首都师范大学学报(自然科学版)JournalCapitalNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Aug。2006病毒学对分子生物学发展的贡献张海龙张飞云33首都师范大学生命科学学院,北京100037)本文通过回顾病毒学发展史上的重大事件,尝试从以下几个方面说明病毒学的新发现对分子生物学发展所做出的贡献逆转录病毒的发现使人们认识到遗传信息的流动不是单向的朊病毒的发现使人们认识到蛋白质很有可能成为核酸之外遗传信息的载体,扩展了人们对中心法则的认识各种野生型病毒被改造成为基因工程载体,广泛应用于基因工程关键词:病毒学,逆转录病毒,中心法则,朊病毒,病毒载体78回顾现代分子生物学的发展历程,我们随处可见病毒学所发挥的重要作用许多突破性进展都来自于病毒学的研究成果。例如:1935Chase利用T2噬菌体感染大肠杆菌证明了DNA是遗传物质。1967Sinheimer根据单DNA噬菌体174的研究结果提出了基因的“滚环式”复制模型DNA反向产生RNA174噬菌体为材料,建立了DNA序列测定的末端终止法这些成就不仅促进了病毒学自身的发展,也极大的丰富了分子生物学的内容。

本文试图从以下几个方面阐述病毒学领域的新发现对分子生物学发展的贡献。核酸是遗传物质的证明遗传变异有无物质基础以及何种物质可承担遗传变异功能的问题,是生物学的一个重大理论问题。围绕这一问题曾有过种种推论和争论。到本世纪,人们发现了染色体并提出了基因学说,使得遗传物质的范围缩小到染色体上。通过化学分析进一步表明染色体是由核酸和蛋白质这两种长链高分子组基酸通常又有20多种而核酸的组成却简单的多,一般仅由种不同的核苷酸组成,它们通过排列组合只能产生较少种类的核酸,因此,当时认为蛋白质是遗传的物质载体。1952的证明噬菌体的遗传物质基础的著名试验—噬菌体coli分别培养在以放射性32POSO4作为磷源或硫源的组合培养基中获得了含32P2DNA(噬菌体核心)的噬菌体或含35S2蛋白质(噬菌体外壳)的两种实验用噬菌体。接着,他们做了32P2DNA)的噬菌体侵染大肠杆菌10分钟后用组织捣碎器捣碎使空壳脱离发现上清只含有30KM200310028102)33通讯作者收稿日期:2005201224,修改稿收到日期:2006201210的放射性,而沉淀含70%的放射性并且培养沉淀细胞35S2蛋白质)的噬菌体侵染大肠杆菌,其蛋白外壳并未进入宿主细胞,进入宿主细胞的只有DNA。

这就有力地证明:在噬菌体DNA,含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。HRV)的蛋白质外壳重建后的杂合病毒去感染烟草时,烟草上出现典型的TMV从中分离的新病毒是不带有任何HRV特征的TMV病毒。反之TMV的蛋白质外壳进行重建时RNA病毒中,遗传的物质基础是RNA而不是蛋白质。通过噬菌体感染实验和植物病毒重建实验这些认识让人们把注意力从蛋白质转向核酸,为双螺旋结构的发现奠定了基础。叶病毒进行了著名的植物病毒重建试验。当用TMVRNA与霍氏车前花叶病毒holmesribgrassmosaic据此Prusiner等人认为朊病毒是一种蛋白侵染颗粒proteinaceousinfectiousparticle并命名为PrP震惊世界的疯牛病也是由朊病毒引起的。最引起当今科学家兴趣和关注的是朊病毒的复制机理。1984Hood等测出了PrP蛋白末端15个氨基酸的序列,根据这个序列合成寡核苷酸探针进行杂交检测后发现在正常的人和动物细胞基因组中有编码PrP蛋白的基因。通常情况下PrP基因的表达产物是一种没有致病性的蛋白粒子PrPc表示。羊瘙痒病的病原PrPsc与正常细胞表达的PrPc具有相同的氨基酸序列和共价修,对其二级结构的研究又证明两者之间存在着构象上的差别43%的α螺旋34%的α螺旋43%的β折叠那么朊病毒是怎样引起人和动物发病的呢研究者提出了以下几种假说。

Prusiner等认为朊病毒本身不能繁殖它是通过胁迫PrPc畸变进行自我复制的这与患病动物脑中PrPsc不断积累而PrPmRNA浓度保持不变的结果是一致的。PrPsc的复制途径大致是由一个PrPsc分子击中一个PrPc分子PrPsc的胁迫下结构发生转化,形成PrPsc二聚体;接着PrPsc分子再分别击中PrPc产生PrPsc分子。PrPsc累积到一定浓度后就会损害神经重折叠模式:该假说认为PrPsc构象比PrPc稳定,所以PrPc倾向于转化为结构更稳定的PrPcPrPsc依靠催化PrPc或一个不稳定的中间体的重排形成更稳定的PrPsc构象。感染性将依赖于PrPsc结合和催化中间分子转换的能力逆转录病毒的发现对中心法则的补充和完善人们最初认为遗传信息的流动是单向的,直到人们发现了逆转录病毒。逆转录病毒是从畜禽这类病毒的一个重要特点是毒粒中含有依赖于RNA逆转录酶的发现完善了中心法则,人们意识到遗传信息不仅能从DNARNA流向蛋白质而且能够从RNA流向DNA,反转录病毒基因组特殊的复制方式丰富了我们对基因的转录、复制及整合机制的认识。反转录病毒和反转录酶在现代分子生物学中的应用Temin等人首先发现的他们在研究鸟类路易氏瘤病毒时发现了一种依赖于RNADNA聚合酶反转录病毒在现代分子生物学中具有非常重要的地位,这是因为反转录病毒具有致瘤性,可引起白血病,淋巴瘤及恶性肿瘤,它们是用于研究癌变机制的重要模型鉴于逆转录酶的特殊性质,它已经成为分子生物学研究中重要的工具酶,反转录酶是一种RNA依赖的DNA聚合酶,可以利用反转录酶RNA为模板转录生成DNA。

反转录酶是进行RT2PCR构建cDNA文库的技术基础。RT2PCR为基因克隆提供了一种新方法,利用该方法克隆真核基因时,所得到的目的基因不含内含子目前使用的反转录酶有两种,一种是AMV(鸟类成髓细胞瘤病毒),另一种是鼠源Mo2MLV(鼠白血病病毒莫勒尼株)10量并加快其转换成PrPsc的速率遗传信息反向流动假说:也有学者认为朊病毒是通过与生物中心法则不同的信息流来增殖的人们猜想朊病毒的复制可能有两种方式第一种方式是通过逆转译过程产生编码朊病毒的RNADNA,这一过程需要逆转译酶,后一种情况还需要逆转录酶。第二种方式为蛋白质指导下的蛋白质合成,即蛋白质本身可作为遗传信息。综上所述,在理论上有可能为分子生物学的发展带来新的影响。而在实践方面有可能为弄清一系列疑难传染病的病因带来新的希望。朊病毒的发现给传统分子生物学理论带来的重大影响早期对朊病毒的认识主要是对羊瘙痒病的研Alper在研究羊瘙痒病时发现 受能够破坏DNA RNA的放射处理后仍具有传染 ,认为感染因子可能是一种蛋白质而不是核酸。1982 Prusinet等在感染瘙痒病的仓鼠脑组织中提 取一种物质 ,经检测该物质不含核酸 ,同时此物质经 过紫外光灭活和核酸酶处理后 ,仍具有感染力 果对其作蛋白酶、蛋白变性剂处理 主范围广,但不会感染脊椎动物 表达量高,表达 量往往可