微生物总结第六章：病毒

微生物总结第六章：病毒 19世纪末，已经分离得到了多种引起传染病的细菌，不过也有一些传染病如口蹄疫、烟草花叶病等并 不能证实是由细菌引起的。1892年俄国学者伊万诺夫斯基首次发现烟草而使之发生花叶病的感染因子能通 过细菌滤器，病叶汁液通过滤器后得到滤液，可感染健康的烟草而使之发生花叶病。1898年荷兰生物学家贝哲林克(M.W.Beijerinck)进一步肯定了伊万诺夫斯基的结果，并证实该致病因子可以被乙醇从悬液中沉 淀下来而不失去其感染力，而且能在琼脂凝胶中扩散，但用培养细菌的培养不出来。于是他认为，该 病原体是比细菌小的"病毒(virus)"，拉丁语的原意是"毒"。随后其他一些通过细菌滤器的致病因子，包括 植物的、动物的被陆续分离出来，人们便称之为"滤过性病毒(filterablevirus)"。由于后来知道因电荷及吸附作用，有些病毒不能通过细菌滤器，加之为了使用的简便，"病毒"一词就被普遍采用了。1935年美国生物化学家斯坦莱(W.M.Stanley)从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，该病结晶具有致病力，这明一 般被认为是生命的物质可以像简单的蛋白质分子那样进行处理。这件事在为分子生物学发展中的一个里程 碑。斯坦莱也因此而荣获诺贝尔奖金。随着研究的进展，又证明了烟草花叶病毒结晶中含有核酸和蛋白质 两种成分，而只有核酸具感染和复制能力。这些发现不仅为病毒学的研究奠定了基础，而且为分子生物学 的发展作出了重大的贡献。 病毒是以其致病性被发现了，大多数已知病毒也都是致病因子。但并非所有病毒都对宿主有害。例如 存在于人和兽类呼吸道和肠道中的呼肠孤病毒(Reovirus)便是一例。在历史上上度惹人喜爱的"杂色郁金香"，实际上是郁金香(Tulipa gesneriana)受病毒感染后其病叶出现杂色条纹和斑驳，当时人们将其视为名 贵品种，用以美化庭园和盆栽观赏。随着人们对病毒研究的深入，由病毒引起的杂色郁金香在花圃中已被 剔除。 由于电子显微镜技术的发展，X射线衍射技术的超速离心机的应用，不仅使人们看到了病毒的形象， 对病毒的结构及化学组成也都有了较清楚的了解。现在病毒不仅是微生物学、病毒学的研究对象，而且也 成为分子生物学和分子遗传学的主要研究对象。病毒对这些新兴学科的发展产生了重大影响。病毒作为多 种病害的病原，对病毒病害及其防治的研究，在实践方面的意义也是不言而喻的。 什么是病毒?通过以上发现病毒简史的了解，似乎比较清楚了。但随着有关病毒学知识的日益增多，新 的病毒种类的不断发现，现在，对病毒下一个完整的、确切的、能被普遍接受的定义，还不是那么容易。 由于对病毒进行研究侧重的方面不同，人们对病毒曾给予了不同的定义。不同学者还从不同角度对病毒的 基本特性进行了概括。 现将病毒区别于其他生物的主要特征归纳如下：（） 1.无细胞结构， 2．含一种类型的核酸--DNA或RNA，至今尚未发现二者兼有的病毒。 3.大部分病毒没有酶或酶系统极不完全，不含催化能量代谢的酶，不能进行独立的代谢功能。 3.严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体，不能生长也不进行二均分裂，必须依赖宿主细胞进行自 身的核酸得复制，形成子代。 4.个体极小，能通过细菌滤器，在电子显微镜下才可看见。 第一节 病毒的形态结构 一、病毒的大小与形态 病毒的大小可采用不同方法进行研究。电子显微镜观察法 可直接测量病毒粒子的大小。分级过滤法 根据病毒粒子的沉降速度，可用来推算毒粒子的大小和分子量。电泳法 根据电泳速度来测定毒粒子大小。一般来说，颗粒带静电荷量越多，颗粒越小，越近球形，则电泳速度越快。电离辐射和X射线衍射法 此法主要用于研究病毒结构的亚单位。 病毒的形态有球形、卵圆形、砖形、杆状、丝状及蝌蚪状等，但以近似球形的多面体和杆状为主，动 物病毒多呈球形、卵圆形或砖形。 细菌病毒多为蝌蚪形，也有微球形和丝状的。大肠杆菌T系偶数噬菌体为蝌蚪形，具有直径约40-100纳米的多面体头部，长约100纳米的尾部。 让学生理解 提纯病毒制剂，是研究其化学组成的前提。由于病毒只能在生活内繁殖，因此必须使它从宿主细胞中 释放出来，并使它与细胞物质分开。通过提纯获得的病毒制剂，不应含有其他非病毒物质。病毒提纯的方 法与提纯蛋白质相似，主要有离心、沉淀、吸附、酶处理、抗血清处理、有机溶剂提取以及电泳、层析等 等。这些方法所依据的原理均赖于病毒本身的两个基本特性：其一，绝大多数病毒的外表面主要甚至完全 由蛋白质构成，其二，病毒的密度与体积极小，需用每分钟旋转5万-10万转的离心机才能沉降，这一特性往往使它能与盐类、蛋白质和许多其他细胞组成分区分开。 1935年斯坦莱首次用化学方法提纯并且得到了烟草花叶病毒结晶。那些较大的和不的或结构的病 毒，虽然它们通常可以被高度提纯，却不能结晶。 现在，人类已认识了数百种病毒性疾病，其中许多种病毒被提纯，它们的化学组成与结构已被详细研 究。 病毒的化学组成因种而异，概括起来有以下几种情况：大多数由核酸和蛋白质组成，有的除核酸、蛋 白质外还含有脂类、多糖(常以糖脂、糖蛋白方式存在)；近几年发现有的噬体含脂肪，而且含量在10%以上，其中一种(6)含有三条双链RNA(一般只含一条)；有些病毒除蛋白质分子外还含有少量的酶，如噬菌体 的溶菌酶、核酸合成酶等。 (一)核酸 一种病毒只含一种核酸(RNA或DNA)。动物病毒有些属DNA型，如天花病毒等，有些属RNA型，如流感病毒等。植物病毒绝大多数属RNA型，少数属DNA型，如花椰菜花叶病毒。噬菌体多数属DNA型少数属RNA型，如大肠杆菌噬菌体M13和 f2等。 核酸有单链和双链之分。在一般细胞型生物中，DNA往往是双链(DNA-ds)的，而RNA是单链(RNA-ss)的。 从结构来看，大多数DNA病毒含有开放式双链DNA，有些病毒则含有开放式或封闭式单链DNA，有些则含封闭式双链DNA或一链中断的开放式DNA(图3-11)。绝大多数RNA病毒含开放式单链RNA。 不同的病毒不仅核酸类型不同，而且含量差别也较少。流感病毒的核酸组成仅占1%，烟草花叶病毒的核酸占5%，而另一些病毒，如大肠杆菌T系偶数噬菌体的核酸含量高达50%以上。核酸是遗传的物质基础，每个病毒粒子中核酸含量，无疑与已知病毒结构的复杂性及其功能有关。一个复杂的病毒粒子往往需要更 多的核酸(少数几个基因)。除极个别外，每个病毒粒子只含一分子核酸。对每种病毒粒子来说，核酸的长 度也是一定的，一般由100-250，000个核苷酸组成。最小的病毒少于10个基因，最大的病毒可含几百个基因。 不同的病毒DNA中，其碱基含量也不一样。一般GC量可能在35-75%之间。有些病毒还含异常的碱基，如大肠杆菌T系偶数噬菌体的DNA中含有5-羟甲基脱氧胞嘧啶苷酸，它取代了脱氧胞嘧啶核苷酸；枯草杆 菌噬菌体PB5-2的DNA中，脱氧尿嘧啶(U)取代了胸腺啶(T)等。 病毒的核酸可用物理的、化学的方法分离。某些分离了的病毒核酸不仅可使宿主细胞发生病发，而且 还能自我复制，产生完整的子代病毒；经诱变剂处理后的病毒核酸，亦可使病毒发生变异。除去蛋白质外 壳的核酸(又叫感染性核酸)，其感染范围比守整的病毒粒子广泛，不过感染力较低，通常只有完整病毒粒 子的千分之一到百万分之一。 病毒核酸的功能与细胞型生物一样，是遗传的物质基础，储存着病毒的遗传信息，控制着病毒的遗传变异、 增殖以及对宿主的感染性。 (二)蛋白质 蛋白质是病毒的主要组成成分。在其组成中几乎没有发现什么异常氨基酸的存在。自然界 中通常见到的20种氨基酸也出现在病毒的结构蛋白和病毒诱异酶中。但是，氨基酸的组合与含量因病毒种 类而异。比较简单的植物病毒大都只含一种蛋白质，其他病毒均由一种以上的蛋白质构成。 病毒蛋白质的主要功能是构成病毒粒子外壳，保护病毒核酸免受酸酶及其他理化因子的破坏；决定病 毒感染的特异性，与易感细胞表面存在的受体具特异性亲和力，促使病毒粒子的吸附；决定病毒的抗原性， 并能刺激机体产生相应的抗体；此外，病毒蛋白质还构成了病毒组成中的酶。 (三)其他 一般病毒只含蛋白质和核酸。较复杂的病毒如痘类病毒，在其被膜中含有脂类与多糖。脂类 中磷脂占50-605，其余则为胆固醇。多糖常以糖脂、糖蛋白形成存在。有的病毒含有胺类。植物病毒还发 现了12种金属阳离子。有的可能还含有类似维生素的物质。 详细讲解，让学生理解并掌握 由于电子显微镜技术与生物化学、X射线衍射等技术的结合，揭示了病毒粒子亚微结构的各种特 征，已经有可能观察分析病毒粒子的空间细微结构。研究病毒的结构，对于了解它们的功能与进化、认识 病毒的本质、进行病毒的分类鉴、分析病毒的致病作用等方面，都有重要意义。 病毒粒子(virijon)，系指成熟的或结构完整、有感染性的病毒个体，在电子显微镜下呈特定的形态。 病毒和病毒颗粒是其同义词。现已观察到很多病毒粒子具有一定的或共同的下列结构形式： 衣壳粒(capsomere) 它是构成病毒粒子的最小形态单位。每个衣壳粒是由1-6个同种多肽分子折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。病毒粒子上不同部分的衣壳粒可同上不同的多肽分子组成，最简单的病毒粒子只 有1-2种多肽，最复杂的可达20种以上。衣壳粒在电子显微镜下呈子粒状，故又称子粒。 衣壳(capsid) 衣壳又名壳体，由衣壳粒以对称的形式，有规律地排列成杆状、球状、廿面体或其他形 状，构成病毒的外壳。衣壳的中心包含着病毒核酸，即核髓。有人也称衣壳为蛋白外鞘或蛋白质外壳。 核衣壳(nucleocapsid) 它是病毒蛋白质衣壳和病毒核酸的合称。又称核壳体。 囊膜(envelope) 有些病毒除核衣壳外，在其外层还包裹着一层构造比较复杂的包膜即为囊膜，亦称被 膜、外膜(peplos)或封套。它由脂类和多糖组成。这种结构具有高度的稳定性，可保护病毒核酸不致在细 胞外环境中受到破坏。无囊膜病毒的核衣壳呈裸露状态。 刺突(spike) 有些病毒粒子表面，尤其是在有囊膜的病毒粒子表面具有突起物，称刺突，也称囊膜突 起(peplomer)。 图3-12是SARS病毒粒子结构示意图。从图可以看出病毒粒子的基本结构是核衣壳。有些简单的病毒 粒子的核衣壳就是它全部的组成结构。有些复杂的病毒在核衣壳外还包以囊膜，其上再生刺突。 (一) 廿面体病毒粒子 有些病毒粒子，看起来好象小的结晶或球形，经高分辨率电子显微镜观察，实际上是一个多面体。它 们的核衣壳是由不同数量的衣壳粒按一定方式排列成的对称体。这些衣壳粒，沿着三根互相垂直的轴形成 对称体，衣壳一般为廿面体。廿面体具有20个面(每个面是一个等边三角形)，30条边和12个顶角。腺病毒的衣壳就是一个典型代表(图3-13，C和图3-14)。腺病毒粒子共由252个球形的衣壳粒排列成一个具有 廿面的对称体。其中240个衣壳粒相邻。位于廿面体顶角12个衣壳粒，是由各种多肽构成的空心的五边形， 各自与5个衣壳粒相邻，称为五邻体(penton)。从每个五邻体的基底突出一根末端有顶球的刺突。12个五邻体各由五个相邻的衣壳粒围绕着形成"五角形聚集"；另有240个六邻体则各由6个衣壳粒围绕着形成"六角形聚集"。位于衣壳的表面或边上。而脊髓灰质炎病毒粒子由32个衣壳粒，多瘤病毒粒子由42或72个衣壳粒，疱疹病毒粒子由162个衣壳粒排列成廿面的对称体。噬菌体 X174只有12个衣壳粒也属于这种类型。一种最大的廿面体是昆虫病毒粒子，它由1，472个衣壳粒组成。廿面体病毒有的也具有囊膜。 由相同亚单位构成的五角形聚集和六角形聚集组合起来的，构成了多种多样的不同形状和大小的立体 结构，由四面体到廿面体，有的规则，有的不规则。较大的病毒粒子如天花病毒，其形状可能就不规则。 (二) 螺旋状对称体病毒粒子 为组病毒粒子有三种类型，即纤维状(如大肠杆菌噬菌体 )、直杆状(如烟草花叶病毒)和弯曲杆状(马铃薯X病毒)。它们最主要的特点都是长形，衣壳粒和核酸呈螺旋对称形排列，它们的衣壳形似一中空柱， 用高分辨率电子显微镜可见其表面有精细的螺旋结构，内包核酸。 烟草花叶病毒是这类结构的典型代表，也是研究得最早和最清楚的例子。烟草花叶病毒粒子呈杆状或 线状，蛋白质衣壳由衣壳粒一个紧挨一个地呈螺旋排列而成，病毒RNA位于衣壳内侧螺旋状沟中。这种核 酸与衣壳间有规则的排列已研究得很清楚。病毒粒子全长300纳米，直径15纳米，由2，130个衣壳粒组成130个螺旋。每一圈螺旋有161/3个衣壳粒，每49个衣壳粒组成三圈螺旋。螺距2.3纳。RNA螺旋的直径为8纳米，整个结构的中心是一个直径为4纳米的开放孔洞(图3-15)。每个衣壳粒的分子量为17，400， RNA的分子量为2.06×10 6，整个病毒粒子的分子用物理方法测知为39-40×10 6。已知RNA占5-6%，所以蛋白质衣壳的2，130个衣壳粒分子量应为37-38×10 6，从而推算每个衣壳粒(蛋白质亚基)分子量就在17，300?800。用化学方法测得的分子量是17，00-18，000。连续盘卷的衣壳粒是由相当强的键维持着， 所以烟草花叶病毒的外过相当坚硬。 用碱或去垢剂可使烟草花叶病毒粒子降解成蛋白南和RNA两部分。在电子显微镜下可见其有正常直径 的杆状片段，片段中间为线状体所连(图3-16)，这一线状体就是嵌在蛋白质中的RNA。在的适宜的温度和离子强度下。这些因降解而产生的衣壳粒又可自发地重新组装成棒状的衣壳，与完整的病毒粒子衣壳不能 区别。由于不含核酸，故无感染力。如果衣壳粒重新装配时有核酸存在，同样能引起烟草花叶病。 (三) 有囊膜的病毒粒子 有些病毒粒子核衣壳外有一层松散的囊膜包围。核衣壳有的为廿面体，有的呈螺旋状体，由于囊膜并 不坚韧，其中所包的核衣壳可呈多种形态，但一般近球形。如单纯疱疹病毒就是有囊膜的廿面体病毒。粘 病毒也有囊膜，螺旋状核衣壳盘绕存在于囊膜内(图3-17)。流感同流感病毒一样，粘病毒囊膜表面也有呈 放射状排列的糖蛋白刺突(囊膜突起)。这些刺突有的是病毒的凝血素(能凝集红细胞)，用于起动病毒感染过程，具有诱生免疫保护作用以及中和抗体的能力。有的具有神经氨酸酶(neuraminidase)的活力，可促使病毒从宿主细胞上释放。 (四) 结构与对称较复杂的类型 这一类型都是些结构复杂的病毒 一类是痘病毒(poxviurs)。它是病毒中体积最大、结构最复杂的脊椎动物病毒。在光学显微镜下勉强 可见，多数呈砖形，有的卵圆或扁平柱状。在电子显微镜下不具明显的衣壳，但在病毒核髓外有较复杂的 脂蛋白外膜包围。最外层是双层的囊膜，囊膜围绕一层可溶性的蛋白质抗原；紧贴此层抗原的镶嵌着管状 突出物的脂蛋白内膜。病毒粒子最内部是致密而呈哑铃状的DNA核心，核心内含有蛋白质和全部或大部分 病毒DNA分子，在核心两侧各有一性质不明的侧体(lateral body)图(3-19)。 另一类是弹状病毒(rhabdovirus)。因病毒粒子外形呈子弹状或杆状而得名。囊膜表面呈现横的条纹， 核衣壳为螺旋对称。如水疱性口膜炎病毒(vesicular stomatitis virus) (图3-20)，狂犬病毒(rabies virus)(图3-21)等。其形态特殊，长圆形，犹如枪弹的弹头。核酸为单链RNA，衣壳粒以螺旋对称排列围绕着核酸，外包脂蛋白质囊膜，膜上亦有红血蛋白质凝集性质的刺突。 噬菌体(phage)是侵染细菌、放线菌等细胞型微生物的病毒。广泛分布于自然界。1915年英国人陶尔特(Twort)在培养葡萄球菌时，发现菌落上出现了透明斑。用接种针接触透明斑后再接触另一菌落上，不久， 被接触的部分又出现了透明斑。1917年，法国人第赫兰尔(d'Herelle)在巴斯研究所也观察到，痢疾杆菌 的新鲜液体培养物能被加入的某种污水的无细菌滤液所溶解，混浊的培养物变清了。若将此澄清液再行过 滤，并加到另一敏感菌株的新鲜培养物中，结果同样变清。以上现象，被称为 陶尔特-第赫兰尔现象。第赫兰尔将该溶菌因子命名为噬菌体。1938年以后，人们对其进行了大量研究，而且主要集中于大肠杆菌T-系噬菌体，获得了很多有关深入研究病毒复制增殖、生物合成、基因表达、颗粒装配、感染性以其他活性 等问题，噬菌体却是一个很方便的模型和独特的工具，因为它是一个单细胞的宿主和很简单的寄生物。本 节将重点对大肠杆菌体的形态学、繁殖过程等问题进行较详细的讨论。 一、噬菌体的形态结构 与其他病毒一样，噬菌体除有其特异性宿主外，并无显著区别。它们都是由蛋白质和核酸组成。核酸 以单链或双链分子组成环状或丝状，病毒粒子外壳有不同形状和大小。基本形态为蝌蚪形、微球形和丝状 三种。 T-系噬菌体是研究得最广泛而又较深入的细菌噬菌体。并对它们进行了从T1-T7的编号(按发现的先后秩序编号，即Type 1，2，3，4，5，6，7)。后来发现，其中偶数者的结构和化学组成相同，故统称偶数 (even)噬菌体，这类噬菌体呈蝌蚪形。 上述6类噬菌体，具有两项很重要的一条核酸共同特点：一是它们的化学组成只包含蛋白质和核酸； 二是所有的病毒粒子只含有一条核酸分子。近年又发现了一类含有脂肪的噬菌体，其中一种( 6)还含有三条双链RNA。 现以大肠杆菌T4噬菌体(E.coli T4)为例，介绍一下蝌蚪形噬菌体的结构。T4的结构与对称性均较复杂。它们除具廿面体的蛋白质衣壳组成的头部外，还有一个螺旋对称的尾部。在头部蛋白质外壳内，一条 长50微米的DNA分子折叠盘绕其中。尾部则由不同于头部的蛋白质组成，其外包围有可收缩的尾鞘，中间 为一空髓，即尾髓。有的噬菌体的尾部还有颈环、尾丝、基板和刺突(图3-28和图3-29)。 二、噬菌的繁殖 根据噬菌菌与宿主细胞的关系可分为烈(毒)性噬菌体和温和噬菌体两类。烈性噬菌体进入菌体后就会 改变宿主的性质，使之成为制造噬菌体的"工厂"，大量产生新的噬菌体，最后导致菌体裂解死亡。温和噬 菌体进入菌体后，因生长条件不同，可具有两条截然不同的、可选择的生长途径。一条是与烈性噬菌体相 同的生长路线，引起宿主细胞裂解死亡；另一条是将其核整合到细菌染色上，该细菌细胞继续生长繁殖， 并被溶原化。下面将分别讨论二者的生长规律。 (一)噬菌体的繁殖过程（） 1.吸附 与其他病毒一样，噬菌体对宿主细胞的吸附也是高度的特异性。 2.侵入 噬菌体侵入方式较其他病毒复杂。E.coli T4噬菌体以其尾部吸附到敏感菌表面后，将尾丝展 开，通过尾部刺突固着细胞上。尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生一小孔，然后尾鞘收缩，将 头部的核酸通过中空的尾髓压入细胞内，而蛋白质外壳则留在细胞外。 尾鞘并非病毒侵入所必不可少。有些噬菌体没有尾鞘，也不收缩，仍能将核酥注入细胞。甚至小的丝 状噬菌体M13，也是将DNA注入细胞，而留下90%的蛋白质在细胞外。另有丝状噬菌体f1和fd，是具单链DNA的雄性噬菌体，它们只侵入雄性菌株，通过雄性菌株的性散毛，将其DNA输入菌体，而在细菌相互接合时，噬菌体的DNA又可通过雄性菌株的性散毛传给雌性细菌。即使人工方法分离得到的裸露DNA，也可穿过细菌球形体。不过，尾鞘的收缩性可明显提高噬菌体核酸注入的速率。如T2 噬菌体的核酸注入速率就比M13的快100倍左右。此外，噬菌体的尾鞘中还含有ATP和ATP酶，后者在使ATP转变为ADP时，提供可利用的能量。 3.复制 噬菌体DNA注入细菌细胞后，因种类不同而表现出两种情况：一种是DNA进入宿主细胞后，细菌的细胞核立即破坏，细菌的合成作用停止。而以噬菌体DNA的一部分为模板，由宿主RNA聚合酶所催化，首先产生噬菌体的mRNA。再利用宿主的核糖体，通过mRNA来形成复制噬菌体DNA所需的酶类。T偶数噬菌体这时差不多要形成十几种酶，包括DNA水解酶，以摧毁宿主细胞DNA；另一些噬菌体的DNA侵入宿主后，需要依赖宿主细胞供给某些酶类，因而它并不摧毁宿主细胞的DNA，使其能继续合成某些蛋白质。 4.装配与和释放 前面讲过，病毒的核酸与蛋白质是分开合成的。由合成好的核酸与蛋白质合成完整的 病毒粒子。例如大肠杆菌T4噬菌体，当分开合成的噬菌体DNA、头部蛋白质亚单位、尾鞘、尾髓、基板、 尾丝等部件完成后，于是，DNA收缩聚集，被头部外壳蛋白质包围，形成廿面体的噬菌体头部。尾部部件 也装配起来，再与头部连接，最后装上尾丝，整个噬菌体装配完毕，成为新的子代噬菌体。 图 3-36 噬菌体粒子的成熟过程 成熟的噬菌体粒子，除M13等少数噬菌体外，均借宿主细胞裂解而释入。细菌裂解导致一种肉眼可见 的培养物溶解。另外，丝状噬菌体fd成熟后并不破坏细胞壁，而是从宿主细胞中钻出来，细菌细胞仍可继 续生长。释放出的新的子代噬菌体粒子，在适宜条件下便能重复上述过程。噬菌体复制全过程，见图3-37。 (三)溶源性（） 溶源性是温和噬菌体侵入宿主细菌细胞后产生的一种特性。 当温和噬菌体侵入宿主细菌细胞以后，其DNA随宿主细胞DNA的复制而复制，但噬菌体的蛋白质不能 合成，宿主细胞也不裂解，继续进行正常的分裂繁殖，在偶尔情况下，某一代其中有一个宿主细胞发生裂 解释放出新的子代噬菌体，而在这许多代不发生裂解的宿主细胞中又检查不到噬菌体的存在，但它们却具 有产生成熟噬菌体粒子的潜在能力。人们把温和噬菌体侵入宿主细菌细胞所引起的这种特性叫做溶源性 (lysogeny)。含有温和噬菌体的DNA而又找不到形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌叫溶源性细菌或溶源 化细胞(lysogeniccell)。附着或整合在溶源性细菌染色体上的温和噬菌体的核酸称为原噬菌体(prophage)或前噬菌体。 1.溶源性是溶源性细菌的一个极其稳定的遗传特性每个溶源性细胞的染色体上，都含有一个非感染性 核酸结构--原噬菌体，它作为细菌遗传结构的一部分，随着细菌的生长繁殖而复制，将它传递给每个子代 细菌，这些子代细菌均具溶源性。 2.自发裂解 在没有任何外来噬菌体感染的情况下，极少数溶源细胞中的原噬菌体偶尔也可恢复活动， 进行大量复制，成为营养噬菌体核酸，并接着成熟为噬菌体粒子，引起宿主细胞裂解，这种现象称为溶源 性细菌的自发裂解，也就是说，极少数溶源性细菌中的温和噬菌体核酸变成了烈性噬菌体。不过这种自发 裂解的频率很低，例如大肠杆菌溶源性品系，每10 2-10 5个溶源性细菌中才有一细菌的原噬菌体脱离细 菌染色体进入营养期繁殖，导致细菌细胞裂解释放出新的子代噬菌体粒子，这些噬菌体粒子又可感染敏感 细菌，使这仍具溶源性。由于此过程出现频率很低，故溶源性细菌培养物中只有少量游离的噬菌体存在。 3.诱发裂解 用某些适量的理化因子，如H2O2、紫外线、X-射线、氮芥子气、乙酰亚胺、丝裂霉素C 等处理溶源性细菌，能导致原噬菌体活化，产生具有感染力的噬菌体粒子，结果使整个细胞裂解并释放出 大量噬菌体粒子。 4.具"免疫性"即溶源性细菌对其本身产生的噬菌体或外来的同源(相关)噬菌体不敏感，这些噬菌体虽可进入溶源性细菌，但不能增殖，也不导致溶源性细胞裂解。溶源性细菌这种不敏感的特性叫"免疫性"。 例如含有λ原噬菌体的溶源性细胞，对于λ噬菌体的毒性突变株有免疫性。或者说，毒性突变对非溶源性 细胞有毒性，对溶源性宿主细胞(含λ噬菌体DNA)却没有毒性。其他温和噬菌体对其毒性突变株的免疫关 系也是如此。 5.溶源性细菌的复愈 溶源性细胞有时消失了其中的噬菌体，变成非深源细胞。这时，它既不发生自发 裂解现象，也不发生诱发裂解现象，称为溶源细胞的复愈或非溶源化。 6.溶源性细菌还可获得一些新的生理特性，如白喉杆菌，只有在含有特定类型的原噬菌体时才能产生 白喉毒素，引起被感染机体发病。 上述某些特性，往往给发酵生产带来潜在危险，造成经济损失。因为在溶源性细菌培养物中虽有少量 的游离噬菌体存在，但并不引起同源菌株细胞裂解，故不易被人查见。那么，如何测定一种菌株是否是溶 源性细菌呢?往往需要一种敏感的、非溶源性的菌株作为指示菌，这种菌株可从自然界或保藏菌种中得到。 把待测的溶源性菌株培养在适合的培养基中，并在其生长的对数期用紫处线进行照射，以诱导原噬菌体复 制。经进一步培养后，将培养物过滤，去掉活菌体，用其滤液与指示菌株(敏感菌株)混合后倒平板观察是否形成噬菌斑。如果有噬菌斑出现，则说明此菌株是溶源性菌株。有时为了找到敏感宿主，必须试验大量 的菌株。经验证明，从自然界分离得到的大多数细菌对一种多种噬菌体是溶源性的。 从上述可知，温和噬菌体可以三种状态存在：1.游离的具感染性的病毒粒子；2.原噬菌体，附着或整合在细菌染色体上，并与之一 道复制；3.营养斯噬菌体，在宿主细胞内指导特定的病毒核酸和蛋白质合成。 以上状态是由哪些因素决定的呢?因素很多，除细菌与噬菌体本身的遗传特性外，其中最重要的包括温度、 宿主生理状况、菌种及每个细菌所接受的噬菌体数目等等。例如用紫外线照射或丝裂霉素C处理，或提高温度，都可诱发溶源性细菌中的原噬菌体转变成烈性噬菌体而导致宿主细胞裂解。但是，真正的机理，从 分子水平来看，乃是上述种种外因，引起了噬菌体CI蛋白质的破坏，使其失去了阻遏作用而进入烈性反应， 如果CI蛋白质含量高时，则进入温和反应。 溶源性广泛存在于各种细菌中，如大肠杆菌、假单胞菌、沙门氏菌、链球菌、芽孢杆菌、棒杆菌、弧 菌和极毛杆菌等。关于溶源性的大部分研究工作，都是用λ噬菌体与E.coliK12菌株以及P1，P2噬菌体与痢疾杆菌系统进行的。 溶源性菌株命名，就是在敏感菌株的名称后面加一括弧，其中写上溶源性噬菌体，例如E.coli K12(λ)。 三、噬菌体的分离培养 噬菌体是超显微镜的微生物，在光学显微镜下不能看见，在人工培养基上又不能生长。那么，如何探 测有噬菌体的存在呢?通过前面所学的有关知识，充分利用其生物学特性便可查找。第一，噬菌体对宿主具 有高度的特异性，可利用敏感菌株去培养和发现它；第二，噬菌体侵染宿主细胞后引起裂解，可通过观察 含敏感菌株的琼脂平板是否出现噬菌斑和/或液体培养基中培养物是否变清来予以判断。 噬菌体广泛存在于自然界。凡有细菌的地方几乎都有噬菌体。有人的粪便和阴沟污水中可分离到寄生 于人体肠道细菌的噬菌体；在被噬菌体污染的发要酵液中，可分离到裂解发酵菌株的噬菌体；在土壤中可 以分离得到许多土壤微生物的噬菌体。 分离噬菌体的方法与分离细菌的方法相似，一般采用琼脂平板稀释法。所不同的是在培养基中不但要 有一般的营养物，而且还必须有生活的敏感菌株作为噬菌体的培养基。 四、噬菌体的应用及其防治 由于噬菌体的某些生物学特性，使其在人类的生产实践和生物学基础理论研究中都有一定价值。可概 括为以下几方面。 (一)用于鉴定未知细菌 在医学上，有些病原菌用其他方法和很难鉴别，利用噬菌体对宿主细胞的高度 专化性的敏感性，不仅可鉴定到菌种，而且可鉴定到菌型。 (二)用于临床，治疗某些传染性疾病 早在1949年，我国就开始生产痢疾杆菌噬菌体佐剂，以预防和 治疗细菌性痢疾。如果将噬菌体制剂与抗生素或者磺胺药物配合应用，则效果更好。 (三)检验植物病原菌 利用噬菌体可以检验由种子携带的植物病原菌。将种子培养在营养液中，有针对 性的定量加入某现原菌噬菌体，培养一定时间，再应用双层琼脂技术。如果噬菌体数目增多，即证明该种 子内带有某种病原菌。这是植物检疫部门进行快速检验的手段之一。现一，农业部门还用于其它方面的研 究。 (四)测定辐射剂量 某些噬菌体(如T2)对辐射剂量的反应敏感而精确。在特定条件下，脾射线照射噬 菌体一定时间，然后通过测定其剩余侵染能力，可以计算出射线的辐射剂量。 (五)噬菌体在分子生物学研究中的作用 噬菌体现已成为进行分子生物学研究的重要芽和较为理想的 材料。通过对大肠杆菌噬菌体侵染过程的研究，使遗传学的很多基本问题弄得更清楚了，并为分子生物学 提供了具有普遍意义的知识。 噬菌体也会给人类造成损失，利用微生物进行发酵的工业常深受其害。例如抗生素工业、微生物农药 和有机溶剂发酵等工业中，普遍存在着噬菌体的危害。目前酿酒工业中也有发现。当发酵过程中污染了噬 菌体后，轻者使发酵周期延长，发酵单位(产量)降低，重则造成倒罐，酿成经济损失，已成为发酵工业的 大敌。噬菌体的危害并不非不可防治，例如控制或杜绝噬菌体赖以生存增殖的环境条件，定期更换菌种； 现正在探索用药物进行防治。但是，最有效的防治是，根据菌株的噬菌体的遗传变异规律，选育抗噬 菌体的突变株，使敏感菌株转化为具抗性的新菌种。我国一些科研和生产单位在这方面已作了大量工作， 并取得了较好的成果。 类病毒(viroid)是寄生于高等生物细胞中一类最小的新的病原体，有类似病毒的一面，有所谓亚病毒 或不完全病毒之说，但又不属于病毒，故称类病毒。1971年第一次从马铃薯纺锤块茎病的病薯中被分离提 纯。它们像病毒一样，严格专性寄生，也只有在宿主细胞内才表现出生命特征--核酸分子的自我复制，致使植物致病或死亡。 类病毒的化学组成与结构比病毒更为简单，仅仅是一个没有蛋白质外壳的、游离的RNA分子，分子量约十万，为已知最小病毒分子量的十分之一左右。研究还表明：马铃薯纺锤茎类病毒(RSTV)是由359个核 苷酸单位组成的一个共价闭合环状RNA分子，长约50-70纳米。草矮生类病毒仅由290-300个核苷酸单位组成，它是含核苷酸最少的一种类病毒，而最多的是柑桔裂皮类病毒，它含有371个核苷酸单位。在自然条件下，类病毒呈特殊的棍棒状二级结构，其精确结构现在还很不清楚。大约99%的类病毒均为共价闭合环状单链结构，另一些则为带有不完全碱基对的双链分子。 关于类病毒的复制机理目前知道甚少，不过有人认为：马铃薯纺锤块茎类病毒可能以DNA为模板进行复制，这个模板可能在未感染的植物细胞中以抑制状态存在，或者由于马铃薯纺锤块茎类病毒的侵染而合 成。也有人认为，它的复制类似于病毒的RNA的复制，而不依赖于DNA。 各种类病毒都有一定的宿主范围。到1979年为止，共发现了8种类病毒(表3-6)。 表中所列8种类病毒是按其侵染的典型主而命名的。它们都还有另一些可侵染的宿主，例如PSTV侵染的主要宿主是茄类植物中的很多种，但也感染苋科、菊科等11科中的某些植物共计138个种或品种；柑桔裂皮类病毒(CEV)除典型宿主柑桔外，对番茄、马铃薯、茛菪、爪哇三叶草和矮牵牛等宿主感染后也有类似反应， 它的宿主范围显然比PSTV的狭窄；而菊花矮化类病毒(CSV)的感染宿主仅限于菊科植物，通过接触而传播。 对其他种类的宿主则不逐个介绍。 随着研究的深入，近几年有人报道，类病毒可能在其他生命形态--人和动物等体内出现。 类病毒的发现，是20世纪下半叶生物学上的重要事件，开阔了病毒学的视野。它不仅为进一步研究植物类病毒， 而且研究动物或者人类等可能存在的类病毒开辟一个新的方向。对于探索生命的起源与本质等重大理论问 题也具有十分重要的意义。