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病毒學(virology)是以病毒(病毒)這一特殊的生命形態為研究對象的自然科學。病毒學的發展在很大程度上依賴于實驗技術和實驗體系的發展。病毒學發展史實際上就是研究病毒的實驗工具和實驗體系發展史。病毒學實驗技術的發展，開創了病毒學研究的一個全新領域。

病毒(virus)是一類體積微小，無細胞結構，只含一種核酸(脫氧核糖核酸或核糖核酸)，嚴格活細胞內寄生，以復制方式進行增殖的非細胞型微生物。病毒的基本結構包括核心(core)和衣殼(capsid)，可依據宿主性質、宿主性質等不同標準進行分類。其主要通過吸附、侵入、脫殼、生物合成、裝配與釋放五個階段來進行復制循環，并具有一定的遺傳性和變異性。常見病毒有人免疫缺陷病病毒（HIV）、嚴重急性呼吸綜合征正冠狀病毒亞科、肝炎病毒等。19世紀中葉，隨著顯微鏡的發明，人們逐漸接受了細菌、真菌等微生物。到19世紀后期，病原發生學說已經十分普及，亨勒的學生羅伯特·科赫(Robert Koch)，提出了著名的科赫法則(Koch's postulate)，也稱為亨勒-科赫法則(Henle-Koch postulate)。1892年，以俄羅斯學者伊凡諾夫斯基（Ivanovsky）發現煙草花葉病毒為標志，開啟了病毒學的研究歷程。1901年美國學者里德（Reed）等人發現的黃熱病毒，是第一個被發現的人類病毒。病毒學作為一門獨立的生物學科，出現于20世紀50年代。進入21世紀，隨著新一代測序和生物信息學等技術的發展，大大加快了新病毒的發現過程。過去一個病毒的發現往往需要十幾年或更長的時間，利用宏基因組或轉錄組學等分析技術，人類已發現一千多種新的核糖核酸病毒。

病毒學發展歷程大體上可分為病毒病的認識階段、病原研究階段、病毒性質的研究階段、病毒分子生物學研究階段，于20世紀50年代被確立為一門獨立的生物學科。進入21世紀，科研人員開發了新一代測序和生物信息學等技術，以加速病毒學的研究進程。隨著研究的日益深入，病毒學已經派生出多種分支學科，如醫學病毒學、獸醫學病毒學等。病毒學在新型冠狀病毒疫苗研究、抗病毒藥物、病毒載體與基因治療、生物農藥等方面對人類的健康研究做出巨大貢獻。

病毒學發展史

病毒的發現

19世紀中葉，隨著顯微鏡的發明，人們逐漸接受了細菌、真菌等微生物。1840年，德國科學家雅各布·亨勒(Jacob Henle)提出可能存在一種更小的、光學顯微鏡看不見的感染性物質，但由于缺乏證據，他的這一假說當時并沒有受到重視。

到19世紀后期，病原發生學說已經十分普及，亨勒的學生羅伯特·科赫(Robert Koch)，提出了著名的科赫法則(Koch's postulate)，也稱為亨勒-科赫法則(Henle-Koch postulate)。該法則認為，要證實某種微生物是某種疾病的病原，需要滿足以下4種條件：①在每一病例中都出現相同的微生物；②這種微生物可以通過純培養被分離出來；③用這種培養出的微生物接種敏感宿主，會引發同樣的疾病；④從試驗發病的宿主病灶中能再度分離培養出這種微生物。到19世紀末期，這種實驗方法已成為主導醫學微生物的經典方法。也正是某些病原不符合科赫法則，才導致了病毒的發現。

煙草花葉病毒(tobacco mosaic 病毒，tmv)是第一個被發現的病毒，在揭示煙草花葉病病原的過程中，有三位學者的開創性工作是值得特別重視的。第一位是德國學者阿道夫·梅耶（Adolf Mayer），他從1879年開始研究被他稱之為花葉病(mosaik krankheit)的一種煙草病害，1886年報道其研究結果：將煙草花葉病病株的汁液用毛細管玻璃針注射到健康煙草的葉脈中，能引起發病，證明其具有傳染性，而將病株汁液煮沸，則失去傳染性(Mayer)；第二位是俄羅斯學者伊凡諾夫斯基（Dmitry Iwanowski），他把患有花葉病的煙草汁液通過細菌過濾器，取其濾液接種健康煙草，仍能引起發病，即使進一步反復繼代感染，也能出現相同的癥狀；第三位是荷蘭學者馬丁努斯·拜耶林克（Martinus Beijerinck），他不僅證實了病株汁液(包括通過細菌過濾器的病株汁液)的傳染性，而且設計了一個實驗：將病株汁液置于瓊脂凝膠孔洞中，發現感染物質能在凝膠中擴散，而細菌則不能。于是使他確信煙草花葉病的致病因子具有三種特性——能通過細菌濾器，能通過瓊脂擴散，只能在感染的細胞內增殖，而不能在機體外培養，根據這些特性，他認為這種致病因子不是細菌，而是一種新的“傳染活液”(contagium virum fluidum)，并將其稱之為病毒(病毒)。

隨后，勒夫勒（Loeffler）和福羅什（Frosch）發現了第一種動物病毒——口蹄疫病毒(foot-and-mouth disease virus，FMDV)；1901年沃爾特里德（Walter Reed）和他的團隊發現了第一種人類病毒——黃熱病毒(yellow fever virus，YFV)。1932~1956年是病毒發現的高峰時期，包括天花、麻疹、流行性腮腺炎、脊髓灰質炎、狂犬病、黃熱病、流感的病毒病原，都是在這一時期發現的。這些病毒的發現，為病毒分子生物學的誕生奠定了基礎。

病毒學早期發展

1892年，以俄羅斯學者伊凡諾夫斯基（Ivanovsky）發現煙草花葉病毒為標志，開啟了病毒學的研究歷程。1901年美國學者里德（Reed）等人發現的黃熱病毒，是第一個被發現的人類病毒。自病毒發現直到20世紀30年代初，病毒學研究主要集中在分離和鑒定引起各種病毒性疾病的病毒。世界上許多科學家主要通過過濾性實驗的方法，相繼發現了近百種病毒病害，包括流感、脊髓灰質炎、腦炎、狂犬病、兔黏液瘤、馬鈴薯花葉、馬鈴薯卷葉病、馬鈴薯條斑病、黃瓜花葉病、小麥花葉病等，并將這些形形色色疾病的病原體都歸為“過濾性病毒”。并在機體水平上研究了病毒對生物體所引起的特異性病理效應、病毒的傳播方式和感染宿主范圍、各種物理化學因子對病毒感染的影響、病毒的繁殖特征等。在TMV發現后的50年間，其相關研究引領了整個病毒學的發展，1935年溫德爾·斯坦利(Wendell M.Stanley)得到了TMV的晶體(Stanley)，X射線衍射顯示它由重復的單元構建而成，這也為后來詹姆斯·杜威·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)提出多數簡單的病毒都是由一種或幾種蛋白質重復所構成的理論打下了基礎。1939年第一張病毒的電鏡照片顯示，tmv是一個桿狀的病毒粒子；1945~1946年，TMV的相關研究讓人們意識到病毒是可以自組裝的；1956年，TMV的遺傳物質被證明為核糖核酸，這也是首次證明RNA可以作為遺傳物質。

與此同時，噬菌體的研究也帶動了整個病毒學及分子生物學的發展。特沃特（Twort）和德赫雷爾（d'Heelle）分別在1915年和1917年發現噬菌體。噬菌體研究得益于麥克斯·德爾布呂克(Max Delbrtick)、埃默里·埃利斯(Emory Ellis)、薩爾瓦多·盧瑞亞(SalvadorE.Luria)這幾位科學家的合作，科學家以噬菌體為模型研究生命現象；阿弗雷德·赫希(Alfred D.Hershey)和瑪莎·蔡斯(Martha Chase)于1952年利用同位素證實噬菌體的遺傳物質只含有脫氧核糖核酸的著名實驗，將人類帶入病毒的分子生物學研究階段。

與植物病毒和噬菌體研究不同，動物病毒的早期研究受限于缺乏合適的培養系統。1948~1955年，通過下面一系列重要的研究進展，這方面終于取得了突破：1948年Sanford及其美國國立衛生研究院(National Institutes of Health，NIH)的同事突破了單細胞培養；1949年約翰·恩德斯(John Franklin Enders)、弗雷德里克·羅賓斯(Frederick Chapman Robbins)和托馬斯·韋勒(Thomas Huckle Weller)證實脊髓灰質炎病毒可以在體外培養的人類組織中增殖；1952年George Gey建立了第一個人類的傳代細胞系——HeLa細胞系；1955年Harry Eagle發明了可用于單細胞培養的培養基。1953年雷納托·杜爾貝科(Renato Dulbecco)等建立了空斑技術，開啟了動物病毒學研究的新時代。同時，對新型冠狀病毒疫苗的生產也產生了重大影響，在1949年以前，人類的天花疫苗、狂犬病疫苗、流感疫苗都是利用動物(牛、兔)或雞胚生產的，而有了細胞培養之后，脊髓灰質炎疫苗成為首個利用培養細胞生產出的疫苗。

病毒學鼎盛時期

病毒學作為一門獨立的生物學科，出現于20世紀50年代。病毒學相繼出現若干經典研究領域如：1.人類病毒生物學。主要關注病毒的大小、形態、組成、結構，病毒的基因等的研究；2.人類病毒遺傳與進化。除了關注一般意義的病毒遺傳變異規律，該領域還特別重視病毒在感染人類或與人類共存過程中，基于病毒變異或在宿主環境改變的選擇壓力下產生的進化過程與結果；3.病毒與宿主的相互作用及病毒致病機理。主要研究和描述病毒感染機體后，病毒及其基因、基因組和蛋白與宿主細胞及宿主環境之間的相互作用等。同時病毒學已經衍生出多種分支學科，如醫學病毒學、獸醫學病毒學、植物病毒學、分子病毒學、病毒流行病學等。

1952年噬菌體的研究揭示脫氧核糖核酸是遺傳物質；1956年，TMV的研究證明核糖核酸也可以作為遺傳物質，這些研究為對遺傳物質的認識奠定了基礎。此外，與細胞生物的遺傳物質多為雙鏈DNA不同，病毒的遺傳物質呈現多種形態，除雙鏈DNA之外，還有單鏈DNA以及不同形式的RNA，這極大地豐富了人類對遺傳物質的認知，也在一定的程度上支持了病毒在生命形成的早期就已出現的假說，即病毒保留了原始大分子的多種形態。

20世紀80年代，多聚蛋白的合成、蛋白質的后修飾以及在細胞內的運輸等，都以病毒為模型得到了很好的闡釋。2002年，科學家發現CRISPR（規律間隔成簇短回文重復序列）序列，并提出CRISPR可能參與細菌的免疫功能。進入21世紀，隨著新一代測序和生物信息學等技術的發展，大大加快了新病毒的發現過程。過去一個病毒的發現往往需要十幾年或更長的時間，利用宏基因組或轉錄組學等分析技術，人類已發現一千多種新的核糖核酸病毒。

病毒

病毒的結構

病毒的基本結構包括核心(core)和衣殼(capsid)，兩者構成核衣殼(nueleoeapsid)，有些病毒在衣殼外面還有包膜(envelope)包繞，稱為包膜病毒(enveloped 病毒)。僅有核衣殼而無包膜的病毒稱裸露病毒(naked virus)，核衣殼就是其病毒體。

病毒核心

病毒核心位于病毒體的中心，主要由病毒核酸即脫氧核糖核酸或核糖核酸組成，構成病毒的基因組。除核酸外，有些病毒核心還有少量病毒基因編碼的非結構蛋白，是病毒增殖所需要的功能蛋白，如甲型流感病毒的RNA多聚酶、逆轉錄病毒的反轉錄酶等。

病毒衣殼

病毒衣殼包繞病毒核酸，是包圍在病毒核心外面的一層蛋白質結構，是由一定數量殼粒(capsomere)按一定的排列方式聚集形成的蛋白質外殼。殼粒是衣殼的形態學亞單位(morphological subunit)。用X線衍射和化學檢測，發現殼粒由一條或多條多肽鏈折疊形成的蛋白質亞基組成，因此多肽分子是構成衣殼蛋白的最小單位，是衣殼的化學亞單位(chemical subunit)，不同的病毒體，衣殼所含殼粒的數目和排列方式不同，決定衣殼的不同對稱型結構，進而決定病毒的形狀，可作為病毒鑒別和分類的重要依據。

病毒包膜

病毒包膜是包繞在病毒核衣殼外面的脂質雙層膜，是某些病毒在復制后期，核衣殼穿越宿主細胞的核膜、高爾基體膜、內質網膜和細胞膜等，以出芽的方式向細胞外釋放過程中獲得的宿主細胞的脂質膜成分，有些病毒包膜表面有突起，稱為包膜子粒或刺突，是病毒基因編碼的蛋白質。有些包膜病毒的核衣殼外層和包膜內層之間有基質蛋白(matrix protein)，將病毒核衣殼與包膜聯系起來，此區城稱為被膜(tegument)，如人類免疫缺陷病毒的內膜蛋白p17和甲型流感病毒的M1蛋白。

病毒的致病性

病毒侵入機體后，首先進入易感細胞并在細胞中增殖，進而對宿主產生致病作用。病毒能否感染機體、引起疾病，取決于病毒致病性和宿主免疫力兩個因素。病毒致病性是指某病毒感染特定宿主并引起疾病；病毒毒力則是反映其引起宿主產生癥狀和病理變化的強弱。如流行性感冒病毒可感染人群，具有致病性，但人群中個體癥狀輕重程度不一。而同是流感病毒，其流行株和減毒新型冠狀病毒疫苗株相比，則明顯因毒力強弱不同，前者引起疾病，后者并不引起疾病。病毒的致病作用是從入侵細胞開始，并擴延到多數細胞，最終影響組織器官的損傷、功能障礙。顯然，病毒致病作用表現在細胞和機體兩個水平上。另一種是病毒感染誘導的宿主免疫對細胞的損傷作用。由于病毒表達異源蛋白，其感染宿主后必然誘導機體產生免疫應答，而在清除病毒的過程中，會產生對受感染的細胞的免疫攻擊，如出現過強的免疫反應甚至可攻擊自身正常細胞，從而會造成宿主細胞和組織損傷。

病毒的分類依據

病毒的種類繁多。國際病毒分類委員會制定了病毒分類的標準和方法。主要根據生物學性狀和物理化學特性進行分類。

宿主種類根據寄生宿主的種類，自然界存在的病毒可分為動物病毒、植物病毒、細菌和真菌病毒(噬菌體)。

病毒基因組特性包括核酸類型(脫氧核糖核酸或核糖核酸)，單鏈或雙鏈，線狀或環狀，是否分節段，基因組大小(kb)，核酸占病毒體總量的百分比及G+C含量、核苷酸序列及特異結構等。

病毒體形態學包括形態、大小、結構、核衣殼對稱型、衣殼殼粒數目。

病毒體的理化特性包括浮密度、pH穩定性，末端穩定性，對乙醚等脂溶劑、消毒劑的敏感性。

病毒蛋白特性包括蛋白含量、結構蛋白和非結構蛋白特異活性(轉錄酶、反轉錄酶、神經氨酸酶等)、氨基酸序列。

抗原性主要用于病毒的型及亞型等血清型分類。

病毒在宿主細胞中的生長特性包括對細胞種類的敏感性、復制方式、包涵體形成等。

生物特性包括自然宿主范圍、傳播方式及傳播媒介、流行病學特征、致病性和病理學特點、組織親嗜性等。

病毒的增殖與傳播

病毒的復制

病毒的復制周期或稱復制循環(replicative circle)是指自病毒吸附于宿主細胞開始，到子代病毒從感染細胞釋放到細胞外的病毒復制過程。由于病毒的種類很多，各種病毒都有其獨特的復制方式，但也有其共同的特征。故通常將這一連續過程分成吸附、侵入、脫殼、生物合成、裝配與釋放五個階段。

吸附

吸附(adsorption)是指病毒表面蛋白與宿主細胞的病毒受體特異性的結合，病毒附著于細胞表面的過程，這個病毒增殖的第一個階段。

病毒吸附蛋白(viral attachment protein，VAP)是能夠特異性地識別宿主細胞的病毒受體并與之結合的毒粒表面的結構蛋白分子，又稱反受體(antireceptor)。有包膜病毒的VAP為包膜糖蛋白，無包膜病毒的VAP往往是衣殼的組成部分，如流行性感冒病毒包膜表面的血凝素糖蛋白、T偶數噬菌體的尾絲蛋白。還有一些復雜的病毒，含有多種反受體，而且反受體可能有幾個功能結構域，各與不同的細胞受體作用。病毒的細胞受體或稱病毒受體，是指能被病毒吸附蛋白特異性地識別并與之結合，介導病毒進入宿主細胞，啟動感染發生的宿主細胞表面組分。病毒受體主要為蛋白質，也可能是糖蛋白或磷脂。病毒受體是細胞的功能性物質，為細胞正常生長代謝所必需，而不是病毒專一性的成分。

侵入

侵入(penetration)又稱穿入或病毒內化，它是一個病毒吸附后幾乎立即發生，病毒或其一部分進入宿主細胞的過程，是一個依賴能量的感染步驟。

不同的病毒侵入宿主細胞的方式和機制不同。注射式侵入一般為有尾噬菌體的侵入方式。T偶數噬菌體先通過尾絲吸附于宿主細胞表面，尾絲的末端與革蘭氏陰性菌外壁層的多糖核心特異性地結合。尾絲收縮使尾管觸及細胞壁，尾管端攜帶的溶菌酶溶解局部細胞壁的肽聚糖成一小孔，然后尾鞘收縮，尾管推出，使尾管穿透細胞壁和膜，并將頭部的核酸通過尾管注入宿主細胞內，其噬菌體的蛋白質空殼留在宿主細胞外。

脫殼

脫殼(uncoating)是病毒侵入后，脫去病毒的包膜和(或)衣殼，釋放出病毒核酸的過程，它是病毒基因組進行功能表達所必需的感染事件。病毒脫殼的機制和細節仍未完全清楚，但病毒與細胞受體的作用對于病毒脫殼是至關重要的。

有包膜病毒脫殼(包括脫包膜和脫衣殼兩個步驟)和無包膜病毒(只需脫衣殼的過程)脫殼的方式隨不同病毒而不同。大多數病毒在侵入時，就在宿主細胞表面完成脫殼過程，脫殼與侵入是同時發生，僅有病毒核酸及結合蛋白進入細胞，殼體留在細胞外，如T偶數噬菌體。有些病毒在宿主細胞內脫殼，如痘病毒科需要在吞噬的衣被小泡中溶酶體酶的作用下部分脫殼，然后啟動病毒基因部分表達出脫殼酶，在脫殼酶作用下完成全部脫殼。有些無包膜病毒的脫殼不是一步完成的，如呼腸孤病毒科粒子具有雙層衣殼，當病毒粒子通過細胞內吞的方式進入細胞后，首先被溶酶體中的酶水解脫掉外衣殼，形成中間次病毒顆粒(intermediate subviral particle，ISVP)，然后ISVP進一步脫殼生成病毒核心。少數病毒脫殼比較復雜，這些病毒往往是在脫殼前，病毒基因組已經開始mRNA的轉錄。

生物合成

病毒基因組一旦從衣殼中釋放后，就進入病毒復制的生物合成(biosynthesis)階段。病毒的生物合成是指病毒利用宿主細胞提供的低分子物質和酶類合成大量病毒核酸、結構蛋白和一系列的非結構蛋白。簡言之，病毒的生物合成包括核酸的復制、轉錄和蛋白質的合成。病毒生物合成是通過病毒基因組的表達與復制完成的，病毒基因組的表達與復制具有強烈的時序性，其主要表現為基因組轉錄的時間組織(temporal organization)，即病毒基因組的轉錄是分期進行的。在整個生物合成階段如用血清學方法和電鏡檢查，在細胞內檢查不出病毒顆粒，故將此期間稱為隱蔽期。隱蔽期實際是在病毒基因控制下，進行病毒核酸和蛋白質合成的階段。

裝配與釋放

病毒的裝配是指生物合成的蛋白質和核酸以一定的方式結合，組裝成完整的病毒顆粒的過程，又稱成熟(maturation)或形態發生(morphogenesis)。子代病毒顆粒成熟后，以一定的途徑釋放到細胞外，病毒的釋放完成標志著病毒復制周期結束。病毒復制周期的時間長短與病毒種類有關，如小核糖核酸病毒6~8h，腺病毒科約25h，正黏病毒15~30h，皰疹病毒15~72h。

病毒的傳播

當病毒在宿主內完成人侵、擴散、釋放過程后，子代病毒感染其他易感宿主的過程稱為病毒的傳播。

從子代病毒傳播的載體而言，帶有囊膜的病毒由于表面被脂質雙分子層覆蓋，因此傾向于通過氣溶膠、分泌物或者輸血(包括器官移植)等方式進行傳播；而無囊膜病毒由于表面被病毒蛋白覆蓋，因此可以耐受更加嚴酷的外界環境，通常以糞-口途徑或呼吸道途徑傳播。

從子代病毒再感染對象的角度劃分，病毒傳播分為同類物種傳播(如麻疹病毒和甲型病毒性肝炎病毒只能以人傳人的形式傳播)和跨物種傳播(如狂犬病毒只能通過貓或狗等傳播給人)。在同類物種傳播中，垂直傳播是指病毒由母親通過胎盤、乳汁傳播給子代；水平傳播則指發生在非母子之間的病毒傳播過程。蟲媒病毒是一類由昆蟲充當傳播載體的跨物種傳播病毒。常見的蟲媒病毒包括登革熱、日本腦炎病毒、蜱傳腦炎病毒、非洲豬瘟病毒等。這些病毒在脊椎動物(包括人)體內復制并出現病毒血癥。當蚊子、真蜱目、白蛉等昆蟲叮咬受病毒感染的脊椎動物時，病毒通過病毒血癥傳播給昆蟲，進而在昆蟲的唾液腺內形成新的感染；當昆蟲再次叮咬其他脊椎動物時，昆蟲睡液腺內的病毒再次通過血源途徑傳播給脊椎動物。

一步生長曲線

一步生長曲線是研究烈性病毒復制的一個經典試驗，最初是為研究噬菌體的復制面建立，推廣應用到動物病毒和植物病毒復制研究中。基本方法是以適量的病毒接種于標準培養的高濃度的敏感細胞，隨即在適宜的溫度下混合培養物繼續培養，定時取樣測定培養物中的病毒效價。以感染時間為橫坐標，病毒的感染效價為縱坐標，繪制出定量描述病毒的繁殖特征曲線，稱為一步生長曲線。

一步生長曲線分為潛伏期、裂解期和平穩期3個階段。有3個特征參數：潛伏期、裂解期和裂解量。

潛伏期

潛伏期(latent period)是病毒吸附于細胞到受染細胞釋放出子代病毒所需的最短時間。不同病毒的潛伏期長短不同，噬菌體以分鐘計，動物病毒和植物病毒以小時或天計。潛伏期有可分為2個階段：①隱蔽期：在潛伏期的前一階段，對病毒感染細胞進行人工裂解，感染細胞內檢測不到感染性病毒粒子，在感染前可被檢測到的病毒粒子消失了。在此期間，裂解液中沒有完整的具有侵染性的病毒粒子，病毒在進行自身核酸和蛋白質的合成等工作，不具有侵染性，這個時期稱為隱蔽期或隱晦期(eelipse period)。不同病毒的隱蔽期長短不同，如，脫氧核糖核酸動物病毒的隱蔽期為5~20h，核糖核酸動物病毒隱蔽期為2~10h。②胞內累積期：在潛伏期的后一階段，具有侵染性的完整的病毒形成，且數量開始增加，宿主細胞即將裂解，病毒粒子可以通過電鏡觀察到。這個時期稱為胞內累積期(intracellular accumulation period)。

裂解期

從被感染的細胞開始裂解至最后一個細胞裂解完成所經歷的時間，稱為裂解期(rise period)(又稱增殖期、上升期或成熟期)。在潛伏期后，宿主細胞迅速裂解、溶液中病毒粒子急劇增多的一段時間。噬菌體或其他病毒粒因只有個體裝配而不存在個體生長，再加上其宿主細胞裂解的突發性，因此，從理論上來分析，其裂解期應是瞬間出現的。但事實上因為宿主群體中各個細胞的裂解不可能是同步的，故會出現較長的裂解期。

平穩期

平穩期(plateau period)發生在裂解末期，是指感染后的宿主細胞已全部裂解，溶液中病毒效價達到最高點的時期。此時子代毒粒數目在最高處達到穩定，不再有新的病毒粒子釋放。在這個時期，每一個宿主細胞釋放的平均噬菌體粒子數稱為裂解量，即裂解量等于穩定期受染細胞所釋放的全部子代病毒數目與潛伏期受染細胞的數目之比，也等于穩定期病毒效價與潛伏期病毒效價之比。

從一步生長曲線中，還可以獲得病毒繁殖的裂解量(burst size)特征數據。裂解量是每個受染細胞所產生的子代病毒顆粒的平均數目，其值等于平穩期受染細胞所釋放的全部子代病毒數目除以潛伏期受染細胞數目，即等于平穩期病毒效價與潛伏期病毒效價之比。通過一步生長曲線測定，噬菌體的裂解量一般為幾十到上百個，植物病毒和動物病毒可達數百乃至上萬個。

病毒的遺傳與變異

病毒和其他微生物一樣，具有遺傳性和變異性。早在1798年愛德華·詹納(Edward Jenner)接種牛痘來預防天花，1884年路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)研制了狂犬病疫苗，這為預防醫學開辟了廣闊的前途。實際上這些疫苗株均是利用病毒變異性制備而成的，由于病毒僅含有一種核酸，基因組也較簡單，所以病毒是最早研究遺傳學的工具。對病毒遺傳學研究，開始僅是對病毒生物學性狀的變異現象及變異株的產生進行研究，隨著分子生物學的迅速發展，病毒的分子遺傳學研究有很大進展，使人們對病毒基因組結構和功能、病毒遺傳變異的機制有了深入的認識。

基因突變

病毒在增殖過程中常發生基因組中堿基序列的置換、缺失或插入，引起基因突變，其自發突變率為10-8~10-6，用物理因素(如紫外線或X射線)或化學因素(如亞硝基胍、5-氟尿嘧啶或5-溴脫氧尿苷)處理病毒時，也可誘發突變，或提高突變率，由基因突變產生的病毒表型性狀發生改變的毒株稱為突變株(mutant)，突變株可呈多種表型，如病毒空斑的大小，病毒顆粒形態、抗原性、毒力、宿主范圍、營養要求，以及細胞病變等均可發生改變。

條件致死性突變株是指在某種條件下能夠增殖，面在另一種條件下不能增殖的病毒株。溫度敏感性突變株(溫度sensitive mutant，ts)就是典型的條件致死性突變株，ts突變株在28~35℃條件下可增殖(稱為容許性溫度)，而在37~40℃條件下不能增殖(稱為非容許性溫度)，這是因為引起ts變異的基因所編碼的蛋白質或酶在較高溫度下失去功能，故病毒不能增殖。ts變異可來源于基因任何部位的改變，因此能產生各種各樣的ts突變株。ts突變株常具有減低毒力而保持其免疫原性的特點，是生產減毒新型冠狀病毒疫苗的理想毒株，但ts突變株容易出現回復突變(回復率為10-4)，因此制備疫苗時須經多次誘變后，方可獲得在一定宿主細胞內穩定傳代的突變株，亦稱變異株(variant)，脊髓灰質炎減毒活疫苗就是這種穩定性ts變異株。

宿主范圍突變株由于病毒基因組改變影響了對宿主細胞的感染范圍，能感染野生型病毒所不能感染的細胞，可利用此特性制備疫苗，如狂犬病疫苗。

耐藥突變株臨床上應用針對病毒酶的藥物后，有時病毒經短暫被抑制后又重新復制，常因編碼病毒酶基因的改變而降低了靶酶對藥物的親和力或作用，從而使病毒對藥物不敏感而繼續增殖。

缺陷型干擾突變株(defective interference mutant，DIM)因病毒基因組中堿基缺失、突變引起，其所含核苷酸較正常病毒明顯減少，多數病毒可自然發生DIM，其特點是由于基因的缺陷而不能單獨復制，必須在輔助病毒(通常是野生株)存在時才能進行復制，并同時能干擾野生株的增殖，DIM在一些疾病中起重要作用，特別是與某些慢性疾病的發病機制有關。

基因重組與重配

兩個或更多的病毒感染同一細胞時，它們可發生多種形式的互相作用，如干擾現象、共同感染、基因轉移與互換、基因產物的相互作用等，但常發生于有近緣關系的病毒成宿主敏感性相似的病毒間，兩種病毒在同一宿主細胞內發生基因組互換，產生具有兩個親代病毒特性的子代病毒，并能繼續增殖，稱為基因重組(gene recombination)，子代病毒稱為重組體(recombinant)。重組不僅可發生于兩種活病毒之間，也可發生于一種活病毒與另一種滅活病毒之間，甚至可發生于兩種滅活病毒之間，基因組不分節段病毒的重組，是由于核酸內切酶和連接酶的作用，兩種病毒核酸分子發生斷裂和交叉連接，核酸分子內部序列重新排列所致。分節段核糖核酸病毒基因組的重組，是兩病毒株通過基因片段的交換使子代基因組發生改變，這種重組又稱重配(reassortment)，流行性感冒病毒、輪狀病毒產生新基因型就是經過這種機制發生的。基因重組可使滅活病毒復活，即一種活病毒與一種近緣的滅活病毒(常用紫外線滅活)感染同一細胞時，經基因重組而使滅活病毒復活，稱交叉復活(crossing reactivation)，滅活病毒之間基因重組，即兩個或兩個以上同種滅活病毒(病毒基因組的不同部位受到損傷)感染同一細胞時，經過基因重組而出現感染性的子代病毒，稱多重復活。

基因整合

在病毒感染細胞的過程中，有時病毒基因組中某一片段可插入到宿主染色體脫氧核糖核酸中，這種病毒基因組與細胞基因組的重組過程稱為整合(integration)。多種腫瘤病毒、逆轉錄病毒等均有整合特性。整合既可引起病毒基因組的變異，也可引起宿主細胞基因結構的改變，導致細胞發生惡性轉化。

病毒基因產物的相互作用

當兩種或以上的病毒感染同一細胞時，除可發生基因重組外，還可發生病毒基因產物的相互作用，包括互補作用、表型混合等，產生子代病毒表型變異。

互補作用(complementation) 兩種病毒感染同一細胞時，其中一種病毒的基因產物(如結構蛋白和代謝酶等)促使另一病毒增殖。互補作用可以發生于感染性病毒與缺陷病毒或滅活病毒之間。也可以發生在兩種缺陷病毒之間，其原因是一種病毒能提供另一種病毒所需要的基因產物，例如病毒的衣殼、包膜或酶類等。

表型混合(phenotypic mixing) 兩種病毒感染同一細胞時，可出現一種子代病毒的衣殼或包膜來自另一種病毒的現象，或來自兩親代的相嵌衣殼或包膜，這種現象稱為表型混合。因為基因組未改變，所以這種變異不穩定，傳代后產生的子代病毒又可恢復親代的表型。因此在獲得新表型病毒株時，應通過傳代來確定病毒新性狀的穩定性，以區分是重組體還是表型混合。在自然界中，病毒衣殼和包膜的表型混合能改變病毒的宿主范圍，并可影響或干擾病毒的血清學鑒定。

病毒與宿主的關系

病毒的宿主范圍是其能夠感染并增殖的宿主生物種類和組織細胞種類。通常病毒可以感染幾乎所有的細胞生物。另一方面，病毒又具有宿主特異性，即某一種病毒僅能感染一定種類的微生物、植物或動物。因此，根據病毒的專性宿主可將病毒分為噬菌體(phage)、植物病毒(植物界 viruses)和動物病毒(動物界 viruses)等。

從原核生物中分離到的病毒統稱噬菌體，它們包括感染細菌的噬菌體，感染藍菌門的噬藍(綠)藻體(eyanophage)以及感染柔膜細菌(支原體和螺旋體)的支原體噬菌體(mycoplasma phage)等。

植物病毒的種類繁多，能夠影響受感染植物的生長和繁殖，到2021年已經鑒定的植物病毒高達1000多種，其中以維管植物為宿主的植物病毒最為普遍。此外，在低等植物藻類和真菌中也發現了病毒存在，分別稱為噬藻體(phycophage)和真菌噬菌體(或稱為真菌病毒)(mycophage或mycoviruses)。

動物病毒包括原生動物病毒(protozoal viruses)、無脊椎動物病毒(invertebrate viruses)和脊椎動物病毒(vertebrate viruses)。據統計，無脊椎動物病毒約1288種，其中絕大多數為昆蟲病毒，有1255種，螨形總目的病毒16種，除昆蟲和螨類外的其他無脊椎動物病毒約17種。脊椎動物病毒是以脊椎動物(包括人類)為宿主的病毒。在脊椎動物病毒中，能感染人類并引起人類疾病的病毒被稱為醫學病毒(medieine viruses)。能感染家養動物和野生動物的病毒被統稱為獸醫學病毒(脊椎動物 viruses)。有些病毒，可以通過鳥綱傳染給人類，對人類健康和生命造成嚴重威脅，如狂犬病毒、亨德拉病毒、埃博拉病毒、禽流感病毒、嚴重急性呼吸綜合征病毒(SARS-CoV)、中東呼吸系統綜合征冠狀病毒(MERS-CoV) 及2019類SARS病毒(SARS-CoV-2)等。

有些病毒的宿主譜較寬，如蟲媒病毒(arboviruses)能在蚊、蒼蠅、跳蚤、、蜱、白蛉、蟑螂等節肢動物門中繁殖，并以它們為介體在哺乳綱和禽類等脊椎動物中廣泛傳播。

典型病毒

人免疫缺陷病毒

人免疫缺陷病毒(human immumodeficiency 病毒，HIV)是艾滋病(acquire immunodeficiency syndrome，AIDS，又稱艾滋病)的病原體。AIDS是一種慢病毒病，以全身免疫系統損傷為特征，由于免疫缺陷，抗感染能力下降，以致發生機會感染、惡性腫瘤及神經障礙等一系列臨床綜合征。

HIV屬反轉錄病毒科(Retroviridae)慢病毒屬。發現HIV有兩個型，即HIV-1和HIV-2。HIV基因組由兩條相同的正鏈核糖核酸在5'端通過氫鍵結合形成二聚體。基因組RNA長約9749個核苷酸，有3個結構基因：gag(編碼組特異性抗原即殼體蛋白)、pol(編碼反轉錄酶、整合酶)、env(編碼包膜糖蛋白)，以及其他一些附加基因和調節基因。在基因組的5'端和3'端各有相同的一段核酸序列，稱作長末端重復序列(LTR)，其中含有病毒的啟動子、增強子、TATA序列等調節病毒基因轉錄的順式作用元件。HIV毒粒呈球形，直徑約為110nm，表面有包膜，內為截頭圓錐狀的致密核心。

HIV通過包膜糖蛋白gpl20與T4淋巴表面的CD4分子結合，此外還需要輔助受體CCR3及CCR8等參與，以膜融合方式進入細胞。進入細胞的病毒核心脫殼后，在毒粒攜帶的反轉錄作用下，由病毒基因組核糖核酸反轉錄產生cDNA，并進一步復制，產出雙鏈脫氧核糖核酸中間體，雙鏈DNA進入細胞核并整合人細胞染色體成為前病毒并與細胞DNA同步復制，隨細胞分裂垂直傳遞給子代細胞。整合的前病毒DNA在宿主細胞的依賴DNA的RNA聚合酶作用下轉錄產生正鏈RNA，其中有的為病毒基因組RNA，有的為mRNA并翻譯產生結構蛋白。然后經裝配，出芽成熟從受染細胞中釋放出子代病毒。

由于病毒的依賴RNA的RNA聚合酶(RdRp)和反轉錄酶(RT)皆缺乏校正修復活性，所以在由這些酶催化的病毒基因組復制過程中有很高的堿基錯配率，從而導致RNA病毒及在復制過程中有反轉錄階段的DNA病毒和RNA病毒頻于變異。HIV與HBV、嚴重急性呼吸綜合征 CoV、流行性感冒病毒及HCV等一樣，變異非常頻繁，從而給其診斷與控制帶來許多困難。

HIV的傳染途徑為性傳播、血液傳播和母嬰傳播。

SARS冠狀病毒

冠狀病毒(Corona病毒)是有包膜的病毒，毒粒形狀不規則，直徑60~220nm，包膜表面有長約20nm、末梢部分膨大的包膜糖蛋白的突起。病毒基因組正鏈核糖核酸大小27-31kb不等，為感性核酸，5'端有帽子結構，3'端有poly(A)，有7-10個基因。SARS CoV基因組，長29736個核苷酸，其基因組結構與其他的冠狀病毒非常相似，為：5'帽子結構-Pol(依賴RNA的RNA聚合酶)-糖蛋白突起(S)-包膜蛋白(E)-基質蛋白(M)-核殼蛋白(N)-3'poly(A)，另還存在幾個功能未明的非結構蛋白的編碼序列。通過嚴重急性呼吸綜合征 CoV的基因組序列與其他一些正冠狀病毒亞科基因組序列比對表明，SARS CoV不僅僅表現有其他冠狀病毒的共有特征，還有其自身獨具的特征。從其S蛋白、M蛋白和Ｎ蛋白的進化樹可以得知，SARS CoV與其他的冠狀病毒的相應蛋白進化關系密切，許多關系未超出科的界限，因此可以認定SARS病毒仍屬冠狀病毒科(Coronaviridae)。SARS CoV不是其他冠狀病毒的變異而來，而是一種與其他冠狀病毒相似，可能早已獨立存在，但此前未被人類認識的新病毒，且是發現的唯一確定能引起人類嚴重呼吸系統疾病的冠狀病毒。

嚴重急性呼吸綜合征 CoV可能通過S蛋白或HE糖蛋白與細胞表面受體結合，然后以與細胞質膜融合或胞吞方式進入細胞。與其他冠狀病毒一樣，在病毒脫殼后，病毒基因組RNA 5'端非結構蛋白區翻譯產生一聚蛋白前體，繼而此聚蛋白被蛋白酶水解為病毒依賴RNA的核糖核酸聚合酶和其他的非結構蛋白。然后病毒依賴RNA的RNA聚合酶復制病毒基因組產生反基因組負鏈，再以負鏈為模板轉錄產生全長的基因組正鏈和一整套大小不同的亞基因組mRNA，這些亞基因mRNA 3'端相同，故稱同3'端成套結構，其5'端非重疊部分被分別翻譯為病毒不同的結構蛋白，其中新合成的Ｎ蛋白包裝病毒RNA的基因組形成核殼，M、S和HE蛋白結合入粗面內質網和高爾基體之間的膜上，通過N蛋白與M蛋白的相互作用，核殼在粗面內質網或高爾基體等芽出獲得包膜成熟，病毒毒粒以外排作用或裂解細胞方式釋放出來。

嚴重急性呼吸綜合征 CoV的主要通過近距離的空氣飛沫、接觸病毒感染者的呼吸道分泌物和密切接觸進行傳播，另外，患者的消化管排泄物及其污染的水、食物和物品等也是重要的傳播途徑。

禽流感病毒

流行性感冒病毒屬于正黏病毒科(Orthomyxoviridac)。根據病毒核蛋白(NP)和膜蛋白(MP)抗原及其基因特性的不同，正黏病毒科分為甲型(A)流感病毒屬、乙型(B)流感病毒屬、丙型(Ｃ)流感病毒屬和托高土病毒屬。

流感病毒是有包膜的多形性球型病毒，直徑為80-120nm，表而有血凝素和神經氨酸酶突起，核殼為螺旋對稱，基因組為分段的負鏈核糖核酸，甲、乙型流感病毒基因組有8個節段，丙型流感病毒和托高土病毒屬基因組有7個節段。

禽流感病毒病毒屬甲型流感病毒。甲型流感病毒根據其表面血凝素(H)和神經氨酸酶(N)的結構及其基因特性的不同又可分成許多亞型，血凝素有15個亞型(H1~H15)，神經氨酸酶有9個亞型(N1~N9)。甲型流感病毒命名以型別/宿主(若宿主是人則無需注明)/分離地點/毒株序號(指采樣時標本號)/分離年代(血凝素亞型或神經氨酸酶亞型)表示，例如：A/香港特別行政區/156/97(甲型H5N1流感病毒)。甲型流感病毒常以流行形式出現，引起世界性流感大流行，且在動物中廣泛存在，也能引起動物大量死亡。

離流行性感冒病毒以空氣傳播為主，隨著病禽的流動，污染空氣通過呼吸道感染，亦可通過接觸污染環境感染。從受感染鳥綱的呼吸道和泄殖腔拭子分離出病毒，從而證明病毒可通過氣溶膠和糞便傳播。禽流感可感染多種禽類，其中水禽亦是其重要宿主。

肝炎病毒

病毒性肝炎是一類嚴重威脅人類健康的傳染病。能夠引起肝炎的病毒很多，包括甲型病毒性肝炎病毒(hepatitis A virus，HAV)、乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)、丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)、丁型肝炎病毒(hepattis D 病毒，HDV)、戊型肝炎病毒(hepatitis E virus，HEV)、庚型肝炎病毒(hepatitis G virus，HGV)及輸血后傳播肝炎病毒(TTV)等。

乙型肝炎病毒

乙型肝炎是一種世界性疾病。全世界HBV感染者超過2.5億人，且乙型肝炎病毒感染易轉變為慢性活動性肝炎、慢性遷延性肝炎或無癥狀攜帶者，其中部分會發展為肝硬化或原發性肝癌(HGG)。

HBV屬嗜肝脫氧核糖核酸病毒科(Hepadnaviridae)，其毒粒即Dane顆粒為有包膜、直徑42~49nm的顆粒，包膜表面有乙型肝炎病毒表面抗原(HBsAg)糖蛋白突起，包膜內為直徑25~27nm的核殼，構成殼體的蛋白是C蛋白，即乙型肝炎病毒核心抗原(HB cAg)。另還有一種與殼體有關的可溶性抗原，稱作乙型肝炎病毒e抗原(HBeAg)。

丙型肝炎病毒

HCV屬黃病毒科(病毒科)，病毒為直徑約50nm、有包膜的球形顆粒，包膜內是密度很高的病毒核心。病毒基因組為長9.4kb的正鏈核糖核酸，含一個幾乎占據了HCV整個基因組的巨大的可讀框，編碼由3010或3011個氨基酸組成的聚蛋白前體，此聚蛋白前體在細胞及病毒的蛋白酶作用下，水解產生包括病毒結構蛋白和非結構蛋白在內的10余種病毒蛋白質。

HCV主要是通過血液傳播、母嬰傳播和性傳播。由于HCV與HIV、HBV、HGV等血液傳播病毒有共同的傳播途徑，所以極易發生聯合感染，導致病情的復雜化。

丁型肝炎病毒

HDV是一種缺損病毒，它必須利用乙型肝炎病毒的包膜蛋白才能完成自身的復制循環，而且土撥鼠肝炎病毒亦能輔助其復制。HDV為直徑約36nm的球形顆粒，有包膜，包膜蛋白質來源于其輔助病毒HBV的HBsAg，包膜內包裹的是δ型肝類的病毒抗原HDAg，即δ抗原及病毒基因組核糖核酸。HDV是唯一已被證實其環狀RNA基因組的病毒，其單鏈環狀RNA的基因組與植物類病毒類似，呈桿狀二級結構，但其大小與類病毒不同，而且它具有編碼蛋白能力。HDV的反基因組(antigenome)RNA含有一個可讀框(ORF)，依靠特異性的RNA編輯(RNA editing)功能可產生稱之為“δ抗原”的兩種RNA結合蛋白，它們分別參與基因組復制，產生的多聚體RNA鏈經過自我位點特異性的切割和連接(核酶活性)形成子代共價閉合環狀分子。

類病毒

類病毒為含246~375個核苷酸的單鏈環狀RNA分子。所有的類病毒RNA均無m核糖核酸活性，不能編碼蛋白質。大多數類病毒RNA都呈高度堿基配對的雙鏈區與單鏈環狀區相間排列的桿狀構型。各種類病毒之間序列有較大的同源性，有幾種類病毒，如唇膏蔓薔薇潛隱類病毒(columnea latent viroid，CLVd)等可能是相關的類病毒之間重組產生的嵌合分子。

分支學科及研究內容

隨著科學的不斷發展，技術手段的日趨完善、病毒學研究也越來越深入、廣泛。在此基礎上，派生出許多彼此獨立但又相互關聯的病毒學專業學科，如醫學病毒學(medicine virotogy)、動物病毒學(動物界 virology)或獸醫學病毒學(veterinary virology)、植物病毒學(植物界 virology)、昆蟲病毒學(昆蟲綱 virology)、腫瘤病毒學(tumor yirology)、細菌病毒學(bacteria virology)、病毒生態學(viral ecology)、普通病毒學、病毒生物化學、分子病毒學、病毒分類學、噬菌體學等等。

細菌病毒學

細菌病毒學亦稱噬菌體學，這是一門以噬菌體為研究對象的病毒學專業學科。其任務是闡明噬菌體的性質、噬菌體與宿主細菌的相互關系及其在各相關實踐領域中的應用。

噬菌體是研究病毒的復制、遺傳、感染過程的極好材料。從1938年Delbruck、Luria和Hershey等在美國建立噬菌體小組開始，一大批病毒學工作者集中對大腸桿菌T系噬菌體和A噬菌體等進行了系統的研究，獲得了包括噬菌體的復制周期、溶源性、轉導作用、脫氧核糖核酸是噬菌體的遺傳物質、噬菌體的整合感染、基因的精細結構、基因表達的控制以及突變的分子機制等一系列重要知識。

噬菌體的研究是分子生物學發展的奠基石。細菌病毒學的發展不但極大地豐富了病毒學的知識內容，而且也帶動了其它病毒學專業學科的發展。某些噬菌體系統可以作為動物的腫瘤病毒的研究模型；噬菌體與宿主細菌的實驗系統為其它各類病毒研究提供了可借鑒的模型系統；噬菌體的定量測定方法和闡明噬菌體復制周期的方法，都迅速移植于其它各專業病毒學研究。另一方面，有些噬菌體直接與病原微生物的致病機制有關，或是由于能選擇性地與病原微生物結合而可用于菌種鑒定，所以具有重要的醫學意義；有些噬菌體能夠感染人類生產實踐中使用的工業和農業微生物，因而與經濟有密切的關系；由某些噬菌體構建的病毒載體和一些噬菌體酶，在基因工程領域有重要的應用價值。

獸醫病毒學

動物病毒(包括人與其它脊椎動物的病毒)研究，是在Enders、Dulbacco等的杰出工作基礎上發展的。動物病毒學迅速發展，取得了一系列重大的研究成果，其中包括，純化結晶脊髓灰質炎病毒；證實流行性感冒病毒(流行性感冒 virus)基因組由多個核糖核酸分子構成；發現RNA腫瘤病毒(Tumor viruses)的癌基因和反轉錄酶；完成猴病毒40(Simian virus 40，SV 40)的序列測定；闡明腺病毒科(Adeno病毒)DNA的轉錄本有拼接加工；揭示RNA腫瘤病毒的轉化基因(Src)的產物是磷酸激酶；發現乙型肝炎病毒(肝炎 B virus，HBV)脫氧核糖核酸復制有逆轉錄過程；利用高分辨率的X射線晶體衍射闡明鼻病毒(Rhino viruses)和脊髓灰質炎病毒的三維結構等。動物病毒學的研究重點一直集中在與人類利益有密切關系的家禽、家畜、各種經濟動物、水產動物和一些重要的野生動物的病毒感染、病原學診斷和針對性進行檢疫、監測、治療及控制方面，所以動物病毒學常稱為獸醫學病毒學。

醫學病毒學

醫學病毒一直是人們最為關注的研究對象，醫學病毒學歷來是病毒學研究的最活躍的領域。由于研究思想、技術方法不斷的進步，特別是分子病毒學的建立和發展，導致醫學病毒學的基礎研究和應用研究都發生了深刻變化。如人免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus，HIV)、人嗜Ｔ淋巴細胞病毒(Human T lymphotropic virus，HTLV)、丁型肝炎病毒(肝炎 D 病毒，HDV)相繼被發現；病毒的持續性感染、病毒與細胞受體的相互作用，病毒毒力產生的分子機制，病毒感染的分子流行病學等方面的研究工作不斷地深入；基因工程新型冠狀病毒疫苗的研制，用基因工程方法生產干擾素和其它抗病毒多肽均已獲得成功；更為迅速、靈敏的病毒性疾病的診斷方法逐步建立；傳統的全病毒疫苗不斷被改進；病毒感染的化學治療也有了新的進步。

自勞斯肉瘤病毒發現以來，人們相繼發現許多能引起動物腫瘤以及與人類腫瘤有關的病毒。為了研究腫瘤的病毒病因、腫瘤病毒的性質、病毒的致轉化和致癌機理以及防治腫瘤疾病，從醫學病毒學和獸醫學病毒學中派生出病毒學的新的學科分支——腫瘤病毒學。在DNA腫瘤病毒方面，以猴病毒40為模型對病毒轉化細胞的機理進行了深入的研究，同時在闡明人類腫瘤的病毒病因方面做了大量工作。在RNA腫瘤病毒方面，從Temin和Baltimore(1970)發現反轉錄酶，第一次說明了RNA腫瘤病毒致癌問題的重要性以來，發現了病毒癌基因與細胞癌基因，揭示了一些病毒癌基因的產物的性質及作用機制，初步說明了核糖核酸腫瘤病毒的致病機理。腫瘤病毒學的發展不僅提供了病毒與癌癥關系的重要信息，而且也為人類攻克這一頑疾帶來希望。

植物病毒學

植物病毒學主要研究糧食作物、經濟植物、藥用植物和觀賞植物等的病原病毒的性質，以及病毒感染的病原學監測、檢疫、針對性處理與控制。植物病毒材料來源方便、易于純化，與其它病毒比較，結構更為簡單，所以病毒學的一些開創性工作都是以植物病毒為材料。例如，在煙草花葉病毒的研究中，證實RNA是核糖核酸病毒的遺傳物質；闡明病毒外殼蛋白是由蛋白質亞基構成及其一級結構；進行病毒重建(病毒 reconstitution)試驗等。在植物病毒的研究中，發現了不能獨立在細胞內復制的衛星病毒(sa-tellite virus)；基因組由數個分離的核酸分子構成，這些核酸分子分別包裝在不同的顆粒中，并且只有這些顆粒的復合體才具有感染性的多分體病毒(multicomponent virus)；以及類病毒、衛星RNA與擬病毒等亞病毒病原因子。除了這些基礎研究的成果外，對植物病毒的感染方式及傳播途徑、植物病毒疾病的發生和流行規律、診斷和防治方法等應用研究也進行了大量的工作，積累了豐富的知識。植物病毒學研究起步較早，但由于病毒和宿主植物的特殊性，以及缺乏像噬菌體和動物病毒研究那樣有效的實驗系統，所以其基礎研究落后于細菌病毒學和動物病毒學研究。由于實驗系統的改進，植物病毒的分子生物學研究，特別是在抗病毒的植物基因工程研究方面已有相當進展。

植物病毒與動物病毒同屬真核生物病毒。有些植物病毒能在昆蟲內繁殖，可以說這些病毒是植物病毒又是昆蟲病毒。它們在植物和動物宿主中都能生存繁殖，這說明病毒在進化過程中，已能選擇性地適應在這兩類宿主中生活。有些植物病毒與動物病毒關系密切，分類地位相同，如植物彈狀病毒科(Photo-rhabdoviruses)、植物呼腸孤病毒科(Photo-reoviruses)。另外，許多植物病毒的分類雖與動物病毒劃在不同的病毒類群，它們的基因組結構與復制方式十分相似。因此，植物病毒學和動物病毒學研究存在一定的內在聯系，這種聯系不僅表現在植物病毒與動物病毒的起源和進化關系方面，而且還意味著這兩門專業學科的發展相互依賴，各自的研究思想和方法可以互為借鑒。

昆蟲病毒學

昆蟲病毒的生物學、生物化學和分子生物學基礎研究，對蜜蜂屬、三蠶(家蠶、麻蠶、柞蠶)等益蟲的病毒病的控制，以及利用病毒進行農林害蟲的生物防治已有迅速進步。桿狀病毒(baculo病毒es)的分子生物學研究日臻深入，以桿狀病毒作為外源基因表達載體已獲成功。通過桿狀病毒載體，在昆蟲蟲體或昆蟲細胞培養中表達的外源基因達數十種，以桿狀病毒制備的病毒殺蟲脒劑已經商品化。

昆蟲病毒種類繁多，形態特異，普遍地存在潛伏性感染。許多動物病毒和植物病毒都能在昆蟲介體中增殖，從廣義上講，它們也屬于昆蟲病毒。昆蟲病毒的這種特殊地位表明，昆蟲病毒學與動物病毒學和植物病毒學有著十分密切的聯系。蟲媒病毒和以昆蟲介體進行傳播的植物病毒，分別是昆蟲病毒學和動物病毒學，以及昆蟲病毒學和植物病毒學研究的共同內容。在應用研究中，昆蟲病毒學研究對于切斷病毒通過介體傳播的途徑，防治動物和植物的病毒性疾病具有特殊的意義。

病毒生態學

病毒在整個自然生態系統占據著特殊的位置，動物病毒、植物病毒等各類病毒都是相應各類生物生態體系的不可分割的一部分。病毒生態學是從群體水平研究病毒與其它生物之間，以及病毒與非生物環境之間的相互關系的病毒學分支學科，它是病毒學的一個新興的研究領域。通過病毒生態學研究，闡明病毒在生態環境中的存在狀態、時空動態分布、與其它生物的相互關系，以及非自然環境對此關系的影響，從而可能進一步揭示病毒的生物學特性，為控制病毒性疾病的流行、保護生態環境和開發有益的病毒資源提供理論根據。

病毒生態學研究中最為活躍的方向，是了解病毒在非生物環境中的活動及其控制的環境病毒學(environment virology)，其重點又在水病毒研究。50年代末，印度發生水源性甲型病毒性肝炎暴發流行，上海市暴發的甲型肝炎及新疆暴發的非甲非乙型肝炎流行，皆說明環境病毒學研究的重要性。

病毒分類學

病毒是作為病原而被發現的，所以按照它們的“原始宿主”來分為若干類群是合乎邏輯的。所謂“原始宿主”是指對病毒的反應首先引起人類注意的宿主。

從原核生物的細菌、支原體、放線菌、立克次體、藍菌門；真核生物的藻類、真菌、蕨類、裸子植物門、被子植物門、原生動物、刺胞動物門、線蟲、節肢動物門、軟體動物門、脊椎動物乃至人類中都能分離到病毒。其中從細菌、被子植物、節肢動物、脊椎動物和人類中找到的病毒最多；但不少低等植物如硅藻、黏菌、苔蘚植物、蘇鐵屬植物和低等動物的許多門，如多孔動物門、扁蟲動物門、腕足動物門、棘皮動物門等均未報道有病毒的存在。這種分布不均的現象也許部分地反映了處于演化系統中不同位置的動、植物對病毒有不同的易感性，但更可能的是反映了人們以更多的注意力用于發現并研究與人類健康和經濟生活有關的一些宿主的病毒。

分子病毒學

分子病毒學(molecular virology)是病毒學與分子生物學相互滲透融合而形成的一門學科。它也是一門研究病毒基因組結構與功能，探尋病毒基因組復制、基因表達及其調控機制，揭示病毒感染、致病的分子本質，為病毒基因工程疫苗和抗病毒藥物的研制以及病毒病的診斷，預防和治療提供理論基礎及其依據的科學。分子病毒學的研究內容包括：病毒基因組的結構與功能、病毒基因表達的調控原理、病毒感染的分子機制、病毒致癌的分子機理、抗病毒活性物質、病毒基因工程疫苗。

研究方法

病毒培養及觀察

病毒的培養

病毒學家要進行研究，首先需要對其研究對象進行擴增培養，因此開發了一系列病毒培養的方法流程。病毒培養(病毒 cultivation)，又稱為病毒擴增(virus propagation)或者病毒增長(virus growth)。有些技術能夠做到在無細胞體系中進行病毒培養，但是絕大多數病毒培養需要有合適的寄主細胞。

噬菌體依賴活菌中的營養物質進行繁殖，植物病毒可以在特殊培養的植物、組織培養物或原生質體(植物細胞，細胞壁已被移除)中進行增殖。動物病毒可以在動物體內增殖，例如小鼠，包括野生小鼠或轉基因小鼠。轉基因小鼠可用于乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒的研究。部分脊椎動物病毒能夠在雞胚中擴增，而一些昆蟲病毒則能夠在昆蟲幼蟲體內擴增。但大多數時候，動物病毒是在培養細胞中擴增的。

病毒分離

許多病毒有能力在宿主細胞單層形成肉眼可見的空斑，從而得以分離。宿主細胞單層接種少量的病毒后，由于病毒感染區域的細胞可能死亡或形狀改變，從而形成空斑。空斑是由于病毒感染從單個細胞輻射擴散到周圍細胞形成的。

通過向感染的細胞單層覆蓋一層瓊脂糖凝膠，可以有利于空斑形成；瓊脂糖凝膠能夠將子代病毒限定在一定范圍內。噬菌體也能在菌苔上形成空斑。

通常認為，一個病毒體感染一個細胞最終形成一個空斑。因此空斑內的病毒屬于同一克隆株，或者說它們的基因序列是完全一致的。該克隆株也可以稱為分離株；如果該分離株有別于其他分離株，那么它可以認為是一個新的病毒毒株。其原理和從瓊脂平板上的一個單克隆菌落分離得到細菌菌株相同。

當然還有一種可能，即一個空斑可能來源于兩個或三個病毒體。為了增加收獲單克隆病毒株的概率，可將挑取空斑獲得的病毒進行兩輪甚至三輪空斑純化過程，最終收獲的病毒即是空斑純化病毒。

實驗室條件下，首次分離得到的某種病毒在細胞中的復制率較低，經過幾輪復制周期以后，其復制效率可能提高。病毒每經過一次“轉接”(細菌學術語)，即可視為一次傳代。經過數次傳代后，病毒基因可能發生變化，有別于最初的野生株系，稱為實驗室病毒。

電鏡觀察

光學顯微鏡

大多數病毒體都非常小，超出了光學顯微鏡的分辨極限，但是光學顯微鏡在病毒感染導致細胞變化的研究方面——如細胞病變效應，具有非常重要的應用價值。熒光顯微鏡常被用于檢測帶有熒光基團標記的病毒產物。熒光基團能夠吸收特定波長的光，從而激發出一種更大波長的發射光。

共聚焦顯微鏡在病毒學研究中占據非常重要的地位。其應用原理是通過一個針孔收集位于焦平面處樣品的反射光，而焦平面區域外的反射光則被排除。大多數共聚焦顯微鏡利用激光對樣品掃描，得到多層樣品或熒光樣品的精細圖像。此外，通過對一個樣品進行多層成像采集，可以重構樣品的三維圖像。該技術可觀察活細胞，從而實時追蹤蛋白質的轉運過程。這類研究往往需要對目標病毒蛋白或細胞蛋白進行相應的標記，例如融合綠色熒光蛋白(一種水母蛋白)等。

電子顯微鏡

為了研究病毒結構或病毒感染后的細胞，常常需要更高分辨率的放大觀察，透射電子顯微鏡可以滿足此需求。其樣品通常包括病毒體、病毒體的某一成分、病毒感染的細胞或者細胞切片。為了精密地觀察樣品，需要對樣品進行負染，或者超低溫處理，有時候是二者聯合。

負染色技術利用重金屬鹽(如磷鎢酸鈉、仲鉬酸銨等)進行染色，使得樣品與背景形成顯著對比。在病毒體的電鏡圖像中，病毒體周圍被染黑，而未被染色的病毒體則是透亮的，從而凸顯整個病毒體的形狀和大小。如果染色劑滲透進病毒體表面的裂縫或其他孔洞里，則可能觀察到更多病毒體的細微結構。利用負染色技術生成了許多高質量的電鏡照片，但是傳統的電鏡技術也存在一定的局限，如干燥引起的結構扭曲等。

冷凍電鏡技術是近些年發展起來的。該技術通過將液體或半液體樣品快速冷凍到-160℃以下，使水凍結成玻璃態，并對冷凍的樣品進行圖像采集。冷凍電鏡采集的數據需要利用計算機進行處理，以獲取最多的細節，同時對不同角度采集的圖像數據綜合分析可以幫助重構病毒顆粒的三維圖像。其中涉及許多復雜的變換及整合。

X線晶體學

X線晶體學是另一種研究病毒體(DNA、蛋白質及脫氧核糖核酸-蛋白的復合體)三維結構細節的技術。該技術需要將待研究的病毒體或某種分子制備成結晶，然后將該結晶置于一束X線的照射下，隨著X線不斷掃描到晶體中的分子/原子而發生衍射。對X線衍射光譜的分析能夠判斷晶體中分子/原子的相對位置。

還有一些技術在病毒結構的研究中應用較多，包括核磁共振以及原子力顯微鏡。

電泳技術

不同大小的蛋白質或核酸能夠通過聚丙烯酰胺凝膠電泳或瓊脂糖凝膠電泳分離開來。在多數電泳技術中，每一種蛋白質或核酸會在凝膠中形成一個條帶。電泳技術的原理在于不同分子量的分子在凝膠中國移動通信集團的速率不同。將大小未知的蛋白質或核酸分子在凝膠電泳中的位置與相同凝膠中大小已知分子所在的位置進行比對，可以估算未知分子的分子量。SDS-PAGE技術可用于估算蛋白質分子量，即去污劑月桂醇硫酸鈉存在條件下的聚丙烯胺凝膠電泳。

復雜的病毒蛋白混合成分可以通過雙向電泳進行分離，即先按照蛋白質等電點進行分離(等電聚焦電泳)，再依據蛋白質的分子量進行第二向的分離(SDS-PAGE)。

核酸或蛋白質經過電泳分離后的譜型可以通過將其從凝膠轉移(印記)到一層固相膜上。如果轉移的分子是脫氧核糖核酸，該技術則稱為Southern印記，以Edwin Southern的姓氏命名；如果是核糖核酸分子，則稱為Northern印記；如果是蛋白質分子，則稱為Western印記。

血清學反應

病毒抗原一般用特異性抗血清或單克隆抗體進行檢測。在許多技術中，一般在病毒特異性抗體(直接檢測)或二抗(間接檢測)上標記特殊的標記，之后通過檢測標記的存在指示陽性結果。病毒特異性抗體是通過把病毒抗原注射到某種動物體內得到的，二抗則是通過將該種動物的免疫球蛋白注射到另外一種動物體內進行制備的。

抗體標記有許多種類，這些標記可以通過很多方法檢測。

聚合酶鏈式反應(PCR)

有些樣品只含有低拷貝的病毒核酸，對其進行擴增后可增加其被檢測的概率。脫氧核糖核酸可通過PCR進行擴增，而核糖核酸可利用反轉錄酶(RT)復制成DNA之后再進行PCR擴增(RT-PCR)。PCR過程需要病毒序列特異性的寡聚核苷酸引物。擴增產物可以通過瓊脂糖凝膠電泳轉移至硝化纖維素膜，之后利用標記探針進行雜交檢測。

PCR技術同樣可用于測定樣本中特異性核酸序列的拷貝數。實時PCR就是常用的一種定量PCR技術。通過PCR熒光標記監測DNA濃度：DNA的初始拷貝數越多，熒光強度增加越明顯，濃度越高。

基因組測序

基因組序列測定

劍橋大學的Fred Sanger及其同事發明了DNA分子堿基序列測定的開創性技術——雙脫氧末端終止法。該研究組于1971年首次測定了一段12堿基對長度的DNA序列，該序列來源于λ噬菌體。六年后，該研究組完成了針對噬菌體φX174基因組脫氧核糖核酸序列的測定。在以Sanger測序為主的時期，對測序技術的不斷改進使得DNA能夠以片段的形式被讀取。

計算機程序的應用在序列分析中占據重要地位，例如Artemis和BLAST。利用計算機技術可以從序列中發現更多有用的信息。

基因組操作

針對核酸進行操作的許多技術同樣適用于病毒基因組。這些技術包括利用限制性內切酶分離特定的基因組片段、將基因片段克隆進細菌質粒，以及向病毒基因組引入定點突變等。自然發生的病毒基因組重組和重排等過程，可以在實驗室加以重復從而人為制造新的病毒基因型。

基因的功能和表達研究

當基因表達被阻斷時，其功能可能也會降低；在基因功能的研究中，通常會構建特定基因突變的病毒。不能在野生型病毒的復制條件下進行復制的病毒突變稱為條件致死突變。許多研究使用溫度敏感型突變體，這種突變體不能在野生型病毒復制的溫度條件下進行復制(非許可溫度)，但是卻可以在其他溫度條件下進行復制(許可溫度)。

脫氧核糖核酸突變技術已被廣泛認可并應用到DNA病毒的研究中。針對RNA病毒基因組的操作技術也越來越成熟，該技術通過將RNA基因組逆轉錄為DNA，繼而針對DNA進行突變后，再次轉錄為核糖核酸。這些技術統稱為反向遺傳學技術。

另外一個抑制基因表達的方法是RNA沉默(RNA silencing)，或者RNA干擾(RNA interference，RNAi)。這種方法利用了一種細胞防御機制，該機制能夠被特異性的ds脫氧核糖核酸s誘導激活，從而破壞病毒的mRNA。因此，可以通過dsRNA的短序列抑制病毒基因的表達進而研究這些基因的功能。

當然還可以通過將基因引入細胞進行瞬時表達，并監測該表達帶來的細胞變化，進而對基因的功能進行研究。

除了構建病毒突變體，病毒學研究中還會用到其他基因修飾的方法。可以給一個病毒蛋白基因附加一段能夠編碼標簽(例如綠色熒光蛋白)的序列，這樣一來通過基因表達合成的即是這種帶有該標簽的病毒蛋白，從而可以幫助我們監控該蛋白在感染細胞中的分布。

可以借助DNA微陣列監測被感染細胞內病毒基因的表達情況。微陣列技術能夠同時監測成百上千個基因的表達，因而是研究較大基因組病毒(例如皰疹病毒及大基因組DNA噬菌體)基因表達的理想手段。病毒mRNA檢測的基本流程包括從感染的細胞中提取核糖核酸并逆轉錄為脫氧核糖核酸、PCR擴增DNA、DNA熒光標記，然后將產物加到微陣列中——通過合適波長的激光對微陣列進行掃描，如果某個探針結合樣品中的DNA，即可以被激發出相應的熒光信號。

DNA微陣列也能夠用于研究與病毒相關的宿主細胞基因的表達。該方法成功應用于細胞表面病毒受體的鑒定。

前沿研究領域

經過長時間的發展，既產生了各領域的專門知識和人才隊伍，同時又在整體上構成了較為穩定的人類病毒學知識體系和學科科學體系；既映射出人類病毒的客觀本質和行為規律，也體現了人們在歷史進程和現實需要中對人類病毒的基本認識框架。在這一穩定知識體系的前端，必定不斷地形成一些最為活躍、探索性極強并且日益更新的研究前沿，使人類病毒學無論是作為一門科學還是一個學科，都迅速地不斷向前開拓新的認識領地。基于對病毒病診防治的需要，以及人們在知識積累中由量變到質變飛躍的規律，人類病毒學的新興、前沿領域包括：

1.新病毒的發現。新病毒的發現是各時代人類病毒學的重要前沿，具有高度技術依賴性。進入21世紀以來，隨著新一代測序和生物信息學等技術的發展，大大加快了新病毒的發現過程。過去一個病毒的發現往往需要十幾年或更長的時間，而近年來，利用宏基因組或轉錄組學等分析技術，人類已發現一千多種新的RNA病毒。

2.病毒與微生物組學。大量病毒存在于自然界環境和生物體內，而病毒/微生物組學在整體層面上揭示存在于某一個或某一類生物體，或某一特定環境中所有的病毒和微生物，由此研究它們與人類健康的關系。

3.動物源性病毒對人類感染的研究。從過去到現在，大部分人類新發傳染病都來源于動物，我們需要了解動物源性病毒在動物宿主中的生態及分布特征，解析病毒基因變異和進化現象，闡明病毒跨物種間感染與致病的規律，為新發病毒性傳染病的防治提供有力的科學支撐。

4.病毒免疫病理與“炎癥風暴”的研究。大多數病毒病具有自限性疾病特征，隨著病毒自然清除，疾病表現消退甚至產生免疫力，但一些容易引起重癥的病毒感染如嚴重急性呼吸綜合征等，其致死機制往往是以炎癥風暴為特征的免疫病理，如何抵御該種病理侵害，已成為人類病毒學的重大前沿課題。

5.病毒關鍵分子的結構生物學。結構生物學為人類病毒疫苗和藥物創制提供理論基礎，因此在人類病毒學學科發展中地位特殊。基于結構基礎的人類病毒學基礎研究和藥物疫苗創制呈現出巨大生命力。

6.特異性、靶向性抗病毒治療策略的研究。抗病毒治療策略是人類病毒學研究的重要目標，以病毒關鍵基因或蛋白作為治療靶點，輔以計算機模擬手段，進行病毒靶分子與藥物分子的高通量虛擬篩選，極大地提高了發現特異性、靶向性抗病毒治療藥物的可能性，大大地加快了研發速度。

7.病毒疫苗研制。病毒新型冠狀病毒疫苗作為預防、控制和消除病毒性傳染病的有效策略，一直是人類病毒學研究的重點和活躍領域。近年來，除了傳統滅活疫苗、減毒活疫苗外，病毒載體重組疫苗、DNA疫苗、mRNA疫苗等新型新型冠狀病毒疫苗制備技術得到快速發展，將為人類病毒性傳染病的防治提供重要的手段。

病毒學研究成果

諾貝爾獎

病毒學相關生物技術的發展

疫苗研究

世界衛生組織(World Health Organization，WHO)于1966年啟動了消滅天花運動，通過全球范圍的疫苗接種，徹底消滅了天花，這是人類歷史上消滅的第一種病毒，也是人類衛生運動的重大成就(Henderson，1987)。2011年，世界動物衛生組織(World Organisation for 動物界 Health，OIE)和聯合國糧食及農業組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO)聯合宣布牛瘟病毒為世界上第二種被成功消滅的病毒(Mariner et al.，2012)。另外，脊髓灰質炎疫苗也取得了重要成果，20世紀50年代初期，美國每年約有21000例脊髓灰質炎患者，而現在該病在美國已經被消滅，全世界也僅有幾個國家還在流行(Nathanson and Kew，2010)。

在中國，乙型肝炎(簡稱乙肝)疫苗的應用取得了巨大成功。1979年和1992年開展的兩次大規模人口血清學調查結果顯示，中國人群乙型肝炎病毒(hepatiis B virus，HBV)表面抗原的陽性率接近10%(李明，1986；戴志澄和祁國明，1995)。1992年起，衛生部(現為中華人民共和國國家衛生健康委員會)將乙型肝炎疫苗納入計劃免疫管理，2002年開始對所有新生兒免費接種乙肝疫苗。2006年第3次全國血清學普查結果顯示，在5歲以下兒童中HBV表面抗原陽性率僅為1%，相對于1992年下降了90%(Liang et al.，2009)。2014年第4次血清學普查結果顯示，小于15歲的兒童中HBV表面抗原陽性率下降了92%(從1992年的10.5%下降為0.8%)，而小于5歲的兒童中HBV表面抗原陽性率下降了97%(從1992年的9.9%下降為0.3%)(Cui et al，2017)。

傳統的疫苗包括滅活新型冠狀病毒疫苗、減毒疫苗、亞單位疫苗等，新的疫苗類型包括重組亞單位疫苗、類病毒顆粒、DNA疫苗、核糖核酸疫苗等。從早期人類對天花疫苗的原理一無所知，到現在已經可以根據細胞免疫和體液免疫效果來針對性地評價疫苗，人類對疫苗的認識、研制和應用已經有了質的飛躍。

抗病毒藥物

相對于早期疫苗的成功，抗病毒藥物的研究則起步較晚，直到20世紀60年代，杜邦才研發出了抗流感的藥物金剛胺(symmetrel)。勃羅?韋爾康實驗室（Burroughs Wellcome）公司生產的阿昔洛韋(acyclovir)，對20世紀七八十年代單純皰疹病毒2型的流行起到了很好的抑制作用。很多核苷類似物對DNA病毒都有很好的抑制效果。在人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)出現之前，抗RNA病毒的藥物很少，隨著對HIV研究的深入，出現了一系列抑制病毒核酸復制的核苷類似物藥物，以及阻止病毒入侵、抑制病毒蛋白酶活性等的藥物。

干擾素是在病毒的研究中發現的，干擾素在乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、皰疹病毒等的感染中都有臨床應用，同時還在腫瘤、多發性硬化癥等的治療中得到了應用。特異性抗體在抗擊埃博拉病毒感染中也發揮了重要作用。

病毒載體與基因治療

病毒載體用于基因治療起始于20世紀90年代，在發展初期，因為出現了兩次惡性事件，它的發展受到了嚴重影響：1999年，在美國針對鳥氨酸氨甲酰基轉移酶缺乏癥的基因治療中，一位患者因對腺病毒載體的異常免疫反應而死亡(Raper et al.，2003)；2002年，在法國以逆轉錄病毒為載體來治療重癥聯合免疫缺陷的實驗中，逆轉錄病毒整合到原癌基因上，導致幾名被試兒童患上了白血病(McCormack and Rabbitts，2004)。但是，經過科學家多年的努力，病毒載體在傳遞和安全性上都取得了較大改良，到2017年，全世界開展的基因治療臨床試驗已經超過3000個，其中70%用到了病毒載體(Beitelshees et al.，2017)。臨床試驗中基因治療主要針對的是癌癥、單基因遺傳病、傳染病和心血管疾病。常用的病毒載體包括腺病毒科、腺相關病毒、單純皰疹病毒、逆轉錄病毒、慢病毒等(Lundstrom，2018)。其中，有些病毒不僅作為基因的傳遞載體，同時還發揮其他的治療作用。例如，單純皰疹病毒等溶瘤病毒可選擇性地感染和殺傷腫瘤細胞，并激發免疫反應，起到對腫瘤的治療作用(Martuza et al.，1991；Choi et al.，2016)。

生物農藥

昆蟲病毒特別是桿狀病毒，由于具有對人和家畜沒有危害、殺蟲致死率高、能產生流行性疾病、生產成本適中等優點，從20世紀70年代起，被世界衛生組織和國際糧食及農業組織推薦作為化學農藥的替代品，在農林生產中進行推廣應用。病毒殺蟲劑在巴西、中國、美國、加拿大、歐洲等國家和地區得到了廣泛的應用(Lacey et al.，2015)。中國從20世界60年代開始研發昆蟲病毒殺蟲劑，第一例商品化的病毒殺蟲劑——棉鈴蟲病毒殺蟲劑于1993年在中國登記注冊，已經有32種病毒被用于農林害蟲的防治，主要是桿狀病毒，也有少量的質型多角體病毒、濃核病毒。中國病毒殺蟲劑產品的年產量穩定在1600噸左右，在農林害蟲的綜合防治中發揮著重要作用(Sun，2015)。

除此以外，病毒在外源基因表達、抗菌治療(噬菌體)、新型納米材料、人工合成等生物技術領域中也有著廣泛的應用。

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