长得像外星生物，却生活在地球，这样的病毒到底有多少？
2020/6/13 9:28:59 生物流BioStream

     这次全世界大流行的新冠疫情，让普通大众对于病毒有了刻骨铭心的认识。病毒对人类细胞了如指掌，人类却对它们知之甚少。今天，让我们走进病毒的世界，去看一下病毒长什么样，有多少种类型。

    

     病毒的基本性质

     首先，如何看到这些病毒呢？

     病毒很小，是亚显微结构的生物。病毒的大小一般用纳米(nm)表示。肉眼肯定看不到，甚至光学显微镜下都观察不到。一般观察病毒颗粒要用到电子显微镜。下图中的黄色点就是用彩色扫描电子显微镜拍到的新冠病毒颗粒的照片。

    

     从COVID-19患者样品中看到的新冠病毒颗粒(黄色) NIAID

     病毒有多大呢？

     目前已知最小的病毒是细小病毒(Parvovirus)，直径约20纳米。比如腺相关病毒AAV(Adeno-Associated Virus)就属于细小病毒。由于安全性高，因此，AAV也是是目前基因治疗的首选载体。最大的病毒是阔口罐病毒(Pithovirus)，长1500纳米，直径500纳米。

     赫赫有名的埃博拉病毒(Ebolavirus)是丝状病毒，大小为80x970纳米，属于相对较大的病毒。跟它引发的溃烂症状一样，埃博拉病毒长得也比较恶心。

     新冠病毒和SARS病毒同属于冠状病毒，是RNA病毒中最大的，直径60-140纳米。

    

     狂犬病毒(Rabies)长得像子弹，大小180x80纳米；能引起艾滋病的HIV病毒大小约120纳米；流感病毒(Influenza)大小为100纳米，腺病毒(Adenovirus)大小为80-90纳米。

     疫情期间倡导戴口罩，判断口罩能否阻止病毒感染，就要看口罩能够过滤多大的颗粒。

     病毒种类繁多，形态各异，它们能够感染的宿主也非常广泛。几乎自然界的所有生物，从人、动物、植物到真菌、细菌、古细菌，都能够被病毒感染。

    

     这些病毒是否有共同的结构基础呢？

     病毒的结构

     病毒的核心结构称为核衣壳(Nucleocapsid)，包括核与衣壳(Capsid)两部分。核位于内部，是病毒的遗传物质，是DNA或RNA。衣壳位于外部，是包裹着核的蛋白质，起保护病毒的作用。

     有些病毒还具有包膜(Envelop)。包膜是一层磷脂双分子层，和细胞膜的结构类似，上面镶嵌着蛋白质。

     有包膜病毒

     例如冠状病毒，就属于有包膜的病毒。新型冠状病毒的包膜位于核衣壳的外部，包裹着核衣壳。新冠病毒的核衣壳由单链RNA分子和衣壳蛋白构成，内部的单链RNA分子与蛋白结合在一起。

    

     新冠病毒内部的基因组RNA约30kb，可以编码至少4种结构蛋白，包括刺突蛋白(Spike protein)、包膜蛋白(Envelop protein)、膜蛋白(Membrane protein)和核衣壳蛋白(Nucleocapsid protein)。

    

     新冠病毒基因组能够编码S、E、M、N四种蛋白

     刺突蛋白S、包膜蛋白E和膜蛋白M都位于病毒包膜的表面。刺突蛋白S能够和宿主细胞表面的受体结合，介导病毒进入细胞。而核衣壳蛋白N是唯一一个能够和冠状病毒的RNA结合的蛋白，组成核衣壳。

    

     冠状病毒包膜表面的蛋白

     病毒内部的RNA分子编码这些蛋白，也就是说，RNA在进入细胞后，能够转录、翻译成这些蛋白质，进行病毒的装配与包装，形成新的冠状病毒。

    

     病毒的单位是病毒颗粒(virion)，一个病毒颗粒，感染细胞后，理论上可以复制成千上万个病毒颗粒，这也是病毒传播迅速的原因。

     无包膜病毒

     还有些病毒没有包膜结构，比如腺病毒(Adenovirus)。腺病毒可以感染胰腺、唾液腺、扁桃腺等腺体，因此，人类根据感染宿主的部位将其命名为腺病毒。

     没有包膜的腺病毒是二十面体的结构，看起来更像立体几何里的模型。比起冠状病毒来，腺病毒长得更加机械化。腺病毒包括内部的双链DNA和外部的二十面体形状的衣壳。

     衣壳上有纤突，是长长的突起。顶端有膨大的结构，叫做顶球。顶球能够与宿主细胞表面的受体结合，介导进入细胞。

    

     把腺病毒从中间切开(现实中其实很难做到)，可以看到内部的双链DNA，这正是腺病毒的遗传物质。腺病毒的DNA可以编码多种结构蛋白，比如刚刚提到的纤突和顶球。

    

     病毒的形态各异，有像机器人的噬菌体、二十面体的腺病毒、螺旋形的烟草花叶病毒，包膜形的流感病毒，像子弹一样的狂犬病毒，丝状的埃博拉病毒等。

    

     既然病毒长相如此复杂，那又如何对众多病毒进行系统的分类呢？

     病毒的形态分类

     官方的病毒分类系统是由国际病毒分类委员会(ICTV，Inernational Committee on Taxonomy of Viruses)制定的，主要依据是病毒的形态、特性、大小、宿主等特征。像动植物的分类包括门、纲、目、科、属、种一样，病毒分类也是一个庞大的门、纲、目、科、属、种系统。

     根据2019年国际病毒分类委员会更新的病毒分类系统，目前发现的病毒被归属为16个门(Phylum)，36个纲(Class)，55个目(Order)，168个科(Family)，1421个属(Genus)，6590个种(Species)。

     每个分类下还有亚分类级别，亚门、亚纲、亚目、亚科、亚属等。

     例如，逆转录病毒科包括正逆转录病毒和泡沫病毒亚科。正逆转录病毒亚科又包括α-，β-，γ-，ε-逆转录病毒和慢病毒属。泡沫病毒亚科包括泡沫病毒属。

     像丝一样的埃博拉病毒属于丝状病毒科，像子弹一样的狂犬病毒属于弹状病毒科。此外，还有腺病毒科、圆环病毒科、细小病毒科、转座病毒科等。

     有些病毒通常以致病后的疾病来命名，如乳头瘤病毒科、疱疹病毒科等。

     除经典的核酸病毒外，还有蛋白质病毒，称为朊病毒。比如曾引起疯牛病的就是朊病毒。

     此外还有类病毒、卫星病毒等。病毒的不断发现，也在不停的更新着病毒分类系统。

     病毒种类繁多，形态结构各异，有没有一种简单的方法分类病毒呢？

     巴尔的摩分类法

     1971年，戴维·巴尔的摩发表了一份病毒分类方法，这种分类法即使现在也仍然能够和官方的病毒分类法共同使用。这种分类法建立在病毒的核酸类型上，不像官方分类法那样有上下级系统，它只有一级，因此，更加简单直观。这种对病毒的分类方法也被称为巴尔的摩分类法。

    

     巴尔的摩分类法将病毒分成了7类，分别是双链DNA、单链DNA、双链RNA、正义链RNA、反义链RNA、逆转录RNA、逆转录DNA。

     双链DNA(dsDNA)：基因组是双链DNA的病毒，比如腺病毒。一般进入宿主细胞后，能够直接转录成mRNA，并翻译成蛋白质。

     单链DNA(ssDNA)：基因组是单链DNA的病毒，比如腺相关病毒(AAV)。单链DNA需要先变成双链DNA，才能进行后续mRNA的转录，并翻译出蛋白质。

     双链RNA(dsRNA)：基因组是双链RNA的病毒，比如呼肠孤病毒。可以直接转录成mRNA，并翻译成蛋白质。

     正义单链RNA((+)ssRNA)：基因组是正义单链RNA的病毒，比如新型冠状病毒。需要先以正义链RNA合成反义链的RNA，再以反义链RNA为模版，转录出mRNA，并翻译出蛋白质。

     反义单链RNA((-)ssRNA)：基因组是反义单链RNA的病毒，比如狂犬病毒、埃博拉病毒。

     逆转录RNA病毒：逆转录病毒，基因组是RNA，比如HIV、慢病毒。

     逆转录DNA病毒：逆转录病毒，基因组是DNA。

     总结

     病毒没有细胞结构，感染宿主细胞后才能复制，不能单独生存。病毒形态各异，目前的分类工作由国际病毒分类委员会进行。巴尔的摩分类法根据核酸类型对病毒进行分类，方法简单直观。目前是两种分类方法并行使用。

     新病毒的发现使病毒分类学面临不断更新的挑战。目前人类只对少部分病毒有一定的研究，对大部分病毒几乎一无所知。病毒分类学是系统认识和研究病毒的基础，人类对病毒的研究还有很长的路要走。

     (生物流系头条号签约作者)

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