病毒研究概述探索微觀世界中的神秘實體了解病毒與人類健康的關(guān)系課程目標與內(nèi)容理解病毒基本特性掌握病毒結(jié)構(gòu)與分類分析病毒復(fù)制機制研究病毒與宿主互作學習檢測與防控技術(shù)病毒的定義與特征非細胞生命形式缺乏獨立代謝系統(tǒng)必須在宿主細胞內(nèi)復(fù)制核酸基因組僅含DNA或RNA基因組結(jié)構(gòu)多樣蛋白質(zhì)外殼保護遺傳物質(zhì)決定宿主特異性病毒的基本結(jié)構(gòu)核酸核心DNA或RNA基因組衣殼由蛋白亞基構(gòu)成的外殼包膜某些病毒具有脂質(zhì)雙層表面蛋白識別宿主受體的關(guān)鍵病毒的分類方法1基因組類型DNA、RNA、單鏈、雙鏈2形態(tài)特征大小、對稱性、有無包膜3宿主范圍感染的生物類型4抗原特性血清學分類巴爾的摩分類法I類：雙鏈DNA病毒如皰疹病毒、痘病毒II類：單鏈DNA病毒如微小病毒III類：雙鏈RNA病毒如輪狀病毒IV類：正鏈RNA病毒如冠狀病毒、流感病毒VII類：反轉(zhuǎn)錄病毒如HIV國際病毒分類委員會（ICTV）分類系統(tǒng)1目病毒綱中的主要分支2科基于進化關(guān)系的病毒群3屬相似病毒的集合4種病毒分類的基本單位病毒的生命周期概述吸附識別宿主細胞受體穿透進入宿主細胞脫殼釋放病毒核酸合成復(fù)制核酸和合成蛋白組裝形成新病毒粒子釋放新病毒離開宿主細胞病毒吸附與進入宿主細胞受體識別病毒表面蛋白與宿主細胞受體特異性結(jié)合決定宿主范圍與組織嗜性進入機制胞吞作用膜融合直接穿透輔助因子某些病毒需要協(xié)同受體或輔助蛋白如HIV需CD4和CCR5病毒脫殼過程初始構(gòu)象變化病毒進入后衣殼蛋白構(gòu)象改變酶促降解宿主和病毒蛋白酶作用衣殼解離衣殼蛋白亞基間連接斷裂核酸釋放病毒基因組暴露于宿主細胞質(zhì)或核內(nèi)病毒基因組復(fù)制復(fù)制酶復(fù)合物病毒編碼的特異性聚合酶模板識別識別特定序列或結(jié)構(gòu)復(fù)制中間體復(fù)制過程中形成的臨時結(jié)構(gòu)校對機制某些病毒具備錯誤修復(fù)能力病毒蛋白質(zhì)的合成2主要策略利用宿主翻譯機器與自身機制3+表達調(diào)控時序表達實現(xiàn)高效復(fù)制4翻譯后修飾蛋白切割、糖基化等病毒粒子的組裝蛋白質(zhì)集合衣殼蛋白聚合成基本結(jié)構(gòu)核酸包裝特異性識別并包裝病毒基因組成熟化蛋白酶切割和構(gòu)象變化包膜獲得有包膜病毒從宿主膜獲得外殼病毒的釋放方式病毒釋放主要通過宿主細胞裂解和出芽某些病毒通過細胞間橋或外泌體傳播DNA病毒復(fù)制策略數(shù)值越高表示在細胞核內(nèi)復(fù)制的傾向越強RNA病毒復(fù)制策略正鏈RNA病毒RNA直接作為mRNA如冠狀病毒負鏈RNA病毒需先合成互補正鏈如流感病毒雙鏈RNA病毒專一性RNA依賴RNA聚合酶如輪狀病毒分節(jié)段RNA病毒多片段RNA組成基因組如流感病毒反轉(zhuǎn)錄病毒復(fù)制策略病毒進入宿主細胞通過特異性受體識別逆轉(zhuǎn)錄RNA轉(zhuǎn)錄為DNA中間體整合病毒DNA整合入宿主基因組轉(zhuǎn)錄與表達利用宿主轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)表達病毒基因組裝與釋放新病毒粒子形成并釋放病毒與宿主相互作用細胞受體識別決定宿主和組織嗜性免疫應(yīng)答誘導(dǎo)激活宿主防御系統(tǒng)免疫逃避病毒對抗宿主免疫細胞機制劫持重編程宿主代謝與信號病毒感染的細胞效應(yīng)細胞病變效應(yīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)變化與功能障礙細胞融合形成多核合胞體細胞凋亡程序性細胞死亡染色體變異基因組不穩(wěn)定性增加病毒致病機制直接細胞損傷病毒復(fù)制導(dǎo)致細胞死亡免疫病理損傷過度免疫反應(yīng)造成組織損傷細胞功能改變干擾正常生理功能毒素產(chǎn)生某些病毒編碼有害蛋白質(zhì)病毒誘導(dǎo)的細胞凋亡促凋亡作用某些病毒蛋白直接激活凋亡通路抗凋亡作用延遲凋亡以完成復(fù)制周期雙重調(diào)節(jié)感染不同階段調(diào)控策略不同病毒與細胞周期調(diào)控G1期調(diào)控促進細胞周期進入S期S期劫持利用宿主DNA復(fù)制機器G2/M期阻滯延遲細胞分裂檢查點失調(diào)破壞細胞周期正常調(diào)控病毒與細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)MAPK通路促進病毒基因表達與復(fù)制PI3K/Akt通路抑制細胞凋亡JAK-STAT通路干擾干擾素信號NF-κB通路調(diào)控炎癥與免疫病毒與宿主免疫應(yīng)答1模式識別識別病毒相關(guān)分子模式信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活下游防御通路效應(yīng)機制清除病毒及感染細胞免疫記憶形成長期保護先天性免疫應(yīng)答識別受體Toll樣受體RIG-I樣受體NOD樣受體cGAS-STING效應(yīng)細胞巨噬細胞樹突狀細胞NK細胞中性粒細胞效應(yīng)分子干擾素趨化因子炎癥細胞因子補體獲得性免疫應(yīng)答抗原呈遞專業(yè)APC細胞處理并呈遞病毒抗原T細胞應(yīng)答CD8+殺傷感染細胞，CD4+協(xié)助抗體產(chǎn)生B細胞應(yīng)答產(chǎn)生特異性抗體中和病毒免疫記憶形成記憶T細胞與B細胞病毒的免疫逃逸機制抗原變異抗原漂變抗原轉(zhuǎn)變表位隱藏干擾抗原呈遞下調(diào)MHC分子阻斷抗原處理抑制TAP轉(zhuǎn)運體干擾信號通路阻斷干擾素途徑抑制炎癥反應(yīng)干擾細胞因子功能抑制免疫細胞誘導(dǎo)T細胞無能激活調(diào)節(jié)性T細胞抑制NK細胞活性干擾素在抗病毒免疫中的作用I型干擾素II型干擾素III型干擾素I型干擾素是最主要的抗病毒干擾素誘導(dǎo)上百種干擾素刺激基因表達病毒的變異與進化點突變單個核苷酸替換、插入或缺失重組不同病毒株基因片段交換重配分節(jié)段病毒基因組片段重新組合選擇壓力宿主免疫和藥物篩選有利變異病毒基因重組與重配同源重組相似序列間DNA交換非同源重組不相關(guān)序列間重組基因重配分節(jié)段RNA病毒基因交換新發(fā)病毒的產(chǎn)生機制遺傳變異積累突變獲得新特性基因重組不同毒株遺傳物質(zhì)交換2宿主轉(zhuǎn)換動物病毒獲得感染人能力生態(tài)因素環(huán)境變化促進病毒擴散病毒流行病學研究方法結(jié)合分子檢測與傳統(tǒng)流行病學追蹤傳播鏈與跨物種傳播病毒檢測技術(shù)概述5+主要檢測策略多種互補技術(shù)組合應(yīng)用3檢測目標病毒核酸、抗原或抗體2應(yīng)用場景診斷、篩查與研究病毒分離與培養(yǎng)技術(shù)細胞培養(yǎng)系統(tǒng)原代細胞細胞系器官培養(yǎng)胚胎與動物雞胚小鼠轉(zhuǎn)基因動物細胞病變效應(yīng)形態(tài)學變化融合現(xiàn)象包涵體形成病毒核酸檢測技術(shù)PCR技術(shù)傳統(tǒng)PCR實時熒光qPCR數(shù)字PCR等溫擴增技術(shù)LAMPRPANASBA雜交技術(shù)Southern雜交原位雜交基因芯片測序技術(shù)Sanger測序下一代測序納米孔測序病毒抗原檢測技術(shù)免疫熒光技術(shù)直接或間接熒光抗體法酶聯(lián)免疫吸附法基于特異性抗體的高通量檢測免疫層析技術(shù)快速診斷試劑條或卡流式細胞術(shù)細胞內(nèi)病毒抗原檢測病毒血清學檢測技術(shù)敏感性特異性病毒基因組測序技術(shù)樣本制備病毒富集與核酸提取文庫構(gòu)建片段化、接頭連接與擴增測序反應(yīng)不同平臺原理與策略數(shù)據(jù)分析序列拼接、比對與注釋病毒研究中的生物信息學方法序列分析比對、多態(tài)性與功能預(yù)測系統(tǒng)進化分析構(gòu)建進化樹與分子鐘結(jié)構(gòu)生物學蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測與分析系統(tǒng)生物學宿主-病毒互作網(wǎng)絡(luò)病毒研究中的實驗室安全1人員防護嚴格培訓與操作規(guī)范設(shè)施設(shè)備隔離與防護系統(tǒng)標準操作程序規(guī)范化工作流程風險評估潛在危害識別與控制生物安全實驗室等級與要求BSL-1一般低風險微生物操作BSL-2中等風險病原體研究3BSL-3高風險呼吸道傳播病毒4BSL-4致命性無疫苗無治療病毒病毒樣本的采集與處理樣本類型選擇根據(jù)病毒類型確定最佳樣本采集與保存無菌操作與適宜保存條件運輸與保管符合生物安全規(guī)范運輸實驗室處理滅活、提取與檢測抗病毒藥物研究策略靶點選擇病毒特異性靶點宿主必需因子宿主免疫調(diào)節(jié)篩選方法高通量篩選結(jié)構(gòu)導(dǎo)向設(shè)計人工智能輔助評價標準抗病毒活性耐藥性壁壘安全性與藥代病毒入侵抑制劑受體拮抗劑阻斷病毒與宿主受體結(jié)合融合抑制劑阻止病毒與細胞膜融合內(nèi)吞抑制劑干擾胞吞作用過程脫殼抑制劑防止病毒基因組釋放病毒復(fù)制抑制劑核苷類似物干擾病毒核酸合成蛋白酶抑制劑阻斷病毒蛋白成熟集成酶抑制劑針對逆轉(zhuǎn)錄病毒整合聚合酶抑制劑直接靶向病毒復(fù)制酶宿主靶向抗病毒藥物病毒疫苗研究進展7+疫苗平臺技術(shù)多元化技術(shù)路線并行推進60+獲批疫苗種類全球已獲批上市使用200+正在研發(fā)管線針對多種病毒的研發(fā)項目減毒活疫苗原理利用弱化病毒誘導(dǎo)免疫保留復(fù)制能力但毒力降低優(yōu)勢模擬自然感染免疫持久性好劑量需求低局限安全性風險毒力回復(fù)可能免疫功能低下禁用滅活疫苗病毒培養(yǎng)大規(guī)模培養(yǎng)系統(tǒng)擴增病毒滅活處理化學或物理方法滅活病毒純化去除雜質(zhì)與培養(yǎng)成分佐劑添加增強免疫原性亞單位疫苗重組蛋白表達系統(tǒng)生產(chǎn)病毒蛋白病毒樣顆粒無基因組的空殼結(jié)構(gòu)多肽疫苗合成關(guān)鍵抗原表位片段重組病毒載體疫苗利用無致病性病毒表達目標病毒抗原誘導(dǎo)細胞免疫與體液免疫應(yīng)答mRNA疫苗體外轉(zhuǎn)錄合成編碼抗原的mRNA脂質(zhì)納米顆粒包裝保護mRNA并促進細胞攝取細胞內(nèi)表達利用宿主細胞翻譯機器表達抗原免疫應(yīng)答誘導(dǎo)多方位免疫保護DNA疫苗設(shè)計原理質(zhì)粒DNA編碼病毒抗原細胞內(nèi)表達誘導(dǎo)免疫遞送方式肌肉注射基因槍電穿孔優(yōu)勢特點穩(wěn)定性好易于生產(chǎn)誘導(dǎo)細胞免疫挑戰(zhàn)遞送效率整合風險免疫原性病毒在基因治療中的應(yīng)用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體用于穩(wěn)定整合治療基因1腺相關(guān)病毒載體高效導(dǎo)入無整合風險腺病毒載體高效短期表達治療基因自殺基因治療病毒基因觸發(fā)細胞凋亡4病毒在腫瘤治療中的應(yīng)用腫瘤靶向特異性識別腫瘤細胞溶瘤作用在腫瘤細胞中選擇性復(fù)制免疫激活誘導(dǎo)抗腫瘤免疫應(yīng)答組合治療與其他療法協(xié)同增效病毒與人類疾病呼吸道感染腸道感染慢性感染神經(jīng)系統(tǒng)感染其他新發(fā)病毒與突發(fā)傳染病1SARS2003年，冠狀病毒2H1N1流感2009年，流感病毒3MERS2012年，冠狀病毒4埃博拉2014年，絲狀病毒5寨卡2015年，黃病毒科6COVID-192019年，冠狀病毒病毒研究前沿熱點人工智能輔助預(yù)測病毒結(jié)構(gòu)與功能單病