Tổ chức bộ gen virus và axit nucleic

Bộ gen virus là axit nucleic mang thông tin di truyền của virus, và virus nổi bật nhờ sự đa dạng về hóa học bộ gen mà chúng sử dụng. Bộ gen có thể là DNA hoặc RNA, sợi đơn hoặc sợi đôi, có chiều dương hoặc chiều âm, và được đóng gói dưới dạng một phân tử hoặc nhiều đoạn. Những đặc tính này quyết định cách bộ gen được sao chép và biểu hiện, đồng thời chúng tạo thành các tiêu chí trung tâm để phân loại virus dựa trên bộ gen.

Definition

Tổ chức bộ gen virus đề cập đến bản chất hóa học, số sợi, cực tính và sự sắp xếp của axit nucleic mã hóa virus, các đặc tính quyết định chiến lược sao chép và biểu hiện của nó, đồng thời làm nền tảng cho việc phân loại dựa trên bộ gen.

Scope

Mục này bao gồm sự biến đổi hóa học và cấu trúc của bộ gen virus: loại axit nucleic (DNA so với RNA), số sợi, cực tính (chiều), sự phân đoạn và kích thước bộ gen, và hậu quả của những đặc điểm này đối với chiến lược sao chép và bản chất dễ mắc lỗi của bộ gen RNA. Đây là một tổng quan tham khảo về tổ chức bộ gen chứ không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Những loại axit nucleic nào đóng vai trò là bộ gen virus?
• Sợi đơn so với sợi đôi và chiều dương so với chiều âm có ý nghĩa gì đối với bộ gen?
• Cực tính của bộ gen quyết định RNA có thể hoạt động trực tiếp như mRNA như thế nào?
• Tại sao một số bộ gen được phân đoạn và điều đó cho phép điều gì?
• Tại sao bộ gen của virus RNA đột biến dễ dàng hơn bộ gen DNA?

Key concepts

• Bộ gen DNA so với RNA
• Axit nucleic sợi đơn và sợi đôi
• Chiều dương và chiều âm (cực tính)
• Phân đoạn bộ gen
• Kích thước bộ gen và khả năng mã hóa
• Phiên mã ngược
• Tỷ lệ đột biến cao của bộ gen RNA

Key theories

Con đường từ bộ gen đến mRNA như một nguyên tắc tổ chức

Baltimore đề xuất rằng đặc điểm xác định của một virus là con đường mà bộ gen của nó tạo ra RNA thông tin, làm cho loại bộ gen, số sợi và cực tính trở thành các đặc tính phân loại trung tâm.

Quần thể giả loài / khái niệm tỷ lệ đột biến cao của bộ gen RNA

Vì quá trình sao chép RNA thiếu khả năng sửa lỗi hiệu quả, bộ gen của virus RNA tích lũy đột biến nhanh chóng và tồn tại dưới dạng các quần thể không đồng nhất, một đặc tính trung tâm cho sự tiến hóa và khả năng thích nghi của chúng.

Mechanisms

Bộ gen virus thay đổi theo nhiều trục mà cùng nhau cố định chiến lược sao chép và biểu hiện. Loại axit nucleic (DNA hoặc RNA) và số sợi (đơn hoặc đôi) quyết định các enzyme cần thiết để sao chép bộ gen và tạo mRNA. Cực tính đặc biệt quan trọng đối với RNA sợi đơn: bộ gen có chiều dương có thể được dịch mã trực tiếp thành mRNA, trong khi bộ gen có chiều âm trước tiên phải được phiên mã thành một sợi bổ sung, do đó virus có chiều âm phải mang polymerase của riêng chúng trong hạt. Một số bộ gen được phân đoạn thành nhiều phân tử, cho phép tái tổ hợp giữa các virus có liên quan. Bộ gen RNA được sao chép với ít khả năng sửa lỗi và do đó đột biến nhanh chóng, tạo ra các quần thể đa dạng, trong khi hầu hết các bộ gen DNA được sao chép trung thực hơn.

Clinical relevance

Tổ chức bộ gen giải thích tại sao các virus có liên quan chia sẻ các chiến lược sao chép, tại sao các virus RNA phân đoạn có thể tái tổ hợp, và tại sao nhiều virus RNA tiến hóa nhanh chóng, tất cả đều là nền tảng liên quan cho khoa học kháng virus và vắc-xin. Mục này là một tài liệu tham khảo cấu trúc và khái niệm và không đưa ra các khuyến nghị chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Sự nhận biết rằng bộ gen virus có thể là DNA hoặc RNA, và có số sợi và cực tính đa dạng, đã tích lũy qua ngành virus học phân tử giữa thế kỷ XX và được tổng hợp vào năm 1971 bởi Baltimore, người đã sử dụng logic từ bộ gen đến mRNA để tổ chức các virus. Công trình sau này của Domingo, Holland và những người khác đã xác định rằng bộ gen RNA sao chép dưới dạng các quần thể không đồng nhất, dễ mắc lỗi, định hình lại sự hiểu biết về sự tiến hóa của virus.

Key figures

• David Baltimore
• Esteban Domingo
• John Holland
• Eugene Koonin

Seminal works

• baltimore-1971
• domingo-1997
• koonin-2021

Frequently asked questions

Bộ gen của virus có thể là DNA hoặc RNA không?

Có. Không giống như các sinh vật tế bào, sử dụng DNA sợi đôi, virus nói chung sử dụng DNA hoặc RNA, sợi đơn hoặc sợi đôi, và có chiều dương hoặc chiều âm; sự đa dạng về hóa học bộ gen này là một đặc điểm xác định của virus và là cơ sở để phân loại chúng.

Tại sao virus RNA có xu hướng đột biến nhanh chóng như vậy?

Bộ gen RNA thường được sao chép bởi các polymerase thiếu khả năng sửa lỗi hiệu quả, do đó các lỗi sao chép tích lũy và virus tồn tại dưới dạng một quần thể không đồng nhất, điều này có thể đẩy nhanh quá trình thích nghi; bộ gen DNA nói chung được sao chép chính xác hơn.