病毒:特性、疾病和实验室诊断

病毒是一种基因元件，不能独立于活的宿主细胞进行复制。宿主细胞为病毒蛋白质的复制和合成提供能量和代谢中间体。因为病毒需要合适的活细胞来繁殖，所以病毒被称为病毒专性细胞内寄生虫。

病毒以细胞外或细胞内的形式存在。病毒的细胞外形式被称为病毒病毒粒子或病毒粒子它是一种由蛋白质包裹的含有核酸的微小颗粒。病毒粒子是代谢惰性的，不能产生能量或进行生物合成。病毒颗粒促进病毒从一个宿主细胞传播到另一个宿主细胞。

整个病毒，包括核酸、衣壳、包膜和糖蛋白尖刺，被称为病毒粒子或病毒粒子。

一旦病毒进入新的宿主细胞，它的细胞内状态就开始了，病毒开始复制。利用宿主细胞的结构和代谢成分，病毒形成病毒基因组的新副本，病毒外壳的一部分，并组装新的病毒粒子。最终，子代病毒通过出芽或裂解宿主细胞离开宿主细胞。

病毒的大小和形状

病毒粒子有很多种大小和形状。大多数病毒都小于原核细胞尺寸为0.02 ~ 0.3 μm (20 ~ 300 nm)。因为体积小，病毒可以通过细菌过滤器并且不能被光学显微镜看到。

病毒非常小，所以病毒的常用测量单位是纳米，也就是千分之一微米。

1. 天花病毒是最大的病毒之一，直径约200纳米(约为细菌最小细胞的大小)。
2. 脊髓灰质炎病毒是最小的病毒之一，直径只有28纳米(大约核糖体的大小)。

大多数动物病毒大致是球形的，只有一些例外。

• 狂犬病毒:子弹形
• 埃博拉病毒:丝状的
• 痘病毒:砖状
• 腺病毒:空间飞行器形状

病毒的结构

病毒粒子的结构非常多样，在大小、形状和化学成分上差别很大。

核衣壳

病毒由核酸基因组组成，被一种叫做核酸的蛋白质外壳包围衣壳。基因组和衣壳一起被称为核衣壳。

这种蛋白质外壳是由许多单独的蛋白质分子组成的衣壳体。少数病毒的衣壳中只有一种蛋白质，但大多数病毒都有几种不同的蛋白质。Capsomers在核酸周围以精确和高度重复的模式排列。绒面是可见到的最小的形态单位电子显微镜．

单个病毒粒子可以有大量的荚膜。蛋白质折叠和组装成胶囊的信息通常包含在蛋白质本身的结构中;因此，病毒粒子组装的整个过程被称为自组装。病毒核衣壳是包裹在病毒粒子中的核酸和蛋白质的完整复合物。

病毒对称

病毒的核衣壳是以高度对称的方式构造的。病毒中有三种对称，螺旋的，二十面体的，复合体的．

1. 螺旋对称:杆状病毒有螺旋对称．例如，烟草花叶病毒(TMV)麻疹、腮腺炎流感，狂犬病等。
2. 二十面体对称:二十面体模式是封闭壳内最有效的亚单元排列方式。球形病毒有二十面体对称．它是一个大致球形的对称结构，包含20个面(每个面都是等边三角形)。在二十面体的表面上恰好有60个相同的亚基。大多数病毒都是二十面体对称构造的．例如，脊髓灰质炎病毒、腺病毒等。
3. 复杂的对称:这些是具有复杂或不确定对称性的病毒。例如，天花病毒具有最复杂的病毒粒子结构，由许多不同的蛋白质和脂蛋白组成。噬菌体最复杂的病毒是否就其结构而言二十面体的头部和螺旋状的尾部。

病毒基因组

虽然病毒是非细胞实体，但它们拥有一个编码病毒复制所需信息的基因组。病毒基因组比大多数细胞的基因组都要小。已知最大的病毒基因组是Mimivirus，它由1.18 Mbp的双链DNA组成，比一些细胞基因组更大。有些病毒的基因组非常小，只包含不到5个基因。

病毒有DNA或RNA基因组(相反，所有细胞都有双链DNA基因组)。可以根据病毒粒子中的核酸是DNA还是RNA对病毒进行分类，再根据核酸是DNA还是RNA对病毒进行细分单股(ss)或双股(ds)，线性的，或圆形的。

病毒是唯一由单链DNA和DNA组成的遗传物质的生物双链RNA。

1. 病毒有双链RNA就像它们的基因组:家族中的病毒一种(轮状病毒，科罗拉多蜱热病毒)和Birnaviridae有双链RNA作为它们的基因组。
2. 病毒有单链DNA就像他们的基因组:家族病毒细小病毒科(细小病毒B-19)拥有单链DNA。
3. RNA可以分成几部分存在。流感病毒轮状病毒有一个分节的RNA基因组
4. 几乎所有的病毒都是单倍体，也就是说，它们包含一个基因组的单一副本，但有一个主要的例外逆转录酶病毒这个家族是二倍体(有两份RNA基因组)。

大多数病毒基因组是线性的，但有些病毒基因组是圆形的。基因组由DNA组成的病毒沿着中心排列分子生物学的教条金宝搏beat亚洲体育真人荷官但RNA病毒是这个规则的例外。无论基因组结构如何，所有病毒都必须合成信使RNA (mRNA)，然后由宿主细胞的翻译机制(核糖体)翻译。

病毒的信封

有些病毒是裸露的(非包膜病毒称为裸病毒)，而其他人拥有lipid-containing层在核衣壳周围的叫做an信封。

包膜病毒在核衣壳周围有一层膜。病毒包膜由一个脂质双分子层组成，来源于宿主细胞的膜。内含病毒膜蛋白，通常是由病毒基因编码的糖蛋白。糖蛋白峰值从病毒表面延伸，作为附着投影或酶(例如，神经氨酸酶)。

当病毒粒子的包膜与宿主细胞初次接触时，它就控制了病毒感染的特异性。病毒特异性包膜蛋白对于病毒粒子在感染期间附着于宿主细胞至关重要。病毒通过它们的糖蛋白尖刺附着在宿主细胞膜上的特定受体上。这种相互作用的特异性决定了宿主和宿主内的细胞。

有包膜的病毒粒子对脂质溶剂如乙醚和氯仿敏感。它们感染细胞的能力被这些溶剂灭活。裸病毒不受脂质溶剂的影响。

病毒粒子中的酶

虽然大多数病毒粒子缺乏自身的酶，但有些病毒粒子含有一种或多种病毒特异性酶。这些酶在感染和复制过程中发挥作用。下表总结了一些常见的病毒酶及其作用。

酶的名称	携带它的病毒粒子	功能
溶菌酶	噬菌体	噬菌体利用溶菌酶在细菌细胞壁上凿出一个小孔，通过小孔将核酸注入宿主细胞质中。在噬菌体感染后期产生的溶菌酶有助于溶解细菌细胞壁并释放子代病毒。
rna依赖性DNA聚合酶(逆转录酶)	逆转录酶病毒	逆转录酶转录病毒RNA形成DNA中间体
RNA聚合酶	RNA病毒	因为细胞不能从RNA模板中合成DNA或RNA
神经氨酸苷酶	某些动物病毒	切割动物细胞结缔组织糖蛋白和糖脂中的糖苷键，并帮助病毒粒子从宿主细胞中释放。

病毒性疾病

临床上重要的常见病毒及其引起的疾病列于本表;

引起疾病的病毒名称	疾病或状况的名称
单纯疱疹病毒1型和2型	面部和生殖器出现疼痛的水泡
水痘一带状疱疹病毒	水痘(水痘)多见于儿童，带状疱疹(带状疱疹)
巨细胞病毒	先天畸形
巴尔病毒	传染性单核细胞增多
人类疱疹病毒8号	卡波济氏肉瘤
乙型肝炎病毒	病毒性肝炎
痘病毒	天花
腺病毒	URTI和LRTI(主要是咽炎和肺炎)
乳头状瘤病毒	皮肤和粘膜上的乳头状瘤;有些菌株会引起宫颈癌。
细小病毒B19	面颊拍打综合症
麻疹病毒	麻疹
腮腺炎病毒	流行性腮腺炎
风疹病毒	风疹
狂犬病毒	狂犬病(致命脑炎)
丙型肝炎病毒	慢性肝炎，易患肝癌
人类t细胞嗜淋巴病毒	t细胞白血病和热带痉挛性麻痹
人体免疫缺陷病毒	艾滋病
脊髓灰质炎病毒	小儿麻痹症(无菌性脑膜炎和麻痹)
鼻病毒	普通感冒
轮状病毒	小儿肠胃炎
甲型肝炎病毒	肝炎
诺瓦克病毒	肠胃炎，尤其是成人
戊型肝炎病毒	经粪口途径感染的肝炎

病毒感染的实验室诊断

病毒感染的诊断可以通过几种方法建立，通常一起使用，即:

1. 在从适当部位采集的标本中检测病毒颗粒。
2. 血液或体液中病毒抗原(Ag)的检测
3. 检测特定抗病毒抗体(抗体滴度升高或存在IgM抗体)或检测存在细胞介导免疫反应的血清学程序。
4. 病毒核酸检测在病人血液或身体细胞中的病毒核酸检测
5. 从适当的临床标本中培养传染性病毒。
6. 在感染部位细胞的细胞学或组织学检查中存在病毒细胞病变效应(CPE)

病毒的显微鉴定

病毒可以通过对临床标本(如活检材料或皮肤病变)的直接显微镜检查来检测和识别。目前有三种不同的显微技术在使用:

• 光镜:显示特征性包涵体或多核巨细胞。例:Tzanck涂片显示水泡性皮损中疱疹病毒诱导的多核巨细胞(mgc)。
• 紫外显微镜:用于感染细胞内病毒的荧光抗体染色。
• 电子显微镜:它检测病毒颗粒，这是进一步表征其大小和形态。

病毒实验室诊断的血清学程序

• 一个抗体滴度上升对病毒可以用来诊断病毒感染。在急性期(一旦怀疑病毒病因)获得血清样本，在恢复期(10-14天后)获得第二份样本。如果恢复期血清样本中的抗体滴度比急性期血清样本中的抗体滴度至少高4倍，则认为患者感染。
• 在一些已知截止滴度的病毒性疾病中，抗体滴度高于截止值的患者可被视为感染和感染
• 在其他病毒性疾病中，IgM抗体的存在是诊断性的。一抗反应由IgM控制(主要产生)。

病毒抗原的检测

各种测试，比如ELISAEFA等可检测患者血液或活检材料中是否存在病毒抗原。为了诊断肝炎病毒感染可以检测到HBsAg(肝炎病毒表面抗原)或HBeAg(肝炎病毒e抗原)．同样，检测p24病毒抗原是最重要的感染爱滋病病毒的诊断方法。

病毒核酸检测

病毒核酸检测是一种灵敏、快速的实验室诊断方法。它需要使用聚合酶链式反应通过使用特定引物(在进行PCR时)和探针(在检测特定序列时)扩增样本中存在的病毒基因组和检测该特定病毒的特定基因序列。RNA病毒检测目前用于监测HIV感染的过程和评估患者的进展。

在细胞培养物中鉴定病毒

病毒是专性细胞内寄生虫，所以我们不能在普通培养基中培养它们(就像我们培养细菌和真菌一样)，需要活细胞来生长和繁殖。病毒在细胞培养中的生长可产生特征性细胞病变效应(CPE)，这有助于我们进行推定诊断。如果特定的病毒不产生细胞病变效应，它的存在可以通过几种其他技术检测，如免疫荧光测定(例如免疫荧光测定)。DFA，IFA)，放射免疫检定法(RIA)，血液吸附，受感染细胞产酸减少，ELISA，补体结合，血凝抑制法，中和等。

参考文献和进一步阅读

1. 医学微生物学与免疫学综述:临床传染病指南，15e Levinson澳门金博宝188官方网站 W, Chin-Hong P, Joyce EA, Nussbaum J和Schwartz B. Lange, Mc Graw Hill。
2. Madigan Michael T, Bender, Kelly S, Buckley, Daniel H, Sattley, W. Matthew， & Stahl, David A.(2018)。布罗克微生物生物学“，(第15版)。皮尔森。
3. 卢滕，J.(2016)。病毒结构和分类。基本人类病毒学, 19-29。https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800947-5.00002-8