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人类第一种确认的病毒

花匠小妙招
2024-11-23 11:22

由于这次新冠疫情，越来越多的人了解到了新冠病毒，大家对致病性病毒都更加关注。如果问一个问题，哪种病毒是人类发现的第一种病毒？好多人肯定会回答：天花病毒啊，人类被天花病毒折磨了几千年，中国唐代名医孙思邈用取自天花患者口疮中的脓液敷着在皮肤上来预防天花。到明代以后，人痘接种法盛行起来。1796年，英国乡村医生爱德华·詹纳用接种牛痘的方法预防天花，最后人类战胜了天花。

但是这个答案错了。人类真是运气好，我们开始用牛痘预防天花的时候，当时只有简单的光学显微镜，光学显微镜看不到病毒，后来出现电子显微镜后才看到了病毒。现在网上的病毒照片都是通过电子显微镜得到的。

人类确认的第一种病毒不是来自动物，而是植物病毒。人类最早发现的病毒是烟草花叶病毒（Tobacco Mosaic Virus，缩写TMV）。烟草在18世纪就成为了一种重要的经济作物，是国家税收的重要来源之一。烟草感染病毒后会出现叶肉细胞裂变，导致叶片厚薄不均、颜色黄绿相间，叶片出现斑点，呈花叶状，这就是这种病的名称来源。随着病情的发展，叶片会出现大面积褐色坏死斑，严重的会出现叶片扭曲、皱缩。早期发病的烟株节间短缩、矮化、生长缓慢，无法开花结实，抵抗力差，叶片容易脱落，种子量很少，且一般情况下不能正常发芽。禁烟人士或许觉得让烟草花叶病毒把烟草灭了不正好吗？事情没这么简单，这种病毒还可侵染包括茄科、苋科、豆科等36科350多种植物，有极强的生存能力和传染性，对农业有较大的危害。自然成了很多科学家努力解决的问题。

很多科学家在18世纪就逐步意识到传染病是微生物引起的。1886年，在荷兰工作的德国人麦尔（Mayer）把患有花叶病的烟草植株的叶片加水研碎，取其汁液注射到健康烟草的叶脉中，能引起花叶病，证明这种病是可以传染的。通过对叶子和土壤的分析，麦尔指出烟草花叶病是由细菌引起的。当时还没有病毒的概念，认为传染病要么是细菌要么是寄生虫引起的。1892年，俄国的伊万诺夫斯基（Ivanovski）重复了麦尔的试验，证实了麦尔所看到的现象，而且进一步发现，患病烟草植株的叶片汁液，通过细菌过滤器后，还能引发健康的烟草植株发生花叶病。这种现象起码可以说明，治病的病原不是细菌，但伊万诺夫斯基将其解释为是由于细菌产生的毒素而引起。生活在巴斯德的细菌致病说的极盛时代，伊万诺夫斯基未能做进一步的思考，从而错失了一次获得重大发现的机会。当然这也不能全怪他，当时显微镜技术落后，分辨率低。显微镜观察下没有微生物，培养基上也没有菌落生成，推测是毒素也可以理解。

1898年，荷兰细菌学家贝杰林克（Beijerinck）同样证实了麦尔的观察结果，并同伊万诺夫斯基一样，发现烟草花叶病病原能够通过细菌过滤器。但贝杰林克想得更深入。他把烟草花叶病株的汁液置于琼脂凝胶块的表面，发现感染烟草花叶病的物质在凝胶中以适度的速度扩散，而细菌仍滞留于琼脂的表面。从这些实验结果，贝杰林克指出，引起烟草花叶病的致病因子有三个特点：（1）能通过细菌过滤器；（2）仅能在感染的细胞内繁殖；（3）在体外非生命物质中不能生长。根据这几个特点，他提出这种致病因子不是细菌，而是一种新的物质，称为“有感染性的活的流质”，并取名为病毒，拉丁名叫“Virus”。

几乎是同时，德国细菌学家勒夫勒（Loeffler）和费罗施（Frosh）发现引起牛口蹄疫的病原也可以通过细菌滤器，从而再次证明伊万诺夫斯基和贝杰林克的重大发现。

1935年，美国科学家温德尔·斯坦利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(胶体溶液的丁达尔效应)，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。1926年电子显微镜就被发明了，但电子显微镜数量很少而且太贵了，斯坦利当时使用的还是光学显微镜。1938年，德国科学家鲁斯卡用电子显微镜看到了烟草花叶病毒的真身，而此时距离病毒被证实存在已经过去了40年时间。

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）（不知道里面的病毒是否还有活性？）。

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，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。

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学家。

随着技术的进步，人类烟草花叶病毒的了解不断深入。烟草花叶病毒TMV是一种RNA病毒，它有一圆筒状的蛋白质外壳，由很多相同的蛋白质亚基组成；内有一单链RNA分子，沿着内壁在蛋白质亚基间盘旋着。样子看上去怪怪的。

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