研究病毒的遗传变异,作为研究对象的病毒毒株,当然必须纯化。如果原始毒种本来就较混杂,或者已有许多变异病毒存在其中,那就容易产生假象,难以发现规律性的东西。其次,要有客观的鉴定指标和方法,以便正确地判定病毒特性的改变情况。
1.病毒的纯化 通常所谓的“纯系”病毒,亦即克隆株(clone),其实也是一个或几个病毒粒子的许多子代的群体,而在这些群体中可能又出现了新的变异,尤其是RNA病毒。但因原种数量占绝对优势,在表现性状上仍可承认其为纯系。 动物病毒的纯系分离,亦即纯化,主要应用4种方法。 (1)蚀斑分离法:原理与分离噬菌体时应用细菌培养物的蚀斑法相同。即用高度稀释的病毒液感染玻璃瓶或平皿中培养的单层细胞,由于病毒呈现致细胞病变作用,而在单层细胞上形成蚀斑。从理论上讲,一个病毒粒子形成一个蚀斑,因此,根据蚀斑的大小、形状和色泽等性状,选择不同的代表进行移植传代,就有可能获得若干不同的纯系毒株(包括变异株)。但在实际上,一个蚀斑往往由几十个乃至几百个病毒粒子形成。因此,由一个蚀斑分离获得的毒株常是许多个病毒的后代,需要进行反复多次的蚀斑分离,才有可能获得来源自一个病毒粒子的“纯系”病毒。 (2)病斑分离法:某些可在鸡胚绒毛尿囊膜上增殖的病毒,例如痘病毒和某些疱疹病毒等,可以根据其在绒毛尿囊膜上形成的病斑特征进行纯系分离,其基本原理和方法同蚀斑分离法。 (3)终点稀释法:本法是在研究甲型流感病毒所谓的O-D变异时最早创立的。应用鸡胚羊膜囊分离甲型流感病毒时,第一代羊水病毒对豚鼠红细胞呈现很高的凝集价,但对鸡红细胞的凝集价很低,称为“O”相。取此第一代病毒在低倍稀释后作第二代羊膜腔传代,第二代病毒对豚鼠和鸡红细胞具有几乎相等的凝集价,称为“D”相。但如将第一代病毒作高倍稀释后再行接种传代,例如相当于1/2 ID50的稀释度——终点稀释度(在8个鸡胚中只有2~3个感染),则第二代病毒仍能保持“O”相。如果随后继续应用这种“终点”稀释度传代,一般可以无限地保持病毒“O”相的性状。这是由于终点稀释时只有占多数的“O”相病毒粒子能够获得感染下一代鸡胚的机会,毒株性状因而保持不变。 终点稀释法目前已经广泛用于毒株纯化和变异株选育等工作,特别是在那些不能进行蚀斑分离或病斑分离的病毒。 假如在某原株病毒“A”中出现了少数变异型病毒“B”。为了纯化原株“A”,可将原毒高倍稀释,例如10-5~10-8,每个稀释度接种3~5管细胞培养物。根据细胞
病变出现情况,选定“终点”管。如在10-8稀释度接种的5个管中有3管出现细胞病变,则这3管就是终点。可以有条件地认为它们是一个或少数几个病毒粒子的后代。鉴定并选出其中最具“A”病毒特性的一株,并视需要将其再作2~3轮终点稀释,通常即可获得纯系的“A”毒株。 如欲分离获得纯系的变异型病毒“B”,应将原毒进行低倍稀释,例如10-1~10-3,多次传代,使变异株病毒的数量相对增多(在变异株病毒具有较高增殖能力和增殖速度的情况下,成功率将显著增加),随后再作终点稀释分离方法。为提高分离率,可以应用终点或接近终点的多管细胞培养物,从中选取较多呈现变异型“B”株特性的管,再作以后几轮的终点稀释分离,直至获得纯系的“B”毒株。 (4)细胞克隆法:先在玻璃器皿内培养对病毒敏感的细胞,待其长成单层后,接种高度稀释的原始毒种。短时间(30~60分钟)温育后,应用细胞分散剂,例如胰酶、二乙胺四乙酸二钠(EDTA)或链霉蛋白酶(pronase)将单层细胞从玻璃表面剥离下来,并消化成单个细胞。将此细胞悬液用营养液高度稀释,使每毫升营养液内约含1个细胞。随后接种大量的小培养瓶或小培养管,每瓶(管)1毫升。这样,每个培养瓶或培养管内含有1个感染细胞。再置37℃温度下培养,约经2~3天,选择确含1个细胞的培养瓶(管),即为初步纯化的病毒。再经几次同样的接种和筛选,就可获得纯化的毒株。应用微量培养板进行细胞克隆,当然更为简单方便。
2.遗传指标 鉴定病毒遗传变异特性的常用指标包括:①病毒粒子的形态;②抗原构造及血清学性状;③蚀斑或病斑的大小和性状;④致细胞病变(CPE)的特征;⑤病原性,包括感染范围和毒力;⑥对理化学因素的抵抗力;⑦对干扰素的敏感性。 病毒的遗传变异特性,由其本身和子代病毒粒子表现出来。但是,表型相同的病毒,其基因型(或称遗传型)可能不同。以蚀斑大小这一特性为例,O毒株形成大型蚀斑,M毒株形成小型蚀斑,纯型的O(OO)和M(MM)毒株及其子代当然分别地只形成大型和小型蚀斑。但是O与M的杂交或重组型病毒(Om或oM),虽然也只形成一个型的蚀斑为其表型,但其后代中将可能出现两个型的蚀斑,因为它在基因型上含有O和M两种基因。反过来,基因型相同的病毒,又可因外界条件等的抑制影响而不充分表现其特性。表型是基因型和环境条件相互作用的结果。故在病毒遗传变异的研究中,必须掌握正确的方法,并保证实验条件的严密性和恒定性,力求消除各种意外干扰,并可考虑采用病毒成分或核酸分子的杂交和交互复活等验证手段
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