七年级生物病毒的发现与研究历史.pdf
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1、病毒的发现与研究历史 一、病毒病由来已久 地球上的人类, 其他动物和植物遭受病毒病的折磨已有许多世纪。许多记述表明至少在 公元前二至三个世纪印度和中国就存在天花,中国从公元十世纪宋真宗时代就有接种人痘预 防天花的记载了。在明代隆庆年间(1567-1572 ) ,人痘预防天花推行甚广,先后传至俄国、 日本、朝鲜、土耳其及英国。1796 英国医生琴纳(Jenner ) ,才得出了结论,牛痘可能使人 预防天花,并在英国及欧洲大陆普遍应用,挽救了千百万人的生命。 除了文字记载外,考古学的发现也说明早就存在某些人类病毒病。在古埃及石刻浮雕中 一个主要人像就带有患过引起跛足的脊髓灰质炎的标记。 古埃及石刻
2、浮雕 在家畜的病毒病中,狂犬病可能是最早有记载的。此病毒病一般与疯狗有关。阿里斯多 德( Aristotle)在公元前四世纪就记述了病犬的疯狂和暴怒,通过咬啮还能将病魔传给其 他的动物,此病也能传染给人(人畜共患疾病),在人体上这种病常被称作恐水病。法国人 巴斯德( Pasteur )在 1884 年发明了狂犬疫苗。 巴斯德 (1822-1895) 法国著名科学家发明巴氏消毒法、1884 年研制成功狂犬疫苗 昆虫病毒病可能同高等动、植物的病毒病一样历史悠久。十二世纪中叶我国 农书 (1149 年出版)中,已有关于家蚕“高节”、 “脚肿”等病症的记载。这就是我们现在所知 家蚕核型多角体病毒。而国
3、外直到十九世纪中叶,Cornelia和 Maestri才记述了家蚕 的黄疸病或多角体病的症状。 第一个记载的植物病毒病的是郁金香碎色病,因为至今荷兰阿姆斯特丹的Rijks博物馆 还保存着一张1619 年荷兰画师的一幅得病的郁金香静物画。据记载一个得病郁金香球茎竟 能换来牛、 猪、羊甚至成吨的谷物或上千磅的奶酪。在1634-1637 年的荷兰,这种嗜好达到 了可称做 “郁金香热” 的高潮。 使我们知道在十七世纪就存在一种植物病毒病-郁金香碎 色病。 郁金香静物画 二、病毒的发现与发现者 Adolf Mayer 被烟草的一种病态吸引住了,其症状是感染叶子上出现深、浅相间的绿色 区域,故麦尔在188
4、6 年称为烟草花叶病。通过对叶子和土壤的分析麦尔指出不能把此病归 于无机物平衡失调。这可能是一个细菌病。 1892 年从事烟草病工作的年青的俄国科学家伊万诺夫斯基(Ivanovski)发现感受花叶 病的叶汁, 即使经过Chamberland 氏烛形滤器的过滤也仍具有传染的性质。这项观察提示了 存在一种比以前所知的任何一种都小的病原,他认为该病是由产生毒素的细菌引起的。 1898 年,荷兰科学家贝杰林克(Beijerinck)重复了伊万诺夫的实验,他从患花叶病的 烟草叶中挤出汁液,并使之通过Chamberland 氏滤器。 表明滤液仍有侵染性。贝杰林克相信 他的滤器阻挡住了细菌。将汁液置于琼脂凝
5、胶块的表面时,发现侵染性物质在凝胶中以适当 的速度扩散, 而细菌仍滞留于琼脂的表面。因此认为这种侵染性物质要比通常的细菌小。贝 杰林克用“病毒(Virus)”来命名这种史无前例的小病原体。不难看出真正发现病毒存在的 是贝杰林克。 Chamberland 氏滤器 伊万诺夫斯基和贝杰林克通过他们创造性工作发现了烟草花叶病毒,从而开创了病毒学 独立发展的历程。 伊凡诺夫斯基, 俄罗斯著名科学家1892 年发 现烟草花叶病病源的滤过性 贝杰林克(1851-1931) 荷兰著名科学家, 1898 年发现病毒 三、病毒学的发展历程 病毒病害的病原研究阶段;病毒化学和结构研究阶段。 (一)病毒病害的病原研究
6、阶段 自病毒发现直到上个世纪30 年代初,病毒学研究主要集中在:分离和鉴定引起各种病 毒性疾病的病毒;病毒对疾体所引起的特异性病理效应;病毒的传播方式和感染宿主范围; 各种理化因子对病毒感染的影响等方面。 在病毒发现的那一年,1898 年德国细菌学家勒夫勒和弗施(Loeffler和 Frosch )证实 了口蹄疫病毒 (Foot-and-mouth disease virus)的存在。 1911 年 ,劳斯 (Rous) 发现了引起鸡 的恶性肿瘤的劳斯肉瘤病毒(Rous sarcoma virus, RSV) 。1915-1917 年, 托特和德爱莱尔 (Twort 和 dHerelle )分
7、别发现了噬菌体。人们通过过滤性试验,相继发现了近百种病毒 病害,包括流感、骨髓灰质炎、几种脑炎、狂犬病、兔的粘液瘤、马铃薯花叶病、卷叶病、 和条斑病、 黄瓜花叶病、 小麦花叶病等。而且人们从解决病害观点出发,在机体水平上研究 了病毒感染的症状、传播途径、传播介体以及病毒的繁殖特征。1899 年古巴流行黄热病, 细菌学家里德( Reed)证明罪犯确实是伊蚊。接着日本人高见(Takami)证明一种叶蝉会传 水稻矮花病,蚜虫会传马铃薯退化病。300 多年前( 1619 年)就知道的郁金香碎色病直到 1929 年才证明是蚜虫传的。这时期还发现了一些非常有趣的病毒生物学现象,如一种病毒 通过变异, 产生
8、致病力强弱不等毒株。而且同一种病毒的不同毒株彼此间有拮抗,称干扰现 象。还有人发现把病植株的汁液注入到动物体内后,动物的血清和病汁液起特异的反应。这 些研究成果都对当时防治病毒病起了重要作用。 在这一阶段,人们对病毒本质的认识还很肤浅,认为病毒是一种与细菌类似的病原体, 所不同的仅在于病毒必须在生活的细胞内才能繁殖,再就是体积十分微小,以致在显微镜下 不能见到,能够通过细菌滤器。这也正是在那一时期把病毒称之为“超显微的滤过性病毒” 的原因。 (二)病毒的化学和结构研究阶段 1935 年,美国生化学家斯坦利(Stanley )发现烟草花叶病毒的侵染性能被胃蛋白酶破 坏,在这一现象的启示下,他几乎
9、磨了上吨重的感染花叶病的烟叶,企图用提酶的方法把病 毒提纯出来。他得到了一小匙在显微镜下看来是针状结晶的东西,把结晶物放在少量水中, 水就出现乳光了,用手指沾一点这溶液,在健康烟叶上磨擦几下,一星期以后这棵烟草也得 了同样类型的花叶病。可见提纯的东西的确是有侵染性的烟草花叶病毒。今天在美国加州大 学的原来斯坦利实验室里,仍然保留着一个标注着“Tob. Mos. ”字样的瓶子,其中就盛着 当年第一次提纯的烟草花叶病毒(简称TMV ) 。 根据各种试验结果,证明这种结晶物质是蛋白质,初步的渗透压和扩散测定表明,这种 蛋白质的分子量高达几百万。其结晶制品的侵染性依赖于蛋白质的完整性,侵染性被认为是
10、病毒蛋白质的一种性质。Stanley 的研究论文1953 年发表在Science 杂志上,他在论文中 写道: “烟草花叶病毒是一种具有自我催化能力的蛋白质,它的增殖需要活体细胞的存在”。 在获得 TMV结晶之后的将近20 年时间里,许多其他病毒也相继被结晶出来,1955 年, Scaffer 和 Schwerdt成功地结晶了脊髓灰质炎病毒,它是第一个被结晶出来的动物病毒。然而, Stanley在他的结晶工作中,并未注意到病毒的含磷组分,1936 年 Bawden和 Pirie等在纯 化的 TMV中发现了含磷和糖类的组分,它们以核糖核酸的形式存在,通过热变化,这种核 酸可以从病毒粒子中释放出来,
11、这一发现也被Stanley不久证实, Stanley及其同事证实几 种不同植物病毒的核酸也能从核蛋白的形式中被分离出来。 鲁斯( 1879-1970)美国著名病毒学家,证明 动物的癌症由病毒引起,1996 年获诺贝尔生 理学医学奖 斯坦利( 1904-1971)美国著名化学家,1935 年提纯了烟草花叶病毒,1946 年获得诺贝尔 奖 TMV的结晶及其化学本质的发现是对医学和生物科学的巨大贡献,它不仅引导人们从分 子水平去认识生命的本质,而且为分子病毒学和分子生物学的诞生奠定了基础。鉴于 Stanley在 TMV研究中的突出贡献,1946 年他被授予诺贝尔奖,这是病毒学领域第一个获此 殊荣的科
12、学家。 2、电子显微镜的应用 最初从电子显微镜照片上看到的病毒是一些几乎类似的微粒,1939 年, G.A.Kansche 在电镜下直接观察到了TMV ,指出 TMV是一种直径为1.5nm,长为 300nm的长杆状的颗粒, 而番茄黄化花叶病毒(Tomato yellow mosaic virus, TYMV)颗粒为球形,直径为25nm 。 电子显微镜 早期电镜学家获得的最令人振奋的发现之一是细菌病毒-噬菌体, dHerelle的噬 菌体最初的电镜照片曾引起很大的轰动。噬菌体虽然非常微小,仅为10nm ,但它们具有高 度整齐而复杂的结构,它们有圆的头和起初被认为是尾巴的附属物,像个小蝌蚪。 在争
13、论多 年以后, 确定了噬菌体的附属物没有运动的功能,但它对噬菌体吸附于细胞表面和注射传染 性核酸进入到细胞中却起了重要的作用。 病毒学研究的化学时期,还有一些比较重要的进展,1934 年 M.Schlesinger获得了纯 化的噬菌体, 1938 年 W.J.Elford测定了各种病毒颗粒大小等。但总的说来,这一阶段,病 毒学工作者主要采用敏感动物(如小白鼠)或动物胚胎(如鸡胚)来研究病毒,分离鉴定了 近百种病毒。 同时在机体水平上研究了病毒的繁殖、发病机理和免疫反应等。只是微生物学 的一个分支。同时,对病毒化学本质的了解也较为肤浅,对病毒的概念这一时期,病毒学 虽有很大的进展,但尚未形成独立
14、学科,它还尚有很大争论,众说纷纭。 小鼠 鸡胚 (三)病毒研究的细胞水平时期 这一时期, 包括本世纪40 年代至 60 年代。 在此期间, 病毒学不论是在理论上还是在实 践上都有很大的发展,逐步形成了一门独立的学科。由于这个时期对病毒的化学本质有了更 清晰的认识,因而也有了较为统一的、明确的病毒概念。 1、 利用大肠杆菌研究噬菌体的感染过程取得了迅速发展。以 M.Delbruck和 A.D.Hershey 等领导的“噬菌体小组”围绕噬菌体与感染细菌细胞的相互关系进行了大量而深入的研究。 这一时期的突出贡献在于:1940 年 M.Delbruck阐明了噬菌体的复制周期;1950 年 A.Lwof
15、f 揭示了溶原性噬菌体诱导的原理;1952 年 A.D.Hershey证明了噬菌体DNA的感染性; 1952 年 N.D.Zinder发现了噬菌体的转导现象;1952 年 E.Wollman 发现了溶原性噬菌体。 2、组织培养技术开始应用于动物病毒的研究。我国学者黄祯祥早在1943 年就利用鸡胚 组织块在试管内进行病毒传代、定量滴定及中和试验。我国已故微生物学和病毒学的奠基人 高尚荫院士, 1958 年在国际病毒学研讨会上宣读了培养脓细胞的组织培养方法研究论 文,从此揭开了中国昆虫病毒学研究的新篇章。许多学者采用这一新技术,相继分离了上百 种过去对动物不敏感的新病毒,如腺病毒、副流感病毒、鼻病
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