病毒的變異理論

病毒的變異理論　　關於病毒的突變理論，存在著兩種觀點。一種認為，突變是隨機自由發生的，病毒基因組上任何位置隨時都在出現突變，因此就一種病毒的克隆來說，均存在一些具有突變的病毒粒子，RNA病毒比DNA病毒更為明顯。在動物機體或細胞內環境的選擇性作用下，占優勢的病毒粒子得以存活並遺傳下來，形成最初分離到所謂的野生型。當環境條件改變後，某些具有突變的更適合生存的克隆被選擇出來，形成所謂的突變型，因此實際上野生型和突變型隻是相對而言的。另一種觀點認為，病毒的突變與細菌對不易感動物體適應相似，是病毒在新的生活條件下，借合成途徑的某些改變而發生，正如前麵所述的病毒對某些化學藥物的抵抗或依賴那樣。說明除突變和環境因素的選擇性作用外，病毒可能還有真正的適應性變異。　　現在從分子生物學水平上探討病毒核酸的正常和異常配對情況。H與鄰近N或O原子的氫鍵結合，是堿基配對的基礎。據此，在DNA複製過程中，腺嘌呤與胸腺嘧啶配對，而在轉錄或RNA複製過程中，腺嘌呤與尿嘧啶配對；鳥嘌呤則與胞嘧啶配對。這些特異性配對通常是嚴格地執行的，如圖6-2所示。但是核酸堿基的結構又允許H原子從一個原子向另一個鄰近原子轉移，從而可能發生不同的堿基配對，例如胸腺嘧啶中的N3上的一個H原子可能轉移到C-4上，從而改變C-4的酮基為烯醇基，並改變堿基配對，以致胸腺嘧啶可能與鳥嘌呤而不是腺嘌呤配對。鳥嘌呤同樣地也可發生酮式—烯醇式變化。N1氫轉移至C-6氧上，從而使鳥嘌呤可與胸腺嘧啶配對，如圖6-3所示。[HT5”SS][JZ]圖6-2 病毒核酸中嘌呤和嘧啶的正常氫鍵結合[HT5SS][HT5”SS][JZ]圖6-3 胸腺嘧啶的異常的堿基配對[HT5SS]　　病毒核酸分子中一個嘌呤被另一個嘌呤替代或一個嘧啶被另一個嘧啶替代的過程，稱為堿基轉換(transition)。而一個嘌呤被一個嘧啶替代或一個嘧啶被一個嘌呤替代的過程，稱為堿基顛換(transversion)。堿基轉換和堿基顛換總稱為堿基置換(substitution)。由於轉換和顛換影響一個核苷酸，故其引起的突變稱為點突變(point mutation)。　　病毒基因組的突變還有缺失(deletion)和插入(insertion)，分別表示DNA或RNA分子中減少或增加一個或幾個堿基乃至更長的序列。如果缺失或插入的堿基數目為3n±1，則影響到讀碼框架的改變，稱為移碼突變(frameshift mutation)。由於病毒是最小的生命單位，其基因組中和遺傳信息已高度壓縮，存在基因重迭現象，因此發生的突變多為堿基置換，而缺失、插入等較大的改變往往引起基因組結構的巨大變化，甚至導致病毒死亡，在實踐中這樣的病毒不常見到。研究病毒的突變主要是對堿基置換而言。但在下述的人工突變研究中，則可人為地造成大段的核苷酸序列缺失或插入等。　　除了上述堿基置換、缺失和插入外，重組(recombination)是病毒變異的另一個主要原因。兩個病毒株的病毒核酸發生重組的機理是，首先發生斷裂，隨後斷裂部分相互交換，如圖6-4所示；在基因組呈多片段的病毒，例如呼腸孤病毒，重組是某個或某些核酸片段的交換，結果是在一個衣殼內包含有來源自兩個不同親代的核酸片段，如圖6-5所示。[HT5”SS][JZ]圖6-4 重組：兩個病毒之間的部分核酸交換[HT5SS][HT5”SS][JZ]圖6-5 重組：兩個病毒之間的核酸片段交換[HT5SS]　　特別值得指出的是，基因組複製過程中經過反轉錄階段的反轉錄病毒，重組發生的機理有其自己的特點。　　反轉錄病毒基因組的重組需要一個病毒複製周期，其間兩個不同的母源RNA基因組的RNA分子裝配到同一個病毒粒子內，產生異質性顆粒，在感染新宿主細胞後，兩個RNA(或至少部分)經反轉錄酶拷貝為DNA，重組即發生於這一階段。關於反轉錄病毒基因組同源重組的機理有兩個模型：(1) 強迫拷貝選擇模型(forced copychoice model)：這一模型由Coffin提出，即在由RNA模板合成負鏈DNA的過程中，因模板轉換而形成重組反轉錄病毒DNA分子(圖6-

6A)。由於斷裂部位是隨機的，若在每一個裂隙處均發生模板鏈轉換，則一個完整的DNA分子負鏈就由片段性模板複製而來。(2) 鏈置換同化模型(strand displacementassimilation model)：這一模型認為重組是由於病毒正鏈DNA交換。具有兩個RNA基因組的異質性病毒粒子內的兩條RNA均複製為負鏈DNA，然後以RNase H酶切基因組RNA正鏈產生的RNA引物，在多位點起始合成正鏈DNA。新形成的DNA正鏈開始時短而不完整，且有單鏈裂隙，隨著正鏈DNA合成，裂隙被填平，但當遇到鄰近正鏈的5'端時，DNA合成不能終止，而是5'端鏈被繼續合成所取代，形成單鏈尾部。當這些尾部侵入病毒中第二條基因組上正在合成中的DNA時，形成“H”結構，最終導致形成含異質性區域的雙鏈分子。