微生物与人类论文

浅谈病毒

摘要：在我们生活的环境中，生物体内存在着病毒，很大一部分不会影响我们的身体健康，但是有一部分却可以引发人类的疾病，甚至致人死亡。可以说只要有生命的地主，就有病毒存在。本文简单介绍一下病毒。

一、病毒的历史

病毒（英语：virus）是由一个核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的非细胞形态的靠寄生生活的生命体[1]。它实际上就是由一个保护性的外壳包裹的一段DNA或者RNA，借由感染的机制，这些简单的生物体可以利用宿主的细胞系统进行自我复制，但无法独立生长和复制。病毒可以感染几乎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。研究病毒的科学被称为病毒学，是微生物学的一个分支。

只要有生命的地方，就有病毒存在；病毒很可能在第一个细胞进化出来时就存在了。[2]病毒起源于何时尚不清楚，因为病毒不形成化石，也就没有外部参照物来研究其进化过程，同时病毒的多样性显示它们的进化很可能是多条线路的而非单一的。分子生物学技术是目前可用的揭示病毒起源的方法；[3]但这些技术需要获得远古时期病毒DNA或RNA的样品，而目前储存在实验室中最早的病毒样品也不过90年。

关于病毒所导致的疾病，早在公元前二至三个世纪的印度和中国就有了关于天花的记录。但直到19世纪末，病毒才开始逐渐得以发现和鉴定。1892年，俄国生物学家德米特里·伊凡诺夫斯基在研究烟草花叶病时发现，将感染了花叶病的烟草叶的提取液用烛形滤器过滤后，依然能够感染其他烟草。于是他提出这种感染性物质可能是细菌所分泌的一种毒素，但他并未深入研究下去。当时，人们认为所有的感染性物质都能够被过滤除去并且能够在培养基中生长，这也是疾病的细菌理论（germ theory）的一部分。1899年，荷兰微生物学家马丁乌斯·贝杰林克重复了伊凡诺夫斯基的实验，并相信这是一种新的感染性物质。他还观察到这种病原只在分裂细胞中复制，由于他的实验没有显示这种病原的颗粒形态，因此他称之为可溶的活菌，并进一步命名为virus（病毒）。

20世纪早期，英国细菌学家弗雷德里克·图尔特发现了可以感染细菌的病毒，并称之为噬菌体。随后法裔加拿大微生物学家Felixd'Herelle描述了噬菌体的特性：将其加入长满细菌的琼脂固体培养基上，一段时间后会出现由于细菌死亡而留下的空斑。高浓度的病毒悬液会使培养基上的细菌全部死亡，但通过精确的稀释，可以产生可辨认的空斑。通过计算空斑的数量，再乘以稀释倍数就可以得出溶液中病毒的个数。他们的工作揭开了现代病毒学研究的序幕。

20世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，大多数能够感染动物、植物或细菌的病毒在这数十年间被发现1983年，法国巴斯德研究院的吕克·蒙塔尼耶和他的同事弗朗索瓦丝·巴尔－西诺西首次分离得到了一种逆转录病毒，也就是现在世人皆知的艾滋病毒（HIV）。

二、研究现状

由病毒引起的人类疾病种类繁多。不同的病毒有着不同的致病机制，主要取决于病毒的种类。在细胞水平上，病毒主要的破坏作用是导致细胞裂解，从而引起细胞死亡。在多细胞生物中，一旦机体内有足够多的细胞死亡，就会对机体的健康产生影响。虽然病毒可以引发疾病，却也可以无害地存在于机体内。

对于病毒的研究，延伸出了一些学说，如：流行病学、基础病毒学、病毒分类学、病毒学概览等。病毒的流行病学是现代医学中的一个分支，主要是研究基于人的病毒的传播途径和对病毒感染的控制方法。病毒的传播可以是垂直方式，如从母亲到婴儿，或者是水平方式，即从一个人到另一个人。

流行病学研究是用于在病毒性疾病爆发时及时切断病毒在人群中的传染链。防治措施是针对病毒的传播方式进行控制。发现病毒源和鉴定病毒是其中的重要环节。一旦病毒被鉴定，其传播就可以通过注射疫苗来阻断。当没有可用的疫苗时，改善环境卫生以及采取消毒措施也可以有效地防止病毒传播。通常受感染的病人需要与其他健康人群隔离开，而对有接触过病毒的人需要进行隔离检疫。

多数研究者相信艾滋病来源于二十世纪的撒哈拉以南非洲地区；[120]现在，艾滋病已经发展成为瘟疫，全球大约有3.86千万人感染了艾滋病。[121]联合国艾滋病规划署（UNAIDS）和世界卫生组织（WHO）估计自1981年6月5日首个病例被发现至今已有超过两千五百万人死于艾滋病，这使得艾滋病成为有史以来最具伤害性的瘟疫之一。[122] 2007年全年总共有2.7百万新的艾滋病感染者和2百万艾滋病相关的死亡案例。[123]

数种高致死性病毒菌株是丝状病毒科成员。丝状病毒是一类纤维状的病毒，可以引起病毒性出血热，其成员包括埃博拉病毒和马尔堡病毒。马尔堡病毒引起全世界的广泛注意是在2005年4月，安哥拉发生的一次疾病爆发。这次爆发从2004年10月一直持续到2005年。[124]埃博拉出血热则首度出现于1976年，后造成间歇性爆发及高致死率。最近且最严重的一次爆发，为西非埃博拉病毒疫症。

病毒基因组出现的变化可能影响相关药物治疗和病毒检测的效果，而且还会增加研究人员的工作。有些病毒出现了突变，可能会增加致命性，传播更加快。如果研究能揭示病毒进化的情况，能够加深医学界对病毒的认识，从而提升目前的疫情防控和应对能力。

三、研究前景

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被用于改造和研究细胞功能的简单系统。[173]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。[174]例如，病毒被用在遗传学研究中来帮助我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。

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，病毒可以被看作有机纳米颗粒：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，病毒在材料科学中被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被改动。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被应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，病毒被用作纳米量级上的组织材料的模板。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，病毒还可以被用于制造可充电电池。

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。

参考文献：

1.周德庆.微生物学教程（第三版）.高等教育出版社.2011.p65-66

2. （英文）Iyer LM, Balaji S, Koonin EV, Aravind L. Evolutionary genomics of nucleo-cytoplasmic large DNA viruses. Virus Res. 2006-04, 117 (1): 156–84. doi:10.1016/j.virusres.2006.01.009. PMID 16494962.

3.（英文）Liu Y, Nickle DC, Shriner D, et al (2004). "Molecular clock-like evolution of human immunodeficiency virus type 1". Virology.

10;329(1):101–8, PMID 15476878