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狂犬病毒的分子流行病学（1）

已有 4282 次阅读 2020-8-12 08:51 |个人分类:狂犬病防治|系统分类:科普集锦| 分子流行病学, 狂犬病毒, 丽沙病毒, 准种

狂犬病毒的分子流行病学（1）

——大型学术专著《狂犬病（Rabies）》最新版选译

第5章 分子流行病学（Molecular epidemiology）

作者：Susan A. Nadin-Davis

加拿大渥太华：加拿大食品检验署，渥太华Fallowfield实验室。

（Canadian Food Inspection Agency, Ottawa Laboratory- Fallowfield, Ottawa, ON, Canada）

5.1　导论

分子流行病学这门学科现在是传染病研究中一个基础雄厚的中心主题。在该学科中，使用选定的标记来区分病原体的不同种群，在此基础上研究疾病的传播模式。这种方法产生的知识有助于理解病毒产生和传播的机制，并有助于更好地控制疾病。在过去几十年里，许多技术创新，特别是在开发用于病毒基因鉴定的新工具方面，有越来越复杂和敏感的病毒检测和分型方法得到发展和应用。

本章将总结运用这些方法对狂犬病毒和构成丽沙病毒属的狂犬病相关病毒所获得的知识。

5.2　丽沙病毒关键的生物学特征

丽沙病毒（lyssavirus）的一些生物学特性使其特别适于进行分子流行病学调查。与单股负链病毒目（Mononegavirales）的所有成员一样,狂犬病毒复制时使用容易出错的RNA聚合酶，结果在这些病毒基因组复制中产生的失真可确保此类病毒的任何种群不是作为一个独立且一致的实体而存在,而是作为多种遗传变种的集合，它们的序列趋近于某个公认的通用序列,这种现象常常被称为准种（quasispecies），尽管使用更一般的术语例如“种群序列异质性”可能是对此类病毒种群遗传结构更准确的描述。丽沙病毒高水平的可突变性在原则上可以让它们克服在各个宿主甚至在不同物种的宿主之间传播的障碍,在实践中其遗传多样性受到纯化选择（purifying selection）的限制,纯化选择能消除暂时性有害突变并对病毒突变体的固定设置了大量有效的限制。因此，由于获得了许多中性突变，观察到的特定病毒品系或变种的多样性往往有限，且在随时间变化方面显得更加缓慢。有时，一个病毒种群会遇到严苛的瓶颈，成功出现的亚种群会建立一个创始者谱系（founder lineage）。如果该创始者谱系的通用序列与前辈不同，即使只有少量突变，这些差异也可以作为分子流行病学调查的基础。

每一种丽沙病毒总是与特定的哺乳动物储存宿主相关联并由该宿主维持。据推测，这种关联取决于该病毒到达中枢神经系统和在宿主对该病毒产生免疫反应之前增殖的速度，也取决于该病毒在同种宿主个体之间传播的相对效率。因此，一个特定病毒种群的地理传播是由动物物种本身的总体分布范围和宿主动物的生物学的各个方面决定的，后者决定了宿主不同亚种群之间相互作用的程度。这种病毒-宿主关系的维持被认为涉及到双方显著的协同适应（coadaptation），但尽管进行了详细的研究，导致这种关联的生物学或分子机制尚未完全了解。这种病毒-宿主关系的长期维持将使该病毒种群与其他病毒种群分离，并通过遗传漂变产生具有明显不同标记的病毒亚种群。

当通常保存在储存宿主体内的狂犬病毒变种成功地感染了另一种宿主，但未能成功地适应新的宿主时，就发生溢出事件(“spill-over event”，跨物种传播)。在大多数情况下，病毒不会在第二种宿主动物中持续传播，从而导致病毒的“终端（dead-end）”感染。然而，这种事件很少会引发新的病毒-宿主关系，使病毒在新宿主内持续繁殖和发生种内传播。这种宿主转移通常与不同病毒种群的出现有关，从而产生新的变种。因此，在本章中，病毒变种被定义为维持在一个特定的储存宿主内的一种病毒种群，该病毒种群在遗传上明显区别于同地区或不同地区的其他病毒种群。

所有被研究过的丽沙病毒基因组具有极其相似的组织结构，大部分基因组由5个基因组成，N、 P、 M、G和L，按从3’端 - 5’端的顺序线性排列。因此，丽沙病毒的突变几乎都是通过单碱基置换,这是保持被编码蛋白的阅读框所必需的，或通过非编码区的小的插入/缺失而发生。在蛋白质编码区，大多数突变是第三位碱基的同义变化，虽然第一和第二位碱基的变化也能观察到;不太常见的第二位碱基变化总是不同义的。通过一致性测序来观察突变，不仅需要碱基变化被整合到新合成的病毒基因组中，而且需要这种变化在病毒种群中占据主导地位，即使只是在单个宿主中。虽然最初的突变事件是偶然地沿着基因组以由病毒RNA聚合酶的错误率决定的恒定速率不断发生,但只有那些使病毒具有适应优势或中性变化的突变才有保留的机会，能在种群中固定并保持足够长的时间从而能被观察到。基因组的不同区域可以耐受的突变程度不同，这取决于所编码蛋白质的功能是取决于特定的氨基酸残基还是更一般的生化特征。因此，在丽沙病毒之间观察到的核苷酸相似性水平沿基因组长度有显著差异。功能约束导致N和L基因内保守性最高，P和G基因较易变，而M基因表现出中等程度的变异性。甚至在每个基因中，有证据表明不同的区域表现出不同的保守水平;例如,最易变异的P基因被认为是拥有一个高度模块化结构，是由于包含多个功能不同的区域,而糖蛋白的跨膜区域和胞质区域的不够恒定正是反映了G基因在这一区域的高度可变性(参见第二章)。