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RNA病毒

简介
图为正链RNA病毒复制的主要步骤

图为正链RNA病毒复制的主要步骤

RNA病毒(RNA virus) 也称RNA型病毒核酸为RNA的病毒的总称。植物病毒,除少数例外(如花椰菜花叶病毒Caulif- lower mosaic virus),几乎都是RNA病毒。

冠状病毒直径为80~160nm,为有包膜的单股RNA病毒RNA的复制过程中,其错误修复机制的酶的活性很低很低,几乎是没有的,所以其变异很快;而疫苗是要根据病毒的固定基因或蛋白进行开发制作的。所以RNA病毒疫苗较难开发!只要记住相对少数的RNA 病毒例子就可以了。

RNA病毒有: 艾滋病病毒,烟草花叶病毒,SARS 病毒

病毒核酸的类型
(图)RNA病毒RNA病毒

病毒的核酸包括双链DNA(dsDNA)、单链DNA(ssDNA)、双链RNA(dsRNA)、单链RNA(ssRNA)等不同类型;病毒颗粒中的组成成分有简有繁,有的用颗粒自带专门于病毒复制的核酸酶,有的则无。有的病毒核酸并不仅有一个分子,如流感病毒有8条RNA,呼肠孤病毒有11-12条dsRNA。由于病毒种类繁多,核酸类别不同, 因而病毒的复制机制不尽相同。

ssRNA病毒的复制

有些ssRNA病毒,一旦病毒颗粒中的RNA进入寄主细胞,就直接作为mRNA,翻译出所编码的蛋白质,其中包括衣壳蛋白和病毒的RNA聚合酶。然后在病毒RNA聚合酶的作用下复制病毒RNA,最后病毒RNA和衣壳蛋白自我装配成成熟的病毒颗粒。这类病毒很多,如ssRNA噬菌体、脊髓灰质炎病毒、鼻病毒、TMV等。还有另一类ssRNA病毒,它们的复制特点是病毒颗粒中的ssRNA病毒为负链,进入寄主后不能直接作为mRNA,而是先以负链RNA为模板由转录酶转录出与负链RNA互补的RNA,再以这个互补RNA作为mRNA翻译出遗传密码所决定的蛋白质。这类病毒称之为负链非侵染型病毒,如滤泡性口腔炎病毒、流感病毒、副流感病毒、莴苣坏死黄化病毒等。此外,还有一类特殊的ssRNA病毒即反转录病毒。该类病毒通常引起人和动物的肿瘤,其中包括造成人免疫性缺陷症的爱滋病病毒、白血病病毒、肉瘤病毒等。在它们的髓核中携带反转录酶,能使RNA反向转录成DNA,丰富和发展了分子生物学的中心法则。它们的复制有其特有的特点,一是单链RNA的基因组必须反转录成双链DNA;二是随后这种DNA必须整合到细胞DNA中;三是整合状态长期持续下去并传给子代细胞,也可能转录RNA,生产子代病毒或使细胞转化;四是感染细胞不会死亡,分裂不停止。也就是说这类病毒的潜伏期很长,有时可以终身带毒而不发病。

双链RNA病毒的复制
图为负链RNA病毒复制的主要步骤

图为负链RNA病毒复制的主要步骤

双链RNA病毒有两个特点,一是它的基因组为10-12条双链RNA分子;二是它有双层衣壳,而没有囊膜。病毒的RNA-RNA 聚合酶存在于髓核中,在该聚合酶的作用下病毒基因组转录正链RNA,它们自髓核逸出。它们既能作为mRNA,又能作为病毒基因组的模板。MRNA翻译结构蛋白,装配内层衣壳后,正链RNA进入,并形成双链RNA。然后又重复上述过程,最后获得了外层衣壳。

综上所述,病毒复制的特点表现在:一是利用寄主细胞的物质和能量进行病毒生物大分子的合成;二是复制周期短,繁殖效率高;三是反转录病毒的复制方式,丰富了遗传信息传递的中心法则。

负链RNA病毒复制

负链RNA病毒复制的大致过程是:首先病毒通过其表面糖蛋白与宿主细胞的特异性受体结合,接着病毒囊膜与细胞浆膜(即通过不依赖于PH途径)或有酸性环境的核内体膜(PH依赖途径)融合后释放病毒核糖核蛋白复合体(RNP)至细胞浆,在转录过程中每一mRNA得以合成,而通过复制产生全长反义基因组RNA,使其作为病毒基因组RNA的模板。很多负链RNA病毒在感染细胞的胞浆中复制,而一些正粘病毒和布尼亚病毒在细胞核中复制。新合成的RNP复合体与病毒结构蛋白在细胞浆膜或高尔基体膜组装,然后释放新合成的子代病毒。
在动物正链RNA病毒的研究上,1996年,Meyers G等[129]构建了猪瘟病毒(Classical swine fever virus, CSFV)基因组全长cDNA克隆,将cDNA克隆体外转录后获得的RNA转染猪肾细胞后最终产生了有感染性的CSFV,虽然拯救出的带有遗传标记的CSFV比野生型生长能力上差一些,但仍具有感染性。这是较早的有关CSFV拯救的报道。此外,有报道首先建立表达T7 RNA 聚合酶的猪肾细胞系SK6,然后将CSFV基因组cDNA克隆线性化后转染该细胞系,结果成功拯救出与野生型CSFV生物学特性一样的病毒,且病毒的效价比用体外制备转录本的方法高200倍,如对cDNA克隆不进行线性化直接用环型重组体进行转染,则拯救出的病毒效价高20倍[130]。此外,在CSFV疫苗株C株的反向遗传研究上已有很多报道,其中在对标记疫苗、病毒复制、毒力和宿主特异性等方面都有相关报道。

装配与释放

新合成的病毒核酸和病毒结构蛋白在感染细胞内组合成病毒颗粒的过程称为装配(Assembly),而从细胞内转移到细胞外的过程为释放(Release)。大多数DNA病毒,在核内复制DNA,在胞浆内合成蛋白质,转入核内装配成熟。而痘苗病毒其全部成份及装配均在胞浆内完成。RNA病毒多在胞浆内复制核酸及合成蛋白。感染后6个小时,一个细胞可产生多达10,000个病毒颗粒。

病毒装配成熟后释放的方式有:(1)宿主细胞裂解,病毒释放到周围环境中,见于无囊膜病毒,如腺病毒、脊髓灰质炎病毒等;(2)以出芽的方式释放,见于有囊膜病毒,如疱疹病毒在核膜上获得囊膜,流感病毒在细胞膜上获得囊膜而成熟,然后以出芽方式释放出成熟病毒。也可通过细胞间桥或细胞融合邻近的细胞。

病毒的增殖不只是产生有感染性的子代,绝大多数动物病毒在大量感染的情况下,经多次增殖会产生缺损干扰颗粒(Defective interfering particles),它是能干扰亲代病毒复制的缺损病毒,其核酸有部分缺损或被宿主DNA片段替换。缺损干扰颗粒的基本特性是:(1)本身不能繁殖;(2)有辅助病毒存在时方能增殖;(3)干扰同种病毒而不干扰异种病毒的增殖;(4)在感染细胞内与亲代病毒竞争性增殖。由于缺损干扰颗粒的产生,使同种感染性病毒数量减少,在导致病毒的持续性感染中具有一定的作用,但疫苗中含有大量缺损干扰颗粒会影响活疫苗的免疫效果。

反向遗传学研究进展

近年来,在分子病毒学研究领域兴起一门新型技术,即在RT-PCR和体外转录RNA技术基础上建立起来的全长感染性cDNA克隆技术,也叫反向遗传操作技术(reverse genetics manipulation ),又名“病毒拯救(rescue of virus)”,它解决了对病毒基因组RNA难以操作这一难题。从cDNA克隆拯救出负链RNA全病毒是90年代分子病毒学研究领域最振奋人心的突破之一,它开启了人们对病毒基因组进行人工操作以及详细了解病毒基因及其产物功能的大门。该技术发展迅速,倍受国内外研究者关注。
与经典的从表型改变到进行基因特征研究的思路相反,反向遗传操作技术是指通过构建RNA病毒的感染性分子克隆,将病毒基因组RNA逆转录成cDNA,在DNA分子水平上对其进行体外人工操作,由病毒基因组cDNA和各种辅助蛋白来组装新的RNA病毒的一项技术。由于最终“拯救”出的RNA病毒来源于cDNA克隆,因此,可通过中间过程中人为加入的DNA环节,在DNA水平上对RNA病毒基因组进行各种体外人工操作,如进行基因突变、基因敲除(缺失)、基因插入、基因置换和基因互补(即构建嵌合病毒)等改造,以此来研究RNA病毒的基因复制和表达调控机理、RNA编辑和自发重组与诱导重组、病毒与宿主间的相互作用关系(如插入报告基因来研究病毒在宿主细胞间的传递机制)、抗病毒策略、基因治疗研究以及构建新型病毒载体表达外源基因和进行疫苗的研制等。
1976年Goff S. P等首先报道成功拯救出SV40 DNA病毒突变株,虽然拯救出的不是RNA病毒,但这是最早的有关病毒拯救的报道。1978年,Taniguchi T 等报道从全长cDNA克隆拯救出在细菌中有感染性的Qβ噬菌体。接着,基因组长约150kb的单纯疱疹病毒和长约190kb的痘苗病毒的重组病毒的成功拯救及有关研究是病毒学研究的领域重大突破。为在早期反向遗传操作体系的建立奠定了基础。

了解RNA病毒族与丙肝病毒
(图)RNA病毒RNA病毒

RNA和DNA病毒都能引发肝炎,丙肝由RNA病毒引起,而乙肝由DNA病毒引起。
丙肝病毒疫苗的研制“瓶颈”出现在RNA病毒的形态上面。DN形态通常比较稳定,因此,任何依次,DNA病毒的复制,都与“原版”DNA高度一致,因此可以研制出许多用于预防乙肝病毒疫苗。与此相反,RNA病毒在复制过程中会发生错误的“拼写检查”,RNA病毒的变异速度比DNA病毒快100万倍,而且体形经常改变。这就使得丙肝等RNA病毒的疫苗研制很难。即使某天研制出丙肝病毒疫苗,每年还是要根据新出现的变异丙肝病毒不断研制新的疫苗。
丙肝变幻莫测,对人类健康危害极大,我们怎样才能保护自己免受丙肝的感染呢?最佳方法就是尽早了解RNA致命病毒的本质,及其感染和传播的原理。进行早期诊断和治疗也非常必要,判断是否感染丙肝的唯一办法是做丙肝测试,以确保在病毒侵害肝部之前进行治疗。专家们建议,在丙型肝炎高危人群中进行丙型肝炎抗体检查刻不容缓。有输血史或是用静脉注射毒品、多个性伙伴者,以及经常和血液接触的医护人员,美容师,牙医,警察等都因该考虑接受丙肝检查。

双RNA病毒科

本科病毒形态与呼肠孤病毒相似,过去归于呼肠孤病毒科,亦曾作为分类地位 未定的病毒。1973年,当人们认识到该科成员中的传染性胰坏死病毒和传染性 法氏囊病病毒在形态学上很相似,尤其是它们的基因组都含有双股双节段RNA后 ,建议设立一个新科。1984年正式命名为双RNA病毒科。在国际病毒分类委员 会(ICTV)第4次报告中,作为可能的双RNA病毒科。在1991年ICTV第5次报告中,正式独立 为一个新的科,仅设一个属[CD2]双RNA病毒属。在1995年ICTV第6次报告中,将双RNA病毒 科分设三属,即水生双RNA病毒属(代表种为传染性胰坏死病毒)、禽双RNA病毒属(代表种 为传染性法氏囊病病毒)以及昆虫双RNA病毒属(代表种为果蝇的X病毒)。该科的其它成 员还有双瓣软体动物的Tellina病毒(TV)和牡蛎病毒(Oyster virus,OV)。?本科病毒呈二十面体对称,球形,粒子直径大小约60nm,核衣壳有32个壳粒,92个形态亚单 位。无囊膜,表面无突起。无特征性双层衣壳而区别于呼肠孤病毒。采用EDTA、胰酶或胰凝 乳蛋白酶处理纯化的病毒,易于丢失核心。?病毒氯化铯浮密度为1?33g/cm?3,对乙醚、氯仿稳定,对酸、碱(pH3~9) 及热(56℃,30分钟)相对稳定,在20℃ pH7?5的环境中,能抵抗1%SDS达30分 钟而活力不丧失。?病毒分子量为55×10?6Da,S??20w?=435。病毒粒子有4种结构多肽和 一种依赖RNA的RNA聚合酶,不含类脂。病毒基因组占整个病毒粒子重量的9?7% ,为线性双股、双节段RNA,无感染性,大小分别为A节段3?3kb,B节段3?8kb。?病毒在胞浆内复制,成熟的病毒粒子集积在胞浆中,细胞裂解时释放出大约半 数的子代病毒,另一半仍与细胞结合。?本科病毒能水平传播,还可能垂直传播,尚未发现任何生物传播媒介。?

流感病毒

流行性感冒简称流感。是由流行性感冒病毒即流感病毒感染所引起的一种急性呼吸道传染病。

流感病毒是一种RNA病毒,医学上根据其抗原性差异来进行分类,主要有甲、乙、丙三种类型的病毒。由于流感病毒的抗原特性很不稳定,很容易发生变异,因而每一类型病毒中又出现了很多的亚类型。尤其是甲型流感病毒,其毒性最强,最容易发生变异,临床常可以引起严重的大暴发流行。乙型流感病毒对人类的致病力较低,仅引起局部地区散发的小流行。而丙型流感病毒仅引起人类不明显的或轻微的上呼吸道感染,多为散发性,极少造成流行。

流感伴随人类的发病已有很长的时间了,历史上曾记载过很多次大规模的暴发流行。如1918年发生了一次流感的大流行,流感病毒在几个月的时间内横扫全世界,致使1000多万人因此而死亡。又如五十年代,我国也曾爆发流感,之后,该病毒又经香港向全世界传播开来,4个月内横扫世界各大洲。据研究,这些大流行的“罪魁祸首”都是甲型流感病毒及其变异的甲亚型流感病毒所致。

肠道病毒

肠道病毒是一种主要生长于肠道的RNA病毒,虽然名为肠道病毒,但感染后很少出现腹泻、腹痛等胃肠道症状。肠道感染是指胃肠消化道被微生物感染,感染的微生物包括各种细菌、真菌、病毒等,一般具有明显的胃肠道症状,如腹痛、腹泻。肠道感染多由细菌所致,以革兰氏阴性菌为主,主要致病菌为志贺氏菌、鼠伤寒沙门氏菌及大肠埃希菌等。我们日常生活中说的肠炎、痢疾都属于肠道感染。

肠道病毒属 由于能感染人、牛、猪等的肠道而得名。在pH3的溶液中稳定,氯化铯浮力密度为1.33~1.45。人的肠道病毒原来包括3个种:①脊髓灰质炎病毒3个型;②库克萨基病毒A组23个型,B组6个型;③埃柯病毒31个型。
  
后来发现这种分类带有人为性质,所以自68型起统一按肠道病毒编号分型,目前已有肠道病毒68、69、70、71、72型(人)。在畜禽肠道病毒中,重要的有猪水疱病病毒、猪脑脊髓炎病毒、鸡脑脊髓炎病毒和鸭肝炎病毒等。
  

脊髓灰质炎病毒 又称小儿麻痹病毒,大多引起隐性感染,只有约1%产生明显的临床症状,如顿挫型、非麻痹型和麻痹型脊髓灰质炎,也可引起无菌性脑膜炎。脊髓灰质炎可注射灭活疫苗或口服减毒活疫苗预防,效果很好。可控制流行的发生。
  
本病毒因最初于美国的库克萨基地区被分离到而得名。可引起无菌性脑膜炎、疱疹性咽峡炎、胸壁痛、手口足病、心肌病等。A7型尚可引起麻痹型脊髓灰质炎。
  
ECHO(埃柯)系Enteric cytopathic hu-man orphan的缩写,意为肠道内致细胞病变的人类孤儿病毒。在刚分离出病毒时,尚不知所引起的疾病,所以称为“孤儿”。后来才知道它可引起无菌性脑膜炎、红疹、普通感冒等疾病。
  
68~71型肠道病毒 68型可引起肺炎和细支气管炎,69型致病性不明,70型可引起急性出血性结膜炎,71型可引起致死性脑炎和麻痹型脊髓灰质炎。
  

甲型肝炎病毒(HAV) 又称72型病毒,直径27纳米,其RNA的分子量为1.9×106。只有 1个血清型。易感者除人外,尚有黑猩猩、南美的白唇猴和狨猴。中国红面猴也可感染。近年已在猴胚肾细胞和人肺二倍体细胞上培养成功。甲型肝炎潜伏期为15~40天。潜伏期的后期和发病早期,病毒由粪便排出,有传染性。患病后可获终身免疫力。愈后良好,很少转为慢性。
  
猪水疱疹病毒(SVDV) 只有 1个血清型。与人的库克萨基病毒B5型有共同抗原,免疫血清能交互中和。猪是唯一的自然宿主,主要经伤口感染。在口腔粘膜、鼻头、乳房、蹄部发生水疱,外观与口蹄疫难以分辨。病毒主要存在于水疱皮和疱液中,内脏和肌肉含病毒量极微。疱皮中的病毒能抗强酸强碱。病毒可用猪原代肾细胞或传代细胞培养并产生病变。接种乳鼠弱毒疫苗、组织培养弱毒疫苗、水疱皮和疱液灭活疫苗能控制本病的流行。
  

猪脑病毒(PEV) 有两个亚型,捷克猪捷申病病毒和英国猪太法病病毒。除美洲和亚洲外,世界许多国家都已发现。主要病变为中枢神经灰质坏死,病死率90~100%。灭活疫苗有一定效果,但未能完全控制此病。
  
鸡脑脊髓炎病毒(AEV) 单一血清型。自然病毒株均有嗜肠性,鸡胚适应的Van Roekel株有高度嗜神经性。经粪便和蛋传播,雏鸡、鹌鹑、雉均可被自然感染。人工接种可感染小鸭和小鸽。病毒可用易感雏鸡神经胶质细胞或纤维母细胞进行培养。可用疫苗预防。
  
鸭肝炎病毒(DHV) 可感染2周龄以下的小鸭,成年鸭、鸡、鹅都不感染。人工接种1~7日龄雏火鸡能发病。此病在欧、亚、美3洲均有发生。从粪中排病毒,由消化道感染。可用鸭胚或鸡胚细胞培养病毒。母鸭可在产蛋前2~4周接种弱毒疫苗,使蛋黄中有足够的抗体,以保护雏鸭。
  
鼻病毒属 能感染人、马、牛的鼻腔而得名。
   

人患普通感冒的主要病原。与肠道病毒的区别如下:①不耐酸,pH3~5溶液中易被破坏;②人肾细胞中只在33℃旋转培养物中才能很好繁殖,而肠道病毒在36~37℃静止培养可繁殖;③比重大,氯化铯浮力密度为1.38~1.42。鼻病毒抗原性复杂,有100多个血清型。感染后可获得免疫力,但维持时间短,不同型鼻病毒之间很少交叉保护,因而人可多次患感冒。对普通感冒尚无特异预防和治疗方法。
  
心病毒属 代表种为鼠脑心肌炎病毒,不耐酸。氯化铯浮力密度1.34,RNA含量31%。只有1个血清型。
  

口疮病毒属 因代表种口蹄疫病毒引起口疮而得名。直径23~25纳米,氯化铯浮力密度1.43~1.45,RNA含量31.5%,不耐酸。
  
病毒 病毒抗原性易变异。已发现A、O、C、Asia I、SAT1、SAT2、SAT37个正型和 60多个亚型。能自然感染偶蹄动物,以牛、猪最为易感。人也可被感染,但症状轻。病毒对初生幼畜感染性强,有些毒株对牛致病力强而对猪致病力弱,有些毒株则相反。1981年,用基因工程技术已培育出带有口蹄疫免疫原性蛋白基因的细菌,将用于制造疫苗。

感染性疾病

细小病毒科病毒性疾病、呼吸病毒科病毒性疾病、星状病毒科病毒性疾病、披膜病毒科病毒性疾病、黄热病毒科病毒性疾病、冠状病毒科病毒性疾病、沙粒病毒科病毒性疾病、布尼亚病毒科病毒性疾病、正粘病毒科病毒性疾病。

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