氮杂胞苷等,导致碱基的转换或颠换. 氮杂胞苷等 嵌入剂: 导致碱基增加或缺失, 嵌入剂:吖啶类染料 导致碱基增加或缺失, 发生移框突变
2.按核酸发生变化的类型,即核苷酸的置换,缺 .按核酸发生变化的类型,即核苷酸的置换, 失进行分类: 失进行分类: (1)沉默突变 ) A 三联密码子的碱基发生改变,而所编码的 三联密码子的碱基发生改变,而所编码的 编码的AA 不变. 不变. GGA GGC GGU GGG 四个密码转译的 均为甘 四个密码转译的AA均为甘 氨酸. 氨酸. B 碱基改变,导致编码的 改变,但不影响蛋 碱基改变,导致编码的 改变, 编码的AA改变 白质的构型和稳定性, 基因组的表型仍维持原状. 白质的构型和稳定性 , 基因组的表型仍维持原状 .
互补作用主要包括两种: 互补作用主要包括两种:
1.辅助病毒与缺损病毒之间的互补 . ①辅助病毒与卫星RNA 辅助病毒与卫星 ②辅助病毒与干扰缺损颗粒 2.有活力病毒与灭活病毒之间的互补 . 痘病毒科中的纤维瘤病毒( 痘病毒科中的纤维瘤病毒 (引起良性纤 维瘤)与粘液瘤病毒(高度的致死性) 维瘤)与粘液瘤病毒(高度的致死性)
病毒突变株的类型
1. 条件致死突变株 在实验者所规定的某些条件下不能繁殖, 在实验者所规定的某些条件下不能繁殖, 但在允许条件下能够繁殖, 但在允许条件下能够繁殖,而相应的野生型在 这两种条件下都能繁殖.其中比较有用的是温 这两种条件下都能繁殖.其中比较有用的是温 敏突变体,它较野生型毒株的毒力要低. 敏突变体,它较野生型毒株的毒力要低.
一,病毒的突变 指生物体的表型所发生的突然性的可遗传 的改变. 的改变. (一)突变的类型 1,按引起突变的原因分: ,按引起突变的原因分: (1)自发突变 ) 病毒在无任何已知的诱变剂存在的条件下 所发生的突变. 所发生的突变. RNA病毒的自发突变频率较 病毒的自发突变频率较DNA病毒高. 病毒高. 病毒的自发突变频率较 病毒高
5.毒力突变株 . 6.抗原突变株 . 流感病毒, 流感病毒,口蹄疫病毒易发生抗原变异 猪瘟病毒, 猪瘟病毒,牛瘟病毒还未发现有明显的 抗原差异
7.抗药性突变株 . 抗病毒药物:金刚烷胺,吗啉双胍,碘苷, 抗病毒药物:金刚烷胺,吗啉双胍,碘苷, 5-溴脱氧尿嘧啶核苷. 溴脱氧尿嘧啶核苷. 溴脱氧尿嘧啶核苷 8.同变体(共变体) .同变体(共变体) 多种表型同时改变的突变株
干扰素具有广谱的抗病毒活性. ② 干扰素具有广谱的抗病毒活性. 干扰素的抗病毒活性有相对的种属特异性. ③ 干扰素的抗病毒活性有相对的种属特异性 . ④ 不同病毒对干扰素作用的敏感性不同. 不同病毒对干扰素作用的敏感性不同.
※ 病毒诱生干扰素的成份是病毒复制过 程中形成的双链RNA. RNA 病毒诱生 . 程中形成的双链 干扰素的能力较DNA 病毒强. 干扰素的能力较DNA 病毒强.
2.宿主范围突变株 . 与野生型相比,宿主范围有所改变. 与野生型相比,宿主范围有所改变. 比较有用的是适应新宿主的突变体, 比较有用的是适应新宿主的突变体,其意 义是: 义是:①获得弱毒株 利用细胞代替原宿主实验动物进行病 ②利用细胞代替原宿主实验动物进行病 毒培养的研究. 毒培养的研究. 特点:对原宿主毒力减弱, 特点:对原宿主毒力减弱,对新宿主的毒 力逐渐增强
第六章 病毒的遗传与变异
遗传: 遗传 : 指生物体亲代与子代之间形态结构与 生理机能的相似性. 生理机能的相似性. 变异: 指亲代与子代之间, 变异 : 指亲代与子代之间 , 以及子代各个体 之间的差异. 之间的差异. 病毒的变异包括突变, 病毒的变异包括突变 , 基因重组和病 毒之间的非遗传相互作用. 毒之间的非遗传相互作用.
二.基因重组
由于两个或两个以上的病毒颗粒共 同感染同一细胞时所发生的遗传物质的 交换. 交换.
(一)基因重组的类型
1.活病毒间的基因重组 . 2. 交叉复活 : 指活病毒与灭活病毒之间的 . 交叉复活: 基因重组,子代病毒具备灭活病毒的某些性状 . 基因重组 , 子代病毒具备灭活病毒的某些性状. 3. 多数感染复活现象 : 以同株灭活病毒大 . 多数感染复活现象: 量感染敏感细胞时, 量感染敏感细胞时 , 产生活的感染性病毒的现 象. 4.病毒与细胞之间的重组 .病毒与细胞之间的重组
(2) 干扰素抗病毒作用的特点
① 干扰素不能杀灭病毒,其抗病毒作用不是 干扰素不能杀灭病毒, 机制: , 与细胞表面作用, 机制 : A,与细胞表面作用 , 激活编码抗 病毒蛋白质的细胞基因,表达产生能抑制病毒 病毒蛋白质的细胞基因, 复制的抗病毒蛋白,使细胞建立起抗病毒状态. 复制的抗病毒蛋白,使细胞建立起抗病毒状态. B,减轻由于病毒复制所引起的细胞损伤, 从 ,减轻由于病毒复制所引起的细胞损伤, 而使机体或细胞受到保护. 而使机体或细胞受到保护. 直接的,而是一种间接的作用. 直接的,而是一1) ) 干扰素( 干扰素(interferon,IF)
是一组具有多种生物学功能的糖蛋白, 是一组具有多种生物学功能的糖蛋白, 它是具有正常生物功能的细胞在适宜诱生剂 作用下产生的,具有抗病毒 抗肿瘤, 抗病毒, 作用下产生的,具有抗病毒,抗肿瘤,免疫 调节,维持细胞自身稳定等多种生物活性. 调节,维持细胞自身稳定等多种生物活性. 等多种生物活性
(2)误意突变 ) 改变的AA处于结构上的重要位置 , 多 处于结构上的重要位置, 改变的 处于结构上的重要位置 肽的正常功能丧失. 肽的正常功能丧失. (3)无意突变 ) 多肽合成完成前终止,多肽功能丧失. 多肽合成完成前终止,多肽功能丧失. (4)移框突变 ) 病毒基因组小的缺失. 病毒基因组小的缺失. (5)缺失突变 ) 大的缺失. 大的缺失.
(二)病毒的重组方式
1. 分子内重组 . 具单一核酸分子基因组的病毒的核酸分 子内的序列转移. 子内的序列转移 . 这一过程的完成需要核酸 分子的断裂及与其它核酸分子的再连接, 分子的断裂及与其它核酸分子的再连接 , 也 就是需要病毒的交配. 就是需要病毒的交配.
反转录病毒的两个基因重组模型
2.基因重配 .
(2) 诱发突变 ) 诱发突变 利用各种物理或化学诱变剂处理野生 型病毒群体所引起的病毒突变. 型病毒群体所引起的病毒突变.
常用诱变剂
①体外诱变剂 亚硝酸:使腺嘌呤脱氨变成次黄嘌呤, 亚硝酸:使腺嘌呤脱氨变成次黄嘌呤,复制时 次黄嘌呤与胞嘧啶配对( 次黄嘌呤与胞嘧啶配对(AT-GC)或使胞嘧啶 ) 脱氨转变成尿嘧啶,导致CG-TA. 脱氨转变成尿嘧啶,导致 . 烷化剂:在碱基的许多部位起作用, 烷化剂:在碱基的许多部位起作用,特别是烷 化嘌呤的N7部位 . 甲基磺酸乙酯( 化嘌呤的 部位. 甲基磺酸乙酯 ( EMS) , 部位 ) 甲基磺酸酸甲酯( 甲基磺酸酸甲酯(MMS). )
同源干扰的机制
① 在宿主细胞表面具有相同病毒受体的病
毒,往往可在病毒吸附阶段互相干扰. 往往可在病毒吸附阶段互相干扰. 颗粒在病毒生物合成阶段形成干扰. ② DI颗粒在病毒生物合成阶段形成干扰. 颗粒在病毒生物合成阶段形成干扰
(2) 异源干扰 )
当不同种属, 当不同种属 , 甚至不同科的病毒感染同 一细胞时所引起的干扰. 一细胞时所引起的干扰 . 异源干扰可发生于 病毒感染的不同阶段, 病毒感染的不同阶段 , 其干扰的机制在不同 的系统中有所不同. 的系统中有所不同.
3.按病毒表达的表型分类 . 毒力突变, 毒力突变, 蚀斑突变, 蚀斑突变, 宿主范围突变, 宿主范围突变, 抗原突变, 抗原突变, 对化学药物的感受性突变, 对化学药物的感受性突变, 对温度的感受性突变
(二)病毒突变株
株:指同一病毒的不同野生型. 指同一病毒的不同野生型. 利用补体结合反应, 沉淀反应, 型 : 利用补体结合反应 , 沉淀反应 , 红细胞凝集抑 制反应以及中和试验等血清学方法所确定的病毒的 血清型. 血清型. 突变体: 指有明确的突变而不同于野生型, 并且通 突变体 : 指有明确的突变而不同于野生型, 常是在实验室产生的病毒. 常是在实验室产生的病毒. 变异株( 变种) 指表型不同于野生型, 变异株 ( 变种 ) : 指表型不同于野生型 , 但变异产 生的基因型依据还不清楚的病毒. 生的基因型依据还不清楚的病毒.
多倍体病毒: 多倍体病毒:在一个病毒包膜内包装有几 个核衣壳的病毒.只见于有包膜的病毒. 个核衣壳的病毒.只见于有包膜的病毒. 异多倍体病毒: 异多倍体病毒:两种不同的病毒混合感染 时产生的多倍体病毒. 时产生的多倍体病毒.
(三)互补作用
两种病毒混合感染时, 两种病毒混合感染时,由于一种病毒为 另一种提供了其必需的但又不能自己合成的 基因产物, 基因产物,而促进了其增殖或者两种病毒互 为提供对方所必需的基因产物, 为提供对方所必需的基因产物,使双方的增 殖有所促进. 殖有所促进.
(四)干扰作用
两种病毒混合感染时, 两种病毒混合感染时 , 一种病毒的繁殖 被另一种病毒所抑制的现象. 被另一种病毒所抑制的现象. 干扰可发生于不同的病毒之间, 干扰可发生于不同的病毒之间 , 也可发 生于同种病毒的不同毒株, 生于同种病毒的不同毒株 , 甚至同一病毒的 不同颗粒之间. 不同颗粒之间.
3,嵌合包膜 ,
两种不同的病毒混合感染同一细胞培养 时 , 产生的子代病毒的包膜具有两种亲代病 毒的包膜糖蛋白抗原, 毒的包膜糖蛋白抗原 , 但包膜内只含有一个 亲代病毒的基因组. 亲代病毒的基因组 . 这种具有两种亲代病毒 包膜特征的包膜称为嵌合包膜. 包膜特征的包膜称为嵌合包膜.
(二)多倍体病毒
病毒的表型混合
1,混合壳体 ,
无包膜的病毒混合感染时, 产生的子代 无包膜的病毒混合感染时 , 病毒体的壳体由两种亲代病毒所产生的壳粒 组成, 组成 , 但壳体内只包装着其中一种病毒的基 因组. 因组.