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我們日常很多疾病都由「病毒」引起,「病毒」這名詞聽就聽得多了,不過仍然有不少人將「病毒」(Virus) 跟「細菌」(Bacteria) 混淆,其實「病毒」到底是什麽?

 

病毒 (Virus)

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病毒是什麽?

「病毒」是一種很奇怪的東西,它是種具有「細胞感染性」的「亞顯微粒子」 (Submicroscopic Particles),可以入侵感染並利用宿主的「細胞系統」進行自我複製,但無法獨立生長和複製,必須寄生在其他生物體內。「病毒」可以感染所有的具有「細胞」(Cell) 的生命體。它們在寄主「細胞」內可以繁殖和遺傳,所以算是具有生命的物體。但是當「病毒」離開寄主時便沒有任何生命跡象,又因「病毒」的構造過於簡單,還不夠資格稱為「細胞」(Cells),可以說「病毒」是一種【介乎生物與非生物之間的奇異物體】。

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病毒的起源

只要有生命的地方,就有「病毒」存在;「病毒」很可能在第一個「細胞」進化出來時就存在了。「病毒」起源於何時尚不清楚,因為「病毒」不形成化石,也就沒有外部參照物來研究其進化過程,同時「病毒」的多樣性顯示它們的進化很可能是多條線路的而非單一的。「分子生物學技術」(Molecular Biology Techniques) 是目前可用的揭示「病毒」起源的方法;但這些技術需要獲得遠古時期「病毒」DNA 或 RNA 的樣品,而目前儲存在實驗室中最早的「病毒」樣品也不過 90 年。現在有三種普遍關於「病毒起源」的理論:

1.逆向理論 (Regressive Theory):「病毒」可能曾經是一些寄生在較大細胞內的小細胞。隨著時間的推移,那些在寄生生活中非必需的基因逐漸丟失。這一理論的證據是,「細菌」(Germs) 中的「立克次氏體」(Rickettsia) 和「衣原體」(Chlamydia) 就像「病毒」一樣,需要在宿主「細胞」內才能複製;而它們缺少了能夠獨立生活的「基因」(Gene),這很可能是由於寄生生活所導致的。這一理論又被稱為「退化理論」(Degeneracy Theory)。

2.細胞起源理論 (Cell Theory of the Origin)〔也稱為「漂蕩理論」〕:一些「病毒」可能是從較大生物體的「基因」中『逃離』出來的 DNA 或 RNA 進化而來的。逃離的 DNA 可能來自「質粒」(Plasmid)〔可以在細胞間傳遞的裸露 DNA 分子〕或「轉座子」(Transposon)〔可以在細胞基因內不同位置複製和移動的 DNA 片斷,曾被稱為「跳躍基因」,屬於可移動遺傳元件〕。「轉座子」 是在 1950 年由「巴巴拉麥克林托克」 (Barbara McClintock) 在玉米中發現的。

3.共進化理論 (Co-evolution Theory):「病毒」可能進化自「蛋白質」(Protein) 和「核酸複合物」(Nucleic acid Complexes),與「細胞」同時出現在遠古地球,並且一直依賴「細胞」生命生存至今。「類病毒」(Viroid) 是一類 RNA 分子,但不被歸入「病毒」中,因為它們缺少由「蛋白質」形成的「衣殼」(Viral Capsid)。然而,它們具有多種「病毒」的普遍特徵,常常被稱為「亞病毒物質」(Subviral Substance)。「類病毒」是重要的「植物病原體」(Plant Pathogens)。它們沒有「編碼蛋白質」(Coding Protein) 的「基因」,但可以與宿主「細胞」作用,利用宿主來進行它們自身的複製。人類「丁型肝炎病毒」(Hepatitis D virus) 具有和「類病毒」相似的 RNA 基因組,也不能生成自己的「蛋白質衣殼」,但卻能夠利用「乙型肝炎病毒」(Hepatitis B virus) 的「衣殼」。因此,「丁型肝炎病毒」是一種缺陷型病毒,需要「乙型肝炎病毒」的幫助才能夠進行複製。這些依賴其他種類病毒的「病毒」被稱為「衛星病毒」(Satellite Virus),它們可能是介於「類病毒」和「病毒」之間的進化中間體。

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「朊病毒」(Prion) 是具有感染性的「蛋白質分子」,不含 DNA 或 RNA。「朊病毒」會導致綿羊感染「羊搔癢症」(Scrapie) 或牛感染「牛海綿狀腦病」(Bovine Spongiform Encephalopathy 俗稱「瘋牛症」),也會使人獲患「庫魯病」(Kuru)和「克雅二氏病」(Creutzfeldt-Jakob)。雖然缺乏「核酸」(Nucleic acid),「朊病毒」依然能夠複製,這是因為在生物體內存在與「朊病毒」具有相同序列但結構不同的正常「蛋白質」,而「朊病毒」可以使這些正常「蛋白質」的結構發生變化,轉化為「朊病毒」,這樣新產生的「朊病毒」又可以感染更多的正常「蛋白質」,使得「朊病毒」越來越多。雖然「朊病毒」與「病毒」或「類病毒」本質完全不同,但「朊病毒」的發現進一步提高了該理論的可信性,說明「病毒」可能進化自能夠自我複製的「分子」(Molecule)。

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各類生物從「細菌」〔感染「細菌」的「病毒」稱為「噬菌體」(Phage)〕以至高等的動植物都有可能受到「病毒」的感染,人類當然也不例外。一種「病毒」只能感染一定種類的寄主,稱為「病毒」對寄主的專一性。因「病毒」個體小,小到可以通過細瓷濾器,所以「病毒」也被稱作「濾過性病毒」(Filterable Virus)。

第一種被人類發現的「病毒」是「煙草花葉病毒」 (Tobacco Mosaic Virus),由「馬丁烏斯貝傑林克」(Martinus Willem Beijerinck,1851年3 月16 日-1931 年 1 月 1 日) 於 1899 年發現並命名,時至今日已有超過 5000 種類型的「病毒」得到鑑定。研究「病毒」的科學被稱為「病毒學」(Virology),是「微生物學」(Microbiology) 的一個分支。

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病毒的構造

「病毒」構造很簡單,一般的只由 3 至 5 個「分子」與「去氧核糖核酸」(Deoxy-Ribose Nucleic Acid, DNA) 或「核糖核酸」(Ribose Nucleic Acid, RNA) 和幾個「蛋白質」組成。它沒有攝取營養的機能,也沒有繁殖的能力,所以「病毒」自己是不能單獨成長或繁殖。它的 DNA 或 RNA 只有那「病毒」幾個「蛋白質」的構造訊息,「病毒」必須先入侵活的「細胞」成為「細胞」內萬千個「分子」之一,才能夠繁殖更多的「病毒」。因為受制於它表層「蛋白質」的獨特結構,所以每種「病毒」只能夠感染特定某些種類的生物。

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病毒的感染

「病毒」的傳播方式多種多樣,不同類型的「病毒」採用不同的方法。例如,「植物病毒」可以藉著透過以植物汁液為生的昆蟲,如蚜蟲,來在植物間進行傳播;而「動物病毒」可以過蚊蟲叮咬而得以傳播。這些攜帶「病毒」的生物體被稱為「載體」(Vector)。「流感病毒」可以經由咳嗽和打噴嚏來傳播;「諾沃克病毒」(Norovirus, NV) 則可以通過手足口途徑來傳播,即過接觸帶有「病毒」的手、食物和水;「輪狀病毒」(Rotavirus, RV) 常常是過接觸受感染的兒童而直接傳播的;此外,「艾滋病毒」(Human Immunodeficiency Virus, HIV) 則是過性接觸來傳播。

並非所有的「病毒」都會導致疾病,因為許多「病毒」的複製並不會對受感染的器官產生明顯的傷害。一些「病毒」,如「AIDS 病毒」,可以與人體長時間共存,並且依然能保持感染性而不受到宿主免疫系統的影響,這種情況稱為「病毒持續感染」(Viral Persistence)。但在通常情況下,「病毒感染」(Viral Infection) 能夠引發「免疫反應」(Immunorectivity),消滅入侵的「病毒」。而這些「免疫反應」能夠過注射疫苗來產生,從而使接種疫苗的人或動物能夠終生對相應的「病毒」免疫。像「細菌」這樣的微生物也具有抵禦「病毒感染」的機制。「抗生素」(Antibiotics) 對「病毒」沒有任何作用,但「抗病毒藥物」(Antiviral Drugs) 已經被研發出來用於治療「病毒感染」。

 

病毒的形態

「病毒」由兩到三個成份組成:「病毒」都含有「遺傳物質」(Genetic Material)〔RNA 或 DNA,只由「蛋白質」組成的「朊病毒」並不屬於「病毒」〕;所有「病毒」也都有由「蛋白質」形成的「衣殼」(Nucleocapsid),用來保護其中的「遺傳物質」;此外,部分「病毒」在到達「細胞」表面時能夠形成「脂質」(Lipid) 的「包膜」(Envelop) 環繞在外。「病毒」的形態各異,從簡單的「螺旋形」和「正二十面體形」到「複合型」結構。「病毒顆粒」大約是「細菌」大小的百分之一。「病毒」的起源目前尚不清楚,不同的「病毒」可能起源於不同機制:部分「病毒」可能起源於「質粒」〔一種環狀的 DNA,可以在細胞內複製並在「細胞」間進行轉移〕,而其他一些則可能起源於「細菌」。

「病毒」根據形狀的分類有三種:

植物病毒 (Viruses of Plants) 為桿狀,例:煙草鑲嵌病毒 (Tobacco mosaic virus, TMV)

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動物病毒 (Animal Virus) 中多呈球狀,例:脊髓灰質炎病毒 (Poliomyelitis)〔小兒麻痺病毒〕

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又依其內含「遺傳物質」的不同可分為: 

種類

引起的一些疾病

DNA病毒

Adenoviruses  腺病毒

嚴重的呼吸道感染;在某些情況下引起hamster鼠的惡性腫瘤

Parvovitruses  DNA病毒

某些類型的腸胃炎(腹瀉、嘔吐)涉及人類的A型肝炎

Papovaviruses  乳多空病毒

人、兔、狗的疣;老鼠、hamster鼠的一些癌症

Herpes viruses  泡疹病毒

面泡疹、水痘、帶狀泡疹;某些會連帶影響神經系統的生殖器感染;一些誘導性癌症

Poxviruses  痘病毒

天花、牛痘、纖維瘤的形成(小塊或良性的腫瘤)

RNA病毒

Euteroviruses  腸性病毒

腹瀉;小兒麻痺症;無膿毒的腦膜炎

Rhinoviruses  鼻病毒

一般的感冒

Togaviruses  披膜病毒

黃熱病;德國麻疹(rudella);馬的腦炎

Influenzaviruses  流行性感冒病毒

流行性感冒

Paramyxoviruses  副粘病毒

輕微的呼吸道異常;紐加塞爾病;麻疹;腮腺炎

Rhabdoviruses  桿病毒

狂犬病

Arenaviruses  沙狀病毒

腦膜炎;出血熱(hemerrhagic fevers)

Coronaviruses  冠狀病毒

上呼吸道疾病

Retroviruses

某些腫瘤(惡性毒瘤);白血球過多症;AIDS

Roviruses  呼吸道與腸道病毒

輕微的呼吸道異常;人類、牛、老鼠的嚴重腹瀉

 

細菌病毒 (Bacterial Virus) 一般為蝌蚪狀,有頭尾之分

Bacterial Virus

若依「病毒」中心所含的「核酸」而分,可分為兩類:「病毒」其「核酸」是 DNA,稱「DNA 病毒」。含「RNA 核酸」,稱「RNA 病毒」。

 

病毒的分類

感染對象可分為:

動物病毒

植物病毒

類病毒Viroids

Prions

許多病毒只感染脊椎動物,其他則感染特別的昆蟲和其他無脊椎動物

已知超過一千種以上的植物疾病是由病毒所引起的

由單股RNA所構成的線狀或封閉的圓圈,沒有任何蛋白質外套。自然的情況下,RNA分子的配對基會自己摺回,像一個髮夾,如一個微小的桿菌能影響植物和動物

一些沒有和任何核酸組合的小蛋白質,它們無法在寄主細胞內複製

泡疹病毒;流行性感冒病毒

鑲嵌病毒

可能引起某些形式的人類癌症

引起一些慢性的、致命的中樞神經系統疾病,如羊的搔癢症

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「流感病毒」是什麼?H 和 N 又代表什麼?

「病毒」最早是在 1933 年由英國人 Wilson Smith 發現的,他稱為 H1N1。H 代表「血凝素」(Hemagglutinin);N 代表「神經氨酸酶」(Neuraminidase)。數字代表不同類型。

根據「流感病毒」(Influenza Virus) 感染的對象,可以將「病毒」分為「人類流感病毒」(Human flu)、「豬流感病毒」(Swine flu)、「馬流感病毒」(Equine flu) 以及「禽流感病毒」(Avian Influenza, AI) 等類群,其中「人類流感病毒」根據其「核蛋白」(Nuclear Protein) 的抗原性可以分為三類:包括甲、乙、丙三型,「甲型抗原」變異性最強,感染人類和其他動物,引起中、重度疾病,侵襲所有年齡組人群,常引起世界性大流行。

 

流感病毒分類

在「核蛋白抗原性」(Nuclear Protein Antigenicity)〔又名:免疫反應性〕的基礎上,「流感病毒」根據「血凝素 H」和「神經氨酸酶 N」抗原不同,分為不同的亞型。人類已經發現了 15 種不同的「血凝素亞型」(H1~H15),和 9 種「神經氨酸酶亞型」(N1~N9)。其中 H1N1、H2N2、H3N2 主要感染人類。

 

什麼是「血凝素」(Hemagglutinin)

「血凝素」呈柱狀,能與人、鳥、豬、豚鼠等動物紅細胞表面的受體相結合引起凝血,故被稱作「血凝素」。「血凝素」在「病毒」導入宿主細胞的過程中扮演了重要角色。「血凝素」具有免疫原性,「抗血凝素抗體」可以中和「流感病毒」。 

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什麼是「神經氨酸酶」(Neuraminidase)?

「神經氨酸酶」是一個呈蘑菇狀的「四聚體糖蛋白」(Tetrameric Glycoproteins),成熟的「流感病毒」經出芽的方式脫離宿主細胞之後,由於「病毒」表面的「血凝素」會經由「唾液酸」(Sialic acid) 與宿主「細胞膜」保持連繫,這時需要由「神經氨酸酶」將「唾液酸」水解,切斷「病毒」與宿主細胞的最後繫。

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  • Chi site
  • 版主您好,無意間剛好進入您的網頁,此文圖文並茂令人有想看下去的衝動,但本人也是研究生醫領域相關人士,好奇的是,為何您對細菌的詞是使用Germs 而不是一般常用的bacteria呢?
  • 謝謝你的支持
    因拙文僅屬個人興趣隨筆
    欠嚴謹校正
    錯用專有名詞之情況不時有之
    敬希海涵見諒
    如蒙不吝賜教更感激不盡!

    kason2047 於 2016/03/20 08:31 回覆

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