病毒

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October 19, 2021

病毒(lat. Virus - 毒药)是一种仅在活细胞和其他生物体内复制的小型传染性病原体。病毒可以感染所有类型的生命形式,从动植物到微生物,包括细菌和古细菌。病毒是最小的微生物,大小从几十到几百毫微米不等。它们只有在放大倍数超过 100,000 倍的电子显微镜下才能看到。种类繁多,大小、结构等特征各不相同。病毒仅由两部分组成。一种是核酸 DNA (RNA),另一种是蛋白质性质的包膜。不确定所有病毒是活的有机体还是过渡到汞的无生命物质的一部分。尽管它们拥有遗传的遗传物质,但病毒通常不被称为活生物体。它们繁殖并且只能在活细胞上生长。病毒无法生长、合成蛋白质或进行代谢过程。病毒的蛋白质外壳是衣壳。它们会引起许多传染病,因此它们作为一个概念不断出现在日常生活中,对健康的威胁通常是非常严重的,不仅对人,而且对其他生物体——植物、动物、细菌。在我们的实验室中还发现了一种病毒,即引起小鼠发烧的 Dobrava-Belgrade 病毒。 1892 年,德米特里·伊万诺夫斯基 (Dmitri Ivanovski) 发表了一篇文章,其中描述了一种感染烟草植物的非细菌病原体。 Martin Bejerink 于 1898 年发现了烟草花叶病毒。从那时起,已经详细描述了大约 5,000 种病毒,尽管有数百万种不同的类型。病毒几乎存在于地球上的每个生态系统中,它们是最普遍的生物实体类型。对病毒的研究被称为病毒学,它是微生物学的一个亚专业。病毒颗粒(称为病毒粒子)由两部分或三部分组成: i) 由 DNA 或 RNA 组成的遗传物质,包含遗传信息的长分子; ii) 保护这些基因的蛋白质外壳;在某些情况下,当病毒在细胞外时,蛋白质包膜周围的脂质包膜。病毒的形式多种多样,从简单的螺旋和二十面体形式到复杂的结构。平均病毒的大小约为平均细菌大小的百分之一。大多数病毒太小,无法在光学显微镜下直接看到。病毒在生命进化史上的起源尚未阐明:有可能一些是从质粒进化而来的——DNA的一部分,可以在细胞之间传递,而另一些则被认为起源于细菌。在进化过程中,病毒是基因水平转移的重要手段,从而增加了遗传多样性。病毒在某些圈子中被认为是一种生命形式,因为它们可以通过自然选择传递遗传物质、繁殖和进化。然而,它们缺乏通常被认为是生命存在所必需的关键特征(如细胞结构)。因为它们拥有一些(但不是全部)必要的特性,所以病毒被描述为“威胁生命的有机体”。病毒以多种方式传播;植物中的病毒通常通过以昆虫为食的昆虫(如虱子)在植物之间传播。动物体内的病毒可由吸血昆虫引起。传播疾病的生物体称为载体。流感病毒通过咳嗽和打喷嚏传播。诺如病毒和轮状病毒是病毒性胃肠炎的最常见原因,它们通过粪口途径传播,它们通过接触在人与人之间传播,通过食物或水进入人体。 HIV 是通过性接触和接触受感染的血液传播的几种病毒之一。病毒可以感染的宿主细胞范围称为其“宿主范围”。它可以很窄,或者当病毒具有感染许多物种的能力时,很宽。动物中的病毒感染会引起通常会消除感染病毒的免疫反应。疫苗也可以产生免疫反应,疫苗提供对特定病毒感染的人为获得的免疫力。然而,一些病毒,包括导致艾滋病和病毒性肝炎的病毒,会避免这些免疫反应并导致慢性感染。抗生素对病毒没有作用,但抗病毒药物更多。

词源

这个词来自拉丁词 vīrus,意思是毒药和其他有害液体,来自与梵文高等毒药、阿维斯坦高等毒药、古希腊语 ἰός 毒药相同的印欧语系,在 1398 年约翰·特拉维斯 (John Travis) 对巴塞洛缪 (Bartholomew) 的英格利库斯 (Anglicus) 的翻译中首次在英语中得到证实. De Proprietatibus Rerum。 Virulent,来自拉丁语 virulentus(有毒),可追溯到 c. 1400. “引起传染病的病原体”的意思最早出现在 1728 年,在 Dmitri Ivanovski 于 1892 年发现病毒之前。然而,如果它被使用过,那就是 vīri)。形容词病毒可追溯到 1948 年。 可追溯到 1959 年的病毒粒子(复数病毒粒子)一词也用于描述一个,一种稳定的传染性病毒颗粒,从细胞中释放出来,完全能够感染同类型的其他细胞。

定义和一般特征

病毒是无细胞的、超显微的、无法在宿主细胞外繁殖的生物。在宿主细胞外,它们不表现出生物的特性,它们甚至可以结晶。结晶病毒保留感染细胞的能力。能够感染宿主细胞的成熟病毒、细胞外颗粒称为病毒体。进入细胞后,病毒粒子变得活跃,即。病毒。细胞中的病毒控制了宿主的分子器官,并将其用于自身繁殖。然后宿主细胞会产生病毒的部分,而不是正常工作所需的物质。这会导致宿主出现病理状况(疾病),因此病毒被认为是唯一的细胞内 - 强制寄生虫(lat. Obligatory强制)。病毒大小范围为 10 - 300 nm (1 nm 0,000001 毫米),所以它们只能用电子显微镜看到,这意味着它们是超显微的(纬度。超过度;grc。微细;scopeo 我看,我观察)。病毒可以说是介于生物与非生物之间。核酸的存在及其改变(变异)的能力,使病毒能够适应外部环境的变化,以及蛋白质的存在,都是生物的特性。另一方面,就生物世界而言,病毒没有细胞结构(它们是无细胞的),也没有进行新陈代谢的能力。由于它们缺乏所有这些,它们只能在活细胞内繁殖。核酸的存在及其改变(变异)的能力,使病毒能够适应外部环境的变化,以及蛋白质的存在,都是生物的特性。另一方面,就生物世界而言,病毒没有细胞结构(它们是无细胞的),也没有进行新陈代谢的能力。由于它们缺乏所有这些,它们只能在活细胞内繁殖。核酸的存在及其改变(变异)的能力,使病毒能够适应外部环境的变化,以及蛋白质的存在,都是生物的特性。另一方面,就生物世界而言,病毒没有细胞结构(它们是无细胞的),也没有进行新陈代谢的能力。由于它们缺乏所有这些,它们只能在活细胞内繁殖。

结构和化学成分

病毒通常仅由两种成分组成:核酸和蛋白质(衣壳),它们共同构成了核衣壳。除了列出的部分外,只有一些病毒还包含由脂质和糖蛋白(脂质源自宿主细胞的膜)制成的额外包膜。核酸是 DNA 或 RNA,两种类型都是单链和双链。当核酸复制基因的一个拷贝时,它就构成了病毒基因组(所有基因的集合)。因此,病毒可以被认为是单倍体生物。病毒基因组可以包含几个基因到几百个基因。衣壳是由蛋白质组成的鞘,包裹着核酸。它由相等的蛋白质单位 - 壳粒组成。衣壳有几个作用:保护核酸免受宿主细胞酶的破坏作用;允许将核酸从一个宿主细胞转移到另一个宿主细胞(作为“包”);衣壳中的反应基团允许病毒与宿主细胞上的受体(敏感位点)结合;衣壳蛋白具有抗原性。除了列出的化合物外,病毒还可以包含允许它们攻击细胞的酶以及在该细胞中增殖的酶。

分配

病毒根据它们包含的核酸分类,然后根据衣壳对称性、大小、是否存在额外的包膜进行分类。根据它们所含的核酸,它们分为DNA病毒和RNA病毒。已发现所有已知的 RNA 病毒都能在宿主细胞的细胞质中繁殖。除了少数例外,DNA 病毒在宿主细胞的细胞核中繁殖。DNA病毒是例如 疱疹病毒(引起口腔和生殖器感染、单核细胞增多症等)和腺病毒(呼吸道和肠道感染)。RNA 病毒是逆转录病毒(艾滋病的病因),是引起风疹、腮腺炎、狂犬病等的病毒。

病毒嗜性(特异性)

病毒在识别和结合宿主细胞上的受体方面表现出特异性(识别)。这决定了它们感染某些细胞或生物体的能力,这称为趋向性。动物(动物)病毒感染动物,植物病毒——植物,噬菌体——细菌。烟草花叶病毒 (TMW) 仅感染该植物。(TMW 是第一个被发现的病毒。它是由科学家伊万诺夫斯基在 19 世纪末发现的。)打喷嚏的病毒攻击呼吸道。

噬菌体(噬菌体)

感染细菌并寄生在其中的病毒称为噬菌体或简称为噬菌体。最好研究攻击大肠杆菌的噬菌体。噬菌体可能有双链 DNA(很少是单链 DNA),也可能有单链 RNA。它们由头部、尾部和带有触须的板组成。噬菌体头部由核酸和衣壳组成。尾部含有分解细菌细胞壁的酶,允许噬菌体进入细菌。触手板用于将噬菌体附着到细菌细胞上。

病毒复制

病毒的繁殖方式在生物界是独一无二的,所以称为繁殖。病毒进入宿主细胞后,会产生几十到几百个病毒核酸和数千个蛋白质壳粒,然后这些部分融合成更多的病毒颗粒。病毒增殖的基本阶段是吸附、渗透、脱壳、病毒部分的合成、病毒粒子的成熟和释放。吸附是病毒与宿主细胞表面的结合。通过衣壳的反应基团促进附着,病毒通过衣壳在宿主细胞表面找到一个敏感位点(受体)并与之结合。渗透是病毒进入细胞。它以不同的方式完成,具体取决于病毒本身的性质。噬菌体酶分解细菌壁,形成一个开口,然后通过它注射核酸(就像用注射器注射液体一样)。没有额外包膜的病毒通过胞饮作用进入。对于带有额外包膜的病毒,渗透也是通过胞饮作用进行的,只是额外的包膜与细胞膜融合,病毒的其余部分(核衣壳)插入到细胞中。病毒进入细胞后进行脱衣壳(衣壳丢失)。宿主细胞酶分解衣壳,病毒核酸从包膜中释放出来。在此阶段,无法确定细胞中是否存在病毒。病毒成分的合成在宿主中通过病毒核酸服从宿主的代谢而进行。细胞复制病毒 DNA(或 RNA),从而提供病毒蛋白质的合成。病毒成熟是通过结合核酸和蛋白质形成核衣壳。可以通过多种方式从宿主细胞释放病毒粒子:通过细胞分解(裂解)导致细胞死亡、胞吐作用 - 其中病毒携带一部分膜作为其附加包膜等。 最后阶段在某些 DNA 病毒中可能不存在。这些病毒将它们的 DNA 整合到宿主 DNA 中并分裂成后代细胞(病毒 DNA 与宿主 DNA 一起复制)。它们被称为原病毒(潜伏 - 休眠病毒)。内置于宿主 DNA 中的原病毒失去感染能力,但在某些条件下(体温升高、免疫力下降等)或可以自发地重新激活。一些在其 DNA 中含有原病毒的细菌(在细菌中称为原噬菌体)在人类医学中具有重要意义。因此例如引起白喉的细菌,只有当某种原噬菌体嵌入其 DNA 时,它才能制造毒药。这种原噬菌体含有一个决定毒素合成的基因。

病毒感染的后果

病毒感染的后果可能是细胞死亡、细胞转化或潜伏感染。细胞转化代表其无限生长和异常分裂导致癌症,病毒本身被称为致癌病毒。在潜伏感染中,病毒不会引起变化,尽管它存在于宿主细胞中。潜伏感染的例子是导致皮肤伤口(皮疹)的疱疹病毒、性病、单核细胞增多症等。当出现压力状况或由另一种疾病引起的机体普遍虚弱时,曾经接触过这种病毒的人将容易受到其影响。

致癌病毒

病毒会引起宿主细胞的转化(transformation、change),体现在它们开始无限繁殖。细胞不受限制地增殖而产生的大量组织称为肿瘤,引起它的病毒是癌基因或肿瘤病毒。它们的核酸被整合到宿主基因组中,在导致肿瘤出现之前,它可以在那里度过多年的潜伏期。当形成的细胞团留在一个地方并且不会攻击其他组织时,肿瘤可能是良性的,因此它们很容易通过手术切除。另一种类型的肿瘤是恶性的,它攻击并破坏邻近组织,被称为癌症。

病毒引起的疾病与细胞的防御机制

许多疾病都是由病毒引起的:打喷嚏、流感、狂犬病、水痘、风疹、麻疹(天花)、疣、单核细胞增多症(“接吻病”——由于传播方式)、黄热病、腮腺炎、天花(天花)脊髓灰质炎和博士。一些被病毒感染的真核细胞能够制造一种叫做干扰素的蛋白质。这种蛋白质可以防止、阻止病毒的复制。干扰素从受感染的细胞中释放出来,可以很好地保护邻近的细胞。干扰素的产生称为干扰(interference with the virus)。干扰素是针对单一病毒感染而产生的,可为细胞提供保护,使其免受后续感染,甚至是其他不同类型的病毒感染。疫苗(用于触发细胞针对病毒的防御机制)通常包含触发干扰素产生的死病毒或病毒核酸。 1980 年以前。干扰素是从人(人)细胞中分离出来的,价格昂贵,而今天它是通过基因工程生产的,价格便宜得多。通过这种方式,人类干扰素基因被整合到细菌的基因组中,然后产生蛋白质。

亚病毒颗粒

亚病毒颗粒,顾名思义,结构简单,比病毒本身小。它们的性质还不是很清楚。这些颗粒包括病毒卫星、类病毒和朊病毒。病毒卫星的基因组不完整,因此它们只能在另一种称为辅助病毒的病毒存在的情况下繁殖。类病毒仅由一条短链 RNA 组成,没有衣壳。到目前为止,它们只引起了植物病害(据估计,它们已导致菲律宾超过 1000 万棵椰子树死亡)。朊病毒仅由蛋白质组成,会导致人和动物的神经组织退化。在人类中,它们被认为是克雅氏病的病原体并治愈这种疾病。库鲁病发生在新几内亚的一些部落,作为丧葬仪式,他们的近亲吃死病者的大脑。疾病,其原因是朊病毒,仍然没有得到充分解释。同时,它们的独特之处在于它们都具有传染性(由朊病毒蛋白引起,从病人传染给健康人)和遗传性(为了使疾病表现出来,感染者必须含有朊病毒基因的人)。在动物中,由于“疯牛病”,朊病毒在今天流行。

通用病毒

2012年数据列出病毒属

艾滋病病毒

HIV病毒属于RNA病毒,大小约100纳米,具有几何规则的结构。在 RNA 病毒中,它属于具有单链 RNA、包裹在衣壳和额外包膜中的逆转录病毒。据认为,这种病毒在引起疾病之前可以在宿主体内休眠多年。

参考

文学

外部链接

Science 50: Virus (RTS Educational and Scientific Program - Official Channel) Bionet School 世界上十大最危险的病毒(B92,2014 年 8 月 14 日){{ViralZone 瑞士生物信息学研究所所有病毒家族的资源,提供一般分子和流行病学信息} } David Baltimore 在线研讨会:“病毒和 HIV 简介”Ari Helenius 在线研讨会:“病毒入口”“A Gazillion Tiny Avatars”,Olivia Judson 撰写的关于病毒的文章,纽约时报,2009 年 12 月 15 日可汗学院,视频讲座Viruses - EM 数据库 (EMDB) 中的开放获取期刊 3D 病毒结构