第一節(jié) 病毒的大小與形態(tài)
完整的成熟病毒顆粒稱為病毒體（virion)，是細(xì)胞外的結(jié)構(gòu)形式，具有典型的形態(tài)結(jié)構(gòu)，并有感染性。病毒體大小的測(cè)量單位為納米（nanometer,nm,為1/1000?m)。各種病毒體大小差別懸殊，最大約為300nm，如痘苗病毒；最小約為30nm，如脊髓灰質(zhì)炎病毒、鼻病毒等。多數(shù)病毒呈球形或近似球形，少數(shù)可為子彈狀、磚塊狀，噬菌體可
呈蝌蚪狀。經(jīng)用磷鎢酸負(fù)染后，在電子顯微鏡下可見(jiàn)到病毒表面的微細(xì)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的病毒可被結(jié)晶后用X線衍射分析病毒的超微結(jié)構(gòu)，根據(jù)X線衍射圖型可用數(shù)學(xué)方式處理而推導(dǎo)病毒體的分子構(gòu)型。
病毒體的內(nèi)部為核酸，構(gòu)成病毒的基因組（genome)，是決定病毒遺傳、變異和復(fù)制的物質(zhì)。核酸外包有蛋白衣殼（capsid)，不僅起保護(hù)病毒核酸的作用，還能介導(dǎo)病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞并具有抗原性。衣殼是由一定數(shù)量的殼粒（capsomere)所組成。根據(jù)殼粒排列方式的不同可分為以下幾種對(duì)稱類型：
螺旋對(duì)稱型（helicalsymmetry)) 殼粒沿著螺旋形的病毒核酸鏈對(duì)稱排列。見(jiàn)于大多數(shù)桿狀病毒、彈狀病毒。
20面體對(duì)稱型（icosahedralsymmetry) 核酸濃集成球形或近似球形，外周的殼粒排列成20面體對(duì)稱型。20面體的每個(gè)面都呈等邊三角形，由許多殼粒鑲嵌組成。大多數(shù)病毒體三角形面由6個(gè)殼粒組成，稱為六鄰體，在三角形頂角可由5個(gè)殼粒組成，稱為五鄰體。
復(fù)合對(duì)稱型（complexsymmetry) 病毒體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，既有螺旋對(duì)稱又有立體對(duì)稱型式。僅見(jiàn)于痘病毒、噬菌體等。
由于病毒的基因組很小，所編碼蛋白質(zhì)的種類有限，衣殼不是單個(gè)蛋白分子而需由許多殼粒組成。殼粒是由少數(shù)幾種重復(fù)的多肽亞單位組成。經(jīng)測(cè)定，用20面立體構(gòu)成的外殼最為堅(jiān)固，并且其內(nèi)部空間容積最大。螺旋對(duì)稱型衣殼則相對(duì)不夠堅(jiān)固，因此其衣殼外尚需另有包膜（envelope)包圍。包膜是病毒在成熟過(guò)程中穿過(guò)宿主細(xì)胞以出芽方式向細(xì)胞外釋放時(shí)獲得的，故含有宿主細(xì)胞膜或核膜成分包括脂質(zhì)和少量糖類。包膜表面常有不同形狀的突起，稱為包膜子粒（peplomere)或刺突（spike)。有些20面立體對(duì)稱型病毒衣殼外也具有包膜。
病毒的大小及形態(tài)在病毒分類中有重要的參考價(jià)值，但很少在診斷病毒感染中應(yīng)用。當(dāng)標(biāo)本中病毒含量很高，檢測(cè)的病毒又有形態(tài)學(xué)特征，并配備有電鏡及有經(jīng)驗(yàn)的病毒形態(tài)專家，觀察病毒形態(tài)及大小可有重要發(fā)現(xiàn)。我國(guó)洪濤教授在成人腹瀉標(biāo)本中首次用電鏡觀察到一定大小的病毒體，并從其衣殼中殼粒排列成輪狀，初步認(rèn)定其為輪狀病毒。以后經(jīng)過(guò)進(jìn)一步用分子生物學(xué)技術(shù)證實(shí)確為輪狀病毒，從而在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)了成人輪狀病毒。
第二節(jié) 病毒的核酸與蛋白質(zhì)
一、病毒核酸
多樣性 病毒核酸位于病毒體中心，其化學(xué)成分為DNA或RNA，籍此分為DNA病毒和RNA病毒兩大類。核酸具有多樣性，可以為線型或環(huán)型，可為雙鏈RNA、單鏈RNA、分節(jié)段RNA、單鏈DNA或雙鏈DNA。病毒核酸的大小差別懸殊，微小病毒（parvovirus)僅由5000個(gè)核苷酸組成，而最大的痘類病毒則由約4000000個(gè)核苷酸組成。病毒核酸攜帶病毒的全部遺傳信息，是病毒的基因組。病毒基因組的序列必須被易感宿主細(xì)胞所解碼，方可被識(shí)別、轉(zhuǎn)錄并轉(zhuǎn)譯出多種病毒蛋白。病毒核酸作為模板還可在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制合成子代病毒的基因組，并最終形成完整的子代病毒。因?yàn)椴《镜纳钚员仨氃诨罴?xì)胞內(nèi)方能顯示，有學(xué)者提出：從本質(zhì)上看在細(xì)胞外處于靜止?fàn)顟B(tài)的病毒體與質(zhì)粒DNA及轉(zhuǎn)座子類似，并推測(cè)是否三者有著共同起源。
有內(nèi)含子 由于病毒的基因組很小，為充分利用其核酸，病毒基因組中的多種基因常以互相重疊形式存在，即編碼的幾個(gè)開(kāi)放讀框（ORF)間有重疊。病毒基因的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯均需在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行，因此病毒基因組的組成與真核細(xì)胞的基因組相似，而不同于細(xì)菌等原核細(xì)胞的基因組。例如細(xì)菌基因組無(wú)內(nèi)含子，但病毒基因組中有內(nèi)含子，并且轉(zhuǎn)錄后剪接和加工。
克隆與表達(dá) 因病毒的核酸是決定病毒的感染性、復(fù)制特性、遺傳性的基礎(chǔ)，近10余年來(lái)幾乎對(duì)所有病毒科的代表病毒種均進(jìn)行了基因克隆并完成了核苷酸測(cè)序。此外，還用定位點(diǎn)突變、缺失突變等研究了病毒基因片段的功能。通過(guò)將編碼有抗原性與保護(hù)性蛋白的基因克隆入表達(dá)載體后，可大量表達(dá)蛋白并可加以利用，發(fā)展為重組疫苗。上述基因組技術(shù)在DNA病毒中較易于發(fā)展，但在RNA病毒中卻遇到了困難。直至運(yùn)用逆轉(zhuǎn)錄酶（依賴RNA的DNA合成酶)，以RNA病毒基因?yàn)槟０�，合成了互補(bǔ)DNA（cDNA)后，方可用限制性內(nèi)切酶對(duì)cDNA進(jìn)行克隆和表達(dá)。
二、病毒蛋白質(zhì)
結(jié)構(gòu)蛋白 由病毒核酸編碼的病毒蛋白質(zhì)可分為結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白。結(jié)構(gòu)蛋白指的是組成病毒體的蛋白成份，如病毒體的衣殼、基質(zhì)（matrix)或包膜。對(duì)于結(jié)構(gòu)蛋白，可通過(guò)差速離心或密度梯度離心沉淀病毒體，再用蛋白分離技術(shù)（如SDS－聚丙烯胺凝膠電泳等)進(jìn)行分離與純化。例如對(duì)脊髓灰質(zhì)炎病毒衣殼蛋白，經(jīng)純化分離，發(fā)現(xiàn)僅由4種多肽亞單位所組成�；|(zhì)蛋白是連接衣殼蛋白與包膜蛋白的部分，一般具有跨膜及錨定（anchor)的功能區(qū)。包膜蛋白因是核衣殼成熟時(shí)經(jīng)過(guò)細(xì)胞的核膜或胞質(zhì)膜釋放時(shí)形成的，因此均具有跨膜的功能區(qū)，大部分蛋白分子突出在病毒體外，而且是糖蛋白。有些包膜上具有在電鏡下可見(jiàn)，并有一定形狀的刺突。在流感病毒和人類免疫缺陷病毒中，這些刺突具有重要的抗原性，可誘生機(jī)體的體液免疫及細(xì)胞免疫應(yīng)答。
非結(jié)構(gòu)蛋白 非結(jié)構(gòu)蛋白可以存在于病毒體內(nèi)，如病毒的酶，但也可能不存在于病毒體內(nèi)而僅存在于感染細(xì)胞內(nèi)，例如抑制細(xì)胞生物合成的蛋白或抑制病毒抗原經(jīng)組織相容性抗原（MHC)遞呈的蛋白等。對(duì)于細(xì)胞內(nèi)的病毒蛋白則可用針對(duì)不同表位的標(biāo)記單克隆抗體在感染細(xì)胞中進(jìn)行染色與分析。此外還可用蛋白酶或糖基化抑制物在病毒感染的細(xì)胞中進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，以明確各種非結(jié)構(gòu)蛋白出現(xiàn)的時(shí)相和其可能的作用。根據(jù)基因的核苷酸序列和對(duì)氨基酸的推導(dǎo)，也可利用電腦軟件進(jìn)行對(duì)比分析病毒蛋白的功能。非結(jié)構(gòu)蛋白中具有酶功能的蛋白，如逆轉(zhuǎn)錄酶、蛋白水解酶、DNA多聚酶、胸腺嘧啶核苷激酶等已作為抗病毒藥物作用的靶而備受重視。因?yàn)閺牟《倔w中分離、純化病毒酶獲得量很少，對(duì)多數(shù)病毒酶功能的研究都是通過(guò)重組表達(dá)而獲得病毒的酶。有些非結(jié)構(gòu)蛋白具有轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞的作用，其機(jī)制或是通過(guò)激活細(xì)胞的癌基因所致，或是蛋白本身即有此作用。編碼直接轉(zhuǎn)化細(xì)胞蛋白的基因被稱為病毒癌基因。有些病毒的非結(jié)構(gòu)蛋白還具有抗細(xì)胞因子或抗細(xì)胞凋亡作用。因此非結(jié)構(gòu)蛋白的功能研究對(duì)闡明病毒的致病機(jī)制有重要價(jià)值。
第三節(jié) 病毒的培養(yǎng)與增殖
一、病毒的培養(yǎng)
病毒必須在活細(xì)胞中方能進(jìn)行生命活動(dòng)，因此早期對(duì)病毒生物學(xué)特性的研究主要通過(guò)動(dòng)物接種（鼠、兔、犬、牛、猴等)以培養(yǎng)病毒。目前動(dòng)物接種僅限于研究病毒或毒株的致病性或?yàn)榇_切診斷某種病毒為病原體。個(gè)別病毒（如流感病毒)必須在雞胚中進(jìn)行分離培養(yǎng)。受精雞胚的羊膜腔和尿囊腔均可用以分離流感病毒。
在病毒學(xué)的發(fā)展史中，利用體外培養(yǎng)的動(dòng)物組織、胚胎或細(xì)胞，分離或培養(yǎng)病毒是突破性的成就。我國(guó)病毒學(xué)家黃楨祥在30年代研究馬腦炎病毒時(shí)，發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)的組織塊中加入病毒后，培養(yǎng)液的pH與無(wú)病毒的對(duì)照培養(yǎng)液有顯著差別，提出了有可能利用體外組織培養(yǎng)病毒。在此基礎(chǔ)上，Enders在非神經(jīng)組織培養(yǎng)中成功地培養(yǎng)了脊髓灰質(zhì)炎病毒，并進(jìn)一步研制出脊髓灰質(zhì)炎疫苗。Enders在諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者的報(bào)告中還提到了黃楨祥的工作。由于組織培養(yǎng)及以后發(fā)展的單層或懸浮細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)具有便于純化病毒、可直接觀察細(xì)胞變化（包括細(xì)胞出現(xiàn)病變或轉(zhuǎn)化)、可對(duì)病毒的復(fù)制過(guò)程進(jìn)行基礎(chǔ)性研究、可進(jìn)行空斑純化病毒克隆以及可滴定病毒含量等優(yōu)點(diǎn)，至今細(xì)胞培養(yǎng)仍是分離病毒及了解病毒生物學(xué)特性和病毒疫苗生產(chǎn)的主要工具。例如當(dāng)今為消滅小兒麻痹癥所應(yīng)用的脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗就是用細(xì)胞培養(yǎng)法所生產(chǎn)與制備的。
培養(yǎng)病毒所用的細(xì)胞有原代細(xì)胞、傳代細(xì)胞及雙倍體細(xì)胞等不同種類。原代細(xì)胞培養(yǎng)是指自動(dòng)物或人(來(lái)自猝死、疾病或因治療而流產(chǎn)胎兒的材料)組織直接用蛋白酶消化所獲得的細(xì)胞，經(jīng)培養(yǎng)后可貼管壁生長(zhǎng)或懸浮生長(zhǎng)（如淋巴細(xì)胞)。原代細(xì)胞對(duì)病毒的易感性高，主要作為自標(biāo)本中分離病毒的工具。傳代細(xì)胞分為二倍體細(xì)胞株和傳代細(xì)胞系�？蛇B續(xù)傳代的細(xì)胞系或來(lái)自腫瘤組織（如HeLa細(xì)胞)或來(lái)自發(fā)生自發(fā)轉(zhuǎn)化的原代細(xì)胞系（如中國(guó)地鼠卵巢細(xì)胞系，CHO)。這些細(xì)胞系的染色體為多倍體，與正常細(xì)胞不同。二倍體細(xì)胞則為在體外連續(xù)50－60代后仍保持其二倍染色體數(shù)目的細(xì)胞。經(jīng)再連續(xù)傳代，則二倍體細(xì)胞逐漸衰老而死亡。這種細(xì)胞株多數(shù)用人胚肺組織建立，既可用于分離病毒，也是人用疫苗生產(chǎn)中首選的細(xì)胞株。在用真核表達(dá)基因工程產(chǎn)品時(shí)則常用CHO細(xì)胞。
由于建立了細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)才能開(kāi)展對(duì)病毒復(fù)制的研究。病毒的復(fù)制過(guò)程常伴有一定的形態(tài)學(xué)與生化的變化，最早觀察病毒的復(fù)制是從細(xì)胞發(fā)生形態(tài)變化入手。溶細(xì)胞型病毒感染細(xì)胞后，可出現(xiàn)細(xì)胞團(tuán)縮、裂解和細(xì)胞腫大以及數(shù)個(gè)細(xì)胞融合成多核巨細(xì)胞或細(xì)胞聚集成葡萄串等。將病毒原液作10倍系列稀釋后，可對(duì)病毒的量進(jìn)行滴定。常用表達(dá)的方式為T(mén)CID50（50％tissuecultureinfectivedose),即能在半數(shù)細(xì)胞培養(yǎng)板孔或試管內(nèi)引起細(xì)胞病變（cytopathiceffect,CPE)的病毒量。例如在判定減毒活疫苗的質(zhì)量時(shí)，常需用所含病毒量作為重要標(biāo)準(zhǔn)。此外還可利用在細(xì)胞培養(yǎng)的表面覆蓋一層半固體物質(zhì)的方法，使細(xì)胞病變形成空斑，用來(lái)純化毒株。
二、病毒的增殖
病毒在易感活細(xì)胞內(nèi)增殖的方式，不同于其他微生物的以二分裂方式繁殖。病毒是以其基因?yàn)槟０�，籍DNA多聚酶或RNA多聚酶以及其他必要因素，指令細(xì)胞停止合成細(xì)胞的蛋白質(zhì)與核酸，轉(zhuǎn)為復(fù)制病毒的基因組，轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯出相應(yīng)的病毒蛋白，最終釋放出子代病毒。這一過(guò)程稱為一個(gè)復(fù)制周期。為便于闡述，將這一連續(xù)過(guò)程分成吸附和穿入、脫殼、生物合成、組裝成熟與釋放四個(gè)步驟介紹，以雙鏈DNA病毒為例。
吸附和穿入（absorptionandpenetration) 病毒需先吸附于易感細(xì)胞后方可穿入。吸附主要是通過(guò)病毒的包膜或無(wú)包膜病毒衣殼表面的配體位點(diǎn)與細(xì)胞表面的特異受體結(jié)合所介導(dǎo)。體外培養(yǎng)細(xì)胞的受體不一定與體內(nèi)組織或細(xì)胞的受體相同。例如脊髓灰質(zhì)炎病毒在體外細(xì)胞培養(yǎng)中可感染人或猴腎細(xì)胞，但在體內(nèi)主要侵犯的靶細(xì)胞是神經(jīng)系統(tǒng)，其機(jī)制尚不明確。研究顯示，各種病毒的受體不同。已知脊髓灰質(zhì)炎病毒的一種衣殼蛋白可與靈長(zhǎng)類細(xì)胞表面的Ig（免疫球蛋白)家族的蛋白受體結(jié)合；HIV包膜糖蛋白gP160的受體是人輔助T淋巴細(xì)胞表面的CD4受體，但是病毒可有不止一種細(xì)胞受體，而且還有不少病毒受體尚未被確定。病毒體吸附于宿主細(xì)胞膜上，可通過(guò)數(shù)種方式穿入。有包膜的病毒多數(shù)通過(guò)包膜與宿主細(xì)胞膜融合后進(jìn)入細(xì)胞，然后將核衣殼釋放入細(xì)胞漿內(nèi)。無(wú)包膜病毒一般是通過(guò)細(xì)胞膜以胞飲方式將該衣殼吞入。
脫殼（uncoating) 病毒在細(xì)胞內(nèi)必須脫去衣殼，其核酸方可在宿主細(xì)胞中發(fā)揮指令作用。多數(shù)病毒在穿入時(shí)已在細(xì)胞的溶酶體酶作用下脫殼并釋放出病毒的基因組。少數(shù)病毒的脫殼過(guò)程較復(fù)雜。這些病毒往往是在脫衣殼前，病毒的酶已在起轉(zhuǎn)錄mRNA的作用。
生物合成（biosynthesis) 早期病毒基因組在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯需先合成非結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，即必須的復(fù)制酶和轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯一些抑制細(xì)胞核酸與蛋白質(zhì)合成的酶以阻斷宿主細(xì)胞的正常代謝。然后根據(jù)病毒基因組指令，復(fù)制病毒的核酸，合成結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)與一系列的非結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。這一階段并無(wú)完整病毒可見(jiàn)，也不能用血清學(xué)檢測(cè)出病毒的抗原，因此曾被稱為隱蔽期。這一生物合成階段的詳細(xì)過(guò)程是通過(guò)用生物化學(xué)、分子生物學(xué)及標(biāo)記核酸等技術(shù)研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合分析所獲得。
病毒基因組有不同類型。在生物合成階段，主要根據(jù)基因組轉(zhuǎn)錄mRNA及轉(zhuǎn)譯蛋白質(zhì)的不同分成6大類型：即雙鏈DNA病毒、單鏈DNA病毒、單正鏈RNA病毒、單負(fù)鏈RNA病毒、雙鏈RNA病毒及逆轉(zhuǎn)錄病毒。
1.DNA病毒 人和動(dòng)物的DNA病毒基因組大多數(shù)為雙鏈DNA，例如皰疹病毒、腺病毒。它們?cè)诩?xì)胞核內(nèi)合成DNA，在胞質(zhì)內(nèi)合成病毒蛋白；只有痘病毒例外，因其本身攜帶DNA多聚酶，DNA和蛋白質(zhì)都在胞質(zhì)內(nèi)合成。
雙鏈DNA病毒的復(fù)制一般可分為早期及晚期兩個(gè)階段，早期階段病毒先利用細(xì)胞核內(nèi)依賴DNA的DNA多聚酶，轉(zhuǎn)錄出早期mRNA，再在胞質(zhì)內(nèi)核糖體轉(zhuǎn)譯成早期蛋白。這些早期蛋白為非結(jié)構(gòu)蛋白，主要為合成病毒子代DNA所需要的DNA多聚酶和脫氧胸腺嘧啶激酶及多種調(diào)控病毒基因組轉(zhuǎn)錄和抑制宿主細(xì)胞代謝的酶，為病毒核酸的復(fù)制提供酶和條件。晚期階段則為病毒雙鏈DNA通過(guò)解鏈后，利用早期轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯的酶等分別以正鏈DNA和負(fù)鏈DNA為模板，復(fù)制出子代DNA。同時(shí)病毒DNA轉(zhuǎn)錄的mRNA可進(jìn)入胞質(zhì)轉(zhuǎn)譯出病毒的結(jié)構(gòu)蛋白，包括衣殼蛋白及其他結(jié)構(gòu)蛋白。從DNA病毒復(fù)制的全過(guò)程，可見(jiàn)隨病毒基因組轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯的不同階段，需要不同種類的蛋白參與調(diào)控，因此需有不同的mRNA轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯，從而使這一過(guò)程可有效并有序地進(jìn)行。在生物合成中，因病毒基因組進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，不僅有與細(xì)胞染色體基因重組與整合的機(jī)會(huì)，還有利于病毒在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)存在、激活病毒或細(xì)胞的癌基因。生物合成中，由病毒DNA編碼的酶與細(xì)胞所提供的酶不同，因此已成為抗病毒藥物所針對(duì)的“靶”。
單鏈DNA病毒種類很少。其生物合成需先合成另一條互補(bǔ)鏈，與親代單鏈DNA形成DNA雙鏈的復(fù)制中間體后，然后解鏈而分別轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯。
2.RNA病毒 人與動(dòng)物的RNA病毒大多數(shù)為單鏈RNA病毒。RNA病毒的生物合成是極其獨(dú)特的，因其他生物體的基因組均為DNA。絕大數(shù)RNA病毒的生物合成并不需要DNA參與，用去核的細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)RNA病毒仍可進(jìn)行生物合成，因此RNA病毒只需在宿主細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成子代RNA及病毒蛋白質(zhì)。例外的是流感病毒及個(gè)別副粘病毒，它們需要有一個(gè)細(xì)胞核內(nèi)的生物合成階段。實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞核的mRNA對(duì)流感病毒的轉(zhuǎn)錄有啟動(dòng)作用。
單鏈RNA病毒分為正單鏈RNA病毒與負(fù)單鏈RNA病毒。正單鏈RNA病毒的RNA基因組不僅可作為模板復(fù)制子代病毒RNA，還同時(shí)具有mRNA的功能，可直接附著于胞質(zhì)的核糖體，轉(zhuǎn)譯出病毒的非結(jié)構(gòu)蛋白與結(jié)構(gòu)蛋白。非結(jié)構(gòu)蛋白包括供病毒RNA復(fù)制所需要依賴RNA的RNA多聚酶等，結(jié)構(gòu)蛋白則包括衣殼蛋白等。負(fù)單鏈RNA病毒的基因組與正單鏈RNA病毒基因組相同之處為其基因組RNA也可作為模板復(fù)制子代病毒RNA，但不同點(diǎn)為其基因組因?yàn)槭秦?fù)鏈RNA不能直接附著于胞質(zhì)內(nèi)的核糖體作為mRNA以轉(zhuǎn)譯病毒所需的蛋白質(zhì)；因此負(fù)單鏈RNA病毒體內(nèi)必須攜帶有依賴RNA多聚酶，通過(guò)自身內(nèi)部先轉(zhuǎn)錄出核苷酸序列與親代基因組互補(bǔ)的正鏈后，才能在核糖體上轉(zhuǎn)譯出相應(yīng)的蛋白質(zhì)。無(wú)論正單鏈或負(fù)單鏈RNA病毒在復(fù)制子代病毒RNA前都需合成另一互補(bǔ)鏈，成為復(fù)制中間型后，再分別解鏈進(jìn)行復(fù)制。不同點(diǎn)是正單鏈RNA病毒所合成互補(bǔ)鏈的RNA多聚酶是由其本身RNA作為mRNA轉(zhuǎn)譯所合成；而負(fù)單鏈RNA病毒的RNA多聚酶則是病毒體內(nèi)所攜帶的。因多數(shù)RNA病毒的合成不進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，因此不會(huì)出現(xiàn)RNA病毒的整合（逆轉(zhuǎn)錄病毒例外)。宿主細(xì)胞中并無(wú)依賴RNA的RNA多聚酶，因此這一酶可作為抗病毒作用的“靶”。在生物合成中，RNA病毒形成的復(fù)制中間型可高效地大量復(fù)制，因此RNA病毒增殖一個(gè)周期所需時(shí)間少于DNA病毒。
逆轉(zhuǎn)錄病毒雖也是單鏈RNA病毒，但其生物合成過(guò)程完全不同。因?yàn)檫@類病毒體帶有逆轉(zhuǎn)錄酶，可用病毒親代RNA為模板合成互補(bǔ)的DNA鏈，從而構(gòu)成了RNA：DNA中間體。隨后，在中間體中的RNA由細(xì)胞編碼的RNA酶H水解去除的同時(shí)，進(jìn)入細(xì)胞核，經(jīng)細(xì)胞的DNA多聚酶作用，以DNA鏈為模板合成互補(bǔ)的另一條DNA鏈而成為雙鏈DNA分子。這一雙鏈DNA分子通過(guò)整合入細(xì)胞的染色體DNA上，成為前病毒（provirus)，并可隨宿主細(xì)胞的分裂而存在于子代細(xì)胞內(nèi)。前病毒還可在核內(nèi)經(jīng)細(xì)胞的依賴DNA的RNA多聚酶轉(zhuǎn)錄出病毒的mRNA與子代病毒的RNA。后者可在胞質(zhì)核糖體上轉(zhuǎn)譯出子代病毒蛋白質(zhì)。逆轉(zhuǎn)錄病毒獨(dú)特的生物合成過(guò)程使其成為第一個(gè)被確定的人類腫瘤病毒。人類T淋巴細(xì)胞白血病病毒（HTLV－I及HTLV－Ⅱ)就是逆轉(zhuǎn)錄病毒。此外，HIV也是逆轉(zhuǎn)錄病毒；現(xiàn)有的抗HIV藥物之一就是針對(duì)逆轉(zhuǎn)錄酶的制品。
裝配與釋放（assemblyandrelease) 根據(jù)病毒的種類不同，在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制出子代病毒的核酸與蛋白質(zhì)，在宿主細(xì)胞內(nèi)裝配的部位也不同；分別可在胞核內(nèi)、胞質(zhì)內(nèi)、核膜及胞質(zhì)膜上。無(wú)包膜病毒裝配成的核衣殼即為成熟的病毒體；有包膜的病毒，裝配成核衣殼后以出芽方式釋放。釋放時(shí)可包有核膜或胞質(zhì)膜而為成熟病毒體。包膜上的脂類來(lái)自細(xì)胞，可隨在不同細(xì)胞內(nèi)增殖而有不同，但包膜的蛋白（包括糖蛋白)則由病毒編碼，故具有病毒的特異性與抗原性。
三、病毒增殖的細(xì)胞效應(yīng)
病毒在復(fù)制過(guò)程中阻斷或抑制宿主細(xì)胞的正常代謝，可致細(xì)胞損傷、裂解并釋放出大量的子代病毒（如脊髓灰質(zhì)炎病毒等)。出芽釋放的病毒（如皰疹病毒等)雖然不直接裂解細(xì)胞，但在體外細(xì)胞培養(yǎng)中可因細(xì)胞功能及新陳代謝的改變最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。有些病毒（如巨細(xì)胞病毒)的子代病毒很少釋放至細(xì)胞外，而是通過(guò)細(xì)胞間橋，或通過(guò)細(xì)胞融合方式侵入新的細(xì)胞。至于逆轉(zhuǎn)錄病毒則一方面可以出芽方式釋放子代病毒，一方面還可通過(guò)整合有病毒基因的細(xì)胞分裂后，將病毒基因傳遞入子代病毒。至于基因分節(jié)段的RNA病毒（如流感病毒等)如何能有效地分別復(fù)制各節(jié)段并有序地將各節(jié)段裝配成完整病毒體？通過(guò)出芽形式大量釋放的乙型肝炎病毒，為何在釋放完整病毒的同時(shí)過(guò)量釋放無(wú)核酸的包膜抗原顆粒等？都是尚未解決的問(wèn)題。
當(dāng)兩種病毒同時(shí)感染同一細(xì)胞時(shí)，可發(fā)生一種病毒的增殖抑制了另一種病毒增殖的現(xiàn)象稱為干擾現(xiàn)象(interference)。有時(shí)同種病毒的不同型或不同株之間也可發(fā)生干擾現(xiàn)象。對(duì)這一現(xiàn)象機(jī)制研究首先考慮的是第一種病毒感染后，宿主細(xì)胞表面的受體被結(jié)合或細(xì)胞發(fā)生了代謝途徑的變化，從而阻止了另一種病毒的吸附、穿入細(xì)胞或生物合成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)滅活的病毒也具有干擾作用，這就難以用代謝途徑變化來(lái)解釋。以后發(fā)現(xiàn)滅活病毒在細(xì)胞中可誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生抑制病毒復(fù)制的一組蛋白質(zhì)，被稱為干擾素（interferon，IFN)。干擾素的發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)了一系列細(xì)胞抗病毒作用及病毒免疫的研究。
四、病毒的異常增殖
病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，可因病毒本身基因組不完整或發(fā)生了變化，以致不能在細(xì)胞內(nèi)完成增殖的全過(guò)程和復(fù)制出有感染性的病毒體。另一方面，如宿主細(xì)胞缺乏病毒復(fù)制所需的酶、能量等條件，病毒也不能復(fù)制和裝配釋放成熟病毒體。
缺陷干擾顆�！ в胁煌暾蚪M的病毒體，稱為缺陷病毒（defectivevirus)。當(dāng)缺陷病毒不能復(fù)制，但卻能干擾同種成熟病毒體進(jìn)入細(xì)胞則被稱為缺陷干擾顆粒(defectiveinterferingparticles,DIP)。過(guò)去一度曾設(shè)想用DIP作為抗野毒株病毒復(fù)制的制劑，然而后來(lái)發(fā)現(xiàn)DIP具有兩面性，即在干擾野毒株的同時(shí)，野毒株的完整基因組也可彌補(bǔ)缺陷病毒基因組的不足，輔助缺陷病毒增殖出完整病毒。結(jié)果使DIP與野毒株各自有增多及減少的消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)。在自然界還發(fā)現(xiàn)有些種的病毒是天然的缺陷病毒，需要在另一種病毒輔助下方可增殖，如腺病毒伴隨病毒，是小的單鏈DNA病毒，必須有腺病毒輔助方可增殖。這種自然存在的缺陷病毒究竟是如何演變與成熟的，還待研究。
頓挫感染 因細(xì)胞條件不合適，病毒雖可進(jìn)入細(xì)胞但不能復(fù)制的感染過(guò)程被稱為頓挫感染（abortiveinfection)。構(gòu)成頓挫感染的細(xì)胞被稱為非容許性細(xì)胞（non-permissivecells)。能支持病毒完成正常增殖的細(xì)胞則被稱為容許性細(xì)胞。當(dāng)病毒感染體內(nèi)一些不是其正常感染時(shí)相應(yīng)的靶細(xì)胞時(shí)，這些細(xì)胞則是非容許細(xì)胞。在非容許性細(xì)胞內(nèi)病毒可以存在，但不完成正常增殖周期。如果條件改變，病毒能經(jīng)過(guò)非容許性細(xì)胞介導(dǎo)而進(jìn)入容許性細(xì)胞后，在體內(nèi)可出現(xiàn)完整病毒的增殖。
第四節(jié) 病毒的遺傳與變異
對(duì)病毒遺傳與變異的研究經(jīng)歷了兩個(gè)階段，即傳統(tǒng)的遺傳學(xué)和分子遺傳學(xué)階段。由于病毒基因組較簡(jiǎn)單，其基因數(shù)在3～10個(gè)之間，每種病毒只有一種DNA或RNA，增殖速度極快，例如單個(gè)腺病毒在一個(gè)細(xì)胞內(nèi)可產(chǎn)生相當(dāng)于17代的25萬(wàn)個(gè)子代DNA分子，因此最早即用病毒作為研究分子遺傳學(xué)的工具。
一、傳統(tǒng)遺傳學(xué)
病毒傳統(tǒng)遺傳學(xué)的研究主要是用不同表型的病毒變異株之間遺傳物質(zhì)的交換來(lái)分析各種病毒基因所編碼的生物學(xué)功能。常用的病毒為腺病毒、流感病毒和辛德畢斯病毒（Sindbisvirus)等。采用的突變株（mutant)是從自然界分離，或是用紫外線、亞硝酸等理化因子誘發(fā)而獲得的變異株。
突變株 突變株需具有容易檢測(cè)與識(shí)別生物學(xué)特性：如溫度敏感（temperaturesensitive，ts)突變株是指在28～35℃的溫度下可以復(fù)制，但當(dāng)溫度升至37～40℃則不能復(fù)制的突變株；宿主范圍突變株指的是改變宿主范圍的突變株；此外還有抗原性突變株、致病性減弱及耐藥性突變株等。一般突變株指的是因基因改變而發(fā)生某些生物特性改變的毒株。當(dāng)該突變株能較穩(wěn)定地存在，并可在相應(yīng)的宿主或細(xì)胞中傳代與存活，則稱為變異株（variant)。由于病毒群體中常同時(shí)存在基因組略有不同的病毒體，因此在研究中常利用病毒稀釋后在單層細(xì)胞形成空斑，經(jīng)三次純化而獲得純度高的毒株。
重組與重配 獲得具有不同生物學(xué)特征的毒株后，病毒傳統(tǒng)遺傳學(xué)的研究方法是將兩個(gè)有親緣關(guān)系但生物學(xué)不同的性狀的毒株感染同種細(xì)胞，從而可發(fā)生核酸水平上的互52667788.cn/sanji/換而產(chǎn)生兼有兩親本特性的子代。這種由于核酸間的互換而形成子代的過(guò)程稱為重組（recombination)，可以用于DNA病毒或RNA病毒。對(duì)于基因分節(jié)段的RNA病毒，如流感病毒、輪狀病毒等，通過(guò)交換RNA節(jié)段而進(jìn)行的重組被稱為重配（reassortment)。重配發(fā)生的機(jī)率可高于基因組為單一分子的其他病毒。
表型混合 由于病毒增殖過(guò)程中，核酸復(fù)制與轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯合成的病毒蛋白分別在細(xì)胞的不同部位進(jìn)行，因此有時(shí)兩株病毒共同感染時(shí)，并未發(fā)生核酸的交換。但當(dāng)一種病毒核酸被另一種病毒核酸所編碼的蛋白衣殼包裹后，也會(huì)發(fā)生一些生物學(xué)特征（如耐藥性，嗜細(xì)胞性)的改變。這種改變不是遺傳型的改變而是表型的混合，經(jīng)再次傳代后，子代病毒的特性將由病毒體的核酸所決定，失去了由表型混合而出現(xiàn)的性狀改變。因此在獲得有新生物學(xué)特性的病毒株時(shí)，應(yīng)通過(guò)傳代，考驗(yàn)新特性的穩(wěn)定性，以區(qū)別重組體與表型混合。
傳統(tǒng)遺傳學(xué)所用的方法和技術(shù)雖很復(fù)雜與繁瑣，但在這一階段研究中對(duì)病毒基因及功能的分析提供了有意義的成果。例如已知ts變異株常伴有毒力減弱，我國(guó)學(xué)者將甲型肝炎病毒感染細(xì)胞置于相對(duì)低的溫度下連續(xù)傳代，結(jié)果篩選出減毒的甲肝病毒株，制備了疫苗，并已用于預(yù)防甲型肝炎。此外，重組技術(shù)在目前研制以痘苗病毒為載體的多重新型疫苗中也仍被沿用。利用重配來(lái)研究流感病毒的分子流行病學(xué)和發(fā)展疫苗也在進(jìn)行中。傳統(tǒng)病毒遺傳學(xué)的優(yōu)點(diǎn)為，將病毒基因改變與生物學(xué)特性直接聯(lián)系，能較快地揭示病毒基因的功能。
二、分子遺傳學(xué)
20世紀(jì)70年代末開(kāi)始了用分子遺傳學(xué)及克隆技術(shù)研究病毒的基因，從而將病毒遺傳學(xué)推進(jìn)到分子遺傳學(xué)階段。隨后開(kāi)展了對(duì)病毒基因組的全面研究，即對(duì)病毒的全長(zhǎng)基因組分別作克隆與核苷酸測(cè)序。我國(guó)學(xué)者已完成對(duì)天壇株痘苗病毒（約0.2Mb)的全基因測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與國(guó)外痘苗毒株有明顯的差異。此外，還完成了我國(guó)甲、乙、丙、戊、庚型肝炎病毒株的全基因測(cè)序。核苷酸序列分析僅從結(jié)構(gòu)上了解了病毒基因組，因此還需從病毒基因組的開(kāi)放讀框（ORF)推導(dǎo)其中編碼蛋白的基因，并分別將基因克隆入表達(dá)載體，獲純化蛋白后進(jìn)行功能研究。由此，可更直接、快速地研究表達(dá)基因的結(jié)構(gòu)與功能。應(yīng)用基因點(diǎn)突變、基因片段缺失、基因片段互換等技術(shù)，可更精確地了解基因片段，甚至是單一核苷酸的改變的意義。此外，通過(guò)對(duì)自然界分離的各種病毒科、屬、株的一些基因片段的分析和比較，可以了解基因變異的生物學(xué)意義。對(duì)病毒基因結(jié)構(gòu)與功能的分子生物學(xué)研究，已從理論及應(yīng)用上促進(jìn)了病毒學(xué)的發(fā)展。例如：
病毒基因結(jié)構(gòu)分析 通過(guò)對(duì)RN52667788.cn/shiti/A病毒基因的研究，對(duì)甲型流感病毒分析，了解了8個(gè)節(jié)段編碼的蛋白功能，從而可對(duì)其編碼重要的血凝素抗原進(jìn)行測(cè)序分析，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)帶有非人來(lái)源（禽、豬)流感毒株血凝素的毒株。通過(guò)對(duì)丙型肝炎病毒基因組分析，發(fā)現(xiàn)有較多的編碼非結(jié)構(gòu)蛋白的基因，其中已可確定編碼病毒RNA多聚酶基因的序列和位置。
病毒保護(hù)性表位的確定 根據(jù)核苷酸序列分析，分別克隆與表達(dá)不同的病毒包膜蛋白，經(jīng)免疫原性研究，可以確定表達(dá)保護(hù)性抗原的位點(diǎn)，如在乙型肝炎病毒表達(dá)中已確定編碼表面抗原中的“a”決定簇表位（第120～147為氨基酸)是具有保護(hù)性的表位。
病毒抗原高變區(qū)的分析 根據(jù)基因分析，HIV的包膜抗原編碼區(qū)（env)中有易發(fā)生突變的高變區(qū)，容易逃逸機(jī)體的免疫應(yīng)答。
與毒力相關(guān)的基因編碼區(qū)分析 狂犬病病毒基因分析發(fā)現(xiàn)，編碼病毒G蛋白第333位氨基酸若由精氨酸變?yōu)?a class="channel_keylink" href="http://52667788.cn/pharm/2008/20081222062602_38190.shtml" target="_blank">谷氨酰胺或異亮氨酸，則病毒在神經(jīng)細(xì)胞中的增殖及擴(kuò)散力將大大降低。
耐藥性變異分析 臨床上應(yīng)用針對(duì)病毒酶的藥物后，有時(shí)病毒經(jīng)短暫被抑制后又重新復(fù)制。分析病毒酶的基因編碼區(qū)可發(fā)現(xiàn)核苷酸序列的變異與耐藥性發(fā)生的關(guān)系。
作用于病毒基因的某些細(xì)胞蛋白研究 病毒在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制時(shí)常有一些細(xì)胞蛋白與某些基因或基因調(diào)控區(qū)（增強(qiáng)子、啟動(dòng)子)結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯中起作用。分析這些蛋白因子的作用對(duì)了解病毒與細(xì)胞的相互作用很有價(jià)值。
第五節(jié) 病毒的分類
生物的分類是基于對(duì)生物體本質(zhì)與特性認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上所形成的。對(duì)病毒分類的原則是：①核酸類型與結(jié)構(gòu)（RNA、DNA、雙鏈、單鏈、線狀、環(huán)狀、是否分節(jié)段)；②病毒體的形狀和大�。虎鄄《倔w的形態(tài)結(jié)構(gòu)（衣殼的對(duì)稱型、有無(wú)包膜)；④對(duì)脂溶劑的敏感性等。1995年國(guó)際病毒分類委員會(huì)第一次將病毒分為三大類，即在原有的DNA病毒類與RNA病毒類之間新增了DNA和RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒類。這一新類包括了原屬RNA病毒類的逆轉(zhuǎn)錄病毒科（HIV屬此科)和原屬DNA病毒類的嗜肝DNA病毒科（乙型肝炎病毒屬此科)。這一新動(dòng)向突出了逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程，因這兩科病毒均有自RNA病毒向DNA病毒的逆轉(zhuǎn)錄。這一新類病毒的增加也反映了不僅應(yīng)重視病毒的基因結(jié)構(gòu)，還應(yīng)重視其基因的轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)譯蛋白質(zhì)的過(guò)程。由于逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程涉及宿主細(xì)胞的有關(guān)基因，是研究病毒與細(xì)胞互相作用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。從此分類學(xué)的變化，可以看出病毒與細(xì)胞間的相互作用已上升到病毒學(xué)的更重要的地位（表－1)。
衛(wèi)星病毒（salelletes)和類病毒（viroids)是一些新的非尋常病毒的致病因子。
衛(wèi)星病毒：多數(shù)與植物病毒相關(guān)，少數(shù)與噬菌體或動(dòng)物病毒相關(guān)。如腺病毒的衛(wèi)星病毒（dependovirus)。衛(wèi)星病毒可分為兩大類，一類可編碼自身的衣殼蛋白，另一類為衛(wèi)星病毒RNA分子（也曾被稱為virusoid)，需利用輔助病毒的蛋白衣殼。其特點(diǎn)為，是500-2000個(gè)核苷酸的單鏈RNA，與缺陷病毒不同，表現(xiàn)為與輔助病毒基因組間無(wú)同源性；復(fù)制時(shí)常干擾輔助病毒的增殖。
類病毒：很小的桿狀RNA分子，由200-400個(gè)核苷酸組成，有二級(jí)結(jié)構(gòu)，無(wú)包膜或衣殼。在細(xì)胞核內(nèi)增殖，利用宿主細(xì)胞的RNA多聚酶Ⅱ進(jìn)行復(fù)制。
目前認(rèn)為丁型肝炎病毒是一種特殊的嵌合分子，具有部分衛(wèi)星病毒及部分類病毒的特性。
朊粒（prion)曾亦度歸屬于非尋常病毒的致病因子；但經(jīng)近年深入研究，不少學(xué)者認(rèn)為不宜列入病毒范疇，其生物學(xué)地位待定。
