從古至今的病毒演化:正鏈RNA病毒的源起和未來趨勢如何?

正鏈RNA病毒(+ssRNA病毒)是一組有關聯的病毒,它們的基因組由正義單鏈RNA組成。這種正義基因組可以直接作為信使RNA(mRNA),並由宿主細胞的核糖體轉譯成病毒蛋白。此類病毒的特點是它們編碼一種RNA依賴的RNA聚合酶(RdRp),這一酶在基因組複製過程中用來合成負鏈抗原組,隨後用作生成新的正鏈病毒基因組的模板。

正鏈RNA病毒在進化歷程中展現了其適應性與多樣性,分為三個門:Kitrinoviricota、Lenarviricota和Pisuviricota,這些病毒均屬於Orthonaivrae王國和Riboviria領域。

根據巴爾的摩分類系統,+ssRNA病毒屬於第四組。這類病毒包括病原體,例如丙型肝炎病毒、西尼羅病毒、登革熱病毒,以及MERS、SARS及SARS-CoV-2冠狀病毒等。此外,像冠狀病毒和引起普通感冒的鼻病毒這類臨床影響較輕的病原體也屬於此類。

基因組

正鏈RNA病毒的基因組通常基因數量相對較少,一般在三到十之間。其中包含一個RNA依賴的RNA聚合酶。冠狀病毒擁有已知最大的RNA基因組,長度介於27至32千碱基之間,並可能擁有一種在非結構性蛋白nsp14中表現的複製校對機制。

複製

正鏈RNA病毒的遺傳物質既可以作為基因組也可以作為信使RNA,能夠直接被宿主細胞中的核糖體翻譯。感染後,最早表達的蛋白質負責基因組複製功能,這些蛋白質將正鏈病毒基因組招募到與細胞膜相關的病毒複製複合體中。

這些複合體包含來自病毒和宿主細胞的蛋白,並可能與多種細胞器的膜相關,包括粗糙內質網、線粒體、液泡、高基氏體和自噬膜。

正鏈RNA基因組的複製通過雙鏈RNA中間體進行,這種複製方式的存在可能是為了避免細胞對於雙鏈RNA的反應。在許多情況下,複製過程中還會產生亞基因組RNA。感染後,宿主的翻譯機制可能會被完全引導至產生病毒蛋白,因為病毒基因組內部有著高親和力的核糖體進入位點(IRES)元素。

重組與進化

許多正鏈RNA病毒能在同一宿主細胞內部進行基因重組,這種重組能力在引起人類疾病的病原體中是常見的。RNA重組似乎是確定Picornaviridae(例如脊髓灰白質灰病毒)基因組架構和演化的一個主要驅動力。在Retroviridae(例如HIV)中,倒轉錄過程中透過鏈的切換來避免基因組損傷。冠狀病毒科(例如SARS)中也會發生重組。

RNA病毒中的重組似乎是應對基因組損傷的適應性機制,並在相同物種但不同系譜的+ssRNA病毒之間偶爾發生。

這些重組病毒有可能引發人類感染的疫情,例如SARS與MERS等。在植物中,正鏈RNA病毒常見於各種類型,像是tombusvirus和carmovirus中,RNA重組在複製過程中會頻繁發生。

未來趨勢

隨著科技的進步,研究人員正深入探討正鏈RNA病毒的演化路徑及其對宿主的影響。這些病毒的快速變異和重組能力使它們成為重要的公共衛生挑戰。未來的研究需繼續關注這些病毒如何在不同的生態環境中傳播和演變,以便發展更有效的防疫措施。

當我們思考正鏈RNA病毒的演化過程及其對人類健康的影響時,不禁要問:我們在未來如何更好地防範這些不斷變化的病毒威脅?

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