《病毒生物学》第二版评介

——( the Biology of Viruses)

作 者: Bruce A. Voyles , patrica Armatrong Johnson professor of Niological

Chemistry,professor of Biology Grinnelll College Grinnell,Iowa

出 版:McGraw-Hill高等教育出版社

索书号: Q939.4/V975(2)/2002

藏书点:武大外教中心

病毒是怎么构成的?怎样进入宿主细胞?怎么表达和复制其基因组?他们怎么产生新的病毒粒子?宿主细胞对病毒感染有什么反应?病毒是怎么进化来的?新的病毒作为病原体是怎样产生的?作者是以所有病毒所共有的复制周期为中心,采用提问的方式来围绕这些问题一一展开论述的。分别以细菌,动物,植物病毒为例,说明病毒是怎样利用独有的生活周期来适应新环境的。

什么是病毒?病毒即是生化特性比原核、真核生物要简单得多的实体,没有自己独立的代谢能力,需依靠宿主细胞提供复制和表达所需的代谢系统和组分来产生新的病毒粒子。他们不是采用细胞分裂,而是通过装配的方式完成增殖过程。作者分别从病毒的分布范围、物理特性、繁殖方式、在病毒与细胞互作时起决定作用细胞结构特点、遗传特征等方面解释了这一概念。并介绍了研究细胞病毒互作的基本技术。

介绍了病毒的一般特性之后,本书接下来的部分讨论了病毒的生活周期:吸附、侵入、去包被、合成复制所需蛋白质和核酸、成熟和释放。病毒在识别宿主、吸附、将基因组注入宿主时采用什么策略呢?噬菌体和动物病毒在识别和吸附宿主细胞时通过病毒表面的蛋白质、糖蛋白与细胞表面的蛋白质、糖蛋白、糖脂或磷脂等通过静电相互作用。而病毒和细胞的表面结构则决定了入侵的机制。噬菌体通过自身表面的管道或宿主表面的鞭毛或纤毛将他们的基因组注入细胞内。动物病毒则依靠宿主细胞的内吞作用或病毒与细胞的膜融合将基因组注入细胞质。吸附和侵入可由单个病毒蛋白与细胞表面受体相结合来完成,也可由病毒蛋白与细胞表面受体和侵入辅助受体完成。由于植物细胞的特点,植物病毒需依靠载体或从植物损伤部位进入宿主。病毒复制基因组时完成去包被的过程,并通过细胞核转运信号核系统将基因组转入核中。

病毒将基因组注入细胞之后,要表达和复制自身遗传信息才能产生新的病毒粒子。由于原核和真核生物中的表达和复制的机制很大的区别,病毒粒子在他们体内的复制表达方式也是不同的。而原核生物中,由于病毒核酸类型( DNA或RNA)及其结构(环状或线性,双链或单链)的不同,其复制表达方式也有差别。作者分别以DNA病毒T系列噬菌体、 噬菌体、 X174噬菌体及RNA病毒Q 、MS2为例说明了这些类型病毒的复制表达方式。

在真核细胞中, RNA病毒和DNA病毒的复制表达策略也有不同。RNA病毒表达复制其基因组首先得解决两个共同的问题:第一,他们必须以RNA为模板合成新的RNA分子;第二,他们必须能利用仅能识别单顺反子信息的细胞机制,从多顺反子基因组(或是这些基因组的转录本)合成自己的蛋白。病毒可用两种方式解决第一个问题。绝大多数RNA病毒携带一个编码RNA依赖的RNA多聚酶的基因,使病毒可以以RNA为模板合成新的RNA分子。对于逆转录病毒,则利用“逆转录酶“产生双链DNA插入宿主细胞染色体中,表达和复制其基因组。但对第二个问题RNA病毒怎么解决呢?最通用的策略是合成多聚蛋白,然后再剪切成单个蛋白如小型RNA 病毒;第二种策略是合成多个亚基因组RNA,然后分别翻译成单个蛋白。此外,病毒还可以将基因组分成几段,即分节基因组,使每节都编码单个蛋白如正粘病毒、呼肠孤病毒等。

相对 RNA病毒,DNA病毒在真核细胞中的复制要容易得多,他们可以利用宿主机制来表达基因组:DNA转录成RNA,然后利用宿主酶修饰,去掉内含子,加上5′帽子 3′polyA,翻译成蛋白质。DNA病毒在真核生物中面临的主要问题是基因组的复制。DNA的合成必须利用带3′-OH的引物延伸,如果病毒基因组是环状的,不存在这个问题,但如果是线状的,则需要采用一定的策略来实现基因组的完全复制。病毒有多种策略来确保他们线性基因的完全复制,最简单的是将线性基因组环化,然后利用滚环机制复制,如疱疹病毒;腺病毒则用一种蛋白质代替引物从模板末端起始复制。另外一些病毒则利用其线状基因组的末端特殊序列来复制。例如,在痘病毒和细小病毒中,基因组回折,与自身配对,通过延伸3′-OH来复制。这些病毒中所有DNA合成的是“引导链”,不形成岗崎序列。嗜肝DNA病毒和花椰菜花叶病毒复制方式则比较奇特,这些病毒转录出比原来基因组长的RNA,然后以RNA为模板产生新的基因组DNA,这一过程与RNA逆转录病毒非常相似,当DNA合成之后,他们都要降解RNA模板。

病毒生活周期的最后一个环节是装配病毒粒子,然后从细胞中释放(大多数情况下)。螺旋体病毒通常围绕核酸链装配,而二十面体病毒则是先装配出空的囊膜,然后将核酸填入其中。结构复杂的噬菌体先装配出头部、尾部和基部,然后再组装成整个病毒。裸露的病毒通常裂解宿主细胞,释放出病毒粒子。囊膜病毒则采用出芽的方式,在释放出宿主的同时获得囊膜。由于囊膜病毒破坏宿主的新陈代谢,出芽时通常也引起宿主细胞裂解。

病毒利用宿主细胞的合成系统,采用多种策略来增强自身的蛋白质和核酸的合成。这些策略通常会抑制宿主细胞的翻译。如真核细胞可被以下途径抑制: 1)抑制宿主细胞mRNAs从核中转入细胞基质2)不同程度的降解宿主mRNAs 3)封锁宿主起始复合体的4)共价修饰翻译相关组分,转化成自身能利用的组分5)改变宿主内的离子强度适使其合自身酶的使用6)产生病毒因子,直接抑制宿主细胞的翻译。噬菌体则可通过降解细菌DNA或改变转录相关成份来抑制宿主细胞。面对病毒入侵,原核和真核细胞分别采用什么样的机制来防止病毒感染呢?病毒又是怎样突破这些限制的呢?

除了产生新的病毒粒子,许多病毒可将病毒基因组整合进宿主细胞(溶原噬菌体,动物逆转录病毒),或者通过潜伏感染(如疱疹病毒等),持续干扰宿主细胞。将病毒基因组整合进宿主细胞所引起的效应是复杂的。当介入病毒原癌基因,或者是在插入位点改变细胞原癌基因的表达时,逆转录病毒能引起细胞的恶性转化。通过增殖感染使肿瘤抑制蛋白 p53或pRb失活,DNA病毒也能转化宿主细胞。

此外,真核细胞中还发现了带 RNA基因组的亚病毒,他们不能独立完成生活周期,需辅助病毒才能完成其基因组的复制。亚病毒和其辅助病毒之间有什么关系呢?是否存在进化同源性?由此,作者探讨了病毒起源的问题,并就目前流行的三种病毒起源理论提出了自己的看法。

本书具有以下特点:

1, 每部分以提问的方式开头,然后再逐步深入的探讨这些问题,读者可以根据这些问题迅速抓住文章的主旨。

2, 每章的最后都有总结,并提供了一些相应的参考书,如Scientific American 中的文章、综述、该领域的经典的工作,及文中所讨论的近期的论文,使读者可以跟踪病毒学发展的最新动态。

3, 附录中提供了一章“病毒学家的工具箱“,简要叙述病毒学中广泛应用的实验技术。

4, 由于文章没有用分类的方法,因此第二篇附录“所选择病毒的特征“提供了简要地总结,描述病毒群体的特征和生命周期。

以上一些特点,使该书成为了解病毒学基础知识、及当前病毒学发展动态的一本好书。同时,它也可以作为大学病毒学教材和考试复习用书。

(武汉大学生命科学学院 2002 级研 邱红玲)