逆转录病毒

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介绍

病毒是普遍存在的感染性因子，包含包裹在蛋白质外壳内的遗传物质。遗传物质要么是 DNA，要么是 RNA。逆转录病毒含有 RNA 作为遗传物质，并归类于逆转录病毒科。随着逆转录酶的发现，逆转录病毒已成为人们关注的焦点。Temin 和 Baltimore 的这一发现导致了一种新的病毒家族“逆转录病毒科”的识别，而在此之前，该家族并不为人所知。逆转录病毒具有区别于其他病毒的特征。它们已知会导致人类的感染、癌症和炎症性疾病。

什么是逆转录病毒？

所有包含线性且单链 RNA (ssRNA)，并包裹在脂质层中的病毒都被归类于一个单独的科，称为逆转录病毒科，这些病毒被称为逆转录病毒。

一些人认为逆转录病毒是一组将 RNA 基因组的 DNA 拷贝插入宿主细胞 DNA 的病毒。这可以通过一种称为逆转录酶的酶来实现。

单链 RNA 和逆转录酶的存在是逆转录病毒的独特识别标志。

例如人类免疫缺陷病毒 (HIV)、人类 T 淋巴细胞病毒 1 型 (HTLV1)、人类 T 淋巴细胞病毒 2 型 (HTLV2)、劳斯肉瘤病毒和小鼠白血病病毒。

逆转录病毒结构

• 每个逆转录病毒包含两份 ssRNA 拷贝，它们以二聚体的形式存在，并在接吻环复合体处具有互补碱基配对。

• 围绕它们的是相关的蛋白质（核衣壳蛋白、酶）。蛋白质衣壳勾勒出相关的蛋白质。

• 衣壳形状随物种而异。它是球形、锥形或圆柱形。病毒包膜位于衣壳的外部。衣壳和病毒包膜之间由基质蛋白隔开。

• 病毒包膜保护内部遗传物质。包膜具有与表面糖蛋白结合的跨膜蛋白。这些表面糖蛋白有助于宿主细胞的识别和附着。

  

逆转录病毒的生命周期

• 逆转录病毒通过将其表面糖蛋白附着到宿主细胞受体来感染健康的宿主细胞。这种结合会引发跨膜蛋白的变化，从而允许病毒颗粒与宿主细胞融合。

• 在成功进入病毒后，逆转录酶会合成病毒基因组的 DNA 拷贝。新合成的 DNA 拷贝称为前病毒，并与某些病毒蛋白相关联。

• 前病毒作为整合前复合物被转运到宿主细胞核中。在细胞核内，前病毒通过整合酶的作用整合到宿主 DNA 中。它切割宿主 DNA 并将前病毒的末端与宿主 DNA 的切割末端连接起来。

• 病毒基因与宿主 DNA 一起表达。新产生的病毒蛋白和 RNA 共同组装形成新的病毒颗粒。

• 它们已准备好对健康的宿主细胞进行下一轮感染循环。

• 感染阶段被认为是早期阶段，而病毒基因表达被认为是逆转录病毒生命周期中的后期阶段。

逆转录病毒复制

• 前病毒整合到宿主 DNA 后，病毒基因可能表达也可能不表达。

• 如果它们不表达，病毒基因会与宿主 DNA 一起复制，并且所有形成的新宿主细胞都包含病毒基因组拷贝。这是一种潜伏感染。

逆转录病毒遗传物质

逆转录病毒的单链 RNA 分子长度约为 7 至 12 kb。

大多数逆转录病毒包含四个基因，即 pol、env、gag 和 pro。每个基因产物都有其意义。

• pol 基因编码逆转录酶、整合酶和 RNaseH 等酶。

• env 基因编码表面糖蛋白和跨膜蛋白。总的来说，env 基因负责病毒受体结合并成功进入宿主。

• gag 基因编码一种称为 Gag 的多蛋白，其具有结构功能，例如将非感染性病毒颗粒组装成完整的感染性病毒颗粒。

• pro 基因编码蛋白酶，这些酶是病毒颗粒成熟所必需的。

逆转录病毒载体

• 载体是用于将靶基因传递到治疗遗传疾病和癌症的生物载体。

• 逆转录病毒经过基因工程改造以传递选定的基因。慢病毒载体和小鼠白血病病毒载体是逆转录病毒载体的一些例子。

• 含有缺陷基因的良好拷贝的逆转录病毒载体是使用生物技术工具构建的。患者的干细胞被这些逆转录病毒载体感染。逆转录病毒将其基因组整合到宿主细胞基因组中并与其一起复制。因此，随着干细胞分裂，它们包含基因的良好拷贝。

病毒和逆转录病毒的区别

病毒	逆转录病毒
遗传物质是 DNA 或 RNA。	遗传物质严格来说是 RNA。
病毒基因组在致病循环中直接插入宿主基因组。	在插入宿主基因组之前，会合成逆转录病毒基因组的 DNA 拷贝。
所有世代产生的病毒颗粒都是基因组的相同拷贝。	由于逆转录的不准确性，第二代及以后世代产生的病毒颗粒具有细微的基因组差异。
找到治疗病毒感染的方法相对容易。	由于后续世代基因组的变化，寻找有效的治疗方法很困难。

结论

逆转录病毒含有两份线性单链 RNA 片段作为遗传物质。它们具有专门的膜蛋白，有助于它们附着到合适的宿主细胞上。进入宿主细胞后，逆转录病毒利用逆转录酶合成其基因组的 DNA 拷贝。这是逆转录病毒科成员的标志性特征，并将它们与所有其他病毒区分开来。逆转录病毒已知会导致人类和动物的许多疾病。HIV 和 HTLV-1 是众所周知的致病性逆转录病毒。慢病毒载体和小鼠白血病载体等逆转录病毒载体在治疗遗传病和肿瘤疾病方面具有重要应用。

常见问题

Q1. 为什么逆转录病毒被称为逆转录病毒？

Ans. 在生物体中，信息从 DNA 流向 RNA。在逆转录病毒中，DNA 通过逆转录过程从 RNA 合成。逆转录病毒的名称就是基于这种行为命名的。Retro（拉丁语）表示向后。

Q2. 逆转录病毒是否可以在没有宿主细胞的情况下复制？

Ans. 逆转录病毒将其基因组的 DNA 拷贝整合到宿主基因组中，这是其基因表达的唯一途径。因此，逆转录病毒需要合适的宿主细胞才能复制，并且在没有宿主细胞的情况下无法繁殖。

Q3. 艾滋病如何治疗？

Ans. 艾滋病是由 HIV 引起的，HIV 是一种逆转录病毒。诊断出艾滋病的患者需要接受抗逆转录病毒治疗 (ART)。抗逆转录病毒药物主要通过抑制逆转录酶和蛋白酶来阻止病毒的复制。

Q4. 什么是致癌性逆转录病毒？

Ans. 当致癌性逆转录病毒将其前病毒整合到具有致癌潜力的宿主基因中时，就会导致癌症。一些例子包括劳斯肉瘤病毒和禽白血病病毒。

Q5. 逆转录病毒载体的缺点是什么？

Ans. 与逆转录病毒载体相关的潜在缺点是，它们会随机插入宿主基因组，这可能由于插入突变导致癌基因激活。