第一節(jié) 病毒的大小與形態(tài)
完整的成熟病毒顆粒稱為病毒體（virion)，是細胞外的結(jié)構(gòu)形式，具有典型的形態(tài)結(jié)構(gòu)，并有感染性。病毒體大小的測量單位為納米（nanometer,nm,為1/1000?m)。各種病毒體大小差別懸殊，最大約為300nm，如痘苗病毒；最小約為30nm，如脊髓灰質(zhì)炎病毒、鼻病毒等。多數(shù)病毒呈球形或近似球形，少數(shù)可為子彈狀、磚塊狀，噬菌體可
呈蝌蚪狀。經(jīng)用磷鎢酸負染后，在電子顯微鏡下可見到病毒表面的微細結(jié)構(gòu)。簡單的病毒可被結(jié)晶后用X線衍射分析病毒的超微結(jié)構(gòu)，根據(jù)X線衍射圖型可用數(shù)學方式處理而推導病毒體的分子構(gòu)型。
病毒體的內(nèi)部為核酸，構(gòu)成病毒的基因組（genome)，是決定病毒遺傳、變異和復制的物質(zhì)。核酸外包有蛋白衣殼（capsid)，不僅起保護病毒核酸的作用，還能介導病毒進入宿主細胞并具有抗原性。衣殼是由一定數(shù)量的殼粒（capsomere)所組成。根據(jù)殼粒排列方式的不同可分為以下幾種對稱類型：
螺旋對稱型（helicalsymmetry)) 殼粒沿著螺旋形的病毒核酸鏈對稱排列。見于大多數(shù)桿狀病毒、彈狀病毒。
20面體對稱型（icosahedralsymmetry) 核酸濃集成球形或近似球形，外周的殼粒排列成20面體對稱型。20面體的每個面都呈等邊三角形，由許多殼粒鑲嵌組成。大多數(shù)病毒體三角形面由6個殼粒組成，稱為六鄰體，在三角形頂角可由5個殼粒組成，稱為五鄰體。
復合對稱型（complexsymmetry) 病毒體結(jié)構(gòu)較復雜，既有螺旋對稱又有立體對稱型式。僅見于痘病毒、噬菌體等。
由于病毒的基因組很小，所編碼蛋白質(zhì)的種類有限，衣殼不是單個蛋白分子而需由許多殼粒組成。殼粒是由少數(shù)幾種重復的多肽亞單位組成。經(jīng)測定，用20面立體構(gòu)成的外殼最為堅固，并且其內(nèi)部空間容積最大。螺旋對稱型衣殼則相對不夠堅固，因此其衣殼外尚需另有包膜（envelope)包圍。包膜是病毒在成熟過程中穿過宿主細胞以出芽方式向細胞外釋放時獲得的，故含有宿主細胞膜或核膜成分包括脂質(zhì)和少量糖類。包膜表面常有不同形狀的突起，稱為包膜子粒（peplomere)或刺突（spike)。有些20面立體對稱型病毒衣殼外也具有包膜。
病毒的大小及形態(tài)在病毒分類中有重要的參考價值，但很少在診斷病毒感染中應用。當標本中病毒含量很高，檢測的病毒又有形態(tài)學特征，并配備有電鏡及有經(jīng)驗的病毒形態(tài)專家，觀察病毒形態(tài)及大小可有重要發(fā)現(xiàn)。我國洪濤教授在成人腹瀉標本中首次用電鏡觀察到一定大小的病毒體，并從其衣殼中殼粒排列成輪狀，初步認定其為輪狀病毒。以后經(jīng)過進一步用分子生物學技術(shù)證實確為輪狀病毒，從而在國際上首次發(fā)現(xiàn)了成人輪狀病毒。
第二節(jié) 病毒的核酸與蛋白質(zhì)
一、病毒核酸
多樣性 病毒核酸位于病毒體中心，其化學成分為DNA或RNA，籍此分為DNA病毒和RNA病毒兩大類。核酸具有多樣性，可以為線型或環(huán)型，可為雙鏈RNA、單鏈RNA、分節(jié)段RNA、單鏈DNA或雙鏈DNA。病毒核酸的大小差別懸殊，微小病毒（parvovirus)僅由5000個核苷酸組成，而最大的痘類病毒則由約4000000個核苷酸組成。病毒核酸攜帶病毒的全部遺傳信息，是病毒的基因組。病毒基因組的序列必須被易感宿主細胞所解碼，方可被識別、轉(zhuǎn)錄并轉(zhuǎn)譯出多種病毒蛋白。病毒核酸作為模板還可在細胞內(nèi)復制合成子代病毒的基因組，并最終形成完整的子代病毒。因為病毒的生命活性必須在活細胞內(nèi)方能顯示，有學者提出：從本質(zhì)上看在細胞外處于靜止狀態(tài)的病毒體與質(zhì)粒DNA及轉(zhuǎn)座子類似，并推測是否三者有著共同起源。
有內(nèi)含子 由于病毒的基因組很小，為充分利用其核酸，病毒基因組中的多種基因常以互相重疊形式存在，即編碼的幾個開放讀框（ORF)間有重疊。病毒基因的轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯均需在細胞內(nèi)進行，因此病毒基因組的組成與真核細胞的基因組相似，而不同于細菌等原核細胞的基因組。例如細菌基因組無內(nèi)含子，但病毒基因組中有內(nèi)含子，并且轉(zhuǎn)錄后剪接和加工。
克隆與表達 因病毒的核酸是決定病毒的感染性、復制特性、遺傳性的基礎，近10余年來幾乎對所有病毒科的代表病毒種均進行了基因克隆并完成了核苷酸測序。此外，還用定位點突變、缺失突變等研究了病毒基因片段的功能。通過將編碼有抗原性與保護性蛋白的基因克隆入表達載體后，可大量表達蛋白并可加以利用，發(fā)展為重組疫苗。上述基因組技術(shù)在DNA病毒中較易于發(fā)展，但在RNA病毒中卻遇到了困難。直至運用逆轉(zhuǎn)錄酶（依賴RNA的DNA合成酶)，以RNA病毒基因為模板，合成了互補DNA（cDNA)后，方可用限制性內(nèi)切酶對cDNA進行克隆和表達。
二、病毒蛋白質(zhì)
結(jié)構(gòu)蛋白 由病毒核酸編碼的病毒蛋白質(zhì)可分為結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白。結(jié)構(gòu)蛋白指的是組成病毒體的蛋白成份，如病毒體的衣殼、基質(zhì)（matrix)或包膜。對于結(jié)構(gòu)蛋白，可通過差速離心或密度梯度離心沉淀病毒體，再用蛋白分離技術(shù)（如SDS－聚丙烯胺凝膠電泳等)進行分離與純化。例如對脊髓灰質(zhì)炎病毒衣殼蛋白，經(jīng)純化分離，發(fā)現(xiàn)僅由4種多肽亞單位所組成。基質(zhì)蛋白是連接衣殼蛋白與包膜蛋白的部分，一般具有跨膜及錨定（anchor)的功能區(qū)。包膜蛋白因是核衣殼成熟時經(jīng)過細胞的核膜或胞質(zhì)膜釋放時形成的，因此均具有跨膜的功能區(qū)，大部分蛋白分子突出在病毒體外，而且是糖蛋白。有些包膜上具有在電鏡下可見，并有一定形狀的刺突。在流感病毒和人類免疫缺陷病毒中，這些刺突具有重要的抗原性，可誘生機體的體液免疫及細胞免疫應答。
非結(jié)構(gòu)蛋白 非結(jié)構(gòu)蛋白可以存在于病毒體內(nèi)，如病毒的酶，但也可能不存在于病毒體內(nèi)而僅存在于感染細胞內(nèi)，例如抑制細胞生物合成的蛋白或抑制病毒抗原經(jīng)組織相容性抗原（MHC)遞呈的蛋白等。對于細胞內(nèi)的病毒蛋白則可用針對不同表位的標記單克隆抗體在感染細胞中進行染色與分析。此外還可用蛋白酶或糖基化抑制物在病毒感染的細胞中進行動態(tài)分析，以明確各種非結(jié)構(gòu)蛋白出現(xiàn)的時相和其可能的作用。根據(jù)基因的核苷酸序列和對氨基酸的推導，也可利用電腦軟件進行對比分析病毒蛋白的功能。非結(jié)構(gòu)蛋白中具有酶功能的蛋白，如逆轉(zhuǎn)錄酶、蛋白水解酶、DNA多聚酶、胸腺嘧啶核苷激酶等已作為抗病毒藥物作用的靶而備受重視。因為從病毒體中分離、純化病毒酶獲得量很少，對多數(shù)病毒酶功能的研究都是通過重組表達而獲得病毒的酶。有些非結(jié)構(gòu)蛋白具有轉(zhuǎn)化宿主細胞的作用，其機制或是通過激活細胞的癌基因所致，或是蛋白本身即有此作用。編碼直接轉(zhuǎn)化細胞蛋白的基因被稱為病毒癌基因。有些病毒的非結(jié)構(gòu)蛋白還具有抗細胞因子或抗細胞凋亡作用。因此非結(jié)構(gòu)蛋白的功能研究對闡明病毒的致病機制有重要價值。
第三節(jié) 病毒的培養(yǎng)與增殖
一、病毒的培養(yǎng)
病毒必須在活細胞中方能進行生命活動，因此早期對病毒生物學特性的研究主要通過動物接種（鼠、兔、犬、牛、猴等)以培養(yǎng)病毒。目前動物接種僅限于研究病毒或毒株的致病性或為確切診斷某種病毒為病原體。個別病毒（如流感病毒)必須在雞胚中進行分離培養(yǎng)。受精雞胚的羊膜腔和尿囊腔均可用以分離流感病毒。
在病毒學的發(fā)展史中，利用體外培養(yǎng)的動物組織、胚胎或細胞，分離或培養(yǎng)病毒是突破性的成就。我國病毒學家黃楨祥在30年代研究馬腦炎病毒時，發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)的組織塊中加入病毒后，培養(yǎng)液的pH與無病毒的對照培養(yǎng)液有顯著差別，提出了有可能利用體外組織培養(yǎng)病毒。在此基礎上，Enders在非神經(jīng)組織培養(yǎng)中成功地培養(yǎng)了脊髓灰質(zhì)炎病毒，并進一步研制出脊髓灰質(zhì)炎疫苗。Enders在諾貝爾獎金獲得者的報告中還提到了黃楨祥的工作。由于組織培養(yǎng)及以后發(fā)展的單層或懸浮細胞培養(yǎng)技術(shù)具有便于純化病毒、可直接觀察細胞變化（包括細胞出現(xiàn)病變或轉(zhuǎn)化)、可對病毒的復制過程進行基礎性研究、可進行空斑純化病毒克隆以及可滴定病毒含量等優(yōu)點，至今細胞培養(yǎng)仍是分離病毒及了解病毒生物學特性和病毒疫苗生產(chǎn)的主要工具。例如當今為消滅小兒麻痹癥所應用的脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗就是用細胞培養(yǎng)法所生產(chǎn)與制備的。
培養(yǎng)病毒所用的細胞有原代細胞、傳代細胞及雙倍體細胞等不同種類。原代細胞培養(yǎng)是指自動物或人(來自猝死、疾病或因治療而流產(chǎn)胎兒的材料)組織直接用蛋白酶消化所獲得的細胞，經(jīng)培養(yǎng)后可貼管壁生長或懸浮生長（如淋巴細胞)。原代細胞對病毒的易感性高，主要作為自標本中分離病毒的工具。傳代細胞分為二倍體細胞株和傳代細胞系�？蛇B續(xù)傳代的細胞系或來自腫瘤組織（如HeLa細胞)或來自發(fā)生自發(fā)轉(zhuǎn)化的原代細胞系（如中國地鼠卵巢細胞系，CHO)。這些細胞系的染色體為多倍體，與正常細胞不同。二倍體細胞則為在體外連續(xù)50－60代后仍保持其二倍染色體數(shù)目的細胞。經(jīng)再連續(xù)傳代，則二倍體細胞逐漸衰老而死亡。這種細胞株多數(shù)用人胚肺組織建立，既可用于分離病毒，也是人用疫苗生產(chǎn)中首選的細胞株。在用真核表達基因工程產(chǎn)品時則常用CHO細胞。
由于建立了細胞培養(yǎng)系統(tǒng)才能開展對病毒復制的研究。病毒的復制過程常伴有一定的形態(tài)學與生化的變化，最早觀察病毒的復制是從細胞發(fā)生形態(tài)變化入手。溶細胞型病毒感染細胞后，可出現(xiàn)細胞團縮、裂解和細胞腫大以及數(shù)個細胞融合成多核巨細胞或細胞聚集成葡萄串等。將病毒原液作10倍系列稀釋后，可對病毒的量進行滴定。常用表達的方式為TCID50（50％tissuecultureinfectivedose),即能在半數(shù)細胞培養(yǎng)板孔或試管內(nèi)引起細胞病變（cytopathiceffect,CPE)的病毒量。例如在判定減毒活疫苗的質(zhì)量時，常需用所含病毒量作為重要標準。此外還可利用在細胞培養(yǎng)的表面覆蓋一層半固體物質(zhì)的方法，使細胞病變形成空斑，用來純化毒株。
二、病毒的增殖
病毒在易感活細胞內(nèi)增殖的方式，不同于其他微生物的以二分裂方式繁殖。病毒是以其基因為模板，籍DNA多聚酶或RNA多聚酶以及其他必要因素，指令細胞停止合成細胞的蛋白質(zhì)與核酸，轉(zhuǎn)為復制病毒的基因組，轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯出相應的病毒蛋白，最終釋放出子代病毒。這一過程稱為一個復制周期。為便于闡述，將這一連續(xù)過程分成吸附和穿入、脫殼、生物合成、組裝成熟與釋放四個步驟介紹，以雙鏈DNA病毒為例。
吸附和穿入（absorptionandpenetration) 病毒需先吸附于易感細胞后方可穿入。吸附主要是通過病毒的包膜或無包膜病毒衣殼表面的配體位點與細胞表面的特異受體結(jié)合所介導。體外培養(yǎng)細胞的受體不一定與體內(nèi)組織或細胞的受體相同。例如脊髓灰質(zhì)炎病毒在體外細胞培養(yǎng)中可感染人或猴腎細胞，但在體內(nèi)主要侵犯的靶細胞是神經(jīng)系統(tǒng)，其機制尚不明確。研究顯示，各種病毒的受體不同。已知脊髓灰質(zhì)炎病毒的一種衣殼蛋白可與靈長類細胞表面的Ig（免疫球蛋白)家族的蛋白受體結(jié)合；HIV包膜糖蛋白gP160的受體是人輔助T淋巴細胞表面的CD4受體，但是病毒可有不止一種細胞受體，而且還有不少病毒受體尚未被確定。病毒體吸附于宿主細胞膜上，可通過數(shù)種方式穿入。有包膜的病毒多數(shù)通過包膜與宿主細胞膜融合后進入細胞，然后將核衣殼釋放入細胞漿內(nèi)。無包膜病毒一般是通過細胞膜以胞飲方式將該衣殼吞入。
脫殼（uncoating) 病毒在細胞內(nèi)必須脫去衣殼，其核酸方可在宿主細胞中發(fā)揮指令作用。多數(shù)病毒在穿入時已在細胞的溶酶體酶作用下脫殼并釋放出病毒的基因組。少數(shù)病毒的脫殼過程較復雜。這些病毒往往是在脫衣殼前，病毒的酶已在起轉(zhuǎn)錄mRNA的作用。
生物合成（biosynthesis) 早期病毒基因組在細胞內(nèi)進行轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯需先合成非結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，即必須的復制酶和轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯一些抑制細胞核酸與蛋白質(zhì)合成的酶以阻斷宿主細胞的正常代謝。然后根據(jù)病毒基因組指令，復制病毒的核酸，合成結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)與一系列的非結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。這一階段并無完整病毒可見，也不能用血清學檢測出病毒的抗原，因此曾被稱為隱蔽期。這一生物合成階段的詳細過程是通過用生物化學、分子生物學及標記核酸等技術(shù)研究的實驗結(jié)果，綜合分析所獲得。
病毒基因組有不同類型。在生物合成階段，主要根據(jù)基因組轉(zhuǎn)錄mRNA及轉(zhuǎn)譯蛋白質(zhì)的不同分成6大類型：即雙鏈DNA病毒、單鏈DNA病毒、單正鏈RNA病毒、單負鏈RNA病毒、雙鏈RNA病毒及逆轉(zhuǎn)錄病毒。
1.DNA病毒 人和動物的DNA病毒基因組大多數(shù)為雙鏈DNA，例如皰疹病毒、腺病毒。它們在細胞核內(nèi)合成DNA，在胞質(zhì)內(nèi)合成病毒蛋白；只有痘病毒例外，因其本身攜帶DNA多聚酶，DNA和蛋白質(zhì)都在胞質(zhì)內(nèi)合成。
雙鏈DNA病毒的復制一般可分為早期及晚期兩個階段，早期階段病毒先利用細胞核內(nèi)依賴DNA的DNA多聚酶，轉(zhuǎn)錄出早期mRNA，再在胞質(zhì)內(nèi)核糖體轉(zhuǎn)譯成早期蛋白。這些早期蛋白為非結(jié)構(gòu)蛋白，主要為合成病毒子代DNA所需要的DNA多聚酶和脫氧胸腺嘧啶激酶及多種調(diào)控病毒基因組轉(zhuǎn)錄和抑制宿主細胞代謝的酶，為病毒核酸的復制提供酶和條件。晚期階段則為病毒雙鏈DNA通過解鏈后，利用早期轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯的酶等分別以正鏈DNA和負鏈DNA為模板，復制出子代DNA。同時病毒DNA轉(zhuǎn)錄的mRNA可進入胞質(zhì)轉(zhuǎn)譯出病毒的結(jié)構(gòu)蛋白，包括衣殼蛋白及其他結(jié)構(gòu)蛋白。從DNA病毒復制的全過程，可見隨病毒基因組轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯的不同階段，需要不同種類的蛋白參與調(diào)控，因此需有不同的mRNA轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯，從而使這一過程可有效并有序地進行。在生物合成中，因病毒基因組進入細胞核內(nèi)，不僅有與細胞染色體基因重組與整合的機會，還有利于病毒在細胞內(nèi)持續(xù)存在、激活病毒或細胞的癌基因。生物合成中，由病毒DNA編碼的酶與細胞所提供的酶不同，因此已成為抗病毒藥物所針對的“靶”。
單鏈DNA病毒種類很少。其生物合成需先合成另一條互補鏈，與親代單鏈DNA形成DNA雙鏈的復制中間體后，然后解鏈而分別轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯。
2.RNA病毒 人與動物的RNA病毒大多數(shù)為單鏈RNA病毒。RNA病毒的生物合成是極其獨特的，因其他生物體的基因組均為DNA。絕大數(shù)RNA病毒的生物合成并不需要DNA參與，用去核的細胞進行實驗，發(fā)現(xiàn)RNA病毒仍可進行生物合成，因此RNA病毒只需在宿主細胞質(zhì)內(nèi)合成子代RNA及病毒蛋白質(zhì)。例外的是流感病毒及個別副粘病毒，它們需要有一個細胞核內(nèi)的生物合成階段。實驗證明細胞核的mRNA對流感病毒的轉(zhuǎn)錄有啟動作用。
單鏈RNA病毒分為正單鏈RNA病毒與負單鏈RNA病毒。正單鏈RNA病毒的RNA基因組不僅可作為模板復制子代病毒RNA，還同時具有mRNA的功能，可直接附著于胞質(zhì)的核糖體，轉(zhuǎn)譯出病毒的非結(jié)構(gòu)蛋白與結(jié)構(gòu)蛋白。非結(jié)構(gòu)蛋白包括供病毒RNA復制所需要依賴RNA的RNA多聚酶等，結(jié)構(gòu)蛋白則包括衣殼蛋白等。負單鏈RNA病毒的基因組與正單鏈RNA病毒基因組相同之處為其基因組RNA也可作為模板復制子代病毒RNA，但不同點為其基因組因為是負鏈RNA不能直接附著于胞質(zhì)內(nèi)的核糖體作為mRNA以轉(zhuǎn)譯病毒所需的蛋白質(zhì)；因此負單鏈RNA病毒體內(nèi)必須攜帶有依賴RNA多聚酶，通過自身內(nèi)部先轉(zhuǎn)錄出核苷酸序列與親代基因組互補的正鏈后，才能在核糖體上轉(zhuǎn)譯出相應的蛋白質(zhì)。無論正單鏈或負單鏈RNA病毒在復制子代病毒RNA前都需合成另一互補鏈，成為復制中間型后，再分別解鏈進行復制。不同點是正單鏈RNA病毒所合成互補鏈的RNA多聚酶是由其本身RNA作為mRNA轉(zhuǎn)譯所合成；而負單鏈RNA病毒的RNA多聚酶則是病毒體內(nèi)所攜帶的。因多數(shù)RNA病毒的合成不進入細胞核內(nèi)，因此不會出現(xiàn)RNA病毒的整合（逆轉(zhuǎn)錄病毒例外)。宿主細胞中并無依賴RNA的RNA多聚酶，因此這一酶可作為抗病毒作用的“靶”。在生物合成中，RNA病毒形成的復制中間型可高效地大量復制，因此RNA病毒增殖一個周期所需時間少于DNA病毒。
逆轉(zhuǎn)錄病毒雖也是單鏈RNA病毒，但其生物合成過程完全不同。因為這類病毒體帶有逆轉(zhuǎn)錄酶，可用病毒親代RNA為模板合成互補的DNA鏈，從而構(gòu)成了RNA：DNA中間體。隨后，在中間體中的RNA由細胞編碼的RNA酶H水解去除的同時，進入細胞核，經(jīng)細胞的DNA多聚酶作用，以DNA鏈為模板合成互補的另一條DNA鏈而成為雙鏈DNA分子。這一雙鏈DNA分子通過整合入細胞的染色體DNA上，成為前病毒（provirus)，并可隨宿主細胞的分裂而存在于子代細胞內(nèi)。前病毒還可在核內(nèi)經(jīng)細胞的依賴DNA的RNA多聚酶轉(zhuǎn)錄出病毒的mRNA與子代病毒的RNA。后者可在胞質(zhì)核糖體上轉(zhuǎn)譯出子代病毒蛋白質(zhì)。逆轉(zhuǎn)錄病毒獨特的生物合成過程使其成為第一個被確定的人類腫瘤病毒。人類T淋巴細胞白血病病毒（HTLV－I及HTLV－Ⅱ)就是逆轉(zhuǎn)錄病毒。此外，HIV也是逆轉(zhuǎn)錄病毒；現(xiàn)有的抗HIV藥物之一就是針對逆轉(zhuǎn)錄酶的制品。
裝配與釋放（assemblyandrelease) 根據(jù)病毒的種類不同，在細胞內(nèi)復制出子代病毒的核酸與蛋白質(zhì)，在宿主細胞內(nèi)裝配的部位也不同；分別可在胞核內(nèi)、胞質(zhì)內(nèi)、核膜及胞質(zhì)膜上。無包膜病毒裝配成的核衣殼即為成熟的病毒體；有包膜的病毒，裝配成核衣殼后以出芽方式釋放。釋放時可包有核膜或胞質(zhì)膜而為成熟病毒體。包膜上的脂類來自細胞，可隨在不同細胞內(nèi)增殖而有不同，但包膜的蛋白（包括糖蛋白)則由病毒編碼，故具有病毒的特異性與抗原性。
三、病毒增殖的細胞效應
病毒在復制過程中阻斷或抑制宿主細胞的正常代謝，可致細胞損傷、裂解并釋放出大量的子代病毒（如脊髓灰質(zhì)炎病毒等)。出芽釋放的病毒（如皰疹病毒等)雖然不直接裂解細胞，但在體外細胞培養(yǎng)中可因細胞功能及新陳代謝的改變最終導致細胞死亡。有些病毒（如巨細胞病毒)的子代病毒很少釋放至細胞外，而是通過細胞間橋，或通過細胞融合方式侵入新的細胞。至于逆轉(zhuǎn)錄病毒則一方面可以出芽方式釋放子代病毒，一方面還可通過整合有病毒基因的細胞分裂后，將病毒基因傳遞入子代病毒。至于基因分節(jié)段的RNA病毒（如流感病毒等)如何能有效地分別復制各節(jié)段并有序地將各節(jié)段裝配成完整病毒體？通過出芽形式大量釋放的乙型肝炎病毒，為何在釋放完整病毒的同時過量釋放無核酸的包膜抗原顆粒等？都是尚未解決的問題。
當兩種病毒同時感染同一細胞時，可發(fā)生一種病毒的增殖抑制了另一種病毒增殖的現(xiàn)象稱為干擾現(xiàn)象(interference)。有時同種病毒的不同型或不同株之間也可發(fā)生干擾現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象機制研究首先考慮的是第一種病毒感染后，宿主細胞表面的受體被結(jié)合或細胞發(fā)生了代謝途徑的變化，從而阻止了另一種病毒的吸附、穿入細胞或生物合成。進一步研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)滅活的病毒也具有干擾作用，這就難以用代謝途徑變化來解釋。以后發(fā)現(xiàn)滅活病毒在細胞中可誘導細胞產(chǎn)生抑制病毒復制的一組蛋白質(zhì)，被稱為干擾素（interferon，IFN)。干擾素的發(fā)現(xiàn)啟動了一系列細胞抗病毒作用及病毒免疫的研究。
四、病毒的異常增殖
病毒進入宿主細胞后，可因病毒本身基因組不完整或發(fā)生了變化，以致不能在細胞內(nèi)完成增殖的全過程和復制出有感染性的病毒體。另一方面，如宿主細胞缺乏病毒復制所需的酶、能量等條件，病毒也不能復制和裝配釋放成熟病毒體。
缺陷干擾顆粒 帶有不完整基因組的病毒體，稱為缺陷病毒（defectivevirus)。當缺陷病毒不能復制，但卻能干擾同種成熟病毒體進入細胞則被稱為缺陷干擾顆粒(defectiveinterferingparticles,DIP)。過去一度曾設想用DIP作為抗野毒株病毒復制的制劑，然而后來發(fā)現(xiàn)DIP具有兩面性，即在干擾野毒株的同時，野毒株的完整基因組也可彌補缺陷病毒基因組的不足，輔助缺陷病毒增殖出完整病毒。結(jié)果使DIP與野毒株各自有增多及減少的消長動態(tài)。在自然界還發(fā)現(xiàn)有些種的病毒是天然的缺陷病毒，需要在另一種病毒輔助下方可增殖，如腺病毒伴隨病毒，是小的單鏈DNA病毒，必須有腺病毒輔助方可增殖。這種自然存在的缺陷病毒究竟是如何演變與成熟的，還待研究。
頓挫感染 因細胞條件不合適，病毒雖可進入細胞但不能復制的感染過程被稱為頓挫感染（abortiveinfection)。構(gòu)成頓挫感染的細胞被稱為非容許性細胞（non-permissivecells)。能支持病毒完成正常增殖的細胞則被稱為容許性細胞。當病毒感染體內(nèi)一些不是其正常感染時相應的靶細胞時，這些細胞則是非容許細胞。在非容許性細胞內(nèi)病毒可以存在，但不完成正常增殖周期。如果條件改變，病毒能經(jīng)過非容許性細胞介導而進入容許性細胞后，在體內(nèi)可出現(xiàn)完整病毒的增殖。
第四節(jié) 病毒的遺傳與變異
對病毒遺傳與變異的研究經(jīng)歷了兩個階段，即傳統(tǒng)的遺傳學和分子遺傳學階段。由于病毒基因組較簡單，其基因數(shù)在3～10個之間，每種病毒只有一種DNA或RNA，增殖速度極快，例如單個腺病毒在一個細胞內(nèi)可產(chǎn)生相當于17代的25萬個子代DNA分子，因此最早即用病毒作為研究分子遺傳學的工具。
一、傳統(tǒng)遺傳學
病毒傳統(tǒng)遺傳學的研究主要是用不同表型的病毒變異株之間遺傳物質(zhì)的交換來分析各種病毒基因所編碼的生物學功能。常用的病毒為腺病毒、流感病毒和辛德畢斯病毒（Sindbisvirus)等。采用的突變株（mutant)是從自然界分離，或是用紫外線、亞硝酸等理化因子誘發(fā)而獲得的變異株。
突變株 突變株需具有容易檢測與識別生物學特性：如溫度敏感（temperaturesensitive，ts)突變株是指在28～35℃的溫度下可以復制，但當溫度升至37～40℃則不能復制的突變株；宿主范圍突變株指的是改變宿主范圍的突變株；此外還有抗原性突變株、致病性減弱及耐藥性突變株等。一般突變株指的是因基因改變而發(fā)生某些生物特性改變的毒株。當該突變株能較穩(wěn)定地存在，并可在相應的宿主或細胞中傳代與存活，則稱為變異株（variant)。由于病毒群體中常同時存在基因組略有不同的病毒體，因此在研究中常利用病毒稀釋后在單層細胞形成空斑，經(jīng)三次純化而獲得純度高的毒株。
重組與重配 獲得具有不同生物學特征的毒株后，病毒傳統(tǒng)遺傳學的研究方法是將兩個有親緣關(guān)系但生物學不同的性狀的毒株感染同種細胞，從而可發(fā)生核酸水平上的互bhskgw.cn/sanji/換而產(chǎn)生兼有兩親本特性的子代。這種由于核酸間的互換而形成子代的過程稱為重組（recombination)，可以用于DNA病毒或RNA病毒。對于基因分節(jié)段的RNA病毒，如流感病毒、輪狀病毒等，通過交換RNA節(jié)段而進行的重組被稱為重配（reassortment)。重配發(fā)生的機率可高于基因組為單一分子的其他病毒。
表型混合 由于病毒增殖過程中，核酸復制與轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯合成的病毒蛋白分別在細胞的不同部位進行，因此有時兩株病毒共同感染時，并未發(fā)生核酸的交換。但當一種病毒核酸被另一種病毒核酸所編碼的蛋白衣殼包裹后，也會發(fā)生一些生物學特征（如耐藥性，嗜細胞性)的改變。這種改變不是遺傳型的改變而是表型的混合，經(jīng)再次傳代后，子代病毒的特性將由病毒體的核酸所決定，失去了由表型混合而出現(xiàn)的性狀改變。因此在獲得有新生物學特性的病毒株時，應通過傳代，考驗新特性的穩(wěn)定性，以區(qū)別重組體與表型混合。
傳統(tǒng)遺傳學所用的方法和技術(shù)雖很復雜與繁瑣，但在這一階段研究中對病毒基因及功能的分析提供了有意義的成果。例如已知ts變異株常伴有毒力減弱，我國學者將甲型肝炎病毒感染細胞置于相對低的溫度下連續(xù)傳代，結(jié)果篩選出減毒的甲肝病毒株，制備了疫苗，并已用于預防甲型肝炎。此外，重組技術(shù)在目前研制以痘苗病毒為載體的多重新型疫苗中也仍被沿用。利用重配來研究流感病毒的分子流行病學和發(fā)展疫苗也在進行中。傳統(tǒng)病毒遺傳學的優(yōu)點為，將病毒基因改變與生物學特性直接聯(lián)系，能較快地揭示病毒基因的功能。
二、分子遺傳學
20世紀70年代末開始了用分子遺傳學及克隆技術(shù)研究病毒的基因，從而將病毒遺傳學推進到分子遺傳學階段。隨后開展了對病毒基因組的全面研究，即對病毒的全長基因組分別作克隆與核苷酸測序。我國學者已完成對天壇株痘苗病毒（約0.2Mb)的全基因測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與國外痘苗毒株有明顯的差異。此外，還完成了我國甲、乙、丙、戊、庚型肝炎病毒株的全基因測序。核苷酸序列分析僅從結(jié)構(gòu)上了解了病毒基因組，因此還需從病毒基因組的開放讀框（ORF)推導其中編碼蛋白的基因，并分別將基因克隆入表達載體，獲純化蛋白后進行功能研究。由此，可更直接、快速地研究表達基因的結(jié)構(gòu)與功能。應用基因點突變、基因片段缺失、基因片段互換等技術(shù)，可更精確地了解基因片段，甚至是單一核苷酸的改變的意義。此外，通過對自然界分離的各種病毒科、屬、株的一些基因片段的分析和比較，可以了解基因變異的生物學意義。對病毒基因結(jié)構(gòu)與功能的分子生物學研究，已從理論及應用上促進了病毒學的發(fā)展。例如：
病毒基因結(jié)構(gòu)分析 通過對RNbhskgw.cn/shiti/A病毒基因的研究，對甲型流感病毒分析，了解了8個節(jié)段編碼的蛋白功能，從而可對其編碼重要的血凝素抗原進行測序分析，并及時發(fā)現(xiàn)帶有非人來源（禽、豬)流感毒株血凝素的毒株。通過對丙型肝炎病毒基因組分析，發(fā)現(xiàn)有較多的編碼非結(jié)構(gòu)蛋白的基因，其中已可確定編碼病毒RNA多聚酶基因的序列和位置。
病毒保護性表位的確定 根據(jù)核苷酸序列分析，分別克隆與表達不同的病毒包膜蛋白，經(jīng)免疫原性研究，可以確定表達保護性抗原的位點，如在乙型肝炎病毒表達中已確定編碼表面抗原中的“a”決定簇表位（第120～147為氨基酸)是具有保護性的表位。
病毒抗原高變區(qū)的分析 根據(jù)基因分析，HIV的包膜抗原編碼區(qū)（env)中有易發(fā)生突變的高變區(qū)，容易逃逸機體的免疫應答。
與毒力相關(guān)的基因編碼區(qū)分析 狂犬病病毒基因分析發(fā)現(xiàn)，編碼病毒G蛋白第333位氨基酸若由精氨酸變?yōu)?a class="channel_keylink" href="http://bhskgw.cn/pharm/2008/20081222062602_38190.shtml" target="_blank">谷氨酰胺或異亮氨酸，則病毒在神經(jīng)細胞中的增殖及擴散力將大大降低。
耐藥性變異分析 臨床上應用針對病毒酶的藥物后，有時病毒經(jīng)短暫被抑制后又重新復制。分析病毒酶的基因編碼區(qū)可發(fā)現(xiàn)核苷酸序列的變異與耐藥性發(fā)生的關(guān)系。
作用于病毒基因的某些細胞蛋白研究 病毒在細胞內(nèi)復制時常有一些細胞蛋白與某些基因或基因調(diào)控區(qū)（增強子、啟動子)結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯中起作用。分析這些蛋白因子的作用對了解病毒與細胞的相互作用很有價值。
第五節(jié) 病毒的分類
生物的分類是基于對生物體本質(zhì)與特性認識基礎上所形成的。對病毒分類的原則是：①核酸類型與結(jié)構(gòu)（RNA、DNA、雙鏈、單鏈、線狀、環(huán)狀、是否分節(jié)段)；②病毒體的形狀和大��；③病毒體的形態(tài)結(jié)構(gòu)（衣殼的對稱型、有無包膜)；④對脂溶劑的敏感性等。1995年國際病毒分類委員會第一次將病毒分為三大類，即在原有的DNA病毒類與RNA病毒類之間新增了DNA和RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒類。這一新類包括了原屬RNA病毒類的逆轉(zhuǎn)錄病毒科（HIV屬此科)和原屬DNA病毒類的嗜肝DNA病毒科（乙型肝炎病毒屬此科)。這一新動向突出了逆轉(zhuǎn)錄過程，因這兩科病毒均有自RNA病毒向DNA病毒的逆轉(zhuǎn)錄。這一新類病毒的增加也反映了不僅應重視病毒的基因結(jié)構(gòu)，還應重視其基因的轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)譯蛋白質(zhì)的過程。由于逆轉(zhuǎn)錄過程涉及宿主細胞的有關(guān)基因，是研究病毒與細胞互相作用的一個重要環(huán)節(jié)。從此分類學的變化，可以看出病毒與細胞間的相互作用已上升到病毒學的更重要的地位（表－1)。
衛(wèi)星病毒（salelletes)和類病毒（viroids)是一些新的非尋常病毒的致病因子。
衛(wèi)星病毒：多數(shù)與植物病毒相關(guān)，少數(shù)與噬菌體或動物病毒相關(guān)。如腺病毒的衛(wèi)星病毒（dependovirus)。衛(wèi)星病毒可分為兩大類，一類可編碼自身的衣殼蛋白，另一類為衛(wèi)星病毒RNA分子（也曾被稱為virusoid)，需利用輔助病毒的蛋白衣殼。其特點為，是500-2000個核苷酸的單鏈RNA，與缺陷病毒不同，表現(xiàn)為與輔助病毒基因組間無同源性；復制時常干擾輔助病毒的增殖。
類病毒：很小的桿狀RNA分子，由200-400個核苷酸組成，有二級結(jié)構(gòu)，無包膜或衣殼。在細胞核內(nèi)增殖，利用宿主細胞的RNA多聚酶Ⅱ進行復制。
目前認為丁型肝炎病毒是一種特殊的嵌合分子，具有部分衛(wèi)星病毒及部分類病毒的特性。
朊粒（prion)曾亦度歸屬于非尋常病毒的致病因子；但經(jīng)近年深入研究，不少學者認為不宜列入病毒范疇，其生物學地位待定。
