病毒的发现
病毒的发现
只要有生命的地方，就有病毒存在;病毒很可能在第一个细胞进化出来时就存在了。病毒起源于何时尚不清楚，因为病毒不形成化石，也就没有外部参照物来研究其进化过程，同时病毒的多样性显示它们的进化很可能是多条线路的而非单一的。分子生物学技术是目前可用的揭示病毒起源的方法;但这些技术需要获得远古时期病毒DNA或RNA的样品，而目前储存在实验室中最早的病毒样品也不过90年。
关于病毒所导致的疾病，早在公元前3～前2世纪的印度和中国就有了关于天花的记录。但直到19世纪末，病毒才开始逐渐得以发现和鉴定。1884年，法国微生物学家查理斯·尚柏朗发明了一种细菌无法滤过的过滤器，他利用这一过滤器就可以将液体中存在的细菌除去。1892年，俄国生物学家伊凡诺夫斯基在研究烟草花叶病时发现，将感染了花叶病的烟草叶的提取液用烛形滤器过滤后，依然能够感染其他烟草。于是他提出这种感染性物质可能是细菌所分泌的一种毒素，但他并未深入研究下去。当时，人们认为所有的感染性物质都能够被过滤除去并且能够在培养基中生长，这也是疾病的细菌理论的一部分。1899年，荷兰微生物学家马丁乌斯·贝杰林克重复了Ivanovsky的实验，并相信这是一种新的感染性物质。他还观察到这种病原只在分裂细胞中复制，由于他的实验没有显示这种病原的颗粒形态，因此他称之为可溶的活菌，并进一步命名为病毒。贝杰林克认为病毒是以液态形式存在的(但这一看法后来被温德尔·梅雷迪思·斯坦利推翻，他证明了病毒是颗粒状的)。同样在1899年，FriedrichLoeffler和PaulFrosch发现患口蹄疫动物淋巴液中含有能通过滤器的感染性物质，由于经过了高度的稀释，排除了其为毒素的可能性;他们推论这种感染性物质能够自我复制。
20世纪早期，英国细菌学家FrederickTwort发现了可以感染细菌的病毒，并称之为噬菌体。随后法裔加拿大微生物学家FélixdHerelle描述了噬菌体的特性:将其加入长满细菌的琼脂固体培养基上，一段时间后会出现由于细菌死亡而留下的空斑。高浓度的病毒悬液会使培养基上的细菌全部死亡，但通过精确的稀释，可以产生可辨认的空斑。通过计算空斑的数量，再乘以稀释倍数就可以得出溶液中病毒的个数。他们的工作揭开了现代病毒学研究的序幕。
20世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，大多数能够感染动物、植物或细菌的病毒在这数十年间被发现。1957年，马动脉炎病毒和导致牛病毒性腹泻的病毒(一种瘟病毒)被发现。1963年，巴鲁克·塞缪尔·布隆伯格发现了乙型肝炎病毒。1965年，霍华德·马丁·特明发现并描述了第一种逆转录病毒，这类病毒将RNA逆转录为DNA的关键酶，逆转录酶在1970年由霍华德·特明和戴维·巴尔的摩分别独立鉴定出来。1983年，法国巴斯德研究院的吕克·蒙塔尼和他的同事弗朗索瓦丝·巴尔－西诺西首次分离得到了一种逆转录病毒，也就是现在世人皆知的艾滋病毒。其二人也因此与发现了能够导致子宫颈癌的人乳头状瘤病毒的德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森分享了2008年的诺贝尔生理学与医学奖。
病毒的结构
病毒的形状和大小(统称形态)各异。大多数病毒的直径在10～300纳米。一些丝状病毒的长度可达1400纳米，但其宽度却只有约80纳米。大多数的病毒无法在光学显微镜下观察到，而扫描或透射电子显微镜是观察病毒颗粒形态的主要工具，常用的染色方法为负染色法。
一个完整的病毒颗粒被称为“病毒体”，是由蛋白质组成的具有保护功能的“衣壳”和被衣壳包被的核酸组成。形成衣壳的等同的蛋白质亚基称为“次蛋白衣”或“壳粒”。有些病毒的核衣壳外面，还有一层由蛋白质、多糖和脂类构成的膜，叫做“包膜”，包膜上生有“刺突”，如流感病毒。衣壳是由病毒基因组所编码的蛋白质组成的，它的形状可以作为区分病毒形态的基础。通常只需要存在病毒基因组，衣壳蛋白就可以自组装成为衣壳。但结构复杂的病毒还会编码一些帮助构建衣壳的蛋白质。与核酸结合的蛋白质被称为核蛋白，核蛋白与核酸结合形成核糖核蛋白，再与衣壳蛋白结合在一起就形成了“核衣壳”。病毒的形态一般可以分为以下四种:
1.螺旋形
螺旋形的衣壳是由壳粒绕着同一个中心轴排列堆积起来，以形成一个中空的棒状结构。这种棒状的病毒体可以是短而刚性的，也可以是长而柔性的。具有这种形态的病毒一般为单链RNA病毒，被研究得最多的就是烟草花叶病毒，但也有少量单链DNA病毒也为螺旋形;无论是哪一种病毒，其核酸都通过静电相互作用与衣壳蛋白结合(核酸带负电而衣壳蛋白朝向中心的部分带正电)。一般来说，棒状病毒体的长度取决于内部核酸的长度，而半径取决于壳粒的大小和排列方式。用于定义这种螺旋形态的参数有两个:amplitude和pitch。前者即直径，而后者是指壳粒环绕一周后所前进的距离。
2.正二十面体
大多数的动物病毒为正二十面体或具有正二十面体对称的近球形结构。二十面体具有5－3－2对称，即每个顶点为5重对称，每个面的中心为3重对称，每条边的中心为2重对称。病毒之所以采用这种结构的一个很重要的原因可能是，规则的二十面体是相同壳粒形成封闭空间的一个最优途径，可以使所需的能量最小化。形成二十面体所需的最少的等同的壳粒的数量为12，每个壳粒含有5个等同的亚基。但很少有病毒只含有60个衣壳蛋白亚基，多数正二十面体形病毒的亚基数量大于60，为60的倍数，倍数可以是3、4、7、9、12或更多。由于二十面体的对称性，位于顶点的壳粒周围有5个壳粒环绕，被称为“penton”;而位于三角形面中心的壳粒周围有6个壳粒环绕，被称为“hexon”。
3.包膜型
一些病毒可以利用改造后的宿主的细胞膜(来自细胞表面的质膜或细胞内部的膜，如核膜及内质网膜)环绕在病毒体周围，形成一层脂质的包膜。包膜上既镶嵌有来自宿主的膜蛋白，也有来自病毒基因组编码的膜蛋白;而脂质膜本身和其中的糖类则都来自宿主细胞。包膜型病毒位于包膜内的病毒体可以是螺旋形或正二十面体形的。
无包膜的病毒在宿主细胞内完成复制后，需要宿主细胞死亡并裂解后，才能逸出并进一步感染其他细胞。这种方法虽然简单，但常常造成大量非成熟细胞死亡，反而降低了对宿主细胞的利用率。而有了包膜之后，病毒可以通过包膜与宿主的细胞膜融合来出入细胞，而不需要造成细胞死亡。流感病毒和艾滋病毒采用的就是这种策略。大多数的包膜型病毒的感染性都依赖于包膜。
4.复合型(https://www.daowen.com)
一个典型的有尾噬菌体的结构包括:①头部;②尾部;③核酸;④头壳;⑤颈部;⑥尾鞘;⑦尾丝;⑧尾钉;⑨基板。与以上三类病毒形态相比，复合型病毒的结构复杂得多，它们的衣壳既非完全的螺旋形又非完全的正二十面体形，可以有附加的结构，如蛋白质组成的尾巴或复杂的外壁。有尾噬菌体和痘病毒都是比较典型的复合型病毒。
有尾噬菌体在噬菌体中数量最多，其壳体由头部和尾部组成，头部呈正二十面体对称，尾部呈螺旋对称，头部和尾部之间通过颈部相连。此外噬菌体的尾部还附着有一些尾鞘、尾丝和尾钉等。其头壳中包裹着噬菌体的基因组，而尾部的各个组件则在噬菌体感染细菌的过程中发挥作用。
痘病毒是一种具有特殊形态的体形较大的复合型病毒。其病毒基因组与结合蛋白位于被称为拟核的一个中心区域。拟核被一层膜和两个未知功能的侧体所围绕。痘病毒具有外层包膜，包膜外有一层厚的蛋白质外壳布满整个表面。痘病毒的形态有轻微的多态性，从卵状到砖块状都有。
拟菌病毒是目前已知最大的病毒，其衣壳直径达400纳米，体积接近小型细菌，且表面布满长达100纳米的蛋白质纤维丝。在电镜下观察到的拟菌病毒呈六边形，因此推测其衣壳应为二十面体对称。
病毒的自我复制过程
由于病毒是非细胞的，无法通过细胞分裂的方式来完成数量增长;它们是利用宿主细胞内的代谢工具来合成自身的拷贝，并完成病毒组装。不同的病毒之间生命周期的差异很大，但大致可以分为六个阶段:
(1)附着:首先是由病毒衣壳蛋白与宿主细胞表面特定受体之间发生特异性结合。这种特异性决定了一种病毒的宿主范围。例如，艾滋病毒只能感染人类的T细胞，因为其表面蛋白gp120能够与T细胞表面的CD4分子和受体结合。这种吸附机制通过不断的进化，使得病毒能够更特定地结合那些它们能够在其中完成复制过程的细胞。对于带包膜的病毒，吸附到受体上可以诱发包膜蛋白发生构象变化从而导致包膜与细胞膜发生融合。
(2)入侵:在病毒体附着到宿主细胞表面之后，通过受体介导的胞吞或膜融合进入细胞，这一过程通常被称为“病毒进入”。感染植物细胞与感染动物细胞不同，因为植物细胞有一层由纤维素形成的坚硬的细胞壁，病毒只有在细胞壁出现伤口时才能进入。一些病毒，如烟草花叶病毒可以直接在植物内通过胞间连丝的孔洞从一个细胞运动到另一个细胞。与植物一样，细菌也有一层细胞壁，病毒必须通过这层细胞壁才能够感染细菌。一些病毒，如噬菌体，进化出了一种感染细菌的机制，将自己的基因组注入细胞内而衣壳留在细胞外，从而减少进入细菌的阻力。
(3)脱壳:病毒的衣壳被病毒或宿主细胞中的酶降解，使得病毒的核酸得以释放。
(4)合成:病毒基因组完成复制、转录(除了正义RNA病毒外)以及病毒蛋白质合成。
(5)组装:将合成的核酸和蛋白质衣壳各部分组装在一起。在病毒颗粒完成组装之后，病毒蛋白常常会发生翻译后修饰。在诸如艾滋病毒等一些病毒中，这种修饰作用(有时被称为成熟过程)，可以发生在病毒从宿主细胞释放之后。
(6)释放:无包膜病毒需要在细胞裂解(通过使细胞膜发生破裂的方法)之后才能得以释放。对于包膜病毒则可以通过出泡的方式得以释放。在出泡的过程中，病毒需要从插有病毒表面蛋白的细胞膜结合，获取包膜。
艾滋病病毒
