只有病毒 DNA 或 RNA 的情況下是否能複製完整的病毒出來?
謝謝 @趙世奇。
這個問題就是屬於反向遺傳學的研究內容,「反向」二字的內涵在於——利用由表及裡的研究手段去探討基因對錶型等生物學性狀的影響。
先正面回答這個問題:能!不過由於病毒的種類非常多,那麼有些病毒的反響遺傳學系統並沒有建立。
只要經歷過高中理科班生物學基礎教育,各位應該都知道,生物的遺傳物質為核酸(DNA或RNA),其包含了各種生物體的所有遺傳信息。那麼一個順理成章的推測——如果獲得了生物體的所有遺傳信息,那麼就能夠重新獲得這種生命體。反向遺傳學的研究就是基於這樣一個樸素的邏輯推論。
本人博士期間的研究方向為流感病毒的反向遺傳學;實驗室有老師從事痘苗病毒的相關工作。我主要從這兩個方面進行介紹:
流感病毒反向遺傳學:
A型流感病毒的基因組由8個單股負鏈RNA組成的。那麼其反向遺傳學系統就需要兩套啟動子系統:一方面能夠表達病毒的基因組負鏈RNA,另一方面能夠表達病毒的所有蛋白組分。二者經過組裝以後就能夠生成具有活力的病毒性顆粒,這個過程也稱之為流感病毒的拯救。
流感病毒的反向遺傳學發展歷程中經歷過16質粒、12質粒、8質粒甚至4質粒的方法,其中12和8質粒的方法是目前使用頻率最高的一種方法。8質粒是我們實驗室一直使用的反感,巧妙之處在於同一個質粒上存在兩套調控系統,即可表達負鏈RNA,又可表達蛋白質。這種方法的提出極大的提高了病毒拯救的效率,為流感病毒的毒力等相關研究作出了巨大的貢獻。
放幾張我最喜歡的圖:
from E. Hoffmann, G. Neumann, Y. Kawaoka, G. Hobom, R.G. Webster. A DNA Transfection System
for Generation of Influenza a Virus from Eight Plasmids. Proceedings of the National Academy of
Sciences. 2000, 97 (11): 6108-6113
這種質粒轉染方法在一些基因背景較為簡單病毒拯救上利用較為廣泛。例如流感病毒的基因組雖然是片段化的,但是單個片段的大小在700bp—2500bp之間,所以利用這種方法就較為合適。但是某些病毒的基因組很大,質粒的克隆化就非常困難,於是就有下面要介紹的通過「中介」來進行。
痘苗病毒介導的鼠肝炎冠狀病毒(MHV)的反向遺傳學:
MHV的基因組高達27-32kb,這種巨大的基因組也就使得利用質粒轉染的方式難以成功。於是基本的原理在於通過痘苗病毒載體對MHV病毒基因組上特定位點進行突變,然後表達得到病毒的基因組RNA,通過RNA轉染的方法拯救病毒。
有同學可能知道,這種方法難度挺高,因為涉及到同源重組和反覆篩選,工作量非常大,全世界從事這方面工作的實驗室也很少。
當然實驗室工作還有很多其他的方法,在此只做了簡單的介紹,若有錯誤,敬請提出。
@子小已經說的很好了,我做一點補充。
前提是有宿主細胞,不然,完整的病毒也是白瞎。
也放一張我最喜歡的圖,巴爾第摩分類系統——
[引自哥大病毒學教程]
題主說的「只有病毒 DNA 或 RNA 」,這是要分情況來看的,子小是從反向遺傳學的角度來考慮的,但是如果從病毒的角度來考慮的話,按照分類系統來看,可以有這麼幾種情況:
如果病毒的遺傳物質是DNA,比方腺病毒[雙鏈DNA病毒],現在我們實驗中經常使用的的腺病毒載體就是利用直接將腺病毒的線性DNA直接轉入細胞[293A]就可以包裝出腺病毒,用於我們後續的實驗。除了雙鏈DNA之外還有單鏈DNA病毒,但是利用DNA合成DNA的酶是細胞里有的,所以一般DNA病毒的DNA導入細胞都可以形成子代病毒[HBV是個例外,它的基因組是不完整的雙鏈DNA,自帶反轉錄酶【分類系統 I和II右邊那個】]。【分類系統 I,II】
如果病毒的遺傳物質是RNA,這種情況就比較複雜了,還要再細分幾種情況:正鏈RNA【和細胞的mRNA(信使RNA)】,負鏈RNA,雙鏈RNA和反轉錄病毒(如HIV);
HIV,這是逆轉錄病毒,但是它的遺傳物質好似mRNA,但是,這條RNA進入細胞後不能翻譯出蛋白質,而是利用病毒自身攜帶的逆轉錄酶把RNA變成(反向互補的)單鏈DNA,再變成雙鏈DNA(這一步的酶,細胞里有),到了這一步就可以說會形成完整的病毒了,但是,如果只有HIV的RNA轉入細胞的話,那是不會有病毒產生的,因為逆轉錄酶細胞里沒有。【分類系統VI】
正鏈RNA病毒,比方說登革病毒,它的RNA直接就是mRNA,可以用來翻譯蛋白,這些蛋白裡面除了組裝病毒之外,還有可以利用病毒的RNA合成RNA的酶,所以,如果登革病毒的RNA轉入細胞的話,是會有病毒產生的。【分類系統IV】(P.S.所以,對正鏈RNA病毒的反向遺傳學比較方便,直接把核酸序列導入質粒中[T7啟動子]用體外轉錄了一大堆RNA,導入細胞就可以拿到病毒)
再比如負鏈RNA病毒,@子小說的流感病毒就是其中一種,這種病毒需要利用負鏈RNA生成正鏈RNA來翻譯蛋白再用來組裝病毒,而利用RNA生成RNA的酶,細胞里也沒有。所以,如果只有負鏈RNA轉入細胞的話,也是不能生成子代病毒的【分類系統V】
雙鏈RNA更複雜了,但是如果只把雙鏈RNA導入細胞是沒有子代病毒產生的。【分類系統 III】首先題主應該是默認了有宿主細胞存在的前提吧,不然問題就無意義了。單獨的核酸肯定沒有任何複製功能。
其次情況也很複雜,不能一概而論。先說DNA病毒。
有些觀點認為DNA無法單獨進入細胞,這是不嚴謹的。實際上只要條件合適,DNA完全可以在宿主細胞自身的胞吞作用下進入細胞內部,即所謂的轉化過程。可能對於真核細胞來說這個過程比較難,但對於原核細胞,這個條件並不苛刻。分子生物學研究常用的用於攜帶外源基因的各類質粒載體即為沒有蛋白的單獨DNA序列,最簡單的轉化手法是以氯化鈣溶液處理大腸桿菌(感受態細胞製備)。需要注意的是,氯化鈣只是提升轉化效率而並非轉化成功的必要條件,即使不經處理仍有幾率轉化,當然這個幾率過低,於實驗無意義。
對於原核細胞,DNA進入後便可直接表達不存在問題,對於真核細胞來說,還有細胞核這一關,DNA是可以進入單獨細胞核的。否則真核細胞轉染也不會成為常規研究手段了,但具體作用方式並不明確。進入細胞核之後的DNA本身雖無法複製,但已可以表達出病毒蛋白,並藉此實現自我複製。
對於RNA病毒情況則更加複雜,逆轉錄病毒肯定悲劇了,因為少了複製必須的逆轉錄酶;其它的RNA病毒理論上跟DNA病毒其實差不多,但缺少蛋白衣殼保護的RNA穩定性差於DNA,因而成功率更低。雙鏈RNA的成功率會高於單鏈RNA,因其較為穩定。
其實天然環境中也存在單獨的核酸分子,主要是少數天然質粒及類病毒,有關此二者的概念資料很多,不再贅述。
要分情況
1.在進入細胞前就只有DNA了。
很可惜這個時候病毒是進不去的,DNA畢竟屬於大分子,要通過細胞膜必須有載體,細胞膜識別後胞吞它,它才能進去(病毒外殼正是起到了這個作用,有病毒的外殼由此方法進入)。DNA上沒有載體蛋白質,無法進入,病毒卒。
2.病毒進入細胞內只剩下DNA
等著被水解吧,缺少載體沒法進入細胞核導致無法被識別/被認為是威脅,直接送入溶酶體(有些病毒外殼可以讓溶酶體溶解自己,進而解救病毒)
3.病毒進入細胞核
這個時候病毒實際上是沒有外殼的,沒關係,只要有DNA並且成功插入細胞核DNA序列,正確表達了就可以製造病毒咯。
依據:
高中生物
紀錄片《細胞戰爭》
不嚴謹 僅供參考
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我去不是說病毒能不能進入細胞嗎
只有病毒 DNA 或 RNA 的情況下是否能複製完整的病毒出來?
是可以的。
要用到基因拼接技術,或者更通俗的說法 基因工程。
主要是用工具酶將包含病毒DNA片段導入到宿主基因組中。培養宿主,由於宿主基因組中含有病毒DNA片段且可以表達,這樣宿主在複製自身的同時也將製造病毒。
著名的青黴素就是這樣的方法大量生產的。
病毒自己不就是這麼乾的么……
@子小絮絮叨叨說半天都沒抓住重點
答案是可以的
只要人工把病毒的基因轉入細胞
再讓它們合理表達
細胞就能包裝出活的病毒
但在通常的實驗室中這病毒往往不具有擴繁能力了
僅能感染一次
原因是要安全
所以把幾個關鍵的控制擴繁的基因拿掉了
現在實驗室對病毒的操作基本可以說是得心應手
完全可以,甚至可以在不知道DNA和RNA序列的情況下製造出病毒。
子小說的反向遺傳學是沒有問題的,而且現在我們不但可以利用已知的DNA或RNA複製出病毒,也可以直接人造生命。
先說反向遺傳學,只要你有遺傳物質,你就可以製造出蛋白,就可以合成生命;
而另一方面,說到人造生命,建議參考一下辛西婭,這個完全是由電腦設計的基因組,裡面據說還有很多名人的名字和email地址,其中一個是喬布斯的email。
其實, 這個問題很簡單。 只要有病毒DNA 或 RNA,也就是說只要有完整的病毒遺傳密碼,人就能複製出具有侵染力的病毒或病毒粒子。
大部分病毒是有蛋白質的,只有少數病毒沒有蛋白質,應該還需要蛋白質!
可以。但是這只是有了程序,還需要蛋白質這樣的機器去執行···
光有一大堆 複製模板,沒有氨基酸等物質 怎麼行?
不能
只有圖紙,原料都沒有怎麼蓋房子= =
有活細胞就行。病毒本身就是只有DNA或RNA+蛋白質
甚至只有蛋白質(?????????)推薦閱讀: