第三节、病毒的繁殖

一、病毒的繁殖过程

病毒是专性活细胞内寄生物，缺乏生活细胞所具备的细胞器，以及代谢必需的酶系统和能量。增殖所需的原料、能量和生物合成的场所均宿主细胞提供。在病毒核酸的控制下合成病毒的核酸、蛋白质等成份。病毒粒子增殖方式称为复制。

动物病毒、植物病毒和噬菌体的繁殖过程基本相似,此处以大肠杆菌T系噬菌体为例介绍其繁殖过程,有如下五步: 

参考：1915年英国人陶尔特在培养葡萄球菌时，发现菌落上出现了透明斑，用接种针接触斑后再接触另一菌落，不久被接触的部分又出现透明斑。1917年法国人第赫兰尔在巴斯德研究所观察到，痢疾杆菌的新鲜液体培养物能被加入的某种污水的无细菌滤液所溶解，混浊的培养物变清了，若将此澄清液再进行过滤，并加到另一敏感菌株的新鲜培养物中结果同样变清。以上现象称为陶尔特－第赫兰乐现象。第赫兰尔将该溶菌因子命名为噬菌体。

1）吸附：吸附是病毒感染宿主细胞的前提，具有高度的专一性。在通常情况下，敏感细胞表面具有特异性表面接受部位，可与相应的病毒结合。病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力。不同种系的细胞具有不同病毒的细胞受体，病毒受体的细胞种系特异性决定了病毒的宿主范围。

2) 入侵：病毒侵入的方式取决于宿主细胞的性质，尤其是它的表面结构。一般来说有三种情况：①整个病毒粒子进入宿主细胞；②核衣壳进入宿主细胞；③只有核酸进入宿主细胞。

有尾噬菌体通过尾部刺突固着于细胞；尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔，尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外；

脱壳是病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸的过程。脱壳是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件。T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的，病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜隐期。

3）复制（生物合成）：包括核酸的复制和蛋白质的合成。首先，噬菌体以其核酸中的遗传信息向宿主细胞发出指令并提供“蓝图”，使宿主细胞的代谢系统按次序地逐一转向合成噬菌体的组分和“部件”，合成所需“原料”可通过宿主细胞原有核酸等的降解、代谢库内的贮存物或从环境中取得。

当噬菌体dsDNA侵入宿主细胞后，首先设法利用宿主细胞原有的RNA聚合酶来转录噬菌体的mRNA。然后由这些mRNA进行转译，以合成噬菌体特有的蛋白质。这种利用细菌原有的RNA聚合酶转录噬菌体的早期基因而合成mRNA的过程常称早期转录，由此产生的mRNA称早期mRNA，其后的转译称早期转译，而产生的蛋白质则称早期蛋白。

利用早期蛋白中新合成的或更改后的RNA聚合酶来转录噬菌体的次早期基因，借以产生次早期mRNA的过程，称为次早期转录。由此合成的mRNA称次早期mRNA，进一小的转译称次早期转译，其结果产生了多种次早期蛋白。例如分解宿主细胞DNA的DNA酶，复制噬菌体DNA的DNA聚合酶，以及供晚期基因转录用的晚期mRNA聚合酶。

晚期转录是指在新的噬菌体DNA复制完成后对晚期基因所进行的转录作用。其结果产生了晚期mRNA，现经晚期转译后，就产生一大批可用于子代噬菌体装配用的“部件”--晚期蛋白，它们是头部蛋白，尾部蛋白，各种装配蛋白和溶菌酶等。

4）装配与释放：病毒核酸的复制与病毒蛋白质的合成是分开进行的，由分别合成好的核酸与蛋白质组成完整的新的病毒粒子的过程。

新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟（maturation）或形态发生（morphogenesis）。

成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程称为病毒释放。病毒的释放是多样的，有的通过破裂，出芽作用或通过细胞之间的接触而扩散。大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放；丝杆噬菌体（如M13或fd）不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装。

复制周期（replicative circle）或称复制循环：自病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从感染细胞释放到细胞外的病毒复制过程。包括吸附、侵入、增殖（复制与生物合成）、成熟（装配）、裂解（释放）几个阶段。

二） 病毒的溶源性(lysogeny)

烈性噬菌体（virulent phage）：感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并最终杀死细胞，形成裂解循环。

温和噬菌体或称溶源性噬菌体（lysogenic phage）：感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生。这一现象称做溶源性（lysogeny）现象.    

细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌（lysogenic bacteria）

附着或融合在溶源性细菌染色体上的温和噬菌体的核酸称为原噬菌体或前噬菌体。

溶源转变：原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括溶源菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源转变(lysogenic conversi)。如白喉杆菌只有在含有特定的原噬菌体才能产生白喉毒素引起被感染机体发病。

溶原性噬菌体的命名：EscherichiacoliK12(λ)

温和噬菌体可以三种状态存在：

1）游离态：指已成熟释放并具有侵染性的游离噬菌体；

2）融合态：指整合在宿主核染色体上处于前噬菌体的状态；

3）营养态：指前噬菌体经外界理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制和装配的状态。

噬菌体会给人类生产带来极大的危害。如抗生素工业、微生物农药、有机溶剂发酵工业普遍存在着噬菌体的危害，当发酵过程中污染了噬菌体后，轻者使发酵周期延长，发酵单位降低；重则造成倒罐，酿成经济损失。