主要内容
动物和人类病毒
感染人类和其他动物的病毒。巴尔的摩分类。HIV的生命周期。
要点:
- 有许多不同类型的病毒可以感染人类和其他动物。有些可以造成严重疾病,而有些不会。
- 病毒可以根据巴尔的摩系统分类,所有七大类中都包含可感染人类的病毒。
- 导致获得性免疫缺陷综合征(AIDS)的人类免疫缺陷病毒(HIV)是一种逆转录病毒。
介绍
你有没有得过流感或水痘?如果有,那你就曾近距离地遇到过病毒!不管你是梦想有一天找到治疗艾滋病的治疗,或者只是希望避免今年的流感,你可能熟悉病毒感染可以造成(并可以被疫苗和治疗所最小化)的痛苦。
人类病毒有许多类型,并具有多种多样的影响。有些会在退去前让我们生病一两天,而有些则会让人患病终生。有些只会引起轻微的烦恼,而另一些,如埃博拉,可以导致危及生命的并发症。
由于这些病毒对我们的健康和生活质量产生影响,许多人类病毒(和相关的动物病毒)已被细致研究。让我们了解一下其中的一些病毒。
动物病毒看起来是什么样子?
像其他病毒一样,动物病毒是蛋白质和核酸的微小包裹。它们拥有蛋白质外壳,即衣壳,以及塞在衣壳中由DNA或RNA组成的遗传材料。它们也可能具有包膜(/被膜/囊膜),即一层脂肪膜。
动物病毒衣壳有多种形状。最疯狂的一个(至少对我来说)是埃博拉病毒,它有一个长长的、线状的、可绕回到自己身上的结构。下面也展示了一个“看起来更标准”的病毒,基孔肯雅病毒,作为对比。基孔肯雅病毒看起来像一个球,但它实际上是一个 面体。
动物病毒基因组包括单链或双链的RNA或DNA。动物病毒可能使用一系列的(包括一些令人惊讶和奇怪的)策略来复制和使用它们的遗传材料。我们将在下文看到这些策略。
动物病毒如何感染细胞?
动物病毒,像其他病毒一样,依靠宿主细胞才能完成生命周期。为了繁殖,病毒必须感染并重新编码宿主细胞,使其产生更多的病毒粒子。
感染的第一个关键步骤是识别:动物病毒含有特殊的表面分子使其与宿主细胞表面结合。一旦附加到宿主细胞上,病毒可以以多种方式进入:通过胞吞,即膜向内折叠;通过在宿主细胞膜上制造通道(通过其注射DNA或RNA);或者,被膜病毒通过与膜融合并在细胞内释放衣壳。
在病毒利用宿主的资源产生新的病毒蛋白和遗传材料后,病毒颗粒形成并准备离开细胞。被膜动物病毒可能从细胞膜上出芽,在这个过程中,病毒会带走一片细胞膜或内部膜。相反地,无被膜病毒颗粒,如鼻病毒,通常会在被感染细胞中积累直到细胞破裂并/或死亡,再释放颗粒。
感染的后果
病毒与各种人类疾病相关。
下面的图表显示一些影响人类不同系统的病毒感染的常见例子:
一些病毒感染遵循急性疾病的传统模式:症状在短期内恶化,但在大多数情况下,免疫系统从身体中清除了病毒,使病人康复。例子包括普通感冒和流感。
其他病毒,如丙型肝炎病毒,造成长期慢性感染。还有其他病毒,例如人类疱疹病毒6和7,其可能在某些情况下导致轻微的儿童急疹,也可能进行产毒性感染(其中产生新的病毒颗粒),而不会在宿主中引起任何症状。在这种情况下,患者被称为有无症状感染。
动物病毒分类
动物病毒有许多类型。它们以不同的方式进入、征用和退出细胞。我们如何以统一和有意义的方式组织这些混乱的病毒?
巴尔的摩系统根据病毒的遗传材料类型和其如何生产信使RNA(mRNA)——生产病毒蛋白和合成新病毒的重要中间体——将病毒分类。一个病毒的巴尔的摩类型取决于:
- 它用作遗传材料的分子(DNA或RNA)
- 遗传材料是单链还是双链
- 病毒用于制造mRNA的步骤
巴尔的摩系统将病毒分为七组。你可以在下图中看到每组的基本特征,包括它们的遗传材料和mRNA制造途径:
人类病毒在所有七个巴尔的摩类别中都有发现,而植物和细菌蛋白只在一些类别中被发现 。如果我们想要开发一种针对病毒的药物,那么我们去了解其生命周期的细节——包括其巴尔的摩类别和其他方面——是很重要的,以便有效地阻止这一周期。
逆转录病毒HIV-1
逆转录病毒,属于巴尔的摩VI类,具有独特又令人着迷的生命周期。它们尤其重要,因为导致获得性免疫缺陷综合征(AIDS)的人类免疫缺陷病毒(HIV)是一个逆转录病毒。
逆转录病毒的基因为单链RNA,每个病毒颗粒有两份拷贝。RNA必须由逆转录酶转化成双链DNA,与通常细胞内的信息流向DNA至RNA至蛋白相反。
双链DNA进入宿主细胞核,并被整合酶插入宿主基因组中。然后,mRNA可以通过转录病毒DNA被制造。病毒DNA变为宿主细胞基因组的永久部分,被称为原病毒。mRNA可以被读取去制造病毒蛋白,也可以作为在细胞内合成并出芽离开的新病毒颗粒的基因组。
下图展示了HIV-1病毒生命周期的主要阶段。HIV-1病毒是对大多数艾滋病毒感染病例负责的菌株 。
抗HIV药物在艾滋病毒周期的许多不同阶段抑制病毒复制。这些药物包括:
- 融合抑制剂,阻止HIV病毒包膜与宿主细胞膜的融合
- 逆转录抑制剂,减弱RNA基因组到双链DNA的转化
- 整合酶抑制剂,妨碍病毒DNA整合到宿主基因组中
- 水解酶抑制剂,阻止病毒蛋白的加工
含有多种药物的“鸡尾酒”通常可以最有效地减缓感染的发展,并保持低病毒水平。你可以在病毒进化文章中了解其原因。
了解更多关于HIV和AIDS的症状、治疗、和预防,请看HIV和AIDS中“健康&医药”部分。
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