關于病毒的遺傳變異第1頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日病毒的遺傳與變異Whatisagene?StablesourceofinformationAbilitytoreplicateaccuratelyCapableofchange第2頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日基因激活轉錄起始翻譯后加工翻譯RNADNAPr轉錄后加工mRNA降解第3頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日細菌

外源性的遺傳物質由供體菌進入受體菌細胞內的過程稱為基因轉移（genetransfer)；轉移的基因與受體菌DNA整合在一起稱為重組(recombination)。細菌基因轉移和重組的主要方式有轉化、轉導、接合。第4頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日FrederickGriffith’sTransformationExperiment-1928“transformingprinciple”demonstratedwithStreptococcuspneumoniae第5頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日病毒第一節突變第二節誘變第三節基因重組第四節病毒基因產物間的相互作用第6頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日準種：由一種母序列和來自該序列的大量突變基因組所組成的病毒群體。表型的一致性，遺傳的動態差異，在變異中保持穩定。第7頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日突變

病毒復制過程中單個或者成段的核苷酸序列發生替換、缺失、插入等現象。缺損型干擾（defectiveinterfering，DI）突變株，突變的特例第8頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日第9頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日缺損型干擾(defectiveinterfering,DI)突變株

這是一種缺失突變的產物。自身不能復制,只有在親本野生株作為輔助病毒存在時才能復制,但又干擾親本病毒的復制,導致后者數量減少。第10頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日含正常的衣殼蛋白質只含有正常基因組的一部分只能在正常同源病毒同時存在時才能繁殖,這時同源病毒成為輔助病毒(helpervirus)特異性地干擾同源病毒的繁殖,經連續傳代后,DI顆粒增多第11頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日突變率和適應性迅速復制的能力較高的胞內滴度特定細胞受體的選擇慢性感染以及隱性感染逃避防御機制傳播方式的適應第12頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日誘變病毒復制時前者可摻入RNA病毒的核酸，后者可摻入DNA病毒的核酸。定點誘變，在預定的序列位置上插入核苷酸。第13頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日1.從生物有機體基因組中，分離出帶有目的基因的DNA片段。

2.將帶有目的基因的外源DNA片段連接到能夠自我復制的并具有選擇記號的載體分子上，形成重組DNA分子。

3.將重組DNA分子轉移到適當的受體細胞（亦稱寄主細胞）并與之一起增殖。

4.從大量的細胞繁殖群體中，篩選出獲得了重組DNA分子的受體細胞，并篩選出已經得到擴增的目的基因。

5.將目的基因克隆到表達載體上，導入寄主細胞，使之在新的遺傳背景下實現功能表達，產生出人類所需要的物質.

第14頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日第15頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日基因重組分子內重組重配第16頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日

將兩個有親緣關系但生物學性狀不同的毒株感染同一個宿主細胞，從而可發生核酸水平上的互換，產生兼有兩親本特性的子代，稱為重組。一、分子內重組第17頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日分子內重組：兩種密切的相關但序列不同的病毒核苷酸

病毒與病毒病毒與細胞第18頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日Recombinationbybreak-rejoinofincompletelylinkedgenes

第19頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日重配大多數情況下特指基因組分節段的RNA病毒，砂粒病毒雙RNA病毒布尼病毒正黏病毒以及呼腸孤病毒。兩個進化相近的毒株感染同一細胞是，兩者發生了基因的交換，產生穩定或可變的重配毒株。二、重配(reassortment)第20頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日

Reassortmentbyindependentassortmentduringdualinfection第21頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日病毒進化的例證粘液瘤病毒與宿主的共同進化甲型流感病毒的抗原性轉移以及漂移第22頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日第23頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日重組的甲型流感在人群中三次大流行：1918年西班牙流感

1957年亞洲流感1968年香港流感

人類的感染第24頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日流感期間CampFunston的緊急軍事醫院。第25頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日禽流感病毒（Avianinfluenzavirus，AIV）1901年即分離禽流感病毒，但直到1955年才明確它與人及哺乳動物流感的關系，20世紀70年代開始注意在水禽廣泛存在的禽流感病毒是流感病毒的“基因庫”，并對家禽業構成潛在威脅。禽流感的高致病力毒株對雞有致病性，舊稱“真性雞瘟”（fowlplague），現名高致病性禽流感（Highlypathogenicavianinfluenza,HPAI）是OIE規定的通報疫病。第26頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日病毒毒力有很大差異。高致病力毒株主要有H5N1和H7N7亞型的某些毒株。禽流感病毒能感染人，某些毒株甚至可不經過豬體混合重配再傳染的過程，直接感染人。第27頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日國外學者認為，在中國南部生活著密集的人群及養殖大量的豬和鴨，彼此密切接觸提供了上述的機遇。其實除華南之外，東南亞也具有類似情況，2004年禽流感在該地區的廣泛流行，似可為佐證。第28頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日野生水禽是禽流感病毒的基因庫第29頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日病毒的變異甲型流感病毒變異的顯著特點是HA和NA發生遺傳性或抗原性漂移（geneticorantigenicdrift）遺傳性或抗原性轉移（geneticorantigenicshift）第30頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日抗原性變異是HA和NA二者的遺傳性或抗原性漂移（geneticorantigenicdrift）及遺傳性或抗原性轉移（geneticorantigenicshift）導致的。漂移發生在某個亞型之內，是點突變的積蓄，其中和表位與未突變株稍有差異。轉移則驟然獲得一個全新的HA或NA基因，從而產生新的亞型，可能在全世界引致新型流感的暴發流行。

第31頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日隨機突變基因組節段交換流感病毒抗原性漂移及轉移示意（據Harper）漂移轉移轉移第32頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日源于禽類的甲型流感病毒在人體很難增殖，反之亦然二者均能在豬體內增殖，并在豬體內進行基因重配，豬體是人流感毒株與禽流感毒株的混合器，在豬體內流感病毒產生抗原性轉移第33頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日甲型流感病毒傳播的

經典模式第34頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日毒力變異的分子基礎HA是否富含堿性氨基酸。HA裂解為HA1和HA2，暴露融合肽段，通過融合進入宿主細胞。高致病力毒株與低致病力毒株的H裂解位點的氨基酸序列有差異，前者為-X-X-精氨酸-X-精氨酸/賴氨酸-精氨酸-（X為非堿性氨基酸），而低毒株僅有單個精氨酸，蛋白酶切割率極低，不易裂解。NA26個氨基酸的缺失及PB2蛋白氨基酸的突變也影響病毒的毒力。第35頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日毒力變異的分子基礎HA是否富含堿性氨基酸。HA裂解為HA1和HA2，暴露融合肽段，通過融合進入宿主細胞，為入侵的關鍵步驟。高致病力毒株HA的切割位點有多個氨基端毗連，決定該病毒可被機體大多數組織細胞的蛋白酶裂解。低致病力的裂解位點均只有一個單一的堿性氨基酸—精氨酸，只能被胰蛋白酶切割，存在于消化道和呼吸道。球體表面糖基化位點（影響細胞親和性），多聚酶復合體的作用（H5N1,NS1變化，破壞細胞內關鍵信號的轉導通道）等。第36頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日蛋白酶

催化蛋白質水解的酶類。種類很多，重要的有胃蛋白酶、胰蛋白酶、組織蛋白酶、木瓜蛋白酶和枯草桿菌蛋白酶等。蛋白酶對所作用的反應底物有嚴格的選擇性，一種蛋白酶僅能作用于蛋白質分子中一定的肽鍵，如胰蛋白酶催化水解堿性氨基酸所形成的肽鍵第37頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日1983年4月在美國賓州發現低毒力的禽流感H5N2，致死率低于10%，它與當時美國東部從野鳥分離的H5N2基因很相似同年10月，H5N2毒株的致死率突然上升至80%。將4月及10月的兩毒株比較，發現毒力的變異是因點突變所致，亦即發生抗原性漂移表現為H基因的7個核苷酸二者有差異，從而導致H蛋白的4個氨基酸改變，有利H0的裂解及活化，致使毒力增強第38頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日第39頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日第40頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日HA和NA兩個基因上的變異可以隨時間的延長而發生積累，但是流感病毒其他基因的變異在短期內似乎并不隨時間的延長而發生積累，可能只是在某一范圍內隨意振蕩而已。這可能是因為流感病毒表面的蛋白質，在和宿主的免疫系統進行賽跑而不斷向前進化，而內部蛋白質卻一直處于相對穩定的環境。第41頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日哺乳動物流感病毒被認為來自禽流感病毒，理由是禽類帶有各個亞型的流感病毒，而哺乳動物一般只帶有個別亞型的流感病毒；禽類的流感病毒大多數不致病，反映了病毒和宿主之間經過長時間的共同進化達到一種和諧穩定的狀態，而哺乳動物流感病毒多有一定致病性。第42頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日哺乳動物，特別是人的流感病毒進化較快，而禽流感病毒似乎處于進化停滯狀態。病毒進化的根本目的就是為了增加病毒的多樣性，病毒多樣性的發展需要從宿主體內獲取一定的物質和能量，所以，必然受到宿主環境的制約。首先，舊病毒通過跨宿主轉移的方式演化是較為高效的擴增病毒多樣性的方式，新病毒穩定后，病毒毒力大多處在中等水平，這是因為毒力太強，最后造成宿主和病毒共同滅亡，雙方都不能傳代，不利于宿主和病毒雙方多樣性的發展，將在循環中被逐步淘汰。中等毒力的毒株既能保持一定的病毒數量，又能不斷傳帶下去，呈現一定的優勢。第43頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日紅皇后學說，來源于來維卡羅所描寫的愛麗絲歷險記中紅皇后所說“你必須盡力的不停的跑，才能保持在原來的地方。”“逆水行舟，不進則退”。指侵擾性的寄生物和宿主雙方都必須快速變異，以維持存在。第44頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日病毒基因的進化特性新病毒不斷產生，從另一宿主的病毒演化而來。新病毒產生后，在新宿主以較快的速度變異分化。新病毒產生后，毒力大多處在中等水平。病毒的進化有隨機性，但受到選擇的壓力呈現方向性。病毒各個組分的進化呈現不同的速度和特征。第45頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日第四節

病毒基因產物間的相互作用

補償作用（complementation）

表型混合（phenotypicmixing）

基因型混合（Genotypemixing）第46頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日一、補償作用（complementation）

是指在感染的細胞中，病毒蛋白質之間由于相互作用的結果，拯救了一種或兩種病毒或增加了病毒的產量。第47頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日Complementation tsNwtMtsMwtNProgenyvirusassembledusingwtNandwtMproteinsGenomesinprogenyareeithertsMortsN

和（或）第48頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日二、表型混合（phenotypemixing）

兩種病毒混合感染后，一個病毒的基因組偶爾裝入另一病毒的衣殼內，或裝入兩個病毒成分構成的衣殼內，發生表型混合。第49頁，共62頁，星期日，2025年，2月5日PHENOTYP