发布时间 : 星期日 文章第01章 动物分子病毒学发展简史更新完毕开始阅读30c5f80458f5f61fb73666f7
反转录成DNA，因此出现RNA和DNA两种核酸形式；细小病毒的DNA为单链；呼肠孤病毒和双RNA病毒的RNA为双链。RNA病毒和类病毒是生物界中以RNA携带全部遗传信息的仅有的例子。这在生命起源的研究方面，可能具有重要参考意义。
不同的病毒，其核酸的大小和组成各不相同。一般说来，病毒粒子愈大，其所需的核酸量愈多，成分也越复杂。有关各主要病毒科的各种化学成分的百分含量以及其核酸的特性，请参见附录。
核苷酸序列测定是研究病毒核酸组分的直接依据。近年来，许多病毒的核苷酸序列已被测知，甚至许多病毒的基因也已在核苷酸序列中得到了定位。这样，核酸的组成与基因表达就有机地统一起来了。
(2)蛋白质： 蛋白质是病毒粒子的又一重要组成成分。大多数病毒的蛋白质约占其总重的70％以上, 少数的约占30%～40%。病毒蛋白的主要功能是对病毒核酸形成保护性外壳；二是参与病毒粒子对细胞受体的吸附。此外，病毒蛋白具有抗原性，可诱发机体产生免疫反应。同时，病毒蛋白具有较高的毒性作用，是使动物机体发生各种毒性反应的主要成分。
病毒粒子的蛋白，大部分是特异的。但囊膜病毒的囊膜中含有一些来自胞膜的细胞蛋白。 病毒粒子的蛋白主要有4种：衣壳蛋白、基质蛋白、囊膜蛋白和酶蛋白。衣壳蛋白包裹核酸，形成保护性外壳；基质蛋白位于外层脂质和衣壳之间，例如流感病毒的内膜蛋白，起到维持病毒内外结构的作用；囊膜蛋白主要是糖蛋白，位于囊膜表面。病毒基因组还常编码出另外一些多肽链，只在病毒的复制过程中呈现一定作用，称为非结构蛋白。某些蛋白具有酶活性。
(3)酶类： 这里所讲的酶类是指病毒粒子的固有部分，而不是虽由病毒基因编码但不结合入病毒粒子的酶。某些动物病毒，特别是许多较大型病毒和结构比较复杂的病毒，都含有酶的成分。如许多病毒的转录酶、RNA肿瘤病毒的反转录酶及痘苗病毒的RNA 5'端修饰酶等。这种酶在提纯后常可保持活性。
病毒粒子中的酶在功能上分为两类：一类酶使细胞的细胞膜成分降解，例如流感病毒的神经氨酸酶；另一类酶则与病毒核酸的合成和降解有关，例如许多病毒的转录或复制酶，此外，在已提纯的某些病毒粒子内，包括许多RNA肿瘤病毒、某些流感和副流感病毒、痘苗病毒和某些疱疹病毒，还发现有蛋白激酶的存在。某些病毒，例如白血病病毒和痘病毒，病毒粒子中含有更多种类的酶，多达8～10种甚至10种以上。在这些酶中，有些(如ATP酶等)位于病毒粒子的囊膜上，但多数的酶则是结合于病毒粒子的核心中，因此必须破坏病毒囊膜之后才能发现。
必须指出，即使某些病毒含有较多的酶，但不可能具有核酸和蛋白质合成所需要的完整的酶系统。
(4)脂质： 病毒粒子的脂质主要是磷脂和胆固醇 (分别约占50～60％和20～30％)，有时还有少量的甘油三酸酯(中性脂肪)。主要存在于囊膜中，是病毒在成熟释放过程中从宿主细胞获得的。但痘病毒的内部脂质成分似乎具有一定的病毒特异性，这是一个例外。有谓虹彩病毒也含有内部脂质，但未得到最后证实。
以脂质为骨架形成的病毒囊膜在病毒复制中，如病毒的吸附、侵入和释放占有重要地位。 (5)糖类: 某些动物病毒含有少量来自宿主细胞的糖类，例如正粘病毒、疱疹病毒和痘病毒。于流感病毒，糖类以糖蛋白的形式存在于病毒囊膜中。病毒糖蛋白在病毒粒子吸附和侵入细胞的过程中呈现一定作用。糖蛋白还是重要的免疫原，有使动物机体产生中和抗体的作用。
二、病毒学发展简史
自1892年Ivanowski发现病毒以来，病毒学在人类与病毒性疾病长期斗争的实践中，已逐步发展成为生命科学中的一门重要学科。随着生物学技术及相关技术的不断发展，病毒学的发展大致经历了如下四个阶段：
（一）经验观察阶段
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这一时期包括公元十世纪至1892年Ivanowski发现病毒,大约900年的历史。据香港大学Needman J.(1980)的详细考证，我国在北宋年间，即相当于公元十世纪，我国人民在世界上首先发明了采用人工免疫方法预防天花。在公元十七世纪，该方法沿丝绸之路西行传入中东，并很快扩展到整个欧洲；在十八世纪末（1798年），英国人Edward Jenner根据牛痘和人痘具有相似，以及挤牛奶的妇女不得天花的现象，发明了采用牛痘预防天花的免疫接种技术；1884年法国人又发明了狂犬病疫苗。这些成果都是在当时的社会条件和科学技术水平上，在对病毒本质根本不了解的情况下，从防病的实际需要出发，人们根据对自然现象的细致观察和实践经验的总结所取得的。
（二）整体水平研究阶段
这一阶段自1892年至20世纪40年代。1892年Ivanowski发现，患烟草花叶病的烟叶浸出液，通过除菌滤器后，仍具有感染性。6年后（1898年）Beijerinck也发现并证实了这一点，提出了滤过性病毒的概念。并指出这是一类不同于细菌的致病因子。
本世纪初期，F.W.Twort和F.d'Herelle等发现了噬菌体。在这一阶段，人们主要采用敏感动物或动物胚胎来研究病毒，先后分离鉴定了近百种不同动物的病毒。同时，在机体水平上研究了病毒的繁殖、致病机制和免疫反应等。总的说来，病毒学在这一阶段取得了很大进展，但尚未形成独立学科，仍属于微生物学的一个分支。
（三）细胞水平研究阶段
在本世纪40~60年代，组织培养技术广泛应用于病毒学领域，使病毒学研究无论在广度上还是在深度上都获得了很大发展。我国学者黄祯祥于1943年利用鸡胚组织块在试管内进行病毒传代、定量滴定和中和试验。许多学者利用这一新技术，相继分离获得了上百种以前对动物不敏感的新病毒，极大地扩展了病毒学的研究范围；对病毒的复制和遗传进行了深入研究，加深了人们对病毒本质的认识；成功研制成一批经济、安全、有效的组织培养疫苗。
由于噬菌体易于培养和检测，50年代人们利用它进行了大量的病毒学基础研究，初步阐明了病毒的感染、繁殖机制和基因整合机制，以及病毒的基因图谱等。
在这一时期，病毒学逐步发展成为一门独立的学科，也为分子病毒学的发展奠定了基础。病毒学的专门学术刊物也于50年代初问世了。
（四）分子水平研究阶段
Watson和Crick （1953年）对DNA双螺旋结构的阐明，开创了分子生物学时代。1955年证明烟草花叶病毒和随后的另一些病毒不仅可在适当条件下裂解为蛋白质和核酸，而且这两个组成成分还可重新组成感染性病毒粒子，1956年又进一步发现烟草花叶病毒和其他一些病毒的游离核酸本身就可以引起感染乃至导致典型疾病，则使病毒研究进入了分子病毒学阶段。
六十年代以来，先后阐明了DNA和RNA病毒的增殖过程；发现了亚病毒；建立了绝大部分病毒基因组的体外无性繁殖体系；阐明了某些病毒基因的结构与功能的关系及其表达调控机理；许多病毒（包括噬菌体）基因组的核苷酸序列已经全部或部分测知；阐明了病毒与细胞受体以及病毒与抗体之间的结合部位及其微细结构，为在分子水平上了解病毒感染的详细机理以及病毒免疫原在病毒粒子表面的分布、组成与立体构型,以及抗病毒药的作用机制等提供了确切的依据；DNA重组病毒疫苗和分子疫苗的问世以及核酸诊断技术在病毒学中的应用，使病毒性疾病的预防和诊断发生了革命性的变化；基因工程广谱抗病毒多肽药物--干扰素已投放市场。病毒基因的克隆、修饰、测序乃至人工合成，已是分子病毒学实验室的常规技术。
分子病毒学的研究成果又极大地推动了分子生物学的发展。RNA肿瘤病毒反转录酶的发现，丰富了中心法则的内容，而且使RNA在试管内反转录成cDNA成为可能；有关真核基因表达调控的某些
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原理，如基因重叠、内含子的发现，转录后剪接，重复序列和增强子等，都是在研究病毒的基因结构和表达调控时阐明的。是否可以这样说，分子生物学有关真核基因结构及其表达调控的绝大部分理论都来源于分子病毒学。因此，大力开展分子病毒学的研究，其意义十分重大。
三、病毒学发展史上的重要成果
总结病毒学发展史上的重要成果，不仅可以加深对病毒学这门学科的认识，而且还可以更准确地把握病毒学未来的发展方向。
表1-1 病毒学发展史上的重要成果
年 份 主要成就 发明(现)人 1798 创立了接种牛痘苗预防天花的人工免疫方法 E.Jenner 1884 研制成功狂犬病疫苗 L.Pasteur 1892 发现烟草花叶病病原的滤过性 D.E.Ivanowski 1898 证明烟草花叶病由滤过性病原引起 M.W.Beijerinck 发现口蹄疫病原的滤过性 F.Loeffler等 1902 发现羊痘原质小体，即病毒粒子 W.Borrel 1903 发现狂犬病的细胞浆内包涵体(Negri小体) A.Negri 1908 发现鸡白细胞增生病病毒可用病鸡
组织的无细胞滤液传代 V.Ellerman 1911 发现鸡的一种恶性肿瘤(后被称为劳斯肉瘤)
的病毒病原 P.Rous
1915～1917 发现噬菌体 F.W.Twort，F.d'Herelle 1923～1927 应用鸡胚组织块培养劳斯肉瘤病毒和痘苗病毒 A.Carrel 1927～1931 获得部分纯化的烟草花叶病毒 C.G.Vinson等 1933 发现哺乳动物的一种肿瘤(后被称为
兔乳头状瘤)的病毒病原 R.E.Shope 创立单层细胞培养技术 G.O.Gey 1934 获得几乎纯化的噬菌体 M.Schlesinger 1935 获得烟草花叶病毒的次结晶 W.M.Stanley 1937 阐明烟草花叶病毒和其他植物病毒的核衣壳结构 F.C.Bawden等 1938 测定一些病毒粒子的大小 W.J.Elford 1940 阐明噬菌体的复制周期 M.Delbruck 1941 发现流感病毒的红细胞凝集作用 G.H.Hirst 1942 发现哺乳动物第一个RNA肿瘤病毒(小鼠乳腺瘤病毒) J.J.Bittner 1943 应用鸡胚组织块进行西方型马脑炎病毒的传代、
滴定与中和试验 黄祯祥 1949 利用单层细胞滴定脊髓灰质炎病毒 J.F.Enders等 1952 发现噬菌体的感染是依靠DNA而不是其蛋白质 A.D.Hershey等 利用单层细胞进行蚀斑试验 R.Dulbecco等 1955 获得脊髓灰质炎病毒的结晶 F.L.Schaffer等 1955～1957 将烟草花叶病毒的核酸及其蛋白亚单位
重构成感染性病毒 H.Fraenk el Conrat等 1957 由Mengo脑炎病毒内提取出感染性核酸 J.S.Colter等 发现干扰素 A.Isaacs等 应用细胞培养分离获得多瘤病毒 S.E.Stewart
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1960 测出烟草花叶病毒外壳蛋白的氨基酸序列 T.Tsugita等，F.A.Anderer等 1962 阐明某些病毒的二十面体结构 D.L.D.Casfar等 证明噬菌体RNA的体外翻译 D.Nathans等 1965 成功地在体外复制噬菌体RNA S.Spiegelman等 1967 证明噬菌体DNA的体外复制 M.Goulian等 阐明类病毒的本质 T.O.Diener等 1968 阐明流感病毒的多节段RNA基因组 P.H.Duesberg
1970 发现反转录酶 H.M.Temin，D.Baltimore等 1974 应用限制性内切酶进行SV40基因的物理图研究 Lebowitz等 1976 发现正常细胞中含有与劳斯肉瘤病毒癌基因(src)
相对应的基因 D.Stehelin等 1977 测定了一个噬菌体(φX174)的DNA全序列 F.Sanger等 1978 测定了SV40 DNA的全序列 W.Fiers等 1979 人干扰素基因工程宣告成功 T.Taniguchi等 1981 反转录获得口蹄疫病毒VP1基因
并在大肠杆菌中表达 H.Kupr等；J.C.Boothroyd等 1982 应用痘苗病毒作为载体表达外源基因 E.Paoletti；B.Moss 人工合成口蹄疫病毒VP1的两个肽链，
证明能使动物产生中和反应 J.L.Bittle等 发现羊的痒疫病原体是一种分子量为50kDa的蛋白质， 没有核酸,称为蛋白侵染子(prion)
或“朊”病毒(virion)， S.B.Prusiner 1984 构建成功能表达狂犬病毒糖蛋白的重组痘苗病毒 M.P.Kieny等 1985 化学合成口蹄疫病毒编码140～160位肽段的基因片段，
在大肠杆菌中表达，证明对牛有保护作用 F.Brown等 利用反转录病毒作为载体将外源基因导入小鼠 H.Patten 应用X光衍射技术阐明鼻病毒晶体的三维空间结构 M.G.Rossmann等 1988 发现基因剪(gene sheares)并证明其催化RNA
切割反应的功能 J.Haseloff等 1989 利用小RNA病毒的中和抗体结合区运载外来免疫原，
获得了杂合病毒 D.J.Evan等 1991 将Moloney鼠白血病毒的反义表达序列导入小鼠受
精卵,培育成的转基因小鼠对该病毒有抗性 L.Han等
注：本表以动物病毒为主，脊髓灰质炎病毒、人免疫缺陷病毒等的发现以及有关的一些疫苗研究成就未列入。
四、分子病毒学的主要研究内容
目前分子病毒学主要向两个方向发展，一是着重在理论方面，采用现代分子生物学技术阐明病毒及病毒感染的本质；另一方面是着重在应用，也就是病毒基因工程。两者相互依存，相互促进，其主要内容和重要性可以概括如下：
（一）病毒的分子结构与功能
要研究病毒基因组的结构与功能的关系，一般须先建立病毒基因组的无性繁殖系，这样才能
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