设为首页收藏本页资料仓库证券大数据English Data

病毒

2021-02-26 12:10:01



病毒(英语:virus)是一种仅能在生物体的活细胞内复制繁衍的亚显微病原体。它由一个核酸分子(DNA或RNA)与蛋白质构成的非细胞形态,为类生物,无法自行表现出生命现象,靠寄生生活的介于生命体及非生命体之间的有机物种,它既不是生物亦不是非生物。它是由一个保护性外壳包裹的一段DNA或者RNA,借由感染的机制,这些简单的有机体可以利用宿主细胞系统进行自我复制,但无法独立生长和复制。病毒可以感染所有具有细胞结构的生命体。第一个已知的病毒是烟草花叶病毒,由马丁乌斯·贝杰林克于1899年发现并命名,迄今已有超过5000种类型的病毒得到鉴定。研究病毒的科学称为病毒学,是微生物学的一个分支。

病毒由两到三个成分组成:病毒都含有遗传物质(RNADNA,只由蛋白质组成的朊毒体并不属于病毒);所有的病毒也都有由蛋白质形成的衣壳,用来包裹和保护其中的遗传物质;此外,部分病毒在到达细胞表面时能够形成脂质包膜环绕在外。病毒的形态各异,从简单的螺旋形正二十面体形复合型结构。病毒颗粒大约是细菌大小的千分之一。病毒的起源目前尚不清楚,不同的病毒可能起源于不同的机制:部分病毒可能起源于质粒(一种环状的DNA,可以在细胞内复制并在细胞间进行转移),而其他一些则可能起源于细菌。

病毒的传播方式多种多样,不同类型的病毒采用不同的方法。例如,植物病毒可以通过以植物汁液为生的昆虫,如蚜虫,来在植物间进行传播;而动物病毒可以通过蚊虫叮咬而得以传播。这些携带病毒的生物体称为“载体”。流感病毒可以经由咳嗽和打喷嚏来传播;诺罗病毒则可以通过手足口途径来传播,即通过接触带有病毒的手、食物和水;轮状病毒常常是通过接触受感染的儿童而直接传播的;此外,艾滋病毒则可以通过体液接触来传播。

并非所有的病毒都会导致疾病,因为许多病毒的复制并不会对受感染的器官产生明显的伤害。一些病毒,如艾滋病毒,可以与人体长时间共存,并且依然能保持感染性而不受到宿主免疫系统的影响,即“病毒持续感染”(viral persistence)。但在通常情况下,病毒感染能够引发免疫反应,消灭入侵的病毒。而这些免疫反应能够通过注射疫苗来产生,从而使接种疫苗的人或动物能够终生对相应的病毒免疫。像细菌这样的微生物也具有抵御病毒感染的机制,如限制修饰系统。抗生素对病毒没有任何作用,但用于治疗病毒感染的抗病毒药物已经研发出来。

历史

资料专题:病毒历史

起源

资料专题:病毒起源

结构

资料专题:病毒结构

遗传物质

资料专题:病毒遗传物质

生命周期

资料专题:病毒生命周期

命名

病毒的命名并无绝对的规则,常依病毒的型态、感染对象、最初发现地点,也可能会由WHO进行官方命名。例如感染动植物的病毒可能依感染的对象、病征来命名,例如麻疹病毒、狂犬病毒,以发现地点命名的包括埃博拉病毒。噬菌体的命名常依实验室内编号命名,例如T1噬菌体。

分类

资料专题:病毒分类

病毒与人类疾病

资料专题:病毒病毒与人类疾病

其他物种中的病毒感染

病毒可以感染所有的物种,少数病毒(如mimivirus)甚至也会受到其他特定病毒的感染;但特定的病毒感染物种的范围是有限的。例如,植物病毒不会感染动物,而噬菌体只能感染细菌。

动物

家畜来说,病毒是重要的致病因子;能够导致的疾病包括口蹄疫、蓝舌病等。作为人类宠物的猫、狗、马等,如果没有接种疫苗,会感染一些致命病毒。例如犬小病毒(Canine parvovirus),一种小DNA病毒,其感染是导致幼犬死亡的重要原因。所有的无脊椎动物都会感染病毒。例如蜜蜂会受到多种病毒的感染。幸运的是,大多数病毒能够与宿主和平相处而不引起任何损害,也不导致任何疾病。

植物

植物病毒的种类繁多,能够影响受感染植物的生长和繁殖。植物病毒的传播常常是由称为“载体”的生物来完成。这些载体一般为昆虫,也有部分情况下为真菌、线虫动物以及一些单细胞生物。控制针对植物的病毒感染,通常是采用消灭载体生物以及除去其他可能的病毒宿主,如杂草。对于人类及其他动物来说,植物病毒是无害的,因为它们只能够在活的植物细胞内进行复制。

植物具备精巧而有效的防御机制来抵抗病毒感染。其中,最为有效的机制是“抵抗基因”(R基因)。每个R基因能够抵抗一种特定病毒,主要是通过触发受感染细胞的附近细胞的死亡而产生肉眼可见的空点,从而阻止感染的扩散。植物中的RNA干扰也是一种有效的防御机制。当受到感染,植物常常就能够产生天然消毒剂(如水杨酸、一氧化氮和活性氧分子)来杀灭病毒。

细菌

噬菌体是病毒中最为普遍和分布最广的群体。例如,噬菌体是水体中最普遍的生物个体,在海洋中其数量可达细菌数量的十多倍,1毫升的海水中可含有约2亿5千万个噬菌体。噬菌体是通过结合细菌表面的受体来感染特定的细菌。在进入细菌后的很短的时间内,有时仅仅为几分钟,细菌的聚合酶就开始将病毒mRNA翻译为蛋白质。这些病毒蛋白质有些在细菌细胞内组装成新的病毒体,有些为辅助蛋白可以帮助病毒体的组装,有些则参与细胞裂解(病毒可以产生一些酶来帮助裂解细胞膜)。噬菌体的整个感染过程非常迅速;以T4噬菌体为例,从注入病毒核酸到释放出超过300个新合成的病毒,所需的时间仅为20多分钟。

细菌防御噬菌体的主要方法是合成能够降解外来DNA的酶。这些酶称为限制性内切酶,它们能够剪切噬菌体注入细菌细胞的病毒DNA。细菌还含有另一个防御系统,这一系统利用CRISPR序列来保留其过去曾经遇到过的病毒的基因组片断,从而使得它们能够通过RNA干扰的方式来阻断病毒的复制。这种遗传系统为细菌提供了一个类似于获得性免疫的机制来对抗病毒感染。

古菌

古菌也会受到一些病毒感染,主要是双链DNA病毒。这些病毒明显与其他病毒无相关性,它们具有多种特别的外形,如瓶状、钩杆状或泪滴状。在嗜热古菌,特别是硫化叶菌(Sulfolobales)和热变形菌(Thermoproteales)中的这类病毒已经获得了细致的研究。古菌的病毒防御体系可能包括了RNA干扰(利用古菌基因组中所含的与病毒基因相关的重复DNA序列来进行)。

应用

生命科学与医学

病毒对于分子生物学和细胞生物学的研究具有重要意义,因为它们提供了能够用于改造和研究细胞功能的简单系统。研究和利用病毒为细胞生物学的各方面研究提供了大量有价值的信息。例如,病毒在遗传学研究中的使用可用于协助人们了解分子遗传学的基本机制,包括DNA复制转录RNA加工、翻译、蛋白质转运以及免疫学等。

遗传学家常常用病毒作为载体将需要研究的特定基因引入细胞。这一方法对于细胞生产外源蛋白质,或是研究引入的新基因对于细胞的影响,都是非常有用的。病毒治疗法(virotherapy)也采用类似的策略,即利用病毒作为载体引入基因来治疗各种遗传性疾病,好处是可以定靶于特定的细胞和DNA。这一方法在癌症治疗和基因治疗中的应用前景广阔。一些科学家已经利用噬菌体来作为抗生素的替代品,由于一些病菌的抗生素抗性的加强,人们对于这一替代方法的兴趣也不断增长。

材料科学与纳米技术

目前纳米技术的发展趋势是制造多用途的病毒。从材料科学的观点来看,病毒可以视同有机纳米颗粒:它们的表面携带特定的工具用于穿过宿主细胞的壁垒。病毒的大小和形状,以及它们表面的功能基团的数量和性质,是经过精确地定义的。正因为如此,病毒在材料科学中普遍用作支架来共价连接表面修饰。病毒的一个特点是它们能够通过直接进化来改动。从生命科学发展而来的这些强大技术正在成为纳米材料制造方法的基础,远远超越了它们在生物学和医学中的应用而用于更加广泛的领域中。

由于具有合适的大小、形状和明确的化学结构,病毒在纳米量级上的组织材料作为模板使用。最近的一个应用例子是利用豇豆花叶病毒颗粒来放大DNA微阵列上感应器的信号;在该应用中,病毒颗粒将用于显示信号的荧光染料分离开,从而阻止能够导致荧光淬灭的非荧光二聚体的形成。另一个例子是利用豇豆花叶病毒作为纳米量级的分子电器的面板。在实验室中,病毒还可以用于制造可充电电池。

武器

病毒能够引起瘟疫而导致人类社会的恐慌,这种能力使得一些人企图利用病毒作为生化武器来达到常规武器所不能获得的效果。而随着臭名昭著的西班牙流感病毒在实验室中获得成功复原,对于病毒成为武器的担心不断增加。另一个可能成为武器的病毒是天花病毒。天花病毒在绝迹之前曾经引起无数次的社会恐慌。目前天花病毒存在于世界上的数个安全实验室中,对于其可能成为生化武器的恐惧并非是毫无理由的。天花病毒疫苗是不安全的,在天花绝迹前,由于注射天花疫苗而患病的人数比一般患病的人数还要多,而且天花疫苗目前也不再广泛生产。因此,在存在如此多对于天花没有免疫力的现代人的情况下,一旦天花病毒被释放出来,在病毒得到控制之前,将会有无数人患病死去。

参见

注释

  1. Submicroscopic,其尺寸小于显微镜的可见范围。
  2. “filterable virus”约1930年代中期简为“virus”,但仍见于英文辞典中;中文则是译“滤过性病毒”简称“病毒”。所有病毒都具滤过性,可不用自我提示。

参考文献

资料专题:病毒参考文献

延伸阅读

  • 莽克强. 《基础病毒学》. 化学工业出版社. 2005年.ISBN7502569138.
  • 张忠信. 《病毒分类学》. 高等教育出版社. 2006年.ISBN7040192519.
  • Sompayrac, L. 《病毒学概览》. 化学工业出版社. 2005年.ISBN7-5025-7698-3.

外部链接

资料专题:病毒外部链接