第四章 病毒基因组剖析

病毒基因组结构与功能研究病毒是一种微小的生物体，无法独立进行生存和繁殖，必须寄生于细胞中才能进行繁殖和生存。

病毒基因组是研究病毒的核心，了解病毒基因组的结构和功能可以为疾病的防治提供有力的工具。

一、病毒基因组结构病毒基因组结构总体上分为两类：双链DNA、单链RNA。

根据基因组大小，病毒也有分类标准：大病毒、中等病毒、小病毒。

1. 双链DNA病毒：一些常见的双链DNA病毒有乙型肝炎病毒、人类乳头瘤病毒和水痘-带状疱疹病毒等。

这些病毒基因组结构简单，基因数量较少。

2. 单链RNA病毒：这类病毒的基因组非常多样化，包括正、负、双链RNA。

其中致病性较强的病毒有流感病毒、HIV等。

这些病毒基因组较为复杂，包含的基因数量较多。

二、病毒基因组功能病毒基因组是研究病毒的核心，基因组的功能也十分重要。

病毒基因组的功能可以分为两个方面：1. 病毒基因组利用宿主机器繁殖：病毒基因组依赖宿主细胞的遗传机器，利用其进行繁殖。

病毒基因组驱动宿主细胞合成细胞蛋白和核酸，从而帮助病毒复制，同时感染宿主并在宿主体内扩散。

2. 病毒基因组编码病毒蛋白：病毒基因组编码的蛋白质在病毒的感染和复制过程中具有非常重要的作用。

这些蛋白质可以帮助病毒感染到宿主细胞，将病毒基因组注入到宿主细胞中，并利用宿主细胞的机器进行繁殖。

三、病毒基因组研究方法病毒基因组研究的方法有很多种，下面介绍几种常用的方法：1. 基因克隆技术：基因克隆技术可以帮助研究人员获取到病毒基因组的DNA/RNA序列，从而进一步研究病毒的基因表达以及基因组的结构与功能。

2. 高通量测序技术：高通量测序技术可以帮助研究人员进行快速、准确的基因组测序，从而获得更全面的基因信息和病毒基因组间的差异性，为疾病的研究提供有力的数据支持。

3. 组学技术：组学技术可以帮助研究人员从多个角度全面研究病毒基因组结构与功能。

包括转录组学（study of transcriptome）、蛋白质组学（study of proteome）、代谢组学（study of metabolome）等。

【分子生物学】病毒及其基因组病毒是最简单的生物，外壳蛋白包裹着里面遗传物质核酸，病毒进入活的易感宿主细胞后，借助于宿主细胞本身提供的原料、能量、酶等，以自我复制的方式进行繁殖。

1.病毒基因组的一般特点1）与细菌比较，病毒基因组很小，因此所含的遗传信息量很少，只能编码少数的蛋白质，但不同病毒的基因组大小差异很大。

2）病毒基因组可以由DNA或RNA组成，但每种病毒只含有一个核酸。

核酸的结构可以使单链或双链，闭合环状或线状分子。

3）病毒基因组通常有基因重叠，即同一个DNA序列可以编码2种或2种以上的蛋白质。

折叠基因使用共同的核苷酸序列，但转录成mRNA有不同的可读框，有些重叠基因使用相同的可读框，但起始密码子或终止密码子不同。

4）病毒基因组的大部分序列用来编码蛋白质，基因之间间隔序列短。

5）病毒基因组中在功能上相关基因一般集中成簇，在特定部位构成一个相对的功能单元或转录单元。

转录产物一般为多顺反子mRNA，之后加工成各蛋白质的m-RNA。

6）噬菌体的基因连续2.病毒的核酸病毒的DNA多数为双链结构，RNA病毒多数为单链结构。

病毒基因组的核酸有正、负链之分。

如果病毒的单链RNA基因组直接作为m-RNA，则称为正链，这些病毒称为正链RNA病毒。

如果病毒RNA不能直接作为m-RNA，而以互补的RNA链作为mRNA，则称基因组RNA为负链，这种病毒称为负链RNA病毒。

正链RNA病毒可直接感染动物细胞，合成病毒的外壳和核酸，并组装成病毒体。

负链RNA分子本身无感染性，需要转录成mRNA才具有感染性。

负链RNA分子本身无感染性，需要转录mRNA才具有感染性。

负链RNA病毒的基因组在转录为mRNA过程中，需依赖于RNA的RNA聚合酶催化。

3.噬菌体基因组·λ噬菌体基因组λ噬菌体是E.coli的一种温和性噬菌体。

噬菌体的形状为二十面体，头部直径55nm，有一个颈部的连接结构，将头部和尾部相连，尾端再与尾丝相连。

非细胞生物：分为病毒和亚病毒两大类。

其中亚病毒又分类病毒、拟病毒/卫星与朊病毒；拟病毒又细分为卫星病毒和卫星核酸；朊病毒分颈椎动物与真菌朊病毒。

一、病毒（virus）/病毒粒子/病毒颗粒1、定义：指一类比较原始的、有生命特征的、能够自我复制和严格细胞内寄生的非细胞生物。

2、特点：①不具细胞结构；②只含一种类型的核酸作为遗传信息载体（DNA 或RNA）；③以复制方式繁殖，不能在无生命的培养基中增殖；④缺乏完整的酶系统和能量合成系统，不含有功能性核糖体或其他细胞器；⑤严格的细胞内寄生；⑤对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。

3、宿主范围：病毒具有宿主专一性，病毒识别蛋白/反受体（VAP）是一种毒粒表面的结构蛋白分子，可以特异性识别宿主细胞受体并与之结合。

由此病毒可分为噬菌体、植物病毒、动物病毒。

4、形态结构：（个体微小，单位常以nm表示）1）病毒粒的基本成分是核酸和蛋白质。

核酸位于它的中心，称为核心或基因组, 蛋白质包围在核心周围，形成衣壳。

衣壳是由许多壳粒所构成。

核心和衣壳合称核衣壳①衣壳/蛋白质外壳/壳体：指由蛋白质亚基或颗粒排列形成的有规则的壳样结构，是病毒粒的主要支架结构和抗原成分，有保护核酸等作用。

②壳粒：由一种或几种病毒蛋白形成的寡聚体，通常为5聚体或6聚体。

③核衣壳/核壳体：指衣壳与病毒核酸结合而成的复合物，无包膜病毒的核衣壳就是病毒体④包膜：指围绕核衣壳的双层脂质膜，由脂类、蛋白质和寡聚糖组成。

有的包膜上还长有刺突等附属物。

包膜的有无及其性质与该病毒的宿主专一性和侵入等功能有关。

2）壳体结构：①螺旋对称壳体（如烟草花叶病毒TMV、狂犬病毒）；②二十面体对称壳体（如腺病毒、脊髓灰质炎病毒）；③复合对称壳体（如痘病毒、大肠杆菌T偶数噬菌体）5、化学组成：主要是核酸和蛋白质，包膜蛋白和某些裸露蛋白还有类脂和糖类等1）核酸：病毒核酸有四种存在类型：双链DNA（dsDNA）、单链DNA（ssDNA）、双链RNA（dsRNA）、单链RNA（ssRNA）；除dsRNA外其他均有环形和线性之分，单链还有正链和负链的极性之分2）蛋白质：包括结构蛋白（衣壳蛋白、包膜蛋白）和非结构蛋白（病毒基因组编码，在复制表达调控中有一定功能，但不结合与病毒颗粒中的蛋白质）✦毒粒酶：参与病毒感染复制的酶，分为①参与病毒侵入、释放等过程（如T4的溶菌酶）；②参与病毒大分子合成（如逆转录病毒的逆转录酶）3）脂类：主要存在于包膜，以磷脂和胆固醇为主4）糖类：核糖/脱氧核糖、糖蛋白、糖脂等二、典型病毒:病毒主要分为三类：噬菌体、动物病毒、植物病毒●噬菌体：是原核微生物的病毒，包括噬细菌体、噬放线菌体、噬蓝细菌体。

病毒基因组结构与进化病毒是一种非细胞生物，其一般由蛋白质外壳和内含遗传物质的核酸组成。

病毒和细菌、真菌等其他微生物不同，它没有细胞质、细胞核和其他细胞器，它的生命活动完全依赖于寄主细胞。

病毒通过寄主细胞，感染、复制等过程，对宿主机组织产生不同程度的破坏和病理反应。

本文将介绍病毒的基因组结构和进化。

病毒的基因组结构病毒的基因组结构主要由以下四个方面组成：1. 核酸类型病毒的基因组主要有两种类型：DNA和RNA。

DNA病毒基因组含有双链或单链，按照方向不同可分为正链和反链。

正链DNA病毒在染色体中扮演着类似于细胞基因的角色；而反链DNA病毒则需要先通过反转录酶从反链DNA合成正链RNA，才能产生病毒蛋白质。

RNA病毒基因组可分为正链、反链、单链、双链四种，其中正链RNA病毒在寄主细胞中起到了类似于RNA聚合酶的角色，其基因组需要在寄主细胞中进行自我复制和转录；反链RNA病毒和单链RNA病毒典型例子是流感病毒和寨卡病毒，它们需要先通过RNA聚合酶合成正链RNA才能转录和复制；而双链RNA病毒则需要通过自身的RNA聚合酶进行转录、复制和翻译。

2. 基因组大小病毒基因组大小范围很广，从4000个碱基对到250,000个碱基对不等。

例如艾滋病毒有约10,000个碱基对。

3. 基因组结构病毒基因组结构分为线性、环形和分段式三种。

线性基因组例子为乙肝病毒和单纯疱疹病毒，而环形基因组例子有乙型脑炎病毒和慢病毒。

4. 基因组复制模式病毒基因组复制模式分为两种：单模式和复模式。

单模式就是病毒只有一种模式进行复制。

例如：反转录病毒就是一种典型的单模式病毒。

复模式是指病毒需要由不同的基因组进行复制。

例如：埃博拉病毒在感染细胞时不仅需要整个病毒复制、转录，还需要复制RNA互补链。

病毒的进化病毒的进化机制独特复杂。

病毒的进化大致可以分为四个方面：基因突变、基因重组、基因重读和基因表达。

1. 基因突变基因突变是病毒最主要的进化方式之一。