病毒简史
烟草花叶病毒是最早被发现的病毒。
在发现病毒以前,人们早已开始不自觉地利用病毒为人类服务。中国在16世纪前后,就用天花患者脓疮中的浆液给健康人接种而使之获得免疫力。差不多同时,荷兰的种植者用嫁接法使郁金香感染病毒而开出美丽的碎色花朵;1796年E.琴纳发明了牛痘苗;1885年L.路易斯·巴斯德首创了狂犬病疫苗。
1892年Д.И.伊万诺夫斯基发现患烟草花叶病的烟叶汁通过阻留细菌的滤器后,仍保留其感染性;1898年M.W.拜耶林克再次发现了这一事实,并指出该病是一类与细菌不同的病原体所引起的。这是认识病毒的开端。以后相继发现许多人类、植物和动物的疾病是由病毒引起的。1898年 F.A.J.勒夫勒和 P.伏罗施发现了牛的口蹄疫病毒;1915年F.W.特沃特和1917年F.埃雷尔分别发现了细菌病毒即噬菌体。
从30年代起开始探索病毒的理化性质,M.施莱辛格提纯了噬菌体并指出它是由蛋白质和DNA构成的;1935年W.M.斯坦利获得了烟草花叶病毒的结晶;1936年首次在电子显微镜下看到该病毒是一种杆状颗粒。以后许多病毒相继被提纯,对他们的形态结构和化学组分进行了研究,为病毒分类提供了依据。
由于病毒的结构和组分简单,有些病毒又易于培养和定量,因此从20世纪40年代以来,病毒始终是分子生物学研究的重要材料。30年代末,以M.德尔布吕克为代表的一派学者开始用大肠杆菌的T偶数噬菌体研究其复制和遗传机制,奠定了分子遗传学的基础。70年代,研究重点逐渐转向动物病毒。分子生物学发展中的重要进展,如DNA和 RNA是遗传物质的确证,三联体密码学说的形成,核酸复制机制的阐明,遗传信息流中心法则的提出,反转录酶、基因的重叠和不连续性等的发现,以至基因工程的兴起和致癌理论的发展,几乎无一不与病毒有关。一些蛋白质和核酸的一级结构分析,也常常是首先以病毒为材料研究完成的。反过来,分子生物学研究又促进了对病毒结构、复制和遗传的认识,使病毒学发展成一门独立的分支学科。
在实践方面,病毒的研究对防治人类、植物和动物的病毒病作出了重要贡献。病毒疫苗的发展,为控制人类疾病(如天花、黄热病、脊髓灰质炎、麻疹等)和畜禽疾病(如牛瘟、猪瘟、鸡新城疫等)提供了有效措施;由于综合防治和抗病育种等措施的利用,有效地控制了马铃薯退化病、小麦土传花叶病、白菜芜菁花叶病等农作物病害;利用昆虫病毒作为杀虫剂的研究,也在大力开展并已进入实用阶段。
病毒生活方式
病毒性质的两重性;
一、病毒生命形式的两重性
1、病毒存在的两重性 病毒的生命活动很特殊,对细胞有绝对的依存性。其存在形式有二:一是细胞外形式,一是细胞内形式。存在于细胞外环境时,则不显复制活性,但保持感染活性,是病毒体或病毒颗粒形式。进入细胞内则解体释放出核酸分子(DNA或RNA),借细胞内环境的条件以独特的生命活动体系进行复制,是为核酸分子形式。
2、病毒的结晶性与非结晶性 病毒可提纯为结晶体。我们知道结晶体是一个化学概念,是很多无机化合物存在的一种形式,我们可以认为某些病毒有化学结晶型和生命活动型的两种形式。
3、颗粒形式与基因形式 病毒以颗粒形式存在于细胞之外,此时,只具感染性。一旦感染细胞病毒解体而释放出核酸基因组,然后才能进行复制和增殖,并产生新的子代病毒。有的病毒基因组整合于细胞基因组,随细胞的繁殖而增殖,此时病毒即以基因形式增殖,而不是以颗粒形式增殖,这是病毒潜伏感染的一种方式。
二、病毒结构和功能的两重性
1、标准病毒与缺陷病毒 在病毒的增殖过程中,由于其基因组因某种微环境因素的影响或转录过程的错误而发生突变,以致有装配不全的病毒颗粒产生,称为缺陷病毒,产生缺陷病毒的原亲代病毒,则称为标准病毒,缺陷病毒颗粒有干扰标准病繁殖的作用。
2、假病毒与真病毒 一种细胞有两种病毒同时感染的情况,在增殖过程中,一种病毒可以穿上本身的外壳,这就是真病毒,是这种病毒的应有“面目”;如果一种病毒的核酸被以另一病毒编码的外壳,则称为假病毒,此时一种病毒的本来性质,被另一种病毒的性质所掩盖。
3、杂种病毒和纯种病毒 两种病毒混合感染时,除了出现假型病毒外,还有可能出现病毒核酸重组的情况,即一种病毒颗粒之中,可含有两种病毒的遗传物质,此可称为杂种病毒,折实病毒学中一个相当常见的现象。
三、病毒病理学的两重性
1、病毒的致病性和非致病性 关于致病性和非致病性问题,是同宿主细胞相对而言的,在分子水平、细胞水平和机体水平,可能有不同的含义。在细胞水平有细胞病变作用,但在机体水平可能并不显示临床症状,此可称为亚临床感染或不显感染。
2、病毒感染的急性和慢性 病毒感染所致的临床症状有急、慢之分,有的病毒一般只表现急性感染而很少表现慢性感染;有的则既有急性过程,也有慢性过程。
目前对病毒的概念可以是:病毒是代谢上无活性,有感染性,而不一定有致病性的银子,他们小于细胞,但大于大多数大分子,他们无例外地在生活细胞内繁殖,他们含有一个蛋白质或脂蛋白外壳和一种核酸,DNA或RNA,甚至只含有核酸而内有蛋白质,或只有蛋白质而没有核酸,它们作为大分子似乎太复杂,作为生物体它们的生理和复制方式又千姿百态。Lwoff在“病毒的概念”一文中强调病毒的特殊性时指出,“病毒应该就是病毒,因为它们是病毒”。
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二、病毒的发现与发现者
Adolf Mayer)被烟草的一种病态吸引住了,其症状是感染叶子上出现深、浅相间的绿色区域,故麦尔在1886年称为烟草花叶病。通过对叶子和土壤的分析麦尔指出不能把此病归于无机物平衡失调。这可能是一个细菌病。
1892年从事烟草病工作的年青的俄国科学家伊万诺夫斯基(Ivanovski)发现感受花叶病的叶汁,即使经过Chamberland氏烛形滤器的过滤也仍具有传染的性质。这项观察提示了存在一种比以前所知的任何一种都小的病原,他认为该病是由产生毒素的细菌引起的。
1898年,荷兰科学家贝杰林克(Beijerinck)重复了伊万诺夫的实验,他从患花叶病的烟草叶中挤出汁液,并使之通过Chamberland氏滤器(图3)。表明滤液仍有侵染性。贝杰林克相信他的滤器阻挡住了细菌。将汁液置于琼脂凝胶块的表面时,发现侵染性物质在凝胶中以适当的速度扩散,而细菌仍滞留于琼脂的表面。因此认为这种侵染性物质要比通常的细菌小。贝杰林克用“病毒(Virus)”来命名这种史无前例的小病原体。不难看出真正发现病毒存在的是贝杰林克。
伊万诺夫斯基和贝杰林克通过他们创造性工作发现了烟草花叶病毒,从而开创了病毒学独立发展的历程。