病毒组与人体和自然的关系

这是一篇关于病毒组与人体和自然的关系的思维导图，病毒组指特定生物个体、生物群体或生态环境中携带的所有病毒的集合，包括DNA或RNA作为遗传物质的、已知或未知的、致病或非致病的、内源或外源的全部病毒。

病毒组与人体和自然的关系

• 病毒组是什么？
  • 指特定生物个体、生物群体或生态环境中携带的所有病毒的集合，包括DNA或RNA作为遗传物质的、已知或未知的、致病或非致病的、内源或外源的全部病毒
• 病毒组&人类
  • 有害&有益
    • 有益
      • 更加直接的
        • 比如噬菌体，尤其是针对“能给人带来病害”的细菌专一性寄生的
        • 疱疹病毒：一些研究表明，潜伏性的疱疹病毒可能有助于自然杀伤细胞（一种免疫细胞）识别癌细胞和其他被病原性病毒感染的细胞。疱疹病毒可以用抗原武装自然杀伤细胞，使它们能够识别肿瘤细胞
          • but
            • 可以引起多种疾病，包括但不限于单纯疱疹病毒感染（HSV）和带状疱疹
      • 有利于人类研究的方面
        • 病毒结构简单，便于分析
          • 例如一些研究结果
            • 研究烟草花叶病毒，从而确认遗传物质还有RNA
            • 病毒被用作基因剪刀的载体
            • 疫苗载体
          • 例如
            • 科学家能够更容易地研究它们的复制机制、感染过程和与宿主的相互作用，从而加速疫苗和治疗方法的开发
            • 有助于快速开发疫苗。例如，mRNA疫苗技术利用病毒的遗传信息（mRNA）来激发人体的免疫反应，这种方法在COVID-19疫苗开发中取得了巨大成功。
            • 测试新药物效果的理想对象，这对于抗生素和抗病毒药物的开发至关重要
        • 病毒复制遗传方式独特，从中可获得研究灵感
          • 病毒复制机制的新发现：武汉大学病毒学国家重点实验室陈宇教授课题组在《Science Advances》上发表的研究揭示了RNA甲基转移酶NSUN2通过介导新冠病毒RNA的m5C甲基化修饰来调控病毒复制，同时可将这种表观转录组学修饰遗传给子代病毒，在新一轮感染中影响子代病毒的复制能力和致病力
          • 病毒复制子的人工合成和应用：研究人员应用反向遗传学技术构建了众多复制子，使得在生物安全二级实验室中就可以进行相关的研究工作。这些复制子系统的构建和应用为研究新冠病毒基因功能、病毒与宿主互作机制和抗病毒药物的高通量筛选奠定了坚实的基础
          • 病毒复制和生命周期的深入理解：病毒复制的过程大致可以分为吸附、进入、释放遗传物质、基因表达和复制、组装和释放等阶段。了解这些过程有助于开发抗病毒策略和药物
          • 病毒复制中的生物分子凝聚物：病毒生物聚合物的相分离是形成细胞质病毒包涵体的关键因素，称为病毒复制和组装位点。研究这些凝聚物有助于发现针对这些相分离状态的未探索的抗病毒策略
          • 病毒复制细胞器的聚集机制：南方科技大学赵燕课题组联合深圳市第三人民医院张政课题组揭示了SARS-CoV-2利用宿主FXR家族蛋白液-液相分离而聚集病毒DMV，同时招募翻译机器促进病毒蛋白合成，从而实现病毒的高效复制
    • 有害
      • 最主要的，就是感染人体细胞，引发人体疾病
  • 在人体不同地方的分布
    • 正常未患病状态下也有病毒
      • 病毒含量相对较低的地方
        • 眼睛、骨骼和关节、健康的肌肉组织、脑脊液等
        • 原因：相对封闭（血脑屏障等）及抗病毒物质的存在
      • 潜伏在各个细胞之中
        • 内源性逆转录病毒——整合到人体基因组内，一般不具有致病性
      • 肠道中
        • 肠道微生物群中广泛存在噬菌体
      • 其他潜伏病毒
    • 感染
      • 呼吸道
        • 如冠状病毒
      • 胃肠道
        • 如轮状病毒，感染小肠绒毛细胞
      • 皮肤和黏膜
        • 如单纯疱疹病毒，人乳头瘤病毒
      • 肝脏
        • 肝炎病毒
      • 中枢神经系统
        • 脊髓灰质炎病毒等
      • 血液和淋巴系统
        • HIV等
      • 眼部
        • 腺病毒等
      • 泌尿系统
        • HSV-2
• 病毒组&环境
  • 病毒是地球上数量众多的生物实体之一，它们在微生物代谢、原核生物死亡和营养循环中起着重要作用，具有多种辅助代谢基因，显著影响地球的生物地球化学循环
    • 与微生物
      • 调节微生物群落结构
      • 影响微生物进化
        • 宿主可以通过共同进化建立对重复病毒感染的抵抗力，细菌可以通过多种机制获得耐药性，包括突变、限制性修饰系统和通过CRISPR–Cas系统
      • 促进基因的横向转移
      • 影响微生物的代谢和功能
        • 编码影响宿主代谢的基因
      • 病毒能和微生物之间形成共生关系
      • 能对宿主致病性产生影响
    • 与物质循环
      • 参与碳循环
        • 通过感染和裂解宿主细胞参与有机碳循环
      • 氮循环与硫循环
        • 可能通过辅助代谢基因（AMGs）调节宿主参与氮循环与硫循环，影响温室气体的排放与环境的变化
    • 对深部生物圈
      • 在深部生物圈中可能作为原核生物最主要的致死因子，调控着微生物群落的组成，对深部生物圈的营养物质循环和整个群落的有机物代谢起着独特及频繁的刺激作用
• 深部生物圈（Deep Subsurface Biosphere）是指陆地及海底表面以下，不依赖阳光为能量来源的生物圈，主要由具有厌氧、耐高温、高压等特点的微生物组成 。这个生物圈代表着地球最早期极端环境下的生命，对于生命起源及火星等外星体的生命探索有重大意义
• 可以分不同尺度探讨
• 人体病毒组
  • 人体病毒组的研究揭示了人体不同部位的病毒多样性，包括肠道、肺部、皮肤和血液中的病毒
  • 这些病毒大多数是噬菌体，它们主要攻击细菌而不是人类细胞
• 与微生物组不同，病毒由于只能生存于细胞之中，它们的生存环境更加有限