文献类型： 中文期刊

第一作者： 宋晓华

作者： 宋晓华;崔尚金;王凯波;闫林海

作者机构：

期刊名称： 中国预防兽医学报

ISSN： 1008-0589

年卷期： 2000 年 S1 期

页码：

收录情况： 北大核心

摘要： 在人与动物发展的历史上，有很多种疾病至尽无法消灭，如肝炎、病毒性腹泻、流感、爱滋病等，其原因不是没有什么好的药物或疫苗，而是因为这些病毒变化的很快。由于遗传的选择性结果，病毒在不断的变化。病毒的遗传变化主要通过两个基本机制：突变和重组。突变产生在病毒基因组发生错误的时候，可使病毒产生微小的变化；而基因重组则是由于共感染使得病毒交换遗传信息的结果，从而创造了一个新病毒，使病毒产生很大的改变。１病毒的突变 病毒遣传物质的改变导致病毒蛋白功能的变化，从而产生新的病毒血清型或改变毒力的病毒。１．１突变的原因突变的产生有三种机制：（１）物理诱导物质（ＵＶ灯Ｘ射线）改变核酸；（２）组成核酸的碱基以自然方式改变；（３）复制酶的错误导致核酸的变化。所有病毒的前两种机制是基本相似的，所以核苷酸物理突变的诱导物和自然突变的效果是相对一致的。１．２突变率和结果病毒的突变率差异很大，这主要是由于酶复制核酸时忠实性的不同。具有高度忠实性的转录，突变率较低，反之则相反。ＤＮＡ病毒的突变主要发生在真核细胞，突变率很低，理论上有百分之—至千分之一的基因产生突变。这是由于它们的复制酶是类具核ＤＮＡ聚合酶，其具有修正功能。ＤＮＡ病毒的错误率是每一个结合的核苷酸有 １０－８～１０－１１错误。由于低的突变率，以至于最复杂的 ＤＮＡ病毒（每一基因组含 ２×１０５－ ３×１０５碱基）的突变率都很低，可能是几百分之—，甚至是上千分之一。 而ＲＮＡ病毒的突变率却很高，可能每个病毒基因组都可能产生突变，这是由于ＲＮＡ病毒的复制酶缺乏修正功能，结合的核苷酸有大于１０－３－１０－４的错误率。甚至最简单的ＲＮＡ病毒，每个基因组大约有７４００个核苷酸，将会频繁的出现变异，大约每一个基因拷贝都有变异。并不是所有的变异都是持久的。干扰病毒吸附，穿透，脱壳，复制，装配，释放等必须的功能的变异将迅速从种群中消失。然而，由于有些遗传密码是重复的，因此许多变异是中性的，既没有改变病毒蛋白，也没由于另一种相似的氨基酸代替原来的氨基酸而改变功能。只有那些未减少病毒的功能或适应宿主的变异能长期在种群中存在。１．３由突变引起的表型变化突变能使病毒产生新的抗原决定簇，抗原突变的病毒能使先前有抵抗力的或被免疫的宿主，发生疾病。病毒通过突变而产生的新型抗原的方式，被称为抗原漂移。抗原漂移是由突变而产生的抗原变化的相对温和的方式，它使病毒包围宿主的防御，导致以前被免疫的个体发病。改变病毒表型但无害的突变是非常重要的。例如突变能产生新的抗原决定簇。流感Ａ的ＨＡ基因突变导致有新的抗原位点的ＨＡ分子的出现。具有吸附功能的新的ＨＡ基因是完整的，突变的病毒能对表达先前的ＨＡ的免疫个体产生感染。例如，从１９６８－ＩＷｇ年间，流感病毒的Ｈ３亚型的ＨＡ的氨基酸有１０％发生了改变。抗原漂移是所有流感基因片段突变积累的结果，但这种变化对于受控于由宿主防御机制产生的选择性压力的表面糖蛋白尤其重要。点突变是由ＲＮＡ依赖性聚合酶复合物的遗传错误，导致其缺乏校正功能。缺失突变经常由复制复合物提前终止或临时占用阅读框架的同一个模板或其它模板。由于复制复合物占用先前阅读的序列，因此插人突变的方式与缺失突变类似。已确定流感Ａ的突变主要是在ＨＡ的５个不同的抗原区。每年流感导致许多体弱的人死亡。能使年死亡率明显增加的流感株通常在ＨＡ的５个的抗原区中，至少有２个发生突变。流感疫苗因此每年都需改进以适应病毒的变异。１．４来源于突变的疫苗株突变可以降低病毒的病原性，改变宿主范围，或由于影响抗原性而改变靶细胞的特异性。突变是病毒学家开发致弱的活疫苗的主要方式。例如，麻痹疫苗株的麻痹病毒通过在猴肾细胞传代，突变和选择的结果是变异的麻痹病毒能在这些细胞中高效复制。这些突变影响基因编码麻痹病毒的衣壳蛋白，从而产生出不能侵染人神经细胞，但能感染人的肠细胞的突变型。人肠细胞的感染不能使人瘫痪，但能诱导免疫。麻痹疫苗１和２型的衣壳蛋白的突变是多样性并稳定的。３型疫苗缺少稳定性，且有病毒在神经系统中毒力的返祖现象。因此这种型的疫苗对接种疫苗的个体，有几百万分之一的致麻痹可能。尽管病毒有可能返祖，但致弱病毒突变的产生和选择结果，是产生病毒疫苗的一个重要的方式。Ｚｔ组 重组是指两个来源于不同的父母代株的病毒，共感染一个宿主细胞时，遗传物质的交换。重组通常发生在同一病毒型之间（例如在２个流感病毒之间或２个单纯疮疹病毒之间）。已发现两种病毒重组的方式：独立分配的重组和不完全连接的重组。任何一种方式均可产生新的病毒血清型和改变毒力的病毒，导致具有新的抗原决定簇和新宿主范围的子代病毒的出现。２．ｌ独立分配的重组独立分配的重组发生在有节段的病毒基因组复制时。这些基因是不连接在一起的并且可自由分配。例如流感病毒和其它正粘病毒（有８个节段的单股ＲＮＡ）及呼肠弧病毒（１０个节段双股ＲＮＡ）。正粘病毒发生独立分配重组的频率是６％－２０％。通过独立的病毒包装而产生有新的抗原决定簇的一种流感Ａ亚型不定期的偶尔变成另一种含一种或全部新的表面糖蛋白。由于Ａ病毒的分裂，以前株的抗体对新出现株没有交叉反应。抗原转移后的病毒基因组成变化很大，而不象由于其它突变产生的新病毒。据推测抗原转移是由于来源于不同的流感病毒的基因重组。当细胞共感染两种不同的病毒时，由于病毒复制和装配的低忠实性，重新装配的病毒包含有来自于两种病毒的基因材料的混合基因。本世纪，流感已经进行了几次转移，这都与流感的流行有关。自从流感首次于１９３０年分离出来，基于序列分析及和血清学证据，抗原转移已经被证实。例如，ＨＩＮＩ是引起１９１８－１９１９年流感暴发，造成千万人死亡的株，但这一病毒在１９３４－１９４７年重新引起流感暴发，然后在１９５８年之后消失，直到ＩＴ７年重新出现。病毒株在消失后的重新出现被认为是２个不同的病毒之间发生基因独立分配的结果。２．２不完全相连的基因重组在同一核酸节段上的基因也可以发生重组。２个基因接的越近，它们之间的重组可能性就越小。一般地一起分离的基因叫连接基因。如果重组在它们中发生，那么连接是不完全的。在被研究过的全部ＤＮＡ病毒及一些ＲＮＡ病毒上，均发生不完全连接基因的重组，其主要采用两种机制： 断裂一重结合的重组机制：在原核细胞和真核细胞中的ＤＮＡ病毒，不完全连接的基因间的重组采用断裂一重结合的方式，即２个不同病毒的ＤＮＡ分子先断裂，然后再连接。这种方式的重组体能产生新的携带有父母代的ＤＮＡ基因序列的病毒后代。这种方式需要双股ＤＮＡ分子上的每股共价结合的碱基的准确供应，然后切断的ＤＮＡ链重新与来源于另一个ＤＮＡ分子上的并在同样的位点上断裂的ＤＮＡ链结 Ａ 疟疾病毒是一种在感染细胞的核内复制的ＤＮＡ病毒，疤疹病毒在任何２个位点有平均１０％－２０％的重组率。不过，在一对特异的遗传位点的重组比率根据他们之间的距离，大约在 １％以下和 ５０％之间变化。测量不同位点的重组频率，可绘制病毒基因组的图谱。在这种类型的遗传图中，高重组频率的位点距离远，而低重组频率的位点挨得近。重组已经被证明了在一些正链的单股的ＲＮＡ病毒组（逆转录病毒，小ＲＮＡ病毒，冠状病毒）发生。另人惊奇的是，ＲＮＡ分子之间的重组没在原核或真核细胞中被观察到。在逆转录病毒，当逆转录病毒基因组以ＤＮＡ复制形式存在时发生重组，并且和在细胞及ＤＮＡ病毒中采用相同的断裂．再结合方式。在２个相关的逆转录病毒之间，和在逆转录病毒ＤＮＡ和宿主细胞ＤＮＡ之间发生重组。２个逆转录病毒之间的重组能产生新的携带有重组基因的病毒后代。逆转录病毒和宿主细胞之间的重组能引起新产生的病毒后代不带有致病基因。如果这些宿主基因密码编码生长因子，生长因子受体或其它特定的细胞蛋白，那么重组的逆转录病毒可能是致癌的。 复制一选择的重组机制：小ＲＮＡ病毒和冠状病毒，重组是发生在病毒ＲＮＡ基因组的相互作用的基础上，其采用复制一选择的机制。原因是病毒的ＲＮＡ聚合酶一次只能结合模板ＲＮＡ的少量碱基，因此这些ＲＮＡ病毒采用复制一选择方式。这样聚合酶与模板ＲＮＡ之间相互的微弱作用，可使携带ＢＮＡ的聚合酶从最初模板的核着酸股上解离下来，然后重新与新模板ＲＮＡ链结合。因此，这种方式的重组效率低。据报道，重组频率大概是０．２％－０．４％。在这方式中，聚合酶开始复制ＲＮＡ模板。通过一种未知的方式，可以把病毒的ＲＮＡ模板变成高度的二级结构，并且聚合酶复合物（携带其初始病毒的ＲＮＡ分子）与来源病毒不同父母代的病毒ＲＮＡ模板结合，这样初始的ＲＮＡ分子将被重组合成一个新病毒，它的ＲＮＡ基因组包含有来源于父母代病毒的基因。 病毒重组是很重要的，因为它能产生表达新的抗原性和／或毒力特征的新一代病毒。例如，新的病毒后代可以带有使机体感染以前曾抵抗的疾病的新的表面蛋白质；它们可以改变毒力特征；也可带有感染原来或新的宿主细胞重组蛋白；或者，他们可以携带有对细胞有潜在致癌性的物质。２．３通过重组的疫苗和基因疗法重组被病毒学家在实验上使用，用以制作新疫苗。病毒的疫苗株可以用来创造带有编码特异性兔疫原的新基因的重组病毒。在病毒疫苗接种期间，正在复制的病毒可以表达特异的免疫原。特异性抗体被激活，从而宿主获得免疫。痘苗病毒——疽病毒料中的一种ＤＮＡ病毒是在根除天花中被使用的一种活疫苗。１９８２年，ＭＯ６Ｓ实验室以痘苗病毒为载体首先成功的表达了狂犬病糖蛋白的重组痘苗病毒和表达牛瘟Ｆ和ＨＡ蛋白的重组痘苗病毒，目前表达狂犬病病毒蛋白的重组痘苗病毒在北美和欧洲一些国家用于预防野生动物狂犬病。据预计，在预防注射后使用的痘苗病毒，细菌或者病毒抗原的（免疫原）将被生产。这种兔疫原存在的结果是刺激宿主产生特异性抗体’，使机体针对免疫原产生保护措施。这种活的。重组的疲苗病毒可以作为测定这种重组病毒，用皮肤接种是否能诱导宿主产生针对细菌或病毒抗原的保护性抗体反应的研究工具。正在进行的其他研究还有调查携带有感染消化道和能诱导勤膜免疫、系统免疫的细菌和病毒基因的活的重组腺病毒的使用。 重组痘菌病毒可用作流行性霍乱的预防。痘苗病毒的基因的ＤＮＡ被核酸内切酶切割，编码一种蛋白（例如流行性霍乱毒素）的ＤＮＡ的特定序列（适当调整的序列）作为免疫原与痘苗病毒基因组结合，形成一个重组的痘菌病毒。将免疫原和痘菌病毒一起接种在感染细胞中并繁殖，免疫原可提供保护性的免疫，使宿主机体产生抗体。 以类似方法的重组病毒也能携带正常基因。可以预想，这样的重组病毒可以用作基因治疗，所谓的基因治疗是指在基因水平上将有正常功能的基因或其他基因通过基因转移方式，将治疗基因导人患病生物体内，并使之表达功能正常的基因，或表达原生物体内不存在或表达很低的外源基因，赋予其新的抗病功能，以达到治疗的目的。可用于基因治疗的病范围很广，包括流感，猪瘟，包囊性的纤维化，严重的合并的免疫缺陷综合症，等等。实际上，用复制不完全的但保证囊性纤维变性跨膜调整器基因（ＣＦＭ｛基因）的正常复制的重组腺病毒，对囊性纤维化病人进行治疗已经得到承认。如果这些研究有确实的结果，这种能直接产生重组病毒的方式，在疫苗的开发和基因的治疗中起到很重要的作用。病毒遗传学分析及在疾病防制上的应用@宋晓华$中国农业科学院哈尔滨兽医研究所兽医生物技术国家重点实验室!哈尔滨150001 @崔尚金$中国农业科学院哈尔滨兽医研究所兽医生物技术国家重点实验室!哈尔滨150001 @王凯波$中国农业科学院哈尔滨兽医研究所兽医生物技术国家重点实验室!哈尔滨150001 @闫林海$沈阳市于洪区畜牧技术推广站!沈阳110000[1] Gao L, Chain B,Sinclair C, et al .J. gen. 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