1. 有關病毒的資料
病毒是一種體積極微小的微生物,大多用電子顯微鏡才能看到;病毒結構簡單,屬於非細胞型微生物,由遺傳物質核酸及外面的蛋白質殼構成;病毒不能獨立生活,必須靠寄生在其他生物的活細胞內才能生長繁殖。
病毒在自然界中分布很廣,人、動物、昆蟲、植物、真菌、細菌等都可被病毒寄生而引起感染。病毒是引起人類傳染病的重要病原體之一。在人類的傳染病中,由病毒引起的遠較細菌和其他微生物為多,約佔3/4,如流行性感冒、肝炎、流行性出血熱、水痘、帶狀皰疹以及艾滋病等,傳染性強,流行廣泛。病毒還與某些腫瘤、先天性畸形、老年痴獃等有關。
病毒有很多種類,按宿主不同可分為動物病毒、植物病毒、細菌病毒;按臨床和感染途徑可分為呼吸道感染病毒、消化道感染病毒、肝炎病毒、乙腦病毒、神經病毒、性傳播病毒等。不同的病毒侵入人體後的擴散方式和致病特點也不一樣,有的只引起局部感染,有的可隨血液或神經播散。
病毒感染人體後至發病前都有一段潛伏期,短者只1~3天,如流感病毒;長者可達數月甚至數年,如狂犬病毒。
人體感染病毒後大多能產生免疫力,但維持時間長短不一。
病毒可直接侵犯皮膚引起皮膚損害,少數可由病毒的抗原性作用而引起皮膚變態反應發疹。由於致病的病毒不同,其臨床表現亦各有差異,臨床上一般將病毒性皮膚病分為三型:
(1)水皰型 皮損以水皰為主。常見的有單純皰疹、帶狀皰疹、水痘、皰疹樣濕疹等。
(2)新生物型 皮損呈疣狀。常見的有各種疣(尋常疣、跖疣、扁平疣、尖銳濕疣、傳染性軟疣等)。
(3)發疹型 皮損為紅皮斑疹或丘疹等。常見的有麻疹、風疹、幼兒急疹等。
MicrobesVirus 病毒是沒有細胞結構但有遺傳、自我復制等生命特徵的微生物,它們是最微小的生命體。純凈的病毒是些形狀漂亮的結晶體,絲毫看不出它的生命性,可一旦讓它們和細胞結合,就立刻知道了它們是何等凶惡的生命體。 病毒要比細菌小得多。在發現病毒之前,人類第一次找到比細菌小的生命體的人是美國青年學者立克次。1909年在研究斑疹傷寒時發現了一種致病的微小生物, 為紀念他人們將此類生物稱立克次體。一年後這位僅39歲傑出的青年被斑疹傷寒奪去了生命。與真正病毒相比立克次體算是很大的了,盡管它比細菌小得多。 從後來的回顧中現在知道第一個看到病毒的人是蘇格蘭醫生布伊斯特,他看到的是牛痘病毒,這是種體積最大的病毒。這件事發生在1887年。 能夠讓人們清晰看到病毒基本形狀和結構的人是美國天文學家威廉斯,他發明了投影法,使得人們真正看到了病毒面貌,而芬蘭人維爾斯卡則用低速電子顯微鏡讓人們看清了病毒的細微結構。 病毒的外觀
有個笑話是這樣的,一個老師問學生說牛皮是用來干什麼的,一個學生回答說是用來包牛的。其實這話倒很實在。任何生命體好象都有一個外殼什麼的,絕大多數病毒也不例外,它們的外殼是蛋白質,而它們本身是一種核酸。有人曾剝去某種病毒的外殼而換上另一種蛋白質,經繁殖後的病毒卻和原來的是一樣的。這說明蛋白質外殼不是病毒的決定性的因素,但它可以防止裡面的核酸不受外界化學或物理 作用的損害。當然也有例外,如一種馬鈴薯病毒就沒有外殼。更極端的是羊的蹭癢病毒,乾脆連核酸也沒有,只有一個可把其它細胞體內的物質包括基因變成自己樣子的「抑制物」,它大概是世界上最小的病毒。最近有科學家在白鼠身上培殖了一隻人的耳朵,應該說是受了某種啟發吧。而這一點很重要,如果能將培殖的成本降得很低,人類的壽命可能會延長一倍以上。不過話又說回來,要是我們的世界基 本上是一個老人的世界,實在是件沒趣的事。老年朋友千萬別生氣:-) 現在簡單地說說病毒的結構吧:它像 個燈泡,玻璃部分是蛋白質外殼,燈絲部分就是那萬惡的核酸!
現在我們來看看一個病毒怎樣生活的。右圖中5是一個典型的病毒,形如蝌蚪狀的蛋白質外殼包裹著旋絲狀的核酸,它下面的須狀物稱尾絲,負責接觸細胞或細菌。1圖表示病毒用尾絲接觸到了一個細胞;2圖表示病毒的核酸注入細胞;3圖表示新的病毒被復制出來;4圖表示細胞破裂,放出新的數量更多的病毒。不用說那可憐的細胞算是徹底完蛋了。 沒有人喜歡感冒,除非他覺得學習和工作更痛苦,如果真是這樣他可以先弄出一身汗,然後立即用冷水洗個澡,有條件的話找個已感冒了的人,趁他打噴嚏時對著他深呼吸一口。接下來你只管放心地寫請假條……因為這時在你的體內有無數細胞開始被感冒病毒如此蹂躪。換句話說,許多動物病毒須在一定溫度下才能起作用,當機體溫度下降時,身體內的抵抗細胞停止或基本停止工作,病毒就有機會了。 T4噬菌體
噬菌體以捕食細菌或放線菌為生
上頁所展示的是微生物學界一個著名的實驗。圖中的那個病毒是一種被稱為噬菌體的傢伙。左圖則是它在電子顯微鏡下的真面目。 病毒營寄生,它的戕害對象是除了自身外的一切生物。一般地說一種病毒只有一種核酸,且只能在一類對象的細胞中增殖。病毒能引起動植物的病害,有時會造成極嚴重的後果,如曾在地球上猖獗了億萬年之久的天花病毒曾奪走了無數人的生命,我的猜想是由它造成的死亡人數可能僅次於瘧疾了。不過有些病毒也可以為我們人類服務,比方說消滅害蟲和有害細菌等。 右圖是肝炎病毒,想不到它會有如此美妙的結構吧?
主要流行的病毒感染性疾病:
病毒性肝炎
脊髓灰質炎
病毒性胃腸炎
腸道病毒感染
流行性感冒
麻疹
水痘
傳染性單核細胞增多症
流行性腮腺炎
流行性乙型腦炎
森林腦炎
流行性出血熱
登革熱
狂犬病
艾滋病
病毒的一般性狀
病毒(Virus)是一類非細胞形態的微生物。主要有以下列基本特徵:(1)個體微小,可通過除菌濾器,大多數病毒必須用電鏡才能看見;(2)僅具有一種類型的核酸,或DNA或RNA;(3)嚴格的活細胞(真核或原核細胞)內復制增殖;(4)具有受體連結蛋白 (receptor binding protein),與敏感細胞表面的病毒受體連結,進而感染細胞。病毒與其他微生物的主要區別見表21-1。
第一節 病毒的形態與結構
一、病毒的大小與形態
病毒個體微小,測量病毒大小的單位是毫微米(nm),即1/1000微米。在型病毒(如牛痘苗病毒)約200~300nm;中型病毒(如流感病毒)約100nm;小型病毒(如脊髓灰質炎病毒)僅20~30nm。研究病毒大小可用高分辯率電子顯微鏡,放大幾萬到幾十萬倍直接測量;也可用分級過濾法,根據它可通過的超濾膜孔徑估計其大小;或用超速離心法,根據病毒大小,形狀與沉降速度之間的關系,推算其大小。
一個成熟有感染性的病毒顆粒稱「病毒體」(Viron)。電鏡觀察有五種形態(圖21-1);
1.球形 (Sphericity) 大多數人類和動物病毒為球形,如脊髓灰質炎病毒、皰疹病毒及腺病毒等。
2.絲形 (Filament) 多見於植物病毒,如煙草花葉病病毒等。人類某些病毒(如流感病毒)有時也可形成絲形。
3.彈形(Bullet-shape)形似子彈頭,如狂犬病病毒等,其他多為植物病毒。
4.磚形 (Brick-shape)如痘病毒(無花病毒、牛痘苗病毒等)。其實大多數呈卵圓形或「菠蘿形」。
5.蝌蚪形(Tadpole-shape)由一卵圓形的頭及一條細長的尾組成,如噬菌體。
圖21-1 各種主要病毒的形態與大小比較(模式圖)
二、病毒的結構與功能
病毒的結構有二種,一是基本結構,為所有病毒所必備;一是輔助結構,為某些病毒所特有。它們各有特殊的生物學功能。
(一)病毒的基本結構
1.核酸(Nucleic acid)位於病毒體的中心,由一種類型的核酸構成,含DNA的稱為DNA病毒。含RNA的稱為RNA病毒。DNA病毒核酸多為雙股(除微小病毒外),RNA病毒核酶酸多為單股(除呼腸孤病毒外)。
病毒核酸也稱基因組(Genome),最大的痘病毒(Poxvirus) 含有數百個基因,最小的微小病毒(Parvovirus)僅有3-4個基因。根據核酸構形及極性可分為環狀、線狀、分節段以及正鏈、負鏈等不同類型,對進一步闡明病毒的復制機理和病毒分類有重要意義。
核酸蘊藏著病毒遺傳信息,若用酚或其他蛋白酶降解劑去除病毒的蛋白質衣殼,提取核酸並轉染或導入宿主細胞,可產生與親代病毒生物學性質一致的子代病毒,從而證實核酸的功能是遺傳信息的儲藏所,主導病毒的生命活動,形態發生,遺傳變異和感染性。
2.衣殼(Capsid )在核酸的外面緊密包繞著一層蛋白質外衣,即病毒的「衣殼」。衣殼是由許多「殼微粒 (Capsomere)」按一定幾何構型集結而成,殼微米在電鏡下可見,是病毒衣殼的形態學亞單位,它由一至數條結構多肽能成。根據殼微粒的排列方式將病毒構形區分為:①立體對稱(Cubic symmetry),形成20個等邊三角形的面,12個頂和30條棱,具有五、三、二重軸旋轉對稱性(圖21-2),如腺病毒、脊髓灰質炎病毒等;②螺旋對稱 (Helical symmetry),殼微粒沿螺旋形盤紅色的核酸呈規則地重復排列,通過中心軸旋轉對稱,圖21-3,如正粘病毒,副粘病毒及彈狀病毒等; ③ 復合對稱 (Complex symmetry),同時具有或不具有兩種對稱性的病毒,如痘病毒與噬菌體(圖21-1)。
圖21-2 腺病毒結構的模式圖
蛋白質衣殼的功能是:(1)緻密穩定的衣殼結構除賦予病毒固有的形狀外,還可保護內部核酸免遭外環境(如血流)中核酸酶的破壞;(2)衣殼蛋白質是病毒基因產物,具有病毒特異的抗原性,可刺激機體產生抗原病毒免疫應答; (3)具有輔助感染作用,病毒表面特異性受體邊連結蛋白與細胞表面相應受體有特殊的親和力,是病毒選擇性吸附宿主細胞並建立感染灶的首要步驟。
病毒的核酸與衣殼組成核衣殼(Nucleocapsid),最簡單的病毒就是裸露的核衣殼,如脊髓灰質炎病毒等。有囊膜的病毒核衣殼又稱為核心(core)。
(二)病毒的輔助結構
圖21-3 螺旋對稱病毒顆粒的核衣殼
1.囊膜(Envelope) 某些病毒,如蟲媒病毒、人類免疫缺陷病毒、皰疹病毒等,在核衣殼外包繞著一層含脂蛋白的外膜,稱為「囊膜」。囊膜中含有雙層脂質、多糖和蛋白質,其中蛋白質具有病毒特異性,常與多糖構成糖蛋白糖蛋白亞單位,嵌合在脂質層,表面呈棘狀突起,稱「剌突(Spike)或囊微粒(Peplomer)」。它們位於病毒體的表面,有高度的抗原性,並能選擇性地與宿主細胞受體結合,促使病毒囊膜與宿主細胞膜融合,感染性核衣殼進入胞內而導致感染。囊膜中的脂質與宿主細胞膜或核膜成分相似,證明病毒是以「出芽」方式,從宿主細胞內釋放過程中獲得了細胞膜或核膜成分。有囊膜病毒對脂溶劑和其他有機溶劑敏感,失去囊膜後便喪失了感染性。
2.觸須樣纖維(Fiber) 腺病毒是唯一具有觸須樣纖維的病毒,腺病毒的觸須樣纖維是由線狀聚合多肽和一球形末端蛋白所組成,位於衣殼的各個頂角(圖21-2)。該纖維吸附到敏感細胞上,抑制宿主細胞蛋白質代謝,與致病作用有關。此外,還可凝集某些動物紅細胞。
3.病毒攜帶的酶 某些病毒核心中帶有催化病毒核酸合成的酶,如流感病毒帶有RNA的RNA聚合酶,這些病毒在宿主細胞內要靠它們攜帶的酶合成感染性核酸。
了解病毒的形態結構、化學組成及功能,不僅對病毒的分類和鑒定有重要意義,同時也有助於理解病毒的宿主范圍,致病作用及亞單位疫苗的研製。
病毒的增殖
病毒體在細胞外是處於靜止狀態,基本上與無生命的物質相似,當病毒進入活細胞後便發揮其生物活性。由於病毒缺少完整的酶系統,不具有合成自身成份的原料和能量,也沒有核糖體,因此決定了它的專性寄生性,必須侵入易感的宿主細胞,依靠宿主細胞的酶系統、原料和能量復制病毒的核酸,藉助宿主細胞的核糖體翻譯病毒的蛋白質。病毒這種增殖的方式叫做「復制(Replication)」。病毒復制的過程分為吸附、穿入、脫殼、生物合成及裝配釋放五個步驟,又稱復制周期(Replication cycle)。
一、吸附
吸附(Adsorption)是指病毒附著於敏感細胞的表面,它是感染的起始期。特異性吸附是非常重要的,根據這一點可確定許多病毒的宿主范圍,不吸附就不能引起感染。細胞與病毒相互作用最初是偶然碰撞和靜電作用,這是可逆的聯結。脊髓灰質炎病毒的細胞表面受體是免疫球蛋白超家族,在非靈長類細胞上沒有發現此受體,而猴腎細胞、 Hela細胞和人二倍體纖維母細胞上有它的受體,故脊髓來質炎病毒能感染人體鼻、咽、腸和脊髓前角細胞,引起脊髓灰質炎(小兒麻痹)。水磨石病毒的細胞表面受體是含唾液酸(N-乙醯神經氨酸)的糖蛋白,它與流感病毒表面的血凝素剌突(受體連結蛋白)有特殊的親和力,如用神經氨酸酶破壞該受體,則流感病毒不再吸附這種細胞。此外,HIV受體為CD4;鼻病毒的受體為細胞粘附分子-1(1CAM-1);EB病毒的受體為補體受體-2(CR-2)。病毒吸附也受離子強度、pH、溫度等環境條件的影響。研究病毒的吸附過程對了解受體組成、功能、致病機理以及探討抗病毒治療有重要意義。
二、穿入
穿入(Penetration)是指病毒核酸或感染性核衣殼穿過細胞進入胞漿,開始病毒感染的細胞內期。主要有三種方式:(1)融合 (Fusion),在細胞膜表面病毒囊膜與細胞膜融合,病毒的核衣殼進入胞漿。副粘病毒以融合方式進入,如麻疹病毒、腮腺炎病毒囊膜上有融合蛋白,帶有一段疏水氨基酸,介導細胞膜與病毒囊膜的融合。(2)胞飲 (Viropexis),由於細胞膜內陷整個病毒被吞飲入胞內形成囊泡。胞飲是病毒穿入的常見方式,也是哺乳動物細胞本身具有一種攝取各種營養物質和激素的方式。當病毒與受體結合後,在細胞膜的特殊區域與病毒病毒一起內陷形成膜性囊泡,此時病毒在胞漿中仍被胞膜覆蓋。某些囊膜病毒,如流感病毒藉助病毒的血凝素(HA)完成脂膜間的融合,囊泡內低Ph環境使HA蛋白的三維結構發生變化,從而介導病毒囊膜與囊泡膜的融合,病毒核衣殼進入胞漿。(3)直接進入,某些無囊膜病毒,如脊髓灰質炎病毒與受體接角後,衣殼蛋白的多肽構形發生變化並對蛋白水解酶敏感,病毒核酸可直接穿越細胞膜到細胞漿中,而大部分蛋白衣殼仍留在胞膜外,這種進入的方式較為少見。
三、脫殼
穿入和脫殼是邊續的過程,失去病毒體的完整性被稱為「脫殼 (Uncoating)」。人脫殼到出現新的感染病毒之間叫「隱蔽期」。經胞飲進入細胞的病毒,衣殼可被吞噬體中的溶酶體酶降解而去除。有的病毒,如脊髓灰質炎病毒,在吸附穿入細胞的過程中病毒的RNA釋放到胞漿中。而痘苗病毒當其復雜的核心結構進入胞漿中後,隨之病毒體多聚酶活化,合成病毒脫殼所需要的酶,完成脫殼。
四、生物合成
DNA病毒的RNA病毒在復制的生化方面有區別,但復制的結果都是合成核酸分子和蛋白質衣殼,然後裝配成新的有感染性的病毒。一個復制周期大約需6~8小時。
(一)雙股DNA病毒的復制
多數DNA病毒為雙股DNA。
雙股DNA病毒,如單純疹病毒和腺病毒在宿主細胞核內的RNA聚合酶作用下,從病毒DNA上轉錄病毒mRNA,然後轉移到胞漿核糖體上,指導合成蛋白質。而痘苗病毒本身含有RNA聚合酶,它可在胞漿中轉錄mRNA。mRNA有二種:早期m RNA,主要合成復制病毒DNA所需的酶,如依賴DNA的DNA聚合酶,脫氧胸腺嘧啶激酶等,稱為早期蛋白;晚期mRNA ,在病毒DNA復制之後出現,主要指導合成病毒的結構蛋白,稱為晚期蛋白。
子代病毒DNA的合成是以親代DNA為模板,按核酸半保留形式復制子代雙股DNA。DNA復制出現在結構蛋白合成之前。
(二)單股RNA病毒的復制
RNA病毒核酸多為單股,病毒全部遺傳信息均含在RNA中。根據病毒核酸的極性,將RNA病毒分為二組:病毒RNA的鹼基序列與mRNA完全相同者,稱為正鏈RNA病毒。這種病毒RNA可直接起病毒mRNA的作用,附著到宿主細胞核糖體上,翻譯出病毒蛋白。從正鏈RNA病毒顆粒中提取出RNA,並注入適宜的細胞時證明有感染性;病毒RNA鹼基序列與mRNA互補者,稱為負鏈RNA病毒。負鏈RNA病毒的顆粒中含有依賴RNA的RNA多聚酶,可催化合成互補鏈,成為病毒mRNA,翻譯病毒蛋白。從負鏈RNA病毒顆粒中提取出的RNA,因提取過程損壞了這種酶,從而無感染性。
1.正鏈RNA病毒的復制 以脊髓灰質炎病毒為例,侵入的RNA直接附著於宿主細胞核糖體上,翻譯出大分子蛋白,並迅速被蛋白水解酶降解為結構蛋白和非結構蛋白,如依賴RNA的RNA聚合酶。在這種酶的作用下,以親代RNA為模板形成一雙鏈結構,稱「復制型(Replicative form)」。再從互補的負鏈復制出多股子代正鏈RNA,這種由一條完整的負鏈和正在生長中的多股正鏈組成的結構,秒「復制中間體(Replicative intermediate) 」。新的子代RNA分子在復制環中有三種功能:(1)為進一步合成復制型起模板作用;(2)繼續起mRNA作用;(3)構成感染性病毒RNA。
2.負鏈RNA病毒的復制 流感病毒、副流感病毒、狂犬病毒和腮腺炎病毒等有囊膜病毒屬於這一范疇。病毒體中含有RNA的RNA聚合酶,從侵入鏈轉錄出mRNA,翻譯出病毒結構蛋白和酶,同時又可做為模板,在依賴RNA的RNA聚合酶作用下合成子代負鏈RNA。
圖21-4 DNA病毒復制的主要步驟
(三)逆轉錄病毒的復制
逆轉錄病毒(Retrovirus)又稱RNA腫瘤病毒 (Oncornavirus) ,病毒體含有單股正鏈RNA、依賴RNA的DNA多聚酶(逆轉錄酶)和 tRNA。其復制過程分二個階段:第一階段,病毒核時進入胞漿後,以RNA為模板,在依賴RNA的DNA多聚酶和tRNA引物的作用下,合成負鏈DNA(即RNA:DNA),正鏈RNA被降解,進而以負鏈DNA為模板形成雙股DNA(即DNA:DNA),轉入細胞核內,整合成宿主DNA中,成為前病毒。第二階段,前病毒DNA轉錄出病毒mRNA,翻譯出病毒蛋白質。同樣從前病毒DNA轉錄出病毒RNA,在胞漿內裝配,以出芽方式釋放。被感染的細胞仍持續分裂將前病毒傳遞至子代細胞。
(四)病毒蛋白的合成與修飾
病毒mRNA在宿主細胞聚核糖體上翻譯合成病毒結構蛋白和非結構蛋白,結構蛋白是病毒結構的組成成分,非結構蛋白雖然不是病毒的結構成分,但是在病毒復制中具有重要功能,大多是一些催化、調節病毒復制的酶類和調控蛋白。
通常動物病毒mRNA僅翻譯一條連續的完整的病毒多肽鏈,這種mRNA叫做單順反子mRNA (Monocistronic mRNA) 。分段基因級病毒,如流感病毒,核酸分為8個節段,每一節段轉錄一條mRNA,翻譯一種病毒蛋白。有的病毒,如脊髓灰質炎病毒,病毒RNA本身做為,mRNA,首先翻譯出一大分子蛋白,然後在特殊位點被細胞或病毒蛋白水解酶裂解為許多小分子病毒蛋白,包括結構蛋白和非結構蛋白。也有的病毒,如披膜病毒,基因組上有多處轉錄起始和終止碼,分別轉錄出單順反子mRNA並合成各自的病毒蛋白。DNA的轉錄發生在細胞核內,轉錄產物經剪切拼接,並在3'端聚腺苷酸化,5'端加上甲基化帽,轉送入胞漿,合成病毒蛋白。
某些病毒蛋白合成後需要修飾,如磷酸化、糖基化等。由病毒和細胞的蛋白激酶完成磷酸化,這是活化或滅活某些蛋白的一種方式。病毒糖蛋白是在胞漿中與膜相連的核糖體上合成,經粗面內質網、平滑內質網、高爾基氏體到達細胞膜,在此過程中被糖基化。
五、裝配與釋放
新合成的病毒核酸和病毒結構蛋白在感染細胞內組合成病毒顆粒的過程稱為裝配(Assembly),而從細胞內轉移到細胞外的過程為釋放(Release)。大多數DNA病毒,在核內復制DNA,在胞漿內合成蛋白質,轉入核內裝配成熟。而痘苗病毒其全部成份及裝配均在胞漿內完成。RNA病毒多在胞漿內復制核酸及合成蛋白。感染後6個小時,一個細胞可產生多達10,000個病毒顆粒。
病毒裝配成熟後釋放的方式有:(1)宿主細胞裂解,病毒釋放到周圍環境中,見於無囊膜病毒,如腺病毒、脊髓灰質炎病毒等;(2)以出芽的方式釋放,見於有囊膜病毒,如皰疹病毒在核膜上獲得囊膜,流感病毒在細胞膜上獲得囊膜而成熟,然後以出芽方式釋放出成熟病毒。也可通過細胞間橋或細胞融合鄰近的細胞。
圖21-5 正鏈RNA病毒復制的主要步驟
病毒的增殖不只是產生有感染性的子代,絕大多數動物病毒在大量感染的情況下,經多次增殖會產生缺損干擾顆粒(Defective interfering particles),它是能幹擾親代病毒復制的缺損病毒,其核酸有部分缺損或被宿主DNA片段替換。缺損干擾顆粒的基本特性是:(1)本身不能繁殖;(2)有輔助病毒存在時方能增殖;(3)干擾同種病毒而不幹擾異種病毒的增殖;(4)在感染細胞內與親代病毒競爭性增殖。由於缺損干擾顆粒的產生,使同種感染性病毒數量減少,在導致病毒的持續性感染中具有一定的作用,但疫苗中含有大量缺損干擾顆粒會影響活疫苗的免疫效果。
抵抗力與變異
一、病毒對理化因素的抵抗力
(一)物理因素
1.溫度 大多數病毒(除肝炎病毒外)耐冷而不耐熱。病毒一旦離開機體,經加熱56~60℃30分鍾,由於表面蛋白變性,而喪失其感染性,即被滅活。病毒對低溫的抵抗力較強,通常在-20~196℃仍不失去活性,但對反復凍融則敏感。一般可用低溫真空乾燥法(Lyophilization)保存病毒,但在室溫條件下乾燥易使病毒滅活。
2.鹽類對病毒的穩定作用 克分子濃度的鹽可提高病毒對熱的抵抗力。MgCl2對脊液灰質炎病毒、MgSO4對正粘和副粘病毒、Na2SO4對皰疹病毒具有穩定作用。因此在減毒活疫苗中須加這類穩定劑。有囊膜病毒即使在-90℃也不能長期保存,但加入保護劑如二甲基亞碸(DMSO)可使之穩定。
3. pH 病毒一般在pH5.0~9.0的環境是穩定的,但在某些病毒的血凝反應中,pH改變可影響改變試驗的結果。
4.射線 紫外線、X線和高能量粒子可殺活病毒,這是因為光量子可擊毀病毒核酸的分子結構,不同病毒其敏感度不一。
某些活性染料(如甲苯胺蘭、中性紅、丫啶橙)對病毒具有不同程度的滲透作用,這些染料與病毒核酸結合後,易被可見光滅活。
(二)化學因素
1.脂溶劑 有囊膜病毒可迅速被脂溶劑破壞,如乙醚、氯彷、去氧膽酸鈉。這類病毒通常不能在含有膽汁的腸道中引起感染。病毒對脂溶劑的敏感性可作為病毒分類的依據之一。
2.甘油 大多數病毒在50%甘油鹽水中能活存較久。因病毒體中含游離水,不受甘油脫水作用的影響,故可用於保存病毒感染的組織。
3.化學消毒劑 一般病毒對高錳酸鉀、次氯酸鹽等氧化劑都很敏感,升汞、酒精、強酸及強鹼均能迅速殺滅病毒,但0.5%~1%石炭酸僅對少數病毒有效。飲水中漂白粉濃度對乙型肺炎,腸道病毒無效。β-丙內脂(β-Propiolactone) 及環氧乙烷(Ethylene oxide)可殺滅各種病毒。
4.抗生素 抗生素及磺胺對病毒無效。利福平(Rifampin)能抑制痘病毒復制,干擾病毒DNA或RNA合成,但也干擾宿主細胞的代謝,有較強的細胞毒性作用。
二、病毒的變異
(一)突變
病毒的突變(Mutation)是指基因組中核酸鹼基順序上的化學變化,可以是一個核苷酸的改變,也可為上百上千個核苷酸的缺失或易位。病毒復制中的自然突變率10-5~10-8,而各種物理、化學誘變劑 (Mutagens)可提高突變率,如溫度、射線、5-溴尿嘧啶、亞硝酸鹽等的作用均可誘發突變。突變株與原先的野生型病毒 (Wild-type virus)特性不同,表現為病毒毒力、抗原組成、溫度和宿主范圍等方面的改變。
1.毒力改變 有強毒株及弱毒株,後者可製成弱毒活病毒疫苗,如脊液灰質炎疫苗、麻疹疫苗等。
2.條件致死突變株 指病毒突變後在特定條件下能生長,而在原來條件下不能繁殖而被致死。其中最主要是的是溫度敏感條件致死突變株(Temperature-sensitive conditional lethalmutant),簡稱溫度敏感突變株(ts株),在特定溫(28~35℃)下孵育則能增殖,在非特定溫度(37~40℃)下孵育則不能繁殖,而野生型在兩種溫度均能增殖。顯然是由於在非特定溫度下 ,突變基因所編碼的蛋白缺乏其應有功能。因此大多數ts株同時又是減毒株。現已從許多動物病毒中分離出ts株,選擇遺傳穩定性良好的品系用於制備鹼毒活疫苗,如流感病毒及脊髓灰制裁炎病毒ts 株疫苗。
3.宿主適應性突株 例如狂犬病毒突變株適應在兔腦內增殖,由「街毒」變為「固定毒」,可製成狂犬病疫苗。
(二)基因重組
當二種有親緣關系的不同病毒感染同一宿主細胞時,它們的遺傳物質發生交換,結果產生不同於親代的可遺傳的子代,稱為基因重組(Genetic recombination)。
1.活病毒間的重組 例如流感病毒兩個亞型之間可基因重組,產生新的雜交株,即具有一個親代的血凝素和另一親代的神經氨酸酶。這在探索自然病毒變異原理中具有重要意義。流感每隔十年左右引起一次世界性大流行,可能是由於人的流感病毒與某些動物(雞、馬、豬)的流感病毒間發生基因重組所致。
2.滅活病毒間的重組 例如用紫外線滅活的兩株同種病毒,若一同培養後,常可使滅活的病毒復活,產生出感染性病毒體,此稱為多重復活(Multiplicity reactivation),這是因為兩種病毒核酸上受損害的基因部位不同,由於重組合相互彌補而得到復活。因此現今不用紫外線滅活病毒製造疫苗,以防病毒復活的危險。
3.死活病毒間的重組 例如將能在雞胚中生長良好的甲型流感病毒(A0或A1亞型)疫苗株經紫外線滅活後,再加亞洲甲型(A2亞型)活流感病毒一同培養,產生出具有前者特點的A2亞型流感病毒,可供製作疫苗,此稱