逆轉錄病毒

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介紹

病毒是普遍存在的感染性因子，包含包裹在蛋白質外殼內的遺傳物質。遺傳物質要麼是 DNA，要麼是 RNA。逆轉錄病毒含有 RNA 作為遺傳物質，並歸類於逆轉錄病毒科。隨著逆轉錄酶的發現，逆轉錄病毒已成為人們關注的焦點。Temin 和 Baltimore 的這一發現導致了一種新的病毒家族“逆轉錄病毒科”的識別，而在此之前，該家族並不為人所知。逆轉錄病毒具有區別於其他病毒的特徵。它們已知會導致人類的感染、癌症和炎症性疾病。

什麼是逆轉錄病毒？

所有包含線性且單鏈 RNA (ssRNA)，幷包裹在脂質層中的病毒都被歸類於一個單獨的科，稱為逆轉錄病毒科，這些病毒被稱為逆轉錄病毒。

一些人認為逆轉錄病毒是一組將 RNA 基因組的 DNA 複製插入宿主細胞 DNA 的病毒。這可以透過一種稱為逆轉錄酶的酶來實現。

單鏈 RNA 和逆轉錄酶的存在是逆轉錄病毒的獨特識別標誌。

例如人類免疫缺陷病毒 (HIV)、人類 T 淋巴細胞病毒 1 型 (HTLV1)、人類 T 淋巴細胞病毒 2 型 (HTLV2)、勞斯肉瘤病毒和小鼠白血病病毒。

逆轉錄病毒結構

• 每個逆轉錄病毒包含兩份 ssRNA 複製，它們以二聚體的形式存在，並在接吻環複合體處具有互補鹼基配對。

• 圍繞它們的是相關的蛋白質（核衣殼蛋白、酶）。蛋白質衣殼勾勒出相關的蛋白質。

• 衣殼形狀隨物種而異。它是球形、錐形或圓柱形。病毒包膜位於衣殼的外部。衣殼和病毒包膜之間由基質蛋白隔開。

• 病毒包膜保護內部遺傳物質。包膜具有與表面糖蛋白結合的跨膜蛋白。這些表面糖蛋白有助於宿主細胞的識別和附著。

  

逆轉錄病毒的生命週期

• 逆轉錄病毒透過將其表面糖蛋白附著到宿主細胞受體來感染健康的宿主細胞。這種結合會引發跨膜蛋白的變化，從而允許病毒顆粒與宿主細胞融合。

• 在成功進入病毒後，逆轉錄酶會合成病毒基因組的 DNA 複製。新合成的 DNA 複製稱為前病毒，並與某些病毒蛋白相關聯。

• 前病毒作為整合前複合物被轉運到宿主細胞核中。在細胞核內，前病毒透過整合酶的作用整合到宿主 DNA 中。它切割宿主 DNA 並將前病毒的末端與宿主 DNA 的切割末端連線起來。

• 病毒基因與宿主 DNA 一起表達。新產生的病毒蛋白和 RNA 共同組裝形成新的病毒顆粒。

• 它們已準備好對健康的宿主細胞進行下一輪感染迴圈。

• 感染階段被認為是早期階段，而病毒基因表達被認為是逆轉錄病毒生命週期中的後期階段。

逆轉錄病毒複製

• 前病毒整合到宿主 DNA 後，病毒基因可能表達也可能不表達。

• 如果它們不表達，病毒基因會與宿主 DNA 一起復制，並且所有形成的新宿主細胞都包含病毒基因組複製。這是一種潛伏感染。

逆轉錄病毒遺傳物質

逆轉錄病毒的單鏈 RNA 分子長度約為 7 至 12 kb。

大多數逆轉錄病毒包含四個基因，即 pol、env、gag 和 pro。每個基因產物都有其意義。

• pol 基因編碼逆轉錄酶、整合酶和 RNaseH 等酶。

• env 基因編碼表面糖蛋白和跨膜蛋白。總的來說，env 基因負責病毒受體結合併成功進入宿主。

• gag 基因編碼一種稱為 Gag 的多蛋白，其具有結構功能，例如將非感染性病毒顆粒組裝成完整的感染性病毒顆粒。

• pro 基因編碼蛋白酶，這些酶是病毒顆粒成熟所必需的。

逆轉錄病毒載體

• 載體是用於將靶基因傳遞到治療遺傳疾病和癌症的生物載體。

• 逆轉錄病毒經過基因工程改造以傳遞選定的基因。慢病毒載體和小鼠白血病病毒載體是逆轉錄病毒載體的一些例子。

• 含有缺陷基因的良好複製的逆轉錄病毒載體是使用生物技術工具構建的。患者的幹細胞被這些逆轉錄病毒載體感染。逆轉錄病毒將其基因組整合到宿主細胞基因組中並與其一起復制。因此，隨著幹細胞分裂，它們包含基因的良好複製。

病毒和逆轉錄病毒的區別

病毒	逆轉錄病毒
遺傳物質是 DNA 或 RNA。	遺傳物質嚴格來說是 RNA。
病毒基因組在致病迴圈中直接插入宿主基因組。	在插入宿主基因組之前，會合成逆轉錄病毒基因組的 DNA 複製。
所有世代產生的病毒顆粒都是基因組的相同複製。	由於逆轉錄的不準確性，第二代及以後世代產生的病毒顆粒具有細微的基因組差異。
找到治療病毒感染的方法相對容易。	由於後續世代基因組的變化，尋找有效的治療方法很困難。

結論

逆轉錄病毒含有兩份線性單鏈 RNA 片段作為遺傳物質。它們具有專門的膜蛋白，有助於它們附著到合適的宿主細胞上。進入宿主細胞後，逆轉錄病毒利用逆轉錄酶合成其基因組的 DNA 複製。這是逆轉錄病毒科成員的標誌性特徵，並將它們與所有其他病毒區分開來。逆轉錄病毒已知會導致人類和動物的許多疾病。HIV 和 HTLV-1 是眾所周知的致病性逆轉錄病毒。慢病毒載體和小鼠白血病載體等逆轉錄病毒載體在治療遺傳病和腫瘤疾病方面具有重要應用。

常見問題

Q1. 為什麼逆轉錄病毒被稱為逆轉錄病毒？

Ans. 在生物體中，資訊從 DNA 流向 RNA。在逆轉錄病毒中，DNA 透過逆轉錄過程從 RNA 合成。逆轉錄病毒的名稱就是基於這種行為命名的。Retro（拉丁語）表示向後。

Q2. 逆轉錄病毒是否可以在沒有宿主細胞的情況下複製？

Ans. 逆轉錄病毒將其基因組的 DNA 複製整合到宿主基因組中，這是其基因表達的唯一途徑。因此，逆轉錄病毒需要合適的宿主細胞才能複製，並且在沒有宿主細胞的情況下無法繁殖。

Q3. 艾滋病如何治療？

Ans. 艾滋病是由 HIV 引起的，HIV 是一種逆轉錄病毒。診斷出艾滋病的患者需要接受抗逆轉錄病毒治療 (ART)。抗逆轉錄病毒藥物主要透過抑制逆轉錄酶和蛋白酶來阻止病毒的複製。

Q4. 什麼是致癌性逆轉錄病毒？

Ans. 當致癌性逆轉錄病毒將其前病毒整合到具有致癌潛力的宿主基因中時，就會導致癌症。一些例子包括勞斯肉瘤病毒和禽白血病病毒。

Q5. 逆轉錄病毒載體的缺點是什麼？

Ans. 與逆轉錄病毒載體相關的潛在缺點是，它們會隨機插入宿主基因組，這可能由於插入突變導致癌基因啟用。