披膜病毒科
本科病毒的組成相當龐大,成員複雜,其中許多成員過去被稱為“蟲媒病毒”(Arbovirus),因為當時披膜病毒科隻包括甲病毒屬和黃病毒屬,幾乎所有成員均由節肢昆蟲傳播,故有此名。但必須指出,“蟲媒病毒”不是一個分類學名稱,它隻是反映當時研究狀況的一個通俗但又含糊的名稱,隻能說明這類病毒由昆蟲傳播這一流行病學特征。廣義上說,具有蟲媒性質的病毒還包括另一些科或屬的病毒,如布尼安病毒科、環狀病毒屬和彈狀病毒科的某些成員以及非洲豬瘟病毒、某些呼腸孤病毒和痘病毒。隨著病毒學的不斷發展,披膜病毒科增加了許多新成員,它們多半並不具有蟲媒傳播特性。所以,“蟲媒病毒”這一名稱現已不再使用,而命名為“披膜病毒科”(Togaviridae)。
1.分類有關病毒的分類,世界各國均以國際病毒分類委員會(ICTV)報告“病毒分類與命名”中的描述為準。最初的披膜病毒科隻包括甲病毒屬(Alphavirus)和黃病毒屬(Flavivirus),在76年增加了風疹病毒屬(Rubivirus)和瘟病毒屬(Pestivirus),使該科病毒總計達4個屬。進一步研究發現黃病毒屬成員的基因組結構和基因轉錄過程,與甲病毒很不相同,於是1986年,在ICTV第三次報告中,將黃病毒屬從披膜病毒科抽出來,成立了一個獨立的病毒科——黃病毒科,而將動脈炎病毒屬(Arterivirus)納入,使其成為披膜病毒科的新成員。此後,瘟病毒的基因克隆研究發現,該屬病毒的基因組結構及其表達方式與黃病毒十分相似,因此在1991年ICTV公布的第四次報告中,將瘟病毒屬納入黃病毒科,從而使披膜病毒科的成員減為3個屬。隨著分子病毒學的發展,病毒的基因組結構及其功能被不斷認識,所以各病毒的分類地位也在不斷調整之中,以便更加合理。最新研究表明,動脈炎病毒屬的基因組結構和複製方式與冠狀病毒相似,而與披膜病毒科成員相去甚遠,所以,在1995年ICTV的第五次報告中又將動脈炎病毒屬從披膜病毒科提出來,放入冠狀病毒科。但是這一分類地位可能隻是暫時性的,因為,除基因組結構與複製方式外,動脈炎病毒與冠狀病毒有很大差別:其基因組大小和病毒粒子大小僅為冠狀病毒的一半;表麵纖突相對較小而且不清楚,纖突蛋白的結構也不相同。所以有人建議成立動脈炎病毒科。本書鑒於動脈炎病毒屬的分類地位尚未最後確定,同時考慮到其傳統分類地位,所以仍將動脈炎病毒屬納入披膜病毒科進行討論。
2.形態與理化學特性顧名思義,披膜病毒是一類具有囊膜的病毒,病毒粒子呈球狀,直徑在60~70nm之間,分子量約52×106kDa。在蔗糖密度梯度中的浮密度為:甲病毒,122g/cm3;風疹病毒,118~1.19g/cm3;動脈炎病毒,113~117g/cm3。甲病毒和風疹病毒的沉降係數約為280S,動脈炎病毒的沉降係數約為200~230S。核衣殼呈二十麵立體對稱,直徑30~40nm,含單股線狀RNA基因組。病毒核酸分子量約4×106kDa,占病毒粒子總重量的8%~9%。披膜病毒的蛋白質種類很少,病毒粒子隻含3~4種蛋白質,占病毒粒子重量的62%。病毒囊膜為雙層類脂膜,來源於細胞的胞漿膜,囊膜緊密包裹著核衣殼,表麵有糖蛋白組成的纖突(長4~10nm)。病毒粒子一般隻含有2種糖蛋白,E1和E2,分子量分別為45~53kDa和53~59kDa。某些甲病毒,如西門利克森林病毒(Semlikiforestvirus,SFV),含有第三種糖蛋白E3,其分子量約10kDa。在病毒粒子上,糖蛋白E1和E2形成異二聚體,它們具有紅細胞吸附活性,含有中和性抗原表位,在甲病毒還含有血清型與亞型的特異抗原表位。這種異二聚體構成了病毒囊膜表麵的纖突,在病毒粒子表麵,每三個纖突組成1個三聚體(trimer),纖突排列成T=4二十麵體晶格,恰好與衣殼蛋白組成的T=4二十麵體立體對稱結構呈1對1的相應關係。因此,整個病毒粒子有240個纖突(形成80個三聚體)和240個衣殼蛋白單位。這樣的形態結構至少已在甲病毒屬成員,如辛德畢斯病毒,獲得證實。病毒核衣殼蛋白,也稱為核心蛋白(C),分子量為30~33kDa。序列分析表明,辛德畢斯病毒C蛋白有一個類似於某些植物病毒核衣殼蛋白的結構:N端大約115個殘基帶正電荷,可能與病毒基因組RNA特異性地相互作用,以起始核衣殼的形成過程;其餘部分約150個殘基,與糖蛋白E2膜內的C端相連,這一區域在所有甲病毒都是保守的。病毒的脂質來源於宿主細胞的胞漿膜,約占病毒粒子幹重的30%。脂類的組成取決於病毒感染的細胞類型。磷脂與膽固醇的比例在甲病毒為2∶1,風疹病毒為4∶1。糖約占病毒粒子重量的6%,存在於糖蛋白中,主要有甘露糖和N聚糖(Nlinkedglycan),此外,風疹病毒E2含有O聚糖(Olinkedglycan)。甲病毒穩定存在於pH值7~8的環境,而在酸性條件下,則很快被滅活。大多數甲病毒對熱敏感,37℃時的半存活期為7小時,但58℃時很快滅活。風疹病毒在37℃時的半存活期隻有1~2小時,58℃時的半存活期為5~20分鍾。由於有脂質囊膜,所有披膜病毒對有機溶劑(乙醚和氯仿等)和去汙劑敏感。
3.基因組結構披膜病毒基因組為單股正鏈RNA,沉降係數42~49S,5端一般有帽結構,3端有Poly(A)尾。基因組RNA具有感染性。在感染起始階段,病毒基因組可直接作為mRNA,翻譯病毒複製所需的一些酶(非結構蛋白)。核酸序列測定表明,甲病毒基因組大小為11~12kb;風疹病毒基因組大小約97kb(不包括3端Poly(A)尾);動脈炎病毒基因組12.5~15.1kb。披膜病毒基因組5端帽結構與真核mRNA相似,但也有其自身特點,如在甲病毒粒子中,基因組RNA5端有O型帽結構(含m7G),而在感染細胞中,甲病毒RNA除m7G帽結構外,少量病毒RNA還含有m2,7G和m2,2,7G的帽核苷酸。甲病毒RNA3端Poly(A)尾比真核mRNA和其它病毒RNA平均短70個nt。無Poly(A)尾的病毒RNA則沒有感染性。甲病毒和風疹病毒基因組分為二個編碼區段,各含有一個長的開放閱讀框架。5端2/3基因組編碼病毒的4種非結構蛋白,主要是病毒複製酶和轉錄酶。3端1/3基因組編碼病毒的結構蛋白,即核心蛋白和糖蛋白。二個區段之間為非編碼的連接區。甲病毒連接區長40~50nt,含有結構蛋白mRNA的轉錄起始信號。其基因組5端還有60~80nt長的非編碼區,3端有121~524nt長的非編碼區。病毒基因組有三個比較保守的區域:①5端非編碼區有51nt長的保守序列,可形成發卡結構;②3端靠近Poly(A)尾有19nt長的保守序列,對從基因組轉錄有重要作用;③連接區內有21nt長的保守序列,可能是啟動子,啟動結構蛋白mRNA的轉錄。5末端可形成一個比較保守的莖-環結構。
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