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时间:2020-02-09百科知识联系我们
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病毒学:哪里来;到哪里去

■ 高尚荫

Virology:Where It Come;Where It's Going

Gao Shang-yin

近年来由于分子生物学的兴起使病毒学作为一门独立学科似乎模糊起来了。难怪一位“分子生物学家”教授宣称病毒学已不存在了。事实真是这样吗?分子生物学是在结构生物化学和细胞遗传学两门学科的基础上成长起来的,而这两门学科的充实和发展又来源于病毒学[有关分子生物学究竟代表什么,见作者的“试论分子生物学”(武汉大学自然科学学报1983年第3期)和“再论分子生物学——科学的革命”(病毒学杂志1987年第1期社论)]。

1.病毒学从哪里来

(一)有关病毒的早期记载:病毒病自古就有记载,我国几千年前(公元前10世纪)的文献中提到过天花。2000多年前已有关于狂犬病时用“Virus”这个词。狂犬病毒的记载比任何病毒病详尽。相反地,另一种重要的病毒病天花,由于它很难和麻疹、鸡痘及其他发疹性病区别,天花的早期记载比较模糊。虽然从社会政治历史来说天花的影响不亚于鼠疫

16世纪植物病毒病已记载有荷兰的郁金香(turlip),虽然当时并不了解这种名贵的杂色花是由于病毒的感染。最有趣的是一种植物病毒病,烟草嵌纹病。这病的病因——烟草嵌纹病毒在病毒学的发展过程中占有非常特殊的地位。

(二)起源和序幕:天花的传播使人们认识疾病的传染性。17世纪和18世纪天花在欧洲的流行进一步意识到某些“东西”从人传到人。18世纪初期天花在英国进行接种。1798年Jenner将按各种方法改进后在英国及欧洲大陆普遍应用。他的成功是经验的结果,并不了解传染病的病因,但这是以后所有预防疾病的基础。Jenner的种痘工作后病毒学处于静止状态,直到1884年巴斯德提出有关狂犬病的预防措施。巴斯德对狂犬病的贡献是人们比较熟悉的。

Jenner和巴斯德的传染病因子的概念需要过滤技术证明细菌外还有其他较小的“东西”能引起疾病。1868年Keber利用“瑞典滤纸”过滤痘苗病毒感染的淋巴,企图分离“炎症小体”,接种后过滤液产生特征性痘苗小胞。此后该滤器发展为目前使用的各种类型的细菌过滤器。

历史学家决定一个历史事件是什么时候开始的比较困难,因为每个事件的历史转折点往往有它的前因。那么病毒学作为一门学科是什么时候开始的呢?不同的学者从不同的角度看问题,肯定会有不同的意见。我个人广东省社保局网站认为病毒学似乎应从M.广东省社保局网站W.Beijerinck 1898年有关烟草嵌纹病毒的工作开始。他在报告中提出引起烟草嵌纹病的致病因子具有三个特点:能通过细菌滤器,仅能在感染的细胞内增殖以及体外不能生长。他认为这是一种新的致病因子、而不是细菌,他称这个因子为“感染性活菌液”(原文为Contagium Virum Fiuidum)是Beijerinck提出了新的病毒概念。可能有人要问为什么不说D.I.Ivanovski 1892年发现烟草嵌纹病毒开始呢?Ivanovski进行了正确的实验(过滤实验),但提出了错误结论(细菌毒素)。他始终没有认识到通过过滤器的是一种新的致病因子,烟草嵌纹病不是由细菌产生的毒素引起的。

1935年W.M.Stanley分离、提纯和结晶了烟草嵌纹病毒导致植物病毒处于病毒学研究的领先地位。开辟了病毒研究的新领域。围绕着病毒是什么这个问题,科学家们研究病毒的性质包括它们的组成和化学修饰的影响等。这些研究影响巨大,带来了学科与学科间和国际上的共同努力建立病毒粒子的结构以及核酸和蛋白质的生物学功能。

虽然噬菌体(细菌病毒)在1915年和1917年分别由Twort和d'Herelle发现,但噬菌体的研究实际上从1938年几位科学家(M.Delbruck、S.E.Luria、A.D.Hershey)形成所谓“细菌体组”利用大肠杆菌噬菌体进行系统的研究,主要是一步生长曲线、溶原性、转导作用、DNA是遗广东省社保局网站传物质,遗传的精微结构以及突变的分子基础,最重要的贡献是明确了基因概念。

在噬菌体工作的启示下,病毒研究的主流转向动物病毒。1952年R.Dulbecco发明在单层细胞层上接种病毒出现空斑的所谓“空斑技术”促进了动物病毒的研究,相继发现转录的新途径——反转录。译录、合成具有特殊功能的几种蛋白质以及某些病毒感染引起细胞融合,结果细胞核组合,有外膜的病毒在细胞膜成熟时带上宿主组成。同时又在动物肿瘤病毒方面研究细胞转化和肿瘤形成的机理,从而出现病毒学的分支学科“肿瘤病毒学”。(www.anred.net.cn)

2.病毒学到哪里去

生物学像所有学科一样发展到成熟阶段往往在更精确的水平上统一了。Watson和Crick对DNA双螺旋结构的提出,在达尔文孟德尔所提出的观点更上一层而统一了。生物学的分支学科如遗传学、细胞学生物化学等之间的界限由于现代细胞生物学的兴起已超过范围,使20世纪50年代和60年代茂盛的病毒学逐渐分散到其他学科中去了。但是病毒学在分子生物学的发展中起着这样的重要的作用,并仍然是生物学和生物医学研究的一个重要领域,使我们有理由保持这门学广东省社保局网站科的统一性。因此,目前病毒学的研究不但没有削弱反而大大地增强了,病毒学讨论会在国际上以及国内的相继召开充分说明了这一点。

对病毒学到哪里去应结合现状。我认为病毒学在现阶段有四个显著的特点:

(一)它包括广泛的学科范围:从结构化学和分子生物学,通过感染的生物学和病理学到实验和临床医学。通过病毒与细胞间的相互关系,联系细胞生物学和生理学。病毒学吸收许多其他有关的学科,今后将结合社会学环境科学、化学、物理学甚至哲学,不再是30~40年前的病毒学限于分离、形态和鉴定。

(二)它具有大量的病毒系统:现在已鉴定和分类的病毒有细菌病毒、藻类病毒、真菌病毒、植物病毒和动物病毒(包括昆虫病毒)已近50个科。在这些科和亚科中有个别的种还有它们自己的独特性质,如逆转病毒、肿瘤病毒、慢病毒、类病毒等。这类情况也反映在近来出版的病毒学教本,如Frankel-Conrat和Kimball的“病毒学”,不以病毒作为整体而从分类系统分别论述说明个别病毒的独特性。研究对象必然会扩大和加强,仅靠个别病毒作为模型研究不能对病毒有全面的认识。

(三)知识基础的迅速发展:特别在过去15年中病毒学的数据和概念大大增多和深化了,可以认为Thomas K.Kuhu提出的新“Paradigm”(作者没有找到合适的译名)。主要是由于在20世纪70年代提供了新的研究工具包括所谓“核酸革命”——限制性内切酶的发现、序列分析的发明、DNA的操纵以及依赖单克隆抗体技术对蛋白质范围较广的分析方法。结果使病毒的结构和功能的有关知识在广度和深度上迅速提高了。这在1970年前是不可能想象的。新的概念的发展和充实——逆转录、肿瘤基因、内含子等已成为人们固定的观点,近几年来已出现“分子病毒学”(也就是病毒的分子生物学),但必须指出对病毒的结构和生物学以及致病性等虽已在分子水平上深入研究,但对它们的认识还不过是漫长道路的开端。在前进中还会遇到更艰巨的挑战,更需要学者们创造性学术思想指导研究。另一方面病毒关系到人群中的疾病——过去阶段的进展比较明显。许多一般病的有效防治以及消灭天花的成功,但很快又出现令人畏惧的“新病”——所谓艾滋病。关于该病的病原体已于1984年肯定为病毒,并且近几年来由于国际上的竞争和合作,在极短时间内已提出基因组的全部序列,深入到分子的结构。但是到目前对该病的预防和治疗似仍无办法,在期刊上和新闻媒介报道很多,对病毒学者来说艾滋病和病毒又是一个挑战。

(四)实际应用的重要性:人类与病毒之间的关系一直认为存在有疾病与死亡的单方面传说,天花、流感、黄热病、狂犬病、脊髓灰白质炎等都是病毒引起的病。当然除人之外,病毒对牲口和谷类等也有严重的损害。但是从种牛痘成功以来,人们对病毒的看法起了变化。认为病毒可以用来为人类服务,例如,在农林害虫的防治中,利用自然病毒杀死害虫。还有一个大家感兴趣的例子是20世纪70年代前曾用过噬菌体治病遭到失败后,一直未能采用,但最近(1989年)报道噬菌体用于人的抗药性强的细菌病使疾病得到治疗(波兰)和对噬菌体防治猪、牛、羊的细菌性疾病效果也良好(英国)。这些初步报道作者认为还需要进一步验证。

近年来病毒在实际应用中值得重视的是利用病毒作为基因表达载体和工程病毒的构建。例如利用动物病毒作为载体来制备亚单位疫苗。最好的例子是用痘苗病毒作为载体。由于痘苗病毒可容纳较大量的外源基因(25Kb),且能表达,所以利用重组痘苗病毒表达成功的已有乙肝的HbsAg基因、流感H A基因、口蹄疫病毒VP基因等,并进一步将乙肝HbsAg基因、流感H A基因和HSV-1糖蛋白D基因合建三价重组痘病毒,且能在家兔体内成功地表达上述三种抗原,还产生了对这三种病毒攻击的免疫作用。在利用昆虫病毒作为表达载体中,最显著的例子是苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒(AcNPV)除可容纳较大量的外源基因外,还用此病毒作为外源基因载体。通过体外重组和体内重组相结合的方式,尤其宿主细胞幼虫体内成功地表达了β-干扰素,α-干扰素和β-半乳糖苷酶等基因。

工程病毒能直接加强对害虫的致病性,所以目前正在通过重组DNA技术引入毒素如黄曲霉素、麻蚕白或白喉毒素等来开发毒力更好的病毒杀虫剂。利用外源基因插入昆虫病毒DNA装备这种所谓第二代的昆虫病毒杀虫剂是完全有可能的。武汉大学昆虫病毒实验室目前正在开展第二代昆虫杀虫剂的研究,病毒结合遗传工程和工程病毒的构建的发展目前仅仅是一个开端,不久的将来对实际应用必然有重大的突破和发展。

最后,引用美国斯坦福大学生物化学教授Paul Berg最近给作者的信中对病毒学的评论作为本文的结束语。“虽然病毒学研究在了解许多人类传染病非常重要,但它们的性质有其有利的一方面,当然病毒在提示它们宿主的细胞和分子生物学方面也极有价值。如,噬菌体在发现DNA和RNA复制,DNA修饰,重组和重新排列,基因表达和调节以及遗传密码的关键性特征是最有成效的模型,最近逆转录已联系到癌的细胞基因,腺病毒、水泡性口膜炎水泡病毒、细小病毒和流感病毒已显示了某些细胞的代谢机理。病毒作为遗传信息转导因子的性能对重组DNA技术提供启示。病毒的扩大研究必然会导致更有趣和重要的突破。”

(1988年)