痘病毒通过增加基因拷贝数战胜宿主抗病毒防御机制

科学家们发现导致天花和其他疾病之类的痘病毒(poxvirus)通过快速和暂时地产生一个有助于这些病毒对抗宿主免疫反应的基因的多个拷贝，而能够适应和打败宿主抗病毒防御。根据美国犹他大学研究人员刊登在2012年8月17日那期Cell期刊上的研究论文，这项发现有助于人们深入认识较大的双链DNA病毒尽管存在较低的突变率，但是也能够经历快速的进化。

　　痘病毒是一组含有DNA的病毒，负责导致人和动物产生一系列疾病，包括天花。不同于较小的含有RNA的病毒，如流感病毒和HIV：它们能够通过快速突变而避免宿主免疫反应，痘病毒拥有较大的基因组和较低的突变率，但是很少人知道它们对抗宿主防御的适应性策略。

　　论文第一作者、犹他大学医学院人类遗传学助理教授Nels Elde博士说，“痘病毒编码多种基因来帮助它们自己对抗宿主免疫防御和促进感染发生。尽管有大量证据表明痘病毒基因组能够经历适应性改变来战胜不断进化的宿主防御，但是我们仍然对这种适应性机制知之甚少。”

　　为了确定这种适应性机制，Elde和他的同事们研究了牛痘病毒(vaccinia virus)---一种痘病毒类型，因它被用作疫苗来根除天花而为大众所知---来开展研究。以前的研究已表明牛痘病毒编码两个被称作K3L和E3L的基因，其中它们抑制通常阻断病毒感染的宿主防御。在这项研究中，Elde和他的同事们使用一种经过人工改造而剔除E3L基因的牛痘病毒毒株，并且在人细胞中重复地增殖这种缺乏E3L的毒株，以便观察这种病毒如何复制。他们发现这种缺乏E3L的毒株通过选择性地增加它的基因组中K3L基因的拷贝数而能够快速地增加传染性病毒的复制。

　　Elde说，“这种高度特异性的和快速的基因增殖是出乎人意料之外的。我们的研究证实增加K3L拷贝数导致K3L表达增加和提高病毒复制，从而为这些能够快速地扩大它们的基因组的病毒提供一种直接的进化优势。”Elde和他的同事们也发现，除了K3L拷贝数增加之外，一些缺乏E3L的牛痘病毒毒株也获得突变，而且这种突变包括导致K3L基因编码的蛋白发生单氨基酸替换。相比于野生型牛痘病毒毒株，携带这种突变的牛痘病毒毒株和K3L基因发生多次拷贝的牛痘病毒毒株都表现出较高的病毒适应性。这种有益的氨基酸替换的出现提示着尽管突变率较低，但是增加K3L基因拷贝数通过提供额外的突变靶标而促进这种毒株变异体的出现。

　　总之，研究人员证实痘病毒至少能够利用两种策略来适应宿主的不同免疫反应机制。这项研究发现揭示尽管痘病毒确实经历基因突变，但是它们对不好的宿主环境作出的第一反应就是快速的基因扩增(gene expansion)。此外，研究人员也发现一些证据表明这种病毒在获得适应性突变之后，它的基因组发生缩小，因而减轻拥有较大基因组的潜在平衡，同时保留下来有益的突变。