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寨卡病毒关键蛋白晶体结构被发现!抗病毒药物开发初现曙光!

佚名 2024-05-24 18:12:05

寨卡病毒关键蛋白晶体结构被发现!抗病毒药物开发初现曙光!

寨卡病毒关键蛋白晶体结构被发现

近日,中科院微生物研究所院士高福和中科院北京生命科学研究院副研究员施一带领的科研团队针对寨卡病毒(zikv)进行分析,发现非结构蛋白1(ns1)的分子结构。该研究成果提供了非结构蛋白1的原子层面图像,在这之前非结构蛋白1同样参与了登革热、西尼罗河病毒等疾病的发病机制,相关研究成果在线发表于近日出版的《自然&结构和分子生物学》上。

截至2016年1月,寨卡病毒在美洲暴发流行,并有蔓延全球之势。寨卡病毒是一种通过蚊虫传播的虫媒病毒,虽然其感染通常只引发轻微的症状,但是该病毒被认为与新生儿小头症和一种罕见自身免疫疾病吉兰&巴雷综合征相关。目前,巴西已经有4000例感染寨卡病毒的孕妇分娩了小头畸形儿,这也是世界卫生组织宣布寨卡病毒为全球突发公共卫生事件的主要原因。

研究人员介绍, 寨卡病毒是一种和登革热、西尼罗河病毒同属的黄病毒属病毒。登革热病毒中的非结构蛋白1对于发病机制起到了重要作用,因此蛋白也被用于诊断登革热的感染,同时也是抗病毒药物开发的建议靶点。

根据2015年在巴西分离出的一株寨卡病毒的序列,高福、施一及其研究团队使用x射线晶体学获得了一个非结构蛋白1的部分结构。研究人员发现寨卡病毒非结构蛋白1与登革热病毒、西尼罗河病毒的非结构蛋白1十分类似,但是寨卡病毒非结构蛋白1的表面电荷分布与登革热病毒和西尼罗河病毒显著不同,这一特征与宿主因子不同的相互作用有关。研究人员认为,未来可以针对寨卡病毒非结构蛋白1的独特表面静电特性,开发出新的诊断工具。

甲型H1N1流感的一篇文章,急急急急急急急急急急急急急急急急!

H1N1病毒
H1N1是一种病毒,是Orthomyxoviridae系列的一种病毒。它的宿主是鸟类和一些哺乳动物。所有亚型的H1N1病毒已被隔离野生鸟类,但疾病是罕见。有些H1N1病毒引起严重的疾病大多发生于家禽方面,而人类却很少出现。但经过鸟类和哺乳动物的传播和变异,这可能导致疫情或人类流感大面积传播。
与H1N1同一系列的还有H5N1, H7N2, H1N7, H7N3, H13N6, H5N9, H11N6, H3N8, H9N2, H5N2, H4N8, H10N7, H2N2, H8N4, H14N5, H6N5, H12N5等等。
变种
变种有时根据宿主而改变的。主要有以下几种:
*禽流感
*人类流感
*猪流感
*马流感
*狗流感
也有时被命名为根据其致命的禽类,特别是鸡:
*低致病性禽流感( LPAI )
*高致病性禽流感(禽流感) ,也称为:致命流感或禽流感死亡
在H1N1为标记根据的H号码(类型的血凝素)和一个N号码(类型的神经氨酸酶)。每个亚型禽流感病毒已经变异成为各种菌株具有不同的致病概况;一些致病的一个物种,但不接受其他一些致病的多个物种。最知名的菌株灭绝。
H1N1病毒是消极意义上说,单链,分割RNA病毒。有16个不同的HA抗原( H1至H16)和9个不同的适用抗原(N1至N9)
遗传
它的病毒结构是球形或丝状的形式。临床分离的经历有限的化验过程和组织培养,有更多的丝状比球形粒子,但主要包括球形颗粒。
在H1N1病毒基因组上包含8个单体(非配对) RNA链代码为11蛋白(HA, NA,NP, M1, M2, NS1, NEP, PA, PB1, PB1-F2, PB2) 。总基因组大小是13588。分割性质基因组允许整个基因在不同的病毒载体的细胞同时存在。 8个RNA的部分是:
*下编码血凝素的感染到宿主生物体HA。流感病毒芽从根尖表面极化上皮细胞(如支气管上皮细胞)到腔肺部,因此通常嗜肺。原因是,HA的类胰蛋白酶克拉仅限于肺部。然而, 2004的H5和H7亚型禽流感病毒使病毒的增长其他器官比肺部感染速度更快。
*NA神经氨酸酶。
*NP核蛋白。
*M 基质蛋白 。
*NS的两种截然不同的非结构蛋白( NS1和NEP)。
*PA RNA聚合酶。
* PB1 的RNA聚合酶和PB1 - F2代蛋白。
* PB2 RNA聚合酶。
对RNA的合成核蛋白发生在细胞核,蛋白质的合成发生在细胞质中。该病毒内核离开细胞核移植对细胞膜,斑块病毒跨膜蛋白(血凝素,神经氨酸酶蛋白和M2 )和一个基本层的供应量M1蛋白,并通过这些补充,完成包膜病毒释放到细胞外流体。
1998年从美国北卡罗来纳州分离到一株H3N2亚型h1n1,其HA,NA和PB1基因为人型流感病毒基因,M,NP和NS基因为猪型流感病毒基因,PB2、PA基因为禽型流感病毒基因[10]。1978年,日本暴发的H1N2h1n1是由H1N1和H3N2基因重组而产生的新亚型[11]。国内从山东猪分离出H9N2流感病毒,分析可能是由鸡和鸭流感病毒重组的结果[10]。继H9N2亚型流感病毒1998年首次从猪群中分离到,研究表明,通过进行部分序列分析发现,猪源H9N2亚型与国内分离的禽流感病毒高度同源。SI和人流感之间也可以发生交叉感染和传播。1978年,从台湾的一个猪群中分离到了H3N2亚型h1n1,通过测序发现,此病毒发生了人流感病毒和SI病毒基因片段的重组[12]。
由于h1n1受到的免疫压力较大,8个基因片段的氨基酸变化不断积累,其抗原变异明显。在孤立的地理环境中,h1n1却可持续存在并保持相对的遗传稳定性[13-14]。
猪作为流感病毒的“混合器”,在流感病毒跨种属障碍而感染新宿主的过程中起着重要的作用。由于猪上皮细胞具有唾液酸2,6-半乳糖苷和唾液酸2,3-半乳糖苷,人流感病毒可与前者结合,而禽流感病毒与后者结合,因此,猪上皮细胞就能够被人流感病毒和禽流感病毒感染,而成为毒株间基因重组的活载体[15-16]。
由于h1n1可直接感染人,导致人类患病或死亡,其公共卫生意义日渐显著。加强对h1n1的研究,在减少世界经济损失和提高人类卫生健康方面,都具有深远的意义。
[编辑本段]疫病情具体介绍
H被称为红细胞凝聚素,N被称作神经氨酸苷酶,它们都是糖蛋白,分布在病毒表面。H有1—15个亚型,N有1—9个亚型(在甲型病毒的情况下)。由于H和N的组合不同,病毒的毒性和传播速度也不相同。
1918~1920年大流行 此次流行的首发于1918年1月美国东部,1918年4月在法国军队中流行,以后迅速蔓延,波及全球。此次大流行被称为人类历史上最大的瘟疫,造成的死亡总数估计约2000万人。关于这次大流行的病原,据血清学溯源,认为是由猪型Hsw1N1(H1N1)流感病毒引起。
2009年4月25日,突然传出猪流感在墨西哥爆发状况。
美国政府官员28日说,他们正考虑为眼下肆虐的流感疫情换名字,因为“猪流感”会使人产生误解,认为在墨西哥、美国等国暴发的疫情与食用猪肉有关。
美联社报道,这种病毒其实是一种混合体,集中了猪流感病毒、人流感病毒和禽流感病毒的特征。由于美国官员认为,虽然猪流感病毒在其中发挥了一定作用,但把眼下出现的流感简单地命名为“猪流感”并不准确,反而对北美猪肉及猪肉制品出口造成严重影响。
美国疾病控制和预防中心说,食用猪肉不会感染猪流感,这种病毒眼下可能在人与人之间传播。
美国疾病控制和预防中心宣布,猪流感改名为“甲型H1N1流感”,因为病毒并非由猪传开。
猪流感病毒(Swine influenza virus,SIV)是猪群中一种可引起地方性流行性感冒的正黏液病毒(Orthomyxoviruses)。目前在实验室里所分离出来的病毒,多被辨识为C型流感病毒,或者是A型流感病毒的亚种之一。电子显微镜下的A型流感病毒猪流感有很多个不同的品种,计有:H1N1、H1N2、H3N1、H3N2和H2N3亚型的甲型流感病毒都能导致猪流感的感染。
现在在墨西哥爆发的猪流感是由A型流感病毒引起的猪呼吸道传染病,初步研究检测出这种病毒是A型流感病毒,携带有H1N1亚型猪流感病毒毒株,包含有禽流感、猪流感和人流感三种流感病毒的脱氧核糖核酸基因片断,同时拥有亚洲猪流感和非洲猪流感病毒特征。
路透社援引美国科学家的研究成果报道,称这种新型流感病毒为猪流感,是因为科学家曾在患者体内检测出H1N1亚型猪流感病毒毒株,但这种新型流感病毒具有病毒杂交特性。
世界卫生组织称,这次引发猪流感的病毒是禽流感和人类流感经过“洗牌效应”产生的新病毒。不同的病毒相遇后交换基因,变异为新型的混种病毒,因此人类对其缺乏免疫力。这将使得此次猪流感疫情的波及范围和后续影响难以估测。但该病毒的攻击性,人体免疫力的个体差异和人类从对抗各种流行性感冒中所获取的综合抵抗力都是决定这次疫情状况的决定性因素。
根据美国的纪录,人类感染H1N1猪流感病毒疫情曾在1976年和1988年出现,造成两人死亡。
2.猪流感会有什么症状?
流感病毒的跨物种性也会使人类感染猪流感病毒,其症状与普通流行性感冒类似,但严重程度却有天壤之别。一般为突然发烧到38度以上,咳嗽,头痛,关节疼痛,鼻塞,全身乏力以及没有胃口。一些感染了病毒的人还会出现流鼻涕,咽喉痛,恶心、呕吐以及腹泻等症状。在以前发现的一些病例中,猪流感还能使人感染肺炎,呼吸出现衰竭,以及健康状况慢性恶化。而也有些患者无任何不适,有些则足以致死。香港大学微生物学系袁国勇教授指出,猪流感主要对抵抗力弱的人威胁较大。所以,只要保持身体健康,坚持体育锻炼,民众不需要过于担心。
3.猪流感如何传播?
墨西哥人乘地铁纷纷戴上口罩。
猪流感的群间传播主要是以感染者的咳嗽和喷嚏为媒介,在人群密集的环境中更易发生感染,而越来越多证据显示,微量病毒可留存在桌面、电话机或其它平面上,再透过手指与眼、鼻、口的接触来传播。因此尽量不要身体接触,包括握手、亲吻、共餐等。如果接触带有猪流感病毒的物品,而后又触碰自己的鼻子和口腔,也会受到感染。感染者有可能在出现症状前感染其他人,感染后一般在一周、或一周多后发病。小孩的传染性会久一些。
近期墨西哥、美国等地接连爆发新型猪流感病毒疫情,墨西哥疑似病例高达4000余人,可能已有152人死于猪流感,美国已确认有50人感染。网易探索将带您认识猪流感。
4.如何预防猪流感?
墨西哥城要求公民在公共场合彼此距离最少1.8米。
此次猪流感病毒呈现的一个特点是,就是对青壮年攻击性强,墨西哥确诊的死者中大多数年龄都在25岁至45岁之间。卫生专家提醒,流感爆发后很难防止它蔓延,但常识可以帮助个人自我保护。他们指出,第一要务是洗手,以酒精为底的洗手乳或泡沫消毒剂,杀死细菌或病毒的效果也非常好。美国“疾病管制中心”(CDC)代理主任贝瑟(Richard Besser)表示:“咳嗽或打喷嚏时要遮住,经常洗手。”
吃猪肉会不会传播猪流感呢?一般说来,目前的H1N1只要不出现变异,加热至71℃就能被杀,市民不必盲目担心。
因为H1N1亚型猪流感病毒跟人类H1N1病毒的抗原非常不同,所以季节性流感的疫苗不能为人类提供保护。为了防止感染,应采取以下措施:
保持手部清洁,并用正确方法洗手。如没有明显污垢时,可用酒精搓手液消毒。
避免手部接触眼睛、鼻及口。
打喷嚏或咳嗽时应遮掩口鼻。
不要随地吐痰,如要吐痰应将分泌物包好,弃置于有盖垃圾箱内。
有呼吸道感染征状或发烧时,应戴上口罩,并尽早求医。
若出现流感征状,切勿上班或上学。
如外游途中或回程后出现发烧或类似流感的征状,要马上就医,告知医生有关外游记录。
5.是否有预防猪流感的疫苗?得了猪流感能治好吗?
目前,还没有研发出针对猪流感病毒的疫苗。由于H1N1猪流感病毒不同于H1N1人类流感病毒,现有的流感疫苗并不能预防H1N1猪流感病毒。 但四种治疗季节性流感的药物可预防猪流感:金刚烷胺(amantadine),金刚乙胺(rimantadine),奥司他韦(oseltamivir)和扎那米韦(zanamivir)。尽管其均为治疗流行性感冒的有效药物,但近期从猪流感患者体内检测出的病毒特征来看,它已对金刚烷胺(amantadine),金刚乙胺(rimantadine)有了抗药性。因此在治疗和预防时,采用奥司他韦(oseltamivir)和扎那米韦(zanamivir)将更为有效。
6.是否会大规模传播?
自从1997年,H5N1禽流感在香港肆虐之后,世界卫生组织(下称世卫组织)首次将流感警告级别从三级提高到四级。这意味着,全球必须采取紧急措施,来应对猪流感引发的挑战。
而世界卫生组织此次将流感警告从三级提高到四级,已经意味着对于流感危险性的评估发生了质变。因为按照其分类,一级到三级警告,仅要求各成员国采取准备措施,包括加强能力建设以及做好应急准备措施等;但如果达到四级到六级,则要求各国进入紧急应对状态,并采取必要的防控手段。
在自然界中,流感病毒一直在动物中间传播,包括鸟类和猪等。虽然从理论上说,所有这些流感都有感染到人类的危险,但只要还未对人类造成现实危险,警告级别就被设定为一级。
在二级警告阶段,家养或者野生的动物已经造成了人类感染,构成了潜在的大流行威胁。
到了三级警告阶段,来自动物的流感病毒或者动物与人流感重配之后的病毒,已经造成人类的偶发或者小规模(家庭级别)的感染;但其整个人际传播能力,还无法持续。今年年初,曾在中国多地出现散发病例的H5N1高致病性禽流感,就处在这个阶段。
孕的妇女在接触了病猪后患病死去。1976年新泽西州的一个美军基地出现了猪流感传染病情,一名士兵患病不治身亡,另有4名士兵因感染肺炎而住院。起先,专家还担心这种病毒是曾夺去数百万人生命的“西班牙流感”的变种,但幸运的是病毒并没有扩散到基地之外。
[编辑本段]疫情防治
1 、猪流感全病毒灭活疫苗(SlV inactivated vaccines)
在已研制的猪流感疫苗中,技术最成熟并用于生产的主要是H1NI型和H3N2亚型单价或双价猪流感全病毒灭活疫苗。其形式多为油佐剂疫苗,灭活剂一般采用甲醛或BEI。据报道,猪流感灭活疫苗能有效保护断奶仔猪和种猪抵抗SI,使发病率降低30%~70%,使死亡率降低60%~87%。目前,这类疫苗在欧美多个国家已实现商品化供应,例如Intervet公司的End-FLUence(with Imugen)和End FLUence(with Microsol Diluvac Forte),Pfizer公司的FluSure,以及Schering Plough动物保健公司的MaxiVac-FIu、MaxiVac Excell 3等等。国内华南农业大学、哈尔滨兽医研究所等单位也在猪流感油乳剂灭活疫苗研制方面做了大量工作,其研究结果表明,用国内分离毒株培育后制备的H1亚型;91H3亚型单价和双价猪流感油乳剂灭活疫苗经一次免疫后3周Hl抗体效价即可达到1:160以上,免疫后4周HI抗体水平超过1:400,至免疫后12NHI抗体滴度仍可保持在1:100以上,超过1:80的抗体阳性标准。如果进行二免,则HI抗体水平更高,有效保护期可达到6个月以上,完全能够满足各种日龄猪只的防疫需要。目前,这些疫苗已经通过临床检测,正在申报新兽药证书,相信不久的将来即可有商品化的国产疫苗投放市场。
猪流感全病毒灭活疫苗虽然具有安全、高效、生产成本低、有效抗体持续期长等优点,但也存在产生抗体较慢、诱导细胞免疫的能力弱、应激反应强等不足。特别是疫苗种毒大多来自于流行毒株,一旦疫苗制备过程中发生病毒泄漏,容易造成环境污染,诱发新的疫情。为此,科学家们还在不断探索开发新型猪流感疫苗。
2、 SlV亚单位疫苗(SlV subunit vaccines)
亚单位疫苗是通过物理化学方法或基因工程手段获取病原体主要免疫原蛋白而制成的一种疫苗,它可以有效避免利用全病原体生产疫苗而导致的生物安全风险,并有利于提高疫苗中有效成分的浓度、纯度,以及开发多价、多联疫苗。目前已研制成功的亚单位疫苗包括口蹄疫病毒VPI亚单位疫苗、结核杆菌核糖体亚单位疫苗、多种细菌的外毒素亚单位疫苗、乙肝病毒表面抗原亚单位疫苗等。迄今为止,人用流感疫苗的发展已经历了3个时期,第1代疫苗是全病毒灭活疫苗,第2代是半裂解疫苗,第3代是全裂解病毒亚单位疫苗。与前2代疫苗相比,第3代疫苗进一步除去了病毒成分中与免疫功能关系不大且对机体有应激作用的大分子蛋白及热源质,而将流感病毒主要免疫抗原血凝素(HA)和神经胺酸酶(NA)浓缩,因此这种疫苗对机体的应激性小,接种后抗体上升快、维持时间长,具有很好的免疫效果,也具有更高的生物安全性。目前,在许多国家的人群中已开始全面使用第3代全裂解流感病毒亚单位疫苗。但对于猪流感来说,这种亚单位疫苗的生产成本过于昂贵,短期内成为主流免疫产品的可能性不大。相反,人们把目光更多地投向第4代基因工程亚单位疫苗。
构建猪流感病毒亚单位基因工程疫苗的方法有多种,其中报道较多的包括:
1)利用原核表达系统(大肠杆菌系统)或真核表达系统(酵母系统)在体外表达猪流感病毒流行毒株的HA基因和NA基因,然后收获、浓缩和纯化目的蛋白,再进一步制苗免疫。这种方法的优点是制备过程简单、目的蛋白产量大、主要成分可以定量配置。但由于体外表达的蛋白难以维持或恢复天然蛋白的空间结构,蛋白纯化过程复杂、成本高,而且总体免疫效果尚不及传统的全病毒灭活疫苗,因此对这类疫苗从工艺方面还需进一步改进。
2)将猪流感病毒免疫原(HA和NA)基因单独或者与细胞因子(白介素-6、Y干扰素等)编码基因串联后克隆到真核表达质粒中,然后再将重组DNA质粒导入机体细胞,通过机体内源性表达并提呈给免疫系统,诱导宿主产生特异性免疫应答,发挥保护作用,这就是所谓的DNA疫苗。研究结果表明,单纯依靠猪流感病毒HA基因免疫的DNA疫苗效果并不理想(特异性抗体水平低、攻毒保护性差),如果共表达一些具有免疫调节作用的细胞因子,或者使用DNA疫苗后再用常规灭活疫苗进行加强免疫,则可以明显提高免疫保护水平。但总体来看,这类DNA疫苗的免疫效果不确实,重复性差,与传统全病毒灭活疫苗相比尚有一定差距,从实验室阶段到开发出成型产品还需要较长的时问。
3)活载体基因工程亚单位疫苗。目前,这是被人们寄予较大希望,并有可能实现商品化的疫苗。被用作载体的包括人腺病毒5型(human adenovirus 5,HAd5)、猪腺病毒3型(porcine adenovirus 3,PAV3)、猪伪狂犬病病毒(PRV)、杆状病毒(baculovirus)等。其中研究比较成熟的是以腺病毒为载体的猪流感亚单位基因工程疫苗,例如华南农业大学等单位开发的部分产品已进入转基因安全评价和临床实验阶段,预期开发前景良好。腺病毒载体具有许多优点:①腺病毒粒子相对稳定,病毒基因组重排频率低,在包装细胞内能有效复制;②安全性较好,尚未发现腺病毒与宿主基因的整合;③腺病毒基因组较大(约36kb),对外源基因的容量也大(目前已证实外源DNA插入容量可达7.5kb);④腺病毒除了可在肠道和呼吸道繁殖以外,还可以感染肝细胞、血管内皮细胞、血管平滑肌细胞、神经胶质细胞等多种体细胞,并且,腺病毒感染对于受体细胞是否处于分裂期要求不严格;⑤腺病毒载体很容易将外源基因直接转移到靶细胞中,使其获得有效表达。研究证实,用携带H1N1亚型猪流感病毒HA S~HNA基因的重组腺病毒疫苗(2×109TCID )对40日龄实验猪免疫2周后,Hl抗体水平超过1:160,能有效抵抗同亚型猪流感强毒株的攻击。人们在不断开发新的活载体基因工程疫苗的同时,也在努力解决抗原浓缩、二次免疫受初次免疫抗体干扰、部分猪只对细胞疫苗过敏等问题,希望不久的将来这类疫苗能够得到广泛应用,作为传统全病毒灭活疫苗的补充。
3 中医治疗猪流感
猪流感作为流感的一种,可以用传统的中医理论和方法进行治疗,从中医角度讲,流感是感受外来邪气,客于肺经,闭其清道,肺气不得下降,其人必定流清涕、发热、恶风、恶寒、头疼身痛等情形。法宜宣散,如桂枝汤、麻黄汤、葛根汤之类。如不能及时治疗会转为内伤,引发肾阳衰而阴寒内生,肾络通于肺,心肺之阳不足,不能统摄津液,而流清鼻涕,患者必定没有外感的足征,多困倦无神,或喷嚏不休,或两脚冰冷,法宜扶阳,如四逆汤、白通汤、封髓丹、麻黄附子细辛汤、姜桂汤之类。
中医讲求辨证施治,根据流感不同类型分别治疗,有一诀窍:凡见打喷嚏、流清涕、鼻塞,而无其它症状,就属于内寒感冒,不论轻重,服四逆汤、麻黄附子细辛汤必效,病去药止,不留后遗症。若服其它感冒药,必然无效,而且,还会使病邪加深加重,转成肺肾等重病。
所以,治疗流感却服用治疗外感的药物,一定不会有很好的疗效。而且,还会将阴邪敛在体内,到一定时间必定会发作。而现行的中、西医的治疗方法,都具有再次将阴邪收敛的作用,如此经过多次积累,最终造成哮喘、鼻炎、咽炎、气管炎等呼吸系统疾病。
中医治疗流感跟西医完全不同,不用去考虑致病的病毒,只根据患者的具体症状进行辨证施治,所以,不论是猪流感还是其它什么流感中医都可以用同样的方法进行治疗,而治疗的前提是辨证。
流感或瘟疫的发病时间和区域都是有其固定的规律可循的。由于流感和瘟疫都有“温”和“燥”的特性,一般都会发生在春、秋两季或季节之交。所以,春季发生疫情多从南方开始,并逐步随着温度的升高而向北发展;而秋季发生疫情多从北方开始,并逐步随着温度的降低而向南发展。这也是流感病毒(或温疫病毒)会随着气 候温度和人体温床的变化而发生变异的原因。
同时,流感和瘟疫的发生区域往往与当地的生活习惯(生活糜烂)和医疗时尚(滥用补药、寒凉药或抗生素)有着密切关系。比如:禽畜的瘟疫,主要是由于阉割圈 养而活动减少、带激素的饲料喂养、刺激大量产蛋等因素,使禽畜的抵抗力大为[1]减弱,也就难以抵御瘟疫的侵害。人类感染瘟疫的原因也是由于缺少运动、饮食不 节、性交过度造成的元气不足、免疫力低下。
总之,随着生物技术的日新月异,猪流感疫苗的研制工作也将不断推进,新型疫苗将更加安全、有效。但必须强调的是,对于猪流感的防控,决不能仅仅依靠疫苗免疫这一种手段,加强日常饲养管理、做好生物安全防护和综合防疫措施才是关键。
[编辑本段]预防流感需备物品
近日,上海医药商业行业协会部分发布防治甲型H1N1流感商品参考:
洗剂:洗手液、肥皂等
消毒剂:“84”、甲醛、戊二醛、高锰酸钾、环氧乙烷、过氧乙酸、各种空气消毒剂等
防护用品:口罩、体温计
防治抗病毒药物:金刚烷胺、金刚乙胺、病毒灵、病毒唑等
治疗 (一)对症支持。
对疑似和确诊患者应进行就地隔离治疗,强调早期治疗。
对人感染猪流感目前主要是综合对症支持治疗。注意休息、多饮水、注意营养,密切观察病情变化;发病初48小时是最佳治疗期,对高热、临床症状明显者,应拍胸片,查血气。
(二)药物治疗。
1。抗病毒治疗:应及早应用抗病毒药物,可试用奥司他韦(oseltamivir 达菲)。达菲是一种神经氨酸酶抑制剂,对猪流感病毒可能有抑制作用,剂量75mg/d, 疗程5天,儿童慎用。从美国最近的猪流感病毒感染者中分离出的病毒对奥司他韦和扎那米韦(zanamivir)是敏感的,对金刚烷胺和金刚乙胺耐药。
2。抗生素:如出现细菌感染可使用抗生素。
(三)中医辨证治疗。
1。毒袭肺卫。
症状:发热、恶寒、咽痛、头痛、肌肉酸痛、咳嗽。
治法:清热解毒,宣肺透邪。
参考方药:炙麻黄、杏仁、生石膏、柴胡、黄芩、牛蒡子、羌活、生甘草。
常用中成药:莲花清瘟胶囊、银黄类制剂、双黄连口服制剂。
2。毒犯肺胃。
症状:发热、或恶寒,恶心、呕吐、腹痛腹泻、头身、肌肉酸痛。
治法:清热解毒,化湿和中。
参考方药:葛根、黄芩、黄连、苍术、藿香、姜半夏、苏叶、厚朴。
常用中成药:葛根芩连微丸、藿香正气制剂等。
3。毒壅气营。
症状:高热、咳嗽、胸闷憋气、喘促气短、烦躁不安、甚者神昏谵语。
治法:清气凉营。
参考方药:炙麻黄、杏仁、瓜蒌、生大黄、生石膏、赤芍、水牛角。
必要时可选用安宫牛黄丸以及痰热清、血必净、清开灵、醒脑静注射液等。

微生物在中医药领域的应用有哪些??

微生物在中药中的应用
摘要:中药是中华民族的瑰宝,几千年来中医药为我国人民的健康做出了巨大的贡献,形成了系统的中医药理论和大量经实践检验的成药验方。中药作为天然药物正逐步引起世界的关注。微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物,包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体,它个体微小,却与人类生活关系密切。利用微生物广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。微生物在中药领域有着广泛的运用。微生物可运用于中药菌体发酵、中药炮制等。
关键词:微生物 中药 发酵技术 发酵中药

中国是中医中药的起源,几千年来中医药为我国人民的健康做出了巨大的贡献,并逐渐积累,形成了系统的中医药理论和大量经实践检验的成药验方。中药行业是我国具有比较优势的少数几个产业之一,在自然科学领域,我国最有实力、最有优势、最有后劲的就是中医药。它是中华民族的瑰宝,也是世界传统医学中重要的组成部分,在预防和治疗疾病方面发挥着重要的作用。正受到各国人民和研究人员的关注和重视。目前各国都在从中药等天然产物中寻找有效药源。
微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物,包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体,它个体微小,却与人类生活关系密切。涵盖了有益有害的众多种类,广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。微生物学是生命科学中发展较快的学科之一,在生命科学中地位越来越重要,成为各门学科都离不开的重要工具。在制药药现代化进程中,微生物显示出了越来越重要的作用,充分利用现代微生物学成果可以更好地促进制药的现代化,也为微生物学的发展开辟了新领域。
1 微生物学理论促进了微生物相关中药的发展
对传统微生物中药的生物学研究加深了传统微生物中药的应用和产品开发,特别是多种中药微生物纯培养物代替原药材的研究尤其引人注目,如灵芝、猴头等各种药用菌的栽培, 对保护环境、保护资源、满足人民群众用药需求起到了十分巨大的作用。以金水宝为代表的从冬虫夏草中分离的真菌纯培养物代替冬虫夏草的研究取得了巨大的经济和社会效益, 掀起了以蝙蝠蛾拟青霉、蝙蝠蛾多毛孢、蛹虫草、等虫生真菌的研究热潮。对一些微生物和植物相互作用形成的中药也有了更深入的认识, 如龙血竭的形成与真菌有密切的关系, 是龙血树抵抗微生物侵染而产生的一种植物抗毒素;僵蚕中的一些有效成分是微生物、蚕、桑叶相互作用形成的。对天麻、茯苓等中药的生物学研究促进了这些中药品种栽培技术的发展。
微生物相关中药形成方式,可以分为以下几种情况:1)以腐生生活方式形成的大型药用真菌,如灵芝、猴头、木耳、香菇等。这些真菌基本上都可以实现人工栽培。2)天然微生物发酵植物性中药材料形成,如神曲、红曲等,主要是酵母和丝状真菌。3)植物和微生物共生形成的中药, 如天麻是蜜环菌和天麻植物的共生体,天麻植物依靠蜜环菌提供营养;猪苓也是由于蜜环菌侵入猪苓菌核形成的共生体,由蜜环菌提供营养。4)寄生真菌侵染活体昆虫形成的虫菌复合体,其实质是昆虫的致病菌。如冬虫夏草、僵蚕、蛹虫草等。5)微生物侵染植物后,植物抵抗微生物的侵染而形成的植物抗毒素,如龙血竭、沉香等[1]。
微生物相关中药活性成分的研究为这些中药的质量标准化起到了重要的作用,也加深了对这些中药药理作用的认识。药理学研究促进了传统微生物中药在治疗现代社会的高发病如癌症、心脑血管疾病、病毒性疾病中的应用。多数微生物中药都具有滋补保健的效果,如灵芝、冬虫夏草成为保健食品开发的热点。大多数药用真菌都含有真菌多糖, 真菌多糖能增强免疫力、没有直接的细胞毒作用,成为抗癌、抗病毒产品开发热点。
2 微生物发酵在中药中的应用
发酵工程是指采用工程技术手段,利用生物(主要是微生物)和有活性的离体酶的某些功能,为人类生产有用的生物产品,或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。
发酵工程微生物发酵制药是指利用微生物技术,通过高度工程化的新型综合技术,以利用微生物反应过程为基础,依赖于微生物机体在反应器内的生长繁殖及代谢过程来合成一定产物,通过分离纯化进行提取精制,并最终制剂成型来实现药物产品的生产。
中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上,吸取了微生态学研究成果,结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术,是从中药(天然药物) 制药方面寻找药物的新疗效。传统的中药发酵多是在天然的条件下进行的,而现在的中药发酵制药技术是在充分吸收了近代微生态学、生物工程学的研究成果而逐渐形成的。其先进发酵工艺特点是:以优选的有益菌群中的一种或几种、一株或几株益生菌作为菌种,加入中药提取液中,再按照现代发酵工艺制成产品,它是一种含有中药活性成分、菌体及其代谢产物的全组分发酵液的新型中药发酵加工制剂。
2.1古代中药发酵技术应用历史与现状
我国人民远在 4000多年前就学会利用发酵来酿酒,此后又相继利用发酵来生产酱、醋、豆豉和臭豆腐等食品。《本草经疏》曰:“古人用曲,即造酒之曲,其气味甘温,性专消导,行脾胃滞气,散脏腑风冷。”说明中药临床应用之曲是在酿酒业发展的基础上出现的,曲与酒相维系。后来人们在酒曲中加入其他药物制成专供药用的各类曲剂。《本草纲目》云:“古人用麴,多是造酒之麴。后医乃造神麴,专以供药,力更胜之。”可见古人早已将微生物发酵应用于中药炮制。即将药材与辅料拌和,一定温度和湿度下通过微生物的发酵达到提高药效、改变药性、降低毒副作用等目的。直到现在,临床仍在应用的发酵(制品)中药,如六神曲、淡豆豉、建曲、沉香曲、半夏曲、红曲、豆黄等,均是利用炮制环境中的野生微生物(多为霉菌、酵母、细菌等)进行多菌种固体发酵而成[2]。
发酵技术应用历史悠久,也是传统中药加工炮制的重要方法之一,一般主要是起到中药复合炮制的作用。不同的培养基经同样的发酵处理后会产生药性的差异,可利用该特性生产不同适应证的中药。例如,发酵淡豆豉时,以桑叶、青蒿发酵者,药性偏于寒凉,多用于风热感冒或热病胸中烦闷之症;以麻黄、紫苏发酵者,药性偏于辛温,多用于风寒感冒头痛之症。在清代,根据辅料中药及治疗功能的不同,又制出了皂角曲、竹沥曲、麻油曲、牛胆曲、开郁曲、海粉曲、覆天曲等10种药曲。
但是传统的中药发酵仅对自然界的菌种进行利用,且菌种不纯,不能利用现代研究成果定向改变药物的性能或有意识地根据药物之间的特性进行有目的的组合。同时,对那些在自然界中不占优势、生长条件要求比较严格的微生物来说,就不可能在药物上生长起来。这极大地限制了微生物的作用。另外,是否会落入有害菌也不明确,使微生物在药物中的潜在效能没有最大限度地发挥出来。
中药发酵研究开始于80年代,但仅是对真菌类自身发酵的研究,如灵芝菌丝体、冬虫夏草菌丝体、槐耳发酵等,大都是单一发酵。虽有报道加入中药,但也仅是将中药当做菌丝体发酵的菌质,同时研究发现,含有中药的菌质对原发酵物的功效有影响,只是未见深入研究。目前,已有学者呼吁中药发酵制药可按新药审批办法规定开发新药。同时也开展了另一项研究,即生物转化,我们认为它与中药发酵是密不可分的。90年代初,日本人小桥恭一发现中草药成分如番泻叶甙,可借助肠道细菌转化为致泻有效成分而起到治疗作用。又有报道,在中药有效成分与细菌的生物转化过程,许多甙类、黄酮类、黄酮醇、黄烷酮类、香豆素类等均经过肠道菌进行了化学修饰。有作者指出 ,在中药成分生物转化的研究过程中 ,对代谢物提纯、确定结构模式固然需要,但更应当推出微生物发酵。中药成分的生物转化是中药创制新药研究的重要方面。正在修订中的我国新药申报指导原则,已决定将生物转化列入创新(一类) 药的研究。董玫等研究发现,六味地黄丸发酵液可显著抑制小鼠肝癌 H22的生长,而等量的六味地黄丸煎剂则无明显抑瘤作用。六味地黄发酵液还可以对抗环磷酸酰胺所致白细胞减少,且升高报细胞的作用明显高于六味地黄煎剂。香港中医博士吴志勇成功发酵出黄芪液,经福建中医学院测定,发酵的黄芪所含的黄芪多糖是普通煎、煮、熬水提法的5.04~0.365倍之间。据悉,卫生部药品检验所动物试验结果:发酵中药只需1/28的量,即可与一般煎、煮、熬的水提物一份的量发挥同等的药效。据报道,含有中药成分的培养基对原发酵中药的影响和多菌种混合发酵的研究将有望成为未来的研究热点。
国外对于中药发酵的研究报道较少,主要在食品、酶工程,如日本的纳豆,用Bacillus菌发酵大豆。由于Bacillus菌酶系丰富(包括淀粉酶、纤维素酶和蛋白酶),并能增加维生素K的含量,Bacillus subtilis菌环能消除小肠内致病菌,其提取物具有明显的抗癌活性和降压作用。中草药发酵的研究有必要借鉴上述成功的经验[4]。
2.2中药发酵制药的特点
中药发酵制药技术的典型特点就是生物转化。可概括如下几点:1)药物的有效组分、活性物质最大限度的得以提取、利用;2)药物进入人体后不能直接被利用的有效活性组分,因在体外得以完成而被直接利用,迅速发挥应有效能;3)优选的人体有益菌种本身具有补充或增强原有药物的功能;4)中药发酵制药与原有药物相比产生了新的活性物质,从而具有新的保健、预防或治疗功能;5)是实现中药现代化、具有高科技水平的又一新技术,生产工艺可控,所得产物精确,制剂方便,便于与国际接轨[4]。
2.3 中药发酵的分类
中药发酵分为液体发酵和固体发酵。液体发酵是在借鉴抗生素生产工艺的基础上,把菌丝体加入培养基中,将之与药材混合后放置于适温下进行发酵。液体发酵具有较高的物质传递效率,易于实现发酵工艺的自动化控制。固体发酵是以富含多种营养成分的农副产品如麦麸、甘蔗渣、玉米芯等作为发酵营养基质,用一种或多种真菌作为发酵菌种,在一定的温度、湿度条件下进行发酵。固体发酵在发酵过程中既生长菌体,又形成各种次生代谢物质,难以将其分离,南京中医药大学庄毅教授将它们统称为“菌质”。按应用方式又可将其分为“无渣式”和“去渣式”,前者不用经过提取可直接用药,后者要经过有效成分的提取和制剂后才可用药[3]。
2.4发酵在中药研究中的应用
2.4.1利用中药培养基发酵药用真菌
菌物界估计逾十万种,可供药用的高等真菌约20余种,利用潜力巨大。国内20世纪60年代兴起深层培养(或发酵),2世纪80年代中国医学科学院药物研究所进行的冬虫夏草大规模发酵培养研究,也仅是对菌类自身发酵的研究,如灵芝、冬虫夏草、香菇发酵等,且大多是单一发酵。目前对灵芝、云芝、冬虫夏草、灰树花、密环菌、金针菇、香菇、姬松茸、茯苓等很多菌种的发酵技术已日趋成熟。
庄毅曾提出了菌质的概念,即用一定的药用菌菌种接种在一定的固体基质上,在一定环境条件下,经过一定时间发酵(发酵周期),在特定的质量指标控制下达到发酵终点而产生菌质。可采用现代技术将有效真菌与中草药组成的不同发酵基质构成各种发酵组合,在一定条件下进行发酵,产生各种性质不同的菌质。可以利用中药作为培养基的组成部分,构建药性菌质,比较发酵前后中药相关成分的变化,为中药与药用真菌的结合寻找突破点,并开发具有良好功效的药物。王玉红等在发酵培养基中添加适量的黄芪以促进灵芝的生长和灵芝多糖的产生,结果其多糖的组分发生了变化,有可能产生了新的物质。尤建良等将中药抗癌复方“康复灵”(主要含党参、麦冬、薏苡仁、猪苓、淮山药等)以灵芝菌进行生物发酵,结果表明灵芝中药制剂发酵液的抑瘤率达47.87%比单独的灵芝发酵液、单味中药制剂和灵芝发酵液中药制剂混合液均有明显提高。
2.4.2中药发酵用于药材的炮制
发酵法一直是中药炮制方法之一,它借助微生物的作用,改变中药原有药性,提高疗效,降低毒副作用,扩大适应症。微生物在生长过程中产生的各种酶,将药物的成分分解转化为新的活性成分或将毒性成分分解而降低药物的毒副作用。现代中药加工中用发酵法炮制中药,如五倍子,这种中药具有收敛止泻、止血的功能,但其主要成分鞣酸在肠道中与蛋白质结合会降低其活性。研究人员用含根毒菌等物质的酵曲发酵五倍子,能显著提高其收敛作用,降低副作用。
香港中医吴志勇博士与内地教授林陆山合作,运用生物工程技术发酵中药获得成功。它彻底改变了煎、煮、熬、炼、蒸、浸的传统加工工艺,并使药效提高,发酵黄芪所含的黄芪多糖最多为传统工艺的5倍,且动物实验证明发酵黄芪的用量为传统方法制成的药的1/28,即可产生相同的药效。
(1)提高有效成分提取率
中草药中植物类药材占90%,药材有效成分多存在于胞浆中,植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素2 发酵在中药研究中的应用2.1中药发酵用于药材的炮制等物质构成的致密结构。在中药有效成分提取过程中,当胞浆中的有效成分向提取介质扩散时,必须克服细胞壁及细胞间质的双重阻力,使有效成分浸出受阻。微生物可利用中药中的成分为营养进行分裂、生长、繁殖和代谢,在代谢过程中分泌蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶等几十种胞外酶进入培养基,使细胞破裂,细胞间隙增加,减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力。体外试验证明对盾叶薯蓣采用预发酵,有效组分薯蓣皂苷元的产率明显提高。
(2)中药发酵可提高中药药效
在发酵的过程中,对中草药细胞进行破壁使有效物质溶出,提高了活性成分的浓度。并且,将许多人体不能直接吸收利用的大分子有效活性物质降解成小分子的活性物质,使发酵中药在人体中可以较快的被吸收,且吸收较完,治疗效果好。
王林等人用麻黄、莱菔子、金银花、连翘四味中药发酵灵芝菌,发现这四味中药对灵芝菌的生物量有明显的促进增加作用,且使灵芝发酵液的止咳、祛痰作用高于其与中药混合发酵前。
董枚等也报道,将传统方六味地黄汤发酵,其发酵液对小鼠肝癌具有显著的抑制作用。六味地黄发酵液0.3g/kg连续给药两周,可显著抑制小鼠肝癌Hzz的生长,抑瘤率为30,而同等剂量的六味地黄煎剂无明显的抑瘤作用,而且六味地黄发酵液组的白细胞数比煎剂组多(P<0.01)。在免疫调节方面,六味地黄发酵液的功效明显优于六味地黄煎剂。
陈永强等经实验发现,甘草经微生物产生的β-葡萄糖醛酸酶水解后甘草酸转化为甘草次酸,甘草次酸可被肠道直接吸收,短期内在血液中达到较高的药物浓度,迅速作用于靶部位,并且通过微生物的作用,甘草的细胞间质及细胞壁得到分解,促进甘草其它有效成份的释放。通过微生物对甘草的转化作用,甘草的急性抗炎、镇痛效果都显著增强。
(3)中药发酵产生新的活性物质
有些中药经过多菌种混合发酵后还可产生新的活性物质,产生新的功能,为活性物质的筛选提供新的途径。云南大学与昆明植物研究所李国红等人,联合采用枯草芽孢杆菌对三七根进行发酵后,在对其中的皂苷成分的研究中发现,从发酵后的三七中分离到了人参皂苷RH4。这种化合物未在发酵前检测到,说明这种化合物是通过发酵产生的,可能是在发酵的过程中,三七须根的某些皂苷被微生物转化为人参皂苷RH4。
(4)减毒增效
微生物有可能将中药中的有毒物质进行分解,从而降低药物的毒副作用。大黄生用泻下作用峻烈,易引起腹痛、恶心等胃肠道反应。大黄泻下成分主要是结合型蒽醌衍生物,其中以二蒽醌番泻苷的作用最强。在中医临床中,为了缓和大黄的泻下作用及对胃肠道的不良反应,常用不同的炮制方法,使结合型蒽醌分解或破坏,从而缓和泻下作用和其它副作用。云南中医学院的学者戴万生等人,用发酵法炮制大黄,改变了大黄的蒽醌类成分的含量。蒽醌类成分经酵母发酵后,总蒽醌含量仅略有降低,较传统方法保存了更多的大黄总蒽醌,而起泻下作用的结合型蒽醌含量降低。另外,作为抗菌、抗肿瘤的主要有效成分的游离型蒽醌的含量增加了6倍左右,起到减毒增效的作用[5,6]。
2.5 发酵中药的优势
试验证明,发酵的中药与煎、煮、熬、灼、蒸、浸法提取的中药有以下几点不同:(1)中药发酵是在常温、常压条件下进行的生物转化过程,最大限度地保护了中药的活性成分,如对热敏感的挥发油和维生素等成分,如薄荷、当归等。(2)中药中有效成份不被破坏并充分利用,如蛋白质、氨基酸,维他命、微量元素等。经检验:发酵中药中含有18种氨基酸、大量的亚麻酸、多肽类小分子活性蛋白、20多种维他命和微量元素等。(3)发酵中药的分
子量较小,吸收较快、较完全、治疗效果较好。如临床中治疗跌打损伤,若筋骨无断裂,98%能1~2次治愈;痔疮98%一次根治。经中央卫生部药物检验所试验证实:发酵中药的药效是普通水提法中药的4~28倍。(4)目前很多中药不能进入国际市场的主要原因之一是重金属超标,而发酵中药所含的重金属不会产生毒性,如朱砂不会释放出水银(汞),(5)发酵法既环保又可“废物”再用,通常中药提取有效成分后药渣弃掉,污染环境。发酵法经过反复发酵,约95%被利用,中药渣(即纤维)经过纤维素酶的水解及多酶体的裂解代谢,大部分变成单糖(葡萄糖),可被机体利用,未被利用的纤维素可润肠通便,起到肠道清道夫的作用,有的便秘患者服用了发酵中药后意外地解决了便秘的问题[5]。
2.6中药发酵技术中的关键技术
目前中药发酵技术无论在基础理论方面还是在方法上的研究仍处于起步阶段,对单味药材发酵和传统复方发酵开发得都很少,故少有投入生产的发酵新药。同时中药发酵技术也面临一些问题,如中医药自身体系的模糊性、中药成分的复杂性、中药发酵机理的不明确性、微生物生长特性的多样性以及在中药发酵过程中如何贯彻中医理论的指导等。因此,对中药发酵关键技术的正确把握关系到其发展方向和前景,笔者认为,今后以下几方面的工作有待深入研究。
2.5.1中药发酵机理:目前微生物发酵中药的机理已有一些基础和推断,但由于中药化学成分的复杂性和作用机理的不明确性,中药的有效成分、一些非有效成分及特殊的基质环境与微生物的相互作用尚有待研究;针对具体的中药及复方,明确其发酵作用机理,揭示发酵中药的科学内涵,其发酵体系的特点和作用机理仍待进一步研究。
2.5.2 中药发酵共性技术:加强对单味中药、中药提取物、中药复方发酵技术、微生物培养的系统研究,并进行成分的分离、鉴定和相关药理试验,明确微生物的性质以及变化过程,建立起统一的能应用于大多数中药发酵的通用方法与共性技术体系,为实现发酵中药的现代化、科学化、国际化提供新的途径和方法。
2.5.3 优良菌种选育技术:菌种的选育是中药发酵的关键和基础。因此,应该加大发酵菌种的选育和评价工作,使更多优良的菌种能够最大限度作用于中药,从而为更多有价值的发酵中药产品的研制奠定基础。
2.5.4 现代复合微生物发酵技术:多菌种发酵较单一菌种发酵具有更强的生物转化能力,但也是发酵研究的难点。传统中药发酵多是自然界混合菌种天然发酵的结果,因那时人们并不知道微生物和发酵的关系,从而很难人为控制发酵过程。如何应用现代微生物工程的相关技术,进行中药多菌种发酵,提高发酵生产的可控性、稳定性,提高发酵中药的有效性和安全性,是进行现代发酵中药研究的又一关键技术。
2.5.5 发酵中药筛选模型和多维评价体系:中药具有品种多样性、化学成分复杂性、药效作用多向性的特点,中药复方具有整体性、系统性、复杂性、非加和性等特点。因此,中药及其复方在发酵过程中如何遵循中医药理论的指导,进行发酵后选用何种评价指标和评价模型,建立发酵中药筛选模型和多维评价体系,是发酵中药研究的又一技术难点[7]。
3 微生物在组培中药材次生代谢产物的形成中的应用
用组织培养方法来生产中药的有效成分是解决中药资源紧张的重要手段,是中药现代化的重要内容之一。在组织培养中用发根农杆菌诱导组培物产生发状根(hairy root),由发状根形成次生代谢产物已成为利用中药组织培养物产生次生代谢产物的常用方法。到目前为止已建立了80多种植物的发状根无性系,其中不少是药用植物。Yosh ikawa等的研究表明,人参的发状根在无外源激素的条件进行培养,人参皂苷,可达干质量的0.95%,而天然栽培根仅为0.4%,因此人参发状根完全有可能代替天然人参作药用。黄遵锡从短叶红豆杉诱导出发状根,选育出的5株无性系20 d后生物量增加9倍,紫杉醇的量是愈伤组织的1.3~8.0倍。
在植物与微生物的相互作用中,真菌能诱导植物中特定次生产物的积累,使植物产生对这些病原微生物的抗性。丹参是一种重要的药用植物,利用丹参毛状根和丹参转化细胞生产丹参酮等次生代谢物成为研究的热点。大丽轮枝菌.激发子V44和酵母提取物分别诱导丹参毛状根和丹参转化细胞后,过氧化物酶活力显著提高,且有利于次生代谢产物的积累[1]。
药用植物内生真菌在中药栽培和中药新资源开发方面的应用
内生菌(endophyte)主要指在其生活史的某一阶段存在于健康植物的组织中、不形成明显侵染的一类微生物。内生菌可以促进宿主的生长、发育,增强对不良环境的抵抗力,甚至会促进宿主植物某些代谢产物的形成。深入研究中药内生菌,对研究中药的活性成分和栽培可能具有重要作用。内生真菌与宿主植物某些活性成分的形成有密切关系,对于不同地方的相同物种来说,其内生真菌类群是不同的,这可能是形成中药道地性的原因之一。
开唇兰小菇、石斛小菇、兰小菇等3 种小菇属内生真菌对兰科濒危药用植物铁皮石斛、金线莲的生长有促进作用。接种3 种内生真菌后,铁皮石斛苗的生长量高于对照3~5倍,石斛小菇、兰小菇对铁皮石斛原球茎增殖也有明显促进作用;接种3种真菌的金线莲苗,侧芽及侧根数均显著高于对照。在植物试管苗培养基中分别加入20%真菌菌丝及10 mg/L发酵液的醋酸乙酯提取物,结果发现3种菌的菌丝体及兰小菇的醋酸乙酯提取物能显著提高铁皮石斛原球茎的增殖率;石斛小菇的菌丝体对金线莲的生长和侧芽增殖有显著促进作用;开唇兰小菇和兰小菇的醋酸乙酯提取物分别对金线莲侧芽发生数及生长有显著促进作用,说明3 种内生真菌对铁皮斛、金线莲的促生长作用与菌丝内及分泌到菌丝外的代谢产物有关。
菌根是植物和真菌的共生体,是植物普遍存在的现象,菌根菌能促进菌根植物吸收矿质营养和水分,通过刺激或增加寄主植物产生次生代谢物,如抗生素、植保素、酚类化合物、苯丙烷类代谢酶系、木质素、过氧化物酶、水解酶等,提高寄主植物的抗病和抗逆能力。用VA菌根真菌Glomusm osseae 接种韭菜进行试验, 结果接种株比未接种株的株高、鲜质量、干质量、叶绿素质量分数都增加,抗冻性增强。但在中药栽培研究中应用菌根技术尚未引起人们足够的重视,报道的文献比较少[1]。
展望
我国有悠久的重要使用史,微生物应用于中药业有悠久的历史,中药炮制采用微生物发酵法具有一般方法所无法比拟的优势,可以为开发新药、提高药物疗效、降低药物毒副作用的研究提供新的手段,为中药的发展开辟新的研究空间。进行中药发酵研究也具有成熟的现实条件,应当成为我国中药现代化研究的内容之一,从而更好的为人类服务。发酵中药所包含的成分极其复杂,对其成分分离纯化有较大的难度,今后应加强纯化条件的研究,并科学地优化,提高纯化水平。同时,应加强新剂型的研究开发,针对不同的适应症开发出相适应的剂型。
发酵中药是现代生物技术和中药研究的完美结合,必将为中药新药研究开发开辟新的道路,拓展更广阔的发展空间,并在中药新药研究开发中占有越来越重要的地位。发酵中药还有利于推进中药现代化和国际化进程,提高我国中药行业的国际竞争力,为中药走向世界、造福全人类做出新的贡献。

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病毒是一类怎样的生物体

病毒
是一类个体微小,无完整细胞结构,含单一核酸(DNA或RNA)型,必须在活细内寄生并复制的非细胞型微生物。

“virus”一词源于拉丁文,原指一种动物来源的毒素。病毒能增殖、遗传和演化,因而具有生命最基本的特征,但至今对它还没有公认的定义。最初用来识别病毒的性状,如个体微小、一般在光学显微镜下不能看到、可通过细菌所不能通过的滤器、在人工培养基上不能生长、具有致病性等,现仍有实用意义。但从本质上区分病毒和其他生物的特征是:①含有单一种核酸(DNA或RNA)的基因组和蛋白质外壳,没有细胞结构;②在感染细胞的同时或稍后释放其核酸,然后以核酸复制的方式增殖,而不是以二分裂方式增殖;③严格的细胞内寄生性。病毒缺乏独立的代谢能力,只能在活的宿主细胞中,利用细胞的生物合成机器来复制其核酸并合成由其核酸所编码的蛋白,最后装配成完整的、有感染性的病毒单位,即病毒粒。病毒粒是病毒从细胞到细胞或从宿主到宿主传播的主要形式。

目前,病毒一词的涵义可以是:指那些在化学组成和增殖方式是独具特点的,只能在宿主细胞内进行复制的微生物或遗传单位。它的特点是:只含有一种类型的核酸(DNA或RNA)作为遗传信息的载体;不含有功能性核糖体或其它细胞器;RNA病毒,全部遗传信息都在RNA上编码,这种情况在生物学上是独特的;体积比细菌小得多,仅含有少数几种酶类;不能在无生命的培养基中增殖,必须依赖宿主细胞的代谢系统复制自身核酸,合成蛋白质并装配成完整的病毒颗粒,或称病毒体(完整的病毒颗粒是指成熟的病毒个体)。

病毒性质的两重性;

一、病毒生命形式的两重性

1、病毒存在的两重性 病毒的生命活动很特殊,对细胞有绝对的依存性。其存在形式有二:一是细胞外形式,一是细胞内形式。存在于细胞外环境时,则不显复制活性,但保持感染活性,是病毒体或病毒颗粒形式。进入细胞内则解体释放出核酸分子(DNA或RNA),借细胞内环境的条件以独特的生命活动体系进行复制,是为核酸分子形式。

2、病毒的结晶性与非结晶性 病毒可提纯为结晶体。我们知道结晶体是一个化学概念,是很多无机化合物存在的一种形式,我们可以认为某些病毒有化学结晶型和生命活动型的两种形式。

3、颗粒形式与基因形式 病毒以颗粒形式存在于细胞之外,此时,只具感染性。一旦感染细胞病毒解体而释放出核酸基因组,然后才能进行复制和增殖,并产生新的子代病毒。有的病毒基因组整合于细胞基因组,随细胞的繁殖而增殖,此时病毒即以基因形式增殖,而不是以颗粒形式增殖,这是病毒潜伏感染的一种方式。

二、病毒结构和功能的两重性

1、标准病毒与缺陷病毒 在病毒的增殖过程中,由于其基因组因某种微环境因素的影响或转录过程的错误而发生突变,以致有装配不全的病毒颗粒产生,称为缺陷病毒,产生缺陷病毒的原亲代病毒,则称为标准病毒,缺陷病毒颗粒有干扰标准病繁殖的作用。

2、假病毒与真病毒 一种细胞有两种病毒同时感染的情况,在增殖过程中,一种病毒可以穿上本身的外壳,这就是真病毒,是这种病毒的应有“面目”;如果一种病毒的核酸被以另一病毒编码的外壳,则称为假病毒,此时一种病毒的本来性质,被另一种病毒的性质所掩盖。

3、杂种病毒和纯种病毒 两种病毒混合感染时,除了出现假型病毒外,还有可能出现病毒核酸重组的情况,即一种病毒颗粒之中,可含有两种病毒的遗传物质,此可称为杂种病毒,折实病毒学中一个相当常见的现象。

三、病毒病理学的两重性

1、病毒的致病性和非致病性 关于致病性和非致病性问题,是同宿主细胞相对二言的,在分子水平、细胞水平和机体水平,可能有不同的含义。在细胞水平有细胞病变作用,但在机体水平可能并不显示临床症状,此可称为亚临床感染或不显感染。

2、病毒感染的急性和慢性 病毒感染所致的临床症状有急、慢之分,有的病毒一般只表现急性感染而很少表现慢性感染;有的则既有急性过程,也有慢性过程。

目前对病毒的概念可以是:病毒是代谢上无活性,有感染性,而不一定有致病性的银子,他们小于细胞,但大于大多数大分子,他们无例外地在生活细胞内繁殖,他们含有一个蛋白质或脂蛋白外壳和一种核酸,DNA或RNA,甚至只含有核酸而内有蛋白质,或只有蛋白质而没有核酸,它们作为大分子似乎太复杂,作为生物体它们的生理和复制方式又千姿百态。Lwoff在“病毒的概念”一文中强调病毒的特殊性时指出,“病毒应该就是病毒,因为它们是病毒”。

病毒的形态

(1) 球状病毒;(2)杆状病毒;(3)砖形病毒;(4)有包膜的球状病毒;(5)具有球状头部的病毒;(6)封于包含体内的昆虫病毒。

病毒的大小

较大的病毒直径为300-450纳米,较小的病毒直径仅为18-22纳米

病毒的组成

病毒主要由核酸和蛋白质组成

病毒的复制过程叫做复制周期。其大致可分为连续的五个阶段:吸附、侵入、脱壳、病毒大分子的合成、病毒的装配与释放

病毒的分类

国际病毒分类委员会(ICNV)第七次报告(1999),将所有已知的病毒根据核酸类型分为DNA病毒——单股DNA病毒,DNA病毒——双股DNA病毒,DNA与RNA反转录病毒,RNA病毒——双股RNA病毒,RNA病毒——单链、单股RNA病毒,裸露RNA病毒及类病毒等八大类群。此外,还增设亚病毒因子一类。这个报告认可的病毒约4000种,设有三个病毒目,64个病毒科,9个病毒亚科,233个病毒属,其中29个病毒属为独立病毒属。亚病毒因子类群,不设科和属。包括卫星病毒和prion(传染性蛋白质颗粒或朊病毒)。一些属性不很明确的属称暂定病毒属。

病毒在自然界分布广泛,可感染细菌、真菌、植物、动物和人,常引起宿主发病。但在许多情况下,病毒也可与宿主共存而不引起明显的疾病。

简史

在发现病毒以前,人们早已开始不自觉地利用病毒为人类服务。中国在16世纪前后,就用天花患者脓疮中的浆液给健康人接种而使之获得免疫力。差不多同时,荷兰的种植者用嫁接法使郁金香感染病毒而开出美丽的碎色花朵;1796年E.琴纳发明了牛痘苗;1885年L.路易斯·巴斯德首创了狂犬病疫苗。

1892年Д.И.伊万诺夫斯基发现患烟草花叶病的烟叶汁通过阻留细菌的滤器后,仍保留其感染性;1898年M.W.拜耶林克再次发现了这一事实,并指出该病是一类与细菌不同的病原体所引起的。这是认识病毒的开端。以后相继发现许多人类、植物和动物的疾病是由病毒引起的。1898年 F.A.J.勒夫勒和 P.伏罗施发现了牛的口蹄疫病毒;1915年F.W.特沃特和1917年F.埃雷尔分别发现了细菌病毒即噬菌体。

从30年代起开始探索病毒的理化性质,M.施莱辛格提纯了噬菌体并指出它是由蛋白质和DNA构成的;1935年W.M.斯坦利获得了烟草花叶病毒的结晶;1936年首次在电子显微镜下看到该病毒是一种杆状颗粒。以后许多病毒相继被提纯,对他们的形态结构和化学组分进行了研究,为病毒分类提供了依据。

由于病毒的结构和组分简单,有些病毒又易于培养和定量,因此从20世纪40年代以来,病毒始终是分子生物学研究的重要材料。30年代末,以M.德尔布吕克为代表的一派学者开始用大肠杆菌的T偶数噬菌体研究其复制和遗传机制,奠定了分子遗传学的基础。70年代,研究重点逐渐转向动物病毒。分子生物学发展中的重要进展,如DNA和 RNA是遗传物质的确证,三联体密码学说的形成,核酸复制机制的阐明,遗传信息流中心法则的提出,反转录酶、基因的重叠和不连续性等的发现,以至基因工程的兴起和致癌理论的发展,几乎无一不与病毒有关。一些蛋白质和核酸的一级结构分析,也常常是首先以病毒为材料研究完成的。反过来,分子生物学研究又促进了对病毒结构、复制和遗传的认识,使病毒学发展成一门独立的分支学科。

在实践方面,病毒的研究对防治人类、植物和动物的病毒病作出了重要贡献。病毒疫苗的发展,为控制人类疾病(如天花、黄热病、脊髓灰质炎、麻疹等)和畜禽疾病(如牛瘟、猪瘟、鸡新城疫等)提供了有效措施;由于综合防治和抗病育种等措施的利用,有效地控制了马铃薯退化病、小麦土传花叶病、白菜芜菁花叶病等农作物病害;利用昆虫病毒作为杀虫剂的研究,也在大力开展并已进入实用阶段。

培养和检测

病毒研究的发展常常与病毒培养和检测方法的进步有密切的关系,特别在脊椎动物病毒方面,小鼠和鸡胚接种、组织培养、超速离心、凝胶电泳、电子显微镜和免疫测定等技术,对病毒学的发展具有深刻的影响。

噬菌体的培养和检测方法最为简单。将噬菌体接种到易感细菌的肉汤培养物中,经18~24小时后,混浊的培养物重新透明,此时细菌被裂解,大量噬菌体被释放到肉汤中,再经除菌过滤,即为粗制噬菌体。为了测定其中噬菌体的数量,将粗制噬菌体稀释到每一接种量含100个左右,与过量的细菌混合,然后铺种于琼脂平皿上,在温箱中培养过夜,细菌繁殖成乳白色衬底,被噬菌体裂解的区域则在此衬底上表现为圆形的透明斑,称为噬斑。噬斑数代表该接种量中有活力的噬菌体数量。如果挑出单个噬斑来培养,就能获得由单个噬菌体所繁殖的后代,达到分离纯化的目的。

动物病毒(见脊椎动物病毒)的培养可在自然宿主、实验动物、鸡胚或细胞培养中进行,以死亡、发病或病变等作为病毒繁殖的直接指标,或以血细胞凝集、抗原测定等作为间接指标。收获发病动物的组织磨成悬液或有病变的细胞培养液,即为粗制病毒。测定活病毒数量可采用空斑法,其原理与噬斑法相同,但以易感的动物单层细胞代替细菌,在接种适当稀释的病毒后,用含有培养液和中性红的琼脂覆盖,使病毒感染局限在小面积内形成病变区,衬底的健康细胞被中性红染成红色,病变区不染色而显示为空斑。

至今植物病毒的培养和检测大都是在整株植物上进行的。从捣碎的病叶汁中制备病毒,常用枯斑法检测。用手指蘸上混有金刚砂的稀释病毒在植物叶片上轩轻磨擦,经一定时间后出现单个分开的圆形坏死或退绿斑点,称为枯斑。

除了利用病毒的致病性定量检测病毒外,还可应用物理方法,如在电子显微镜下计数病毒颗粒,或用紫外分光光度计测定提纯病毒的蛋白和核酸量,这些方法所测得的数据包括了有感染性和无感染性的病毒粒。

应用电子显微镜不但能看清病毒粒的大小、形态,还可以分辨其表面的蛋白亚单位和内部的核壳等超微结构。

大小与形态

不同病毒的大小变动于20~450纳米之间。最大的为痘病毒科,大小为(170~260)×(300~450)纳米,最小的为双联病毒科,直径18~20纳米。

病毒的形态也是多样的:球状(包括二十面体),如脊髓灰质炎病毒和有包膜的如疱疹病毒;杆状(包括棒状),如烟草花叶病毒;丝状,如甜菜黄花病毒;弹状,如水疱性口炎病毒;复杂构型,如蝌蚪状的T偶数噬菌体。有些病毒在细胞内呈自然晶体排列。

结构

最简单的病毒中心是核酸,外面包被着1层有规律地排列的蛋白亚单位,称为衣壳。构成衣壳的形态亚单位称为壳粒,由核酸和衣壳蛋白所构成的粒子称为核壳。较复杂的病毒外边还有由脂质和糖蛋白构成包膜。核壳按壳粒的排列方式不同而分为3种模式:二十面体对称,如脊髓灰质炎病毒;螺旋对称,如烟草花叶病毒;复合对称,如 T偶数噬菌体。在脂质的包膜上还有1种或几种糖蛋白,在形态上形成突起,如流感病毒的血凝素和神经氨酸酶。昆虫病毒中有1类多角体病毒,其核壳被蛋白晶体所包被,形成多角形包涵体。

化学组成

核酸带有遗传密码的病毒基因组。病毒依所含核酸种类不同可分为 DNA病毒和 RNA病毒。动物病毒或含DNA,或含RNA;植物病毒除少数组外大多为RNA病毒;噬菌体除少数科外大多为DNA病毒。

DNA或RNA可以是线型的或环状的,可以是单链的或双链的。RNA可以分节段或不分节段,单链RNA又分正链的和负链的。

在分节段的RNA植物病毒中,常见多分体基因组,即同一病毒的几个RNA节段分别装入衣壳中,形成大小不同的颗粒,有的分装在两种颗粒中称二分体基因组,如豇豆花叶病毒;有的分装在3种颗粒中称三分体基因组,如黄瓜花叶病毒和雀麦花叶病毒。

通过遗传学和生物化学方法,已查明一些病毒的基因图谱。对MS2和ΦΧ174噬菌体。花椰菜花叶病毒、SV40和乙型肝炎病毒核酸的核苷酸序列,已全部查明。

①蛋白质 病毒的主要组分,依其功能可分为衣壳蛋白、膜蛋白、糖蛋白和内在酶4类。

衣壳蛋白包裹核酸形成保护性的外壳。简单的病毒只有1种衣壳蛋白,较复杂的如腺病毒衣壳是由六邻体、五邻体和纤维3种蛋白构成的。在有包膜的病毒如流感和水疱性口炎病毒中,膜蛋白一方面与外层脂质相连结,另一方面又同内部的核壳相连结,起到维系病毒内外结构的作用。糖蛋白位于包膜表面,有的形成突起,如流感病毒的血凝素,能与细胞膜受体结合。病毒虽无完整的酶系统,但常含有一些特殊的酶,如流感病毒的神经氨酸酶和噬菌体的溶菌酶。此外,呼肠孤病毒科、弹状病毒科、正粘病毒科和副粘病毒科病毒粒中含RNA多聚酶,反录病毒科含反转录酶,均与核酸复制有关。目前已查明十几种病毒蛋白的全氨基酸序列。

②脂质 存在于包膜中,包膜是在病毒成熟时从细胞质膜或核膜芽生获得的,所以病毒脂质常具有宿主细胞脂质的特征。用有机溶剂或去污剂破坏包膜脂质,可使病毒粒裂解。

③糖 除核酸中的戊糖外,病毒包膜还含有与蛋白或脂质结合的多糖。

烟草花叶病毒、流感病毒和枯草杆菌噬菌体的电子显微镜照片和结构模式图(见植物病毒、正粘病毒科和细菌病毒)。

复 制

病毒复制指病毒粒入侵宿主细胞到最后细胞释放子代毒粒的全过程,包括吸附、进入与脱壳、病毒早期基因表达、核酸复制、晚期基因表达、装配和释放等步骤。各步的细节因病毒而异。

吸附与进入

T4噬菌体先以其尾丝与大肠杆菌表面受体结合,随后尾鞘收缩,裸露出的尾轴穿入细菌外壁,把头部内储存的DNA注射到细菌体内。动物病毒也是先与细胞受体结合,以后或是靠细胞的吞噬作用进入,或是病毒包膜与细胞质膜融合后使核壳进入。植物病毒则是通过伤口侵入或通过媒介昆虫直接注入。一般情况下,病毒均须经脱壳,即脱去外被的蛋白质释放核酸,才能进行下一步复制。

基因表达

将其核酸上的遗传信息转录成信使核糖核酸(mRNA),然后再翻译成蛋白质。一般在核酸复制以前的称早期基因表达,所产生的早期蛋白质,有的是核酸复制所需的酶,有的能抑制细胞核酸和蛋白质的合成;在核酸复制开始以后的称晚期基因表达,所产生的晚期蛋白质主要是构成毒粒的结构蛋白质。早期和晚期蛋白质中都包括一些对病毒复制起调控作用的蛋白质。

转录

因病毒核酸的类型而异,共有6种方式:双链DNA(dsDNA)的病毒如 SV40,其转录方式与宿主细胞相同;含单链DNA(ssDNA)的病毒如小DNA病毒科,需要通过双链阶段后再转录出mRNA;含单链正链RNA(ss+RNA)的病毒如脊髓灰质炎病毒、烟草花叶病毒和Qβ噬菌体,其RNA可直接作为信使,利用宿主的蛋白质合成机器合成它所编码的蛋白质;含单链负链RNA(ss-RNA)的病毒如水疱性口炎病毒和流感病毒,需先转录成互补的正链作为其mRNA,ssRNA的反录病毒如鸡肉瘤病毒和白血病病毒,需先经反转录成dsDNA而整含到宿主染色体中,于表达时再转录成mRNA,含dsRNA的呼肠孤病毒,则以保守型复制方式转录出与原来双链中的正链相同的mRNA。

近年来发现有些病毒(如腺病毒和SV40)的基因是不连续的,有外显子与内含子之分,转录后有剪接过程,把内含子剪除而把外显子连接起来,才有mRNA的功能。多数病毒的mRNA还需经过其他加工,如在5′端加上“帽子”结构和在3′端加上多聚腺嘌呤核苷酸。

病毒基因转录所需酶的来源也不相同,如小DNA病毒科、乳多泡病毒科所需依赖于DNA的RNA多聚酶,都是利用宿主原有的酶;而弹状病毒科、正粘病毒科、副粘病毒科和呼肠孤病毒科所需的依赖于RNA的RNA多聚酶,以及反录病毒科所需的反转录酶,都是病毒粒自备的。

翻译

不同病毒mRNA翻译的方式是不同的。一般认为噬菌体的翻译是多顺反子的,如Qβ的RNA上有3个顺反子(为单个肽链编码的基因功能单位),可沿着1条mRNA独立地翻译出3种多肽。动物病毒的翻译是单顺反子的,即由其基因组转录成不同的mRNA,每种mRNA翻译成一种多肽。分节段基因组病毒如流感病毒和呼肠孤病毒,每1节段RNA构成1个顺反子,多分体基因组的植物病毒也是如此。脊髓灰质炎病毒的mRNA先被翻译成1个分子量为20万的巨肽,再经裂解成为衣壳蛋白和酶。

有些病毒如ΦΧ174,Qβ噬菌体和 SV40等,存在基因重叠现象,即按读码位相不同而从同一核苷酸序列可以表达出一种以上的蛋白质。这是病毒经济地利用其有限的遗传信息的1种方式。

核酸复制

DNA病毒按照经典的沃森-克里克碱基配对方式进行 DNA复制。乳多泡病毒的环状 DNA按“滚环”模式进行复制时,需要有核酸内切酶和连接酶参与。病毒RNA是通过半保留方式复制的,即以病毒RNA(vRNA)为模板,同时转录几个互补链(cRNA),cRNA转录完成并脱落后,又以同样方式再转录出新的vRNA。因此,在感染细胞中可以查出具有部分双链结构而又拖着多条长短不同单链“尾巴”(正在合成中的互补链)的“复制中间体”。

病毒核酸复制所需酶的来源也各不相同。SV40DNA合成所需的酶都来自宿主。含RNA的Qβ噬菌体、小RNA病毒科和含ssRNA的植物病毒所需RNA多聚酶的某个亚基,可能由病毒基因编码,而其他亚基来自宿主。疱疹病毒DNA复制所需的酶,部分地由病毒编码,如DNA多聚酶和胸苷激酶,可能还有核苷酸还原酶。痘类病毒的独立自主能力最强,甚至能在去核细胞中进行DNA复制,其基因组至少能为75种蛋白质编码,包括DNA多聚酶、胸苷激酶、脱氧核糖核酸酶和聚核苷酸连接酶。

装配与释放

病毒核酸和结构蛋白是分别复制的,然后装配成完整的病毒粒。最简单的装配方式(如烟草花叶病毒)是核酸与衣壳蛋白相互识别,由衣壳亚单位按一定方式围绕RNA聚集而成,不借助酶,也无需能量再生体系。许多二十面体病毒粒先聚集其衣壳,然后再装入核酸。有包膜的病毒,在细胞内形成核完后转移至被病毒修饰了的细胞核膜或质膜下面,以芽生方式释放病毒粒。T4噬菌体则先分别装配头部、尾部和尾丝,最后组合成完整病毒粒,裂解细菌而释放,其中有些步骤需酶的作用。

细胞水平上的感染类型和宿主反应

很早发现噬菌体感染有裂解性和溶源性之分。以大肠杆菌的λ噬菌体为例,裂解性感染于经历上述复制周期后产生大量子代病毒粒而将细菌裂解;而溶源性感染时,噬菌体DNA环化并整合到大肠杆菌 DNA的特异性位点上,随着细菌的分裂而传给子代细菌,细菌不被裂解也不产生子代病毒粒。营养条件、紫外线或化学药物都能使溶性源感染转化为裂解性。动物的DNA病毒如 SV40、腺病毒、疱疹病毒等于感染敏感细胞(称为容许细胞)后,形成裂解性感染,而于感染不大敏感的细胞(称为不容许细胞)后,则形成转化性感染。转化性感染与溶源性感染相似,病毒DNA或其片段整合于细胞染色体上,并随细胞分裂而传给子代细胞,表达其部分基因(一般为早期基因),但不产生子代病毒粒,细胞也不死亡,但被转化成类似于肿瘤细胞,可无限地传代。另一方面,RNA肿瘤病毒(如鸡肉瘤病毒)必须先将其RNA反转录成dsDNA并整合到细胞染色体上,才能进行复制,所以这种感染方式是独特的,既是转化性感染,又产生大量病毒粒。

宿主细胞对病毒感染的反应有4种:无明显反应、细胞死亡、细胞增生后死亡和细胞转化。例如,副粘病毒SV5在细胞培养中产生大量病毒而不引起明显反应。多数病毒感染敏感细胞时,由于抑制了细胞核酸和蛋白质合成而引起细胞死亡。痘病毒感染时,先刺激细胞多次分裂然后死亡,造成痘疱病灶。DNA病毒和RNA肿瘤病毒则引起细胞转化。

有些动物病毒于感染宿主细胞后,在胞核或细胞质内形成具有特殊染色特性的内含物,称为包涵体,如痘病毒的细胞质内包涵体和疱疹病毒的胞核内包涵体。这些包涵体有的是由未成熟或成熟的病毒粒构成,有的是宿主细胞的反应产物,有的是两者的混合物。有些昆虫病毒的病毒粒包埋在蛋白基质中,形成包涵体如核型多角体病毒。

脊椎动物细胞感染病毒后的另一种反应是产生干扰素。干扰素是一种动物细胞编码的蛋白,其基因平常处于不活动状态,于病毒感染或经双链RNA诱导后活化。干扰素有广谱的抗病毒作用,但并不直接作用于病毒,其作用机制是通过与细胞膜结合,激活具有抗病毒作用的3种酶,阻断了病毒mRNA的翻译。干扰素在防止病毒扩散和疾病恢复中有一定作用,并有可能成为一种抗病毒药物。

机体水平上的感染类型和宿主反应

高等动、植物感染病毒后,可表现为显性感染和持续感染,动物病毒还可表现为隐性感染。隐性感染无临床症状,显性感染表现为临床疾病;在持续感染中,病毒在机体内长期存在。动物病毒的持续感染又分为潜伏感染、慢性感染和长程感染3类。潜伏感染如疱疹,平常无症状也查不到病毒,但由于内外因素的刺激而复发时出现病毒;慢性感染如乙型肝炎,有或无症状,但可查到病毒;长程感染限于少数病毒,如绵羊的 Maedi-visna(一种反录病毒感染)可查到病毒;潜伏期和病程都很长,进行性发病直至死亡。

高等动物能对病毒感染产生特异性免疫反应。免疫反应分为体液免疫和细胞免疫两类,体液免疫表现为由B细胞产生的抗体,其中包括能特异地灭活病毒的中和抗体。中和抗体在预防再感染中起主导作用。细胞免疫的主要表现是识别病毒抗原并发生反应的T淋巴细胞,在清除病毒和病毒感染细胞中起主导作用。

植物细胞对病毒常有过敏反应,细胞迅速死亡,形成枯斑,同时病毒复制也受到限制。另一种反应是产生一种很象干扰素的抗病毒因子,能保护未受感染的细胞。

致瘤作用

有一些病毒能诱发良性肿瘤,如痘病毒科的兔纤维瘤病毒、人传染性软疣病毒和乳多泡病毒科的乳头瘤病毒;另有一些能诱发恶性肿瘤,按其核酸种类可分为DNA肿瘤病毒和RNA肿瘤病毒。DNA肿瘤病毒包括乳多泡病毒料的SV40和多瘤病毒,以及腺病毒科和疱疹病毒科的某些成员,从肿瘤细胞中可查出病毒核酸或其片段和病毒编码的蛋白,但一般没有完整的病毒粒。RNA肿瘤病毒均属反录病毒科,包括鸡和小鼠的白血病和肉瘤病毒,从肿瘤细胞中可查到病毒粒。这两类病毒均能在体外转化细胞。在人类肿瘤中,已证明EB病毒与伯基特淋巴瘤和鼻咽癌有密切关系;最近,从一种T细胞白血病查到反录病毒。此外,Ⅱ型疱疹病毒可能与宫颈癌病因有关,乙型肝炎病毒可能与肝癌病因有关。但是,病毒大概不是唯一的病因,环境和遗传因素可能起协同作用。

起 源

对于病毒的起源曾有过种种推测;一种观点认为病毒可能类似于最原始的生命;另一种认为病毒可能是从细菌退化而来,由于寄生性的高度发展而逐步丧失了独立生活的能力,例如由腐生菌→寄生菌→细胞内寄生菌→支原体→立克次氏体→衣原体→大病毒→小病毒;还有一种则认为病毒可能是宿主细胞的产物。这些推测各有一定的依据,目前尚无定论。因此病毒在生物进化中的地位是未定的。但是,不论其原始起源如何,病毒一旦产生以后,同其他生物一样,能通过变异和自然选择而演化。

分 类

病毒分类命名的工作现由国际病毒分类委员会负责,已于 1971、1976、1979和 1982年发表过 4次报告。

1982年将资料较齐全而能分类的病毒划分为7大群,分群的根据是基因组的核酸种类(DNA或 RNA)、类型(ds或ss)和有无包膜。7大群中包括59个科组:

dsDNA,有包膜 4科

dsDNA,无包膜 8科,1组

ssDNA,无包膜 3科,1组

dsRNA,有包膜 1科

dsRNA,无包膜 1科,4个可能科

ssRNA,有包膜 8科,1组

ssRNA,无包膜 4科,22组,1个可能组

如按宿主分类,则为:

细菌病毒 10科

真菌病毒 3个可能科

植物病毒 24组,1个可能组

无脊椎动物病毒 2科,1组

脊椎动物病毒 9科

无脊椎、脊椎动物共有的病毒有6科,即痘病毒科虹彩病毒科、小DNA病毒科、披膜病毒科、布尼亚病毒科和小RNA病毒科,以及一个可能科,即二节段双链RNA病毒。

无脊椎、脊椎动物和植物共有的病毒有2科,即呼肠孤病毒科和弹状病毒科。

病毒分类还处于初期阶段,以后还会迅速发展和演变。目前对资料较齐全的动物病毒和噬菌体都已立为科,科名采用拉丁文;而植物病毒则只立组,组名多采用缩拼法,即将某科的典型代表病毒的普通名称如Tobacco mo-saic virus缩拼为 Tobamo-virus。科下分亚科及属,属下即为各个病毒的普通名称,目前尚未分种。

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