病毒进化与新病毒的产生

病毒进化与新病毒的产生 病毒进化与新病毒的产生(转) 4 推荐 作者:zmt0516 新病毒的起源和病毒的起源是两个不同的概念，新病毒都是由旧有病毒经过突变与进化而产生。基因突变是病毒变种的根本原因，突变也是病毒适应环境谋求生存的重要方式，突变是遗传进化的基础。病毒作为一种独立的生物群体,其进化也必然符合达尔文的自然选择学说(natural selection theory) 。病毒为更好地生存、更好地适应环境,发生多样性的突变,那些适宜生存的种类被保留下来,8不适合生存的则被淘汰。然而由于病毒完全寄生特征，病毒的突变与进化有着和普通细胞生命不同的特征。例如其速度就比一般生命快的多，通过对SARS 爆发、传染以来该病毒发生同义替代数目的统计11研究,进一步推测SARS 冠状病毒的大致年龄为230 年,其范围大约在195,265年，这是多细胞生命进化速度的近万倍。所以病毒的突变与进化方式一直是病毒学重要部分。 病毒突变与进化方式有: (1)单寄主一般突变与进化 病毒的复制每日数以亿计,RNA(核糖核酸) 病毒转录酶不具有校对功能其错配率在十万分之一到万分之一,远高于寄主细胞。由于DNA(脱氧核糖核酸) 病毒聚合酶有纠错功能,其突变率远低于RNA病毒,但也大大超过寄主细胞。而乙肝病毒(HBV) 的复制由前基因组RNA 中间体反转录为负链DNA ,反转录是利用病毒自身的DNA 聚合酶进行的,此酶缺乏校对功能,发生突变后难以修正,造成复制过程中反转录失真,故其突变高于其他DNA 病毒4 个数量级,而低于RNA 病毒1,2 数量级。高速的复制及高度的突变率增加了病毒的基因多样性,为其突变和进化提供了首要条件。点突变通常发生在密码子第三个核苷酸,多是一种无表型突变(nonphenotypic mutation) ,而发生在密码子第一、二个核苷酸的突变,可能引起氨基酸的改变,在关键位置上核苷酸的突变造成的错义突变(missense muta2tion) ,可影响病毒的复制和病毒蛋白的表达。如果该处核苷酸分别参与重叠的开放读码框,则单一位点的突变可改变2个开放读8码框。突变可引起抗原位点上关键部位的氨基酸的替换,从而使蛋白质产生新的构象,导致新抗原性的出现。变异的方式可以是各种各样的,包括核苷酸的转换、颠换、插入、缺失、分子内重组(recombination) 、核酸节段之间的重配(reassortment) 、病毒基因和寄主基因的整合等。病毒和寄主的核酸相互作用,可以快速扩大病毒核酸的多样性。如寄主核酸上发现病毒癌基因(v n oncogene) ;在黄病毒的基6因组上发现寄主泛素(ubiquitin) 等核酸成分的插入,等等。 虽然简单的突变使病毒躲避了寄主免疫系统的杀伤，但是病毒过快的变异也限制了病毒的大小，一般RNA病毒变异速度比DNA病毒要快一到两个数量级，所以RNA病毒的最大尺寸也比DNA要小一个数量级，限制了病毒的进化和功能。这也从另一个方面说明了物极必反的道理。 (2)变寄主基因突变与进化 一般所谓的新病毒，除了少数是在本身寄主中突变产生的，其余大部分都是因为寄主的改变而产生的。在同一群寄主中，为了使病毒和寄主和谐发展，病毒的毒性会趋于缓和。所以，一般像非典和禽流感这类强毒性病毒，大部分起源于变寄主基因突变与进化。变寄主问题，也有物种之内改变和物种之外改变之分。印地安人的消失就是一个例子，欧洲殖民者进入美洲后，印第安人在天花、麻疹、伤寒等疾病面前毫无抵抗能力，只能成群成群地死去。据估计，在17世纪征服时期，西属美洲的人口从5000万锐减到400万。这仅是人类历史上一次比较近的人群之间接触产生的疾病(当然不全是病毒产生的)，人类历史上许多次大规模战争和迁徙都有新的疾病随之而来。 随着现代医学的发展，地球村的变小，不同地区人的接触产生致命病毒的可能越来越小。物种之间的病毒由于寄主的变化而产生的病毒越发显得严重。SARS、禽流感、HIV-1、HIV-2都是从非人类病毒演化而成。SARS是由于广东人吃果子狸和蓝孔雀产生的，禽流感是由于人类长期饲养禽类并与起接触产生 的，HIV-1是从黑猩猩身上的猿免疫缺陷病毒越过种间障碍传给了人类，HIV-2病毒是人类食用乌白眉猴传染上的猿免疫缺陷病毒。 这些使人类陷入危难和恐慌的病毒如此密集的出现并不是偶然，现在医疗的进步使人类成为自然界中免疫力最低下的物种之一，如同水之向下，大量其他物种的病毒进入了人类社会，代表人类文明的医学依旧没有强大过自然界的进化筛。 (3)污染促进突变理论 有一些独特的病毒进化理论认为污染对病毒进化有加速诱导作用。 随着现代工农业生产的发展以及大量新合成化学品(如抗生素、合成农药和激素等) 的日益广泛应用,导致了自然环 境化学污染的加速. 由于严重的化学污染,尤其是环境中存在一种以上的污染物质 ,导致一些适应性差的生物死亡或灭绝,也导致一些生物产生变异来增强其对污染的适应性,既污染通过诱导遗传物质复制出现“差错”而对生命进化施加压力. 一般情况下,这种诱导作用是一个十分缓慢的过程,需要在遗传学时间水平(通常大于100 年) 上才产生可见的效应. 然而,问题在于,自然环境的化学污染在不断加速,生态系统中污染物的浓度和种类在日益增加,对病毒这样的简单生物来说,多个污染物的联合效应可导致其加速进化,并在一、二十年(技术时间水平) 内完成这种大幅度的进化. 如图,所示,人体各种感冒病毒进入污染环境后,在多个污染物的胁迫下,通过诱导遗传物质复制出现“差错”或经过基因重组与联合,如导致普通感冒的冠状病毒吸收了肺炎型流感病毒的致病基因并产生进化,使其毒性和传染性都,。 大为增强,进化为超级感冒病毒 图, 复合污染胁迫下感冒病毒进化的模式 这种理论在细菌和真核细胞生物中并没有什么特殊之处，利用于病毒就有了一些问题。因为在自然环境中，病毒没有生命活性，不参与与自然界的直接新陈代谢。但是在寄主内，寄主受到污染物的影响以至影响到病毒在细胞内的生存环境，使之变异，这确是很有可能发生的。 (4)遗传物质横向传递与病毒进化 一个细胞乃至生命体内，并不是只有一种病毒。即使是一种病毒，病毒和寄主之间也会有遗传物质的交流。一个病毒进入细胞后，也会有同种病毒进入，它们之间的基因交流不仅可以“交换经验”，也可以“追溯祖先”，以致交流在变异过程中失去的有用的基因。 病毒之间可以通过基因组片段的重组( recombination) 或重配( reassortment) 交换遗传信息,这是病毒在自然选择过程中继续生存所必需的。两种或多种病毒同时感染一个寄主细胞为病毒之间遗传信息的交换提供了机会。此外,病毒与细胞基因组之间也存在遗传信息的交换,许多病毒基因组中都存在与,,寄主高度同源的序列就是最好的证明。这种遗传信息的交换在病毒进化中扮演了一个的重要角色