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病毒史:病毒何时出现?从何而来?


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History of Viruses

病毒史

没有人知道病毒是何时出现的,也没有人知道它们从何而来,因为病毒不会在历史上留下化石等足迹。现代病毒被认为是由核酸片段组成的马赛克,这些核酸片段是在它们各自的进化路径上从不同来源获得的。病毒是不属于任何王国的无细胞寄生实体。与大多数生物体不同,病毒不是细胞,不能分裂。相反,它们感染宿主细胞,利用宿主的复制过程产生相同的后代病毒颗粒。

病毒感染各种生物,如细菌、植物和动物。它们存在于一个生物和一个非生命实体之间的空间。生物生长、代谢和繁殖。病毒复制,但要做到这一点,它们完全依赖于宿主细胞。它们不进行代谢或生长,而是以成熟的形式进行组装。

图1所示。烟草花叶病毒(图左)是第一个被发现的病毒。该病毒在烟草和其他植物中引起疾病,如兰花(右)。(鸣谢 a:米国农业部农业研究服务署(USDA-ARS);鸣谢 b:修改工作由米国农业部林业局,北卡罗莱纳州立大学植物病理档案系提供;比例尺数据来自马特·罗素)

发现与检测

病毒最早是在一种叫做Chamberland-Pasteur的陶瓷过滤器被发明之后被发现的,这种过滤器可以清除显微镜下任何液体样本中可见的所有细菌。1886年,阿道夫·迈耶(Adolph Meyer)证明了一种烟草植物疾病——烟草花叶病,可以通过液体植物提取物从患病植物转移到健康植物。1892年,德米特里·伊万诺夫斯基(Dmitri Ivanowski)证明,即使是在巴氏过滤器从提取物中去除所有活的细菌之后,也可以通过这种方式传播这种疾病。然而,要证明这些“可过滤”的传染因子不是简单的非常小的细菌,而是一种新型的非常小的致病颗粒,还需要很多年。

病毒粒子,单一病毒粒子,非常小,直径约20-250纳米。这些单独的病毒颗粒是宿主细胞外病毒的传染形式。与细菌(大约大100倍)不同,我们不能用光学显微镜看到病毒,除了痘病毒(poxvirus)家族的一些大型病毒粒子。直到电子显微镜的发展在1930年代末期,科学家们得到了他们的第一个好对烟草花叶病毒(TMV)的结构(图1)(图2)和其他病毒。病毒粒子的表面结构可以通过扫描和透射电子显微镜观察到的,而病毒的内部结构只能从透射电子显微镜中观察到的图像。利用这些技术发现了各种生物体内的许多病毒。最初将它们按共享的形态分类。后来,根据病毒所含核酸的类型,DNA或RNA,以及它们的核酸是单链还是双链来分类。最近,病毒复制周期的分子分析进一步完善了它们的分类。

图2。在这些透射电子显微照片中,(a)病毒与它感染的细菌细胞相比是小巫见大巫,而(b)这些大肠杆菌细胞与培养的结肠细胞相比也是小巫见大巫。(鸣谢 a:修改工作由米国能源部,科学办公室,LBL, PBD提供;鸣谢 b:修改工作由J·P·纳塔罗和S·西尔斯提供,未公开数据,米国疾病控制与预防中心(CDC);比例尺数据来自马特·罗素)

病毒的进化

尽管生物学家已经积累了大量关于当今病毒如何进化的知识,但是对于病毒最初是如何起源的却知之甚少。在探索大多数生物的进化史时,科学家可以查看化石记录和类似的历史证据。然而,病毒不会变成化石,因此研究人员只能通过研究今天的病毒是如何进化的,以及利用生化和遗传信息来创建推测性的病毒历史,来推测病毒的进化史。

虽然大多数发现都同意病毒没有一个共同的祖先,但学者们还没有找到一个关于病毒起源的、在该领域是完全被接受、可完全解释病毒及其特征的单一假设。然而,有三种假设是最被接受的:

@退化假说。这一假说提出病毒是由自由活细胞演变而来,以此来解释病毒的起源。然而,这个过程如何发生的许多组成部分仍然是一个谜。

@逃逸或进步假说。这一假说解释了携带RNA或DNA基因组的病毒,并认为病毒起源于从宿主细胞中逃逸出来的RNA和DNA分子。然而,这一假说并不能解释病毒粒子上复杂的衣壳和其他结构。

@自我复制假说。这个假说假定了一个类似于其他自我复制分子的自我复制系统,该系统可能与它们所依赖的宿主细胞一起进化。一些植物病原体的研究支持这一假说。

研究病毒起源和进化的另一个问题是它们的高突变率,特别是像HIV/AIDS这样的RNA逆转录病毒。

随着技术的进步,科学家们将发展和完善进一步的假说来解释病毒的起源——或者创造新的假设。新兴的病毒分子系统学试图通过比较序列遗传物质来做到这一点。这些研究人员希望有一天能更好地了解病毒的起源,这一发现可能会导致对病毒所产生的疾病的治疗取得进展。

MV:

高嘉朗发起,17位志愿者演唱

《无名的你》

致敬那些无名的抗疫医护英雄

翻译与编辑:Lauretta、林擒、Lyu

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