地位难定的病毒－微生物家族

关于生物界的系统联系与分界有多种提法．古希腊的亚里士多德,将生物界化为动物和植物两大类．以后德国学者海克尔从进化的观点出发,在动、植物之外推演出原生生物界,以包括低等的单细胞生物,这是三界分法．本世纪以来,随着微生物学研究的逐渐开展,按照生物发生史和生物学原理,细菌与植物合为一界已很不合理．1969年魏泰克首先提出了五界系统。

“五界分类系统”同沿用近两个世纪的“两界分类系统”相比,无疑是一项巨大的、革命的进展．但由于仍未摆脱以有细胞形态的生物为分类对象的传统观念,致使一些非细胞形态的生物在该系统中没有得到应有的地位和反映．因此,在1969年以后曾有人提出应成立“病毒界”的建议,以便能更好地反映出生物界的全貌。

1979年,我国陈世骧提出了他拟定的“六界分类系统”．他的“六界分类系统”是在界的前面设立总界,即: 真核总界、原核总界和非细胞总界,而把“病毒界”置于非细胞总界中．但这一合理建议似未受到人们的重视．病毒这一类非细胞形态的生命物质与我们的生命活动及工农业生产密切相关,对于病毒的研究已成为一门独立的学科。

病毒是一类个体极其微小的个体,通常用纳米作为测量其大小的单位．某些最小的病毒,其直径只有20 纳米左右,比最小的细菌还要小100 多倍,不用说我们用肉眼看不到它们,就是放在普通光学显微镜下也很难看到,只有在放大到几万倍到几十万倍的电子显微镜下,人们才能看清它们的真面目。

然而,在用电子显微镜最后看到病毒以前的几十年前,人们就已猜测有病毒的存在了．巴斯德在研究狂犬病的时候,在人体内没有发现可能引起这种病的生物．但是,巴斯德并不认为他关于疾病由病菌引起的学说不正确,而认为一定是这种病的病菌太小,所以没法看到．他的推测是正确的。

1892年,俄国的细菌学家伊凡诺夫斯基曾研究过一种使烟叶生斑点的“烟草花叶病”．他发现,把感染了的叶子的液汁滴在健康的烟叶上,就能使后者传染上这种病．为了抓到这种病的病菌,他用孔隙细小到连最小的细菌也通不过的陶过滤器来过滤液汁．可是过滤后的液汁仍然具感染力,伊凡诺夫斯基当时认为,他的过滤器一定出了毛病,使得病菌通过了。

1897年,荷兰的细菌学家贝杰林克,重复了这个实验,得到了同样的结果．于是,他断定病原菌很小,小到能通过过滤器．他把病原菌称为“滤过性病毒”．直到1935年,美国的生物化学家斯坦利从烟草的提取液汁中获得了病毒的结晶,证实了病毒的存在。

本世纪30年代末,电子显微镜的发明,使人们看清了病毒的模样．原来,病毒的结构非常简单,它们无细胞结构,主要是由核酸和蛋白质组成的．核酸只有一种类型(DNA 或 RNA),这是它与其他微生物的区别．核酸位于病毒颗粒中心,构成核酸蕊子,外面则由蛋白质构成衣壳．有些病毒的衣壳外,还有一层包膜包裹,称为被膜,被膜上有刺窦．核酸是病毒遗传变异和具有感染性的物质基础。

由于病毒的构造过于简单,甚至连生活中需要的最起码的酶系统都不完备,又不含水分,所以病毒缺少独立生活的本领,只有钻到别的生物的活细胞内,依赖于宿主细胞进行复制、繁殖．脱离宿主细胞便不能进行任何形式的代谢,在体外不具备任何生命特征。

病毒的种类很多,一定种类的病毒只能寄生在某种特定的细胞中才能生活．在生物界中,不论是动物、植物、还是细菌、放线菌,都可作为病毒的寄主．根据寄主的不同,可过把病毒分成3 种:

寄生在动物细胞里的病毒,称为动物病毒．如人的天花、麻疹、流行性感冒病毒,以及马的传染性贫血病,鸡的瘟疫等等。

寄生在植物细胞里的病毒,称为植物病毒．如大豆花叶病、烟草花叶病、水稻矮缩病等。

寄生在细菌和放线菌细胞内的病毒,称为噬菌体。

噬菌体是在1915年被发现的,它们像其他病毒一样能够通过细菌过滤器．许多噬菌体都具有像蝌蚪一样的形状,有一个圆形或多角形的头部以及管状的尾部,末梢还有6 枚尾丝。

噬菌体在侵染细菌细胞时,尾丝先吸附在细菌的细胞壁上,分泌一种酶把细菌的细胞壁溶解成一个洞,然后尾鞘芽到细胞中,像注射器一样的动作将头部的核酸注入到菌体中．这些噬菌体的核酸进入细菌的细胞后,便“夺了权”,由它们发号施令,指挥细菌细胞停止原来物质的合成,而制造噬菌体后代所需要的蛋白质和核酸,然后噬菌体的蛋白质和核酸装配成新的噬菌体,当噬菌体的数量增殖到一定程度后,细菌就会发生膨胀、破裂,进而死亡．这时大量的噬菌体“破壳”而出,蜂拥着四处游离,另寻其他细菌寄主．这个过程,包括从吸附到释放,一般只需要20 分钟的时间,在一个菌体的细胞内就能复制出约150 个噬菌体。

噬菌体虽然是吞食细菌的能手,但它们的吞噬技艺并非样样精通．一种噬菌体只能吞噬相应的一种细菌,例如,伤寒杆菌的噬菌体只能侵袭伤寒杆菌,对其他的细菌则无能为力．利用噬菌体溶菌力强、专性寄生的特性,可以对病人进行细菌学诊断．在临床医学上,口服或外敷噬菌体制剂,可治疗或预防细菌感染．如用绿脓杆菌的噬菌体来预防某些疾病．例如,在医治烧伤病人时,最耽心的是绿脓杆菌感染烧伤面,就可以防患于未然。

除了噬菌体的应用给人类带来益处外,利用一些动物病毒(如脊髓灰质炎病毒、麻疹病毒等),经过人工处理后制成的疫苗,用于预防接种,为人类带来了巨大的好处．另外,在农业上,利用病毒制剂防治农业和林业的病虫害,不仅安全有效,而且减少了污染,有利于环境的保护．有些病毒还可用来提高植物的经济价值．例如,菊花中的“绿菊”、牡丹中的“绿牡丹”、黄杨中的“金心黄杨”,它们都是遭受病毒侵害的花和树,通过无性繁殖可以保持它们各自的颜色特点,增加它们的观赏价值,因为这些遭受病毒侵染的植物,它们的生长发育并不受到严重的影响．由此可见,在花卉园艺中,利用某种植物病毒去创造新的、美丽的、有观赏价值的植物“变种”,还是一个有希望的发展途径。

然而,多数病毒是重要的致病因子,人和动物的传染病约有60% 是由病毒侵染而引起的．例如,人的天花、麻疹、流感、脊髓灰质炎、乙型脑炎以及各种各样的癌和绝症(如艾滋病等)．它们通过水、空气、飞沫、微尘,直接或间接地进行传染。

被病毒侵染的植物不能正常地生长发育．当它发生在农作物和其他经济作物上时,轻则降低质量和减少产量,重则可以使一种作物绝产．例如,我国长江两岸主要的油料作物油菜上的花叶病,除造成油菜的大量死亡外,一般病株种子的干粒重仅及健株的 1／3(即0.9 克与2.81 克之比),脂肪减少10% ；闽粤两省的柑桔黄龙病,使百万株柑桔减产或造成停止生产,从而影响了柑桔的出口和内销；分布在我国苹果产区的苹果锈果病及花脸,不仅使产量和品质大降,而且不适于销售及出口；大田作物上的小麦红矮病、小米红叶病及南疆的玉米“条纹”病等,每年都在经济上给农业造成重大的损失。

病毒只能在活的宿主细胞内繁殖,而不能在培养基上繁殖,这是病毒与细菌的不同之处．我们可以用化学方法得到病毒的结晶体,它像一般的化学药品一样,可以放置任何长短时间,丝毫不表现生命．但是,一旦进入到活细胞里,它们马上就显示出生命的特征,它可以极高的速度繁殖,造成对宿主细胞的危害．无怪乎有一时期,人们把病毒视为奇物,它们也许是处在生物界和非生物界之间的边缘．对病毒的研究不仅在我们的生产、生活中有重大的意义,在遗传学的研究中,也是遗传学家们手中非常宝贵的工具。

病毒是最小的生物吗? 最好是先不要急于下结论．本世纪70年代,发现了一种比病毒更小、结构更简单的生物,叫类病毒．类病毒比已知的最小病毒还小80 倍,它的身体中连最重要的蛋白质也没有,只是由一个非常短的没有任何类型或性质的保护壳的RNA 线组成．类病毒中RNA 由不超过150 个核苷酸组成,整个身体的分子量已经相当于没有生命的、大的有机分子．已知类病毒同几种植物病害有联系,包括马铃薯细长块茎病及菊花的一种矮化病．最近,有一种致病物甚至比已经发现的类病毒更小,暂时把它叫做Prion．这种“生物”似乎只是含有一种蛋白质．它被认为可以导致羊的一种神经病——擦伤病,人的阿尔齐梅氏失调病也可能是由它引起的．新近的证据表明,Prion 可携带遗传信息,还可能激发不正常的细胞反应。

如果说类病毒是20 世纪70年代在生物学领域中的一个新的重要发现,那么,Prion 应该算是20 世纪80年代更近更新的重要发现。

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