內容簡介
《普通病毒學》係統論述各類病毒的本質、結構與功能的相似性和特點,概括各方麵共同的理論和概念,從分子水平、細胞水平、機體水平及群體水平闡明病毒與宿主相互關係的規律。內容包括病毒的分類與命名、形態結構、理化性質、復製、遺傳與變異、進化、基因工程、朊病毒、病毒與腫瘤、病毒與細胞凋亡,人類緻病性病毒、昆蟲病毒、植物病毒等與宿主之間的相互關係。書後附有病毒專業術語匯編。全書內容翔實,豐富而新穎,既介紹各類病毒的基礎知識,又反映病毒研究的新發展動態和方嚮。《普通病毒學》適用於病毒學、微生物學專業碩士、博士研究生的專業教材,也可供從事病毒學、微生物學、醫學、獸醫、農業科技的人員參考。
內頁插圖
目錄
《中國科學院研究生教學叢書》序
第一章 導論——病毒學概述
第一節 病毒學知識的起源及發展
一、經驗時期
二、病毒的發現時期
三、病毒本質的研究時期
四、病毒與宿主相互關係的探索時期
第二節 病毒和病毒學
第三節 病毒的主要類群
一、原核生物的病毒
二、真核生物的病毒
第四節 病毒性病害因果關係的概念
第五節 病毒性質的兩重性
一、病毒生命形式的兩重性
二、病毒結構和功能的兩重性
三、病毒病理學的兩重性
第六節 病毒研究的發展趨勢
一、全球消滅脊髓灰質炎
二、病毒功能基因組學和功能蛋白質組學的研究
三、朊病毒(prion)的分子生物學與疾病的控製
四、DNA疫苗的研究
五、病毒分子病理學研究
提要
第二章 病毒的分類與命名
第一節 病毒分類與命名的沿革
一、1961年以前
二、1962-1966年
三、1966~1970年
四、1971~1999年
第二節 關於病毒的命名問題
第三節 病毒的分類原則
第四節 病毒分類係統
提要
第三章 病毒的形態與結構
第一節 病毒的形態與大小
一、研究病毒形態與結構的意義
二、病毒的形態特徵
三、病毒的大小
第二節 病毒的組成與功能
一、病毒的組成
二、病毒核酸及其功能
三、病毒蛋白質及其功能
四、病毒的脂質與功能
五、病毒的糖類和其他成分
第三節 病毒顆粒形態結構的對稱性
一、螺鏇對稱殼體
二、麵對稱殼體
三、復閤對稱殼體
提要
第四章 病毒的復製
前言
第一節 用於病毒復製研究的實驗係統
一、噬菌體——細胞培養係統
二、動物病毒——動物細胞培養係統
三、植物病毒——植物原生質體培養係統
第二節 病毒的復製周期
一、吸附
二、侵入
三、脫殼
四、病毒大分子的閤成
五、病毒的裝配與釋放
第三節 病毒的異常復製
提要
第五章 病毒的遺傳與變異
前言
第一節 病毒的突變
一、突變的定義
二、自發突變
三、誘發突變
四、病毒突變類型
五、病毒突變體
第二節 病毒的重組
一、病毒重組機製
二、病毒的復活
第三節 影響病毒錶型的病毒間相互作用
一、錶型混雜
二、病毒間的乾擾
三、缺陷病毒
第四節 病毒基因圖的構建方法
一、遺傳學方法
二、分子生物學方法
第五節 病毒基因功能的研究方法
一、互補
二、利用分離基因研究病毒基因功能的方法
第六節 哺乳動物病毒錶達載體
一、瞬時錶達載體
二、穩定錶達病毒載體
提要
第六章 病毒的進化
前言
第一節 有關病毒起源的學說
一、退化性起源學說
二、病毒起源於宿主細胞中的RNA和(或)DNA成分的學說
三、病毒起源於具有自主復製功能的原始大分子的學說
第二節 研究病毒分子進化的有關方法
一、利用核苷酸或蛋白質的序列繪製單基因的進化樹
二、基因組的排列與進化研究
三、基因組的基因組成與進化研究
第三節 DNA病毒的進化
一、影響DNA病毒進化的因素
二、DNA病毒中的G+C含量及密碼子的使用頻率
第四節 RNA病毒的進化
一、RNA病毒超傢族
二、RNA病毒的分歧速率(rate of divergence)
三、RNA病毒變異發生的機製
四、正鏈RNA病毒的進化
五、負鏈RNA病毒的進化
提要
第七章 病毒與腫瘤
第一節 腫瘤病毒概述
一、腫瘤發生的原因
二、腫瘤發生的分子基礎
三、病毒與腫瘤
四、腫瘤病毒的生物學特性
五、腫瘤的治療
第二節 DNA腫瘤病毒
一、概述
二、腺病毒
三、皰疹病毒
四、乳頭狀瘤病毒
五、多瘤病毒
六、嗜肝DNA病毒
第三節 RNA腫瘤病毒
一、RNA腫瘤病毒的種類
二、反轉錄病毒的結構特徵
三、反轉錄病毒的感染
四、反轉錄病毒在自然界的傳播
五、內源性反轉錄病毒
第四節 原癌基因與抑癌基因
一、原癌基因
二、腫瘤抑製基因
第五節 細胞轉化與腫瘤
一、正常細胞增殖周期
二、轉化細胞的性質
三、病毒誘發的細胞轉化
四、轉化細胞中的病毒信息
五、腫瘤形成方式
提要
第八章 病毒的持續性感染
前言
第一節 病毒感染的類型
第二節 病毒持續性感染的機製
一、限製病毒的緻細胞病變作用
二、病毒基因組在宿主體內存留的機製
三、逃避宿主的免疫係統監視的機製
第三節 病毒持續性感染的實例
一、單純皰疹病毒(HSV)
二、Epstein-Barr病毒(EBV)
三、人類多瘤病毒(HPV)
四、腺病毒
五、腺病毒伴隨病毒(AAV)
六、乙型肝炎病毒(HBV)
七、麻疹病毒(MV)
八、人免疫缺陷病毒(HIV)
提要
……
第九章 病毒感染與細胞凋亡
第十章 人類及動物病毒與宿主之間的相互作用
第十一章 昆蟲病毒與宿主之間的相互關係
第十二章 植物病毒與寄主間的相互作用
第十三章 病毒基因工程
第十四章 prion-傳染性蛋白質顆粒或朊病毒
前言/序言
在21世紀曙光初露,中國科技、教育麵臨重大改革和蓬勃發展之際,《中國科學院研究生教學叢書》——這套凝聚瞭中國科學院新老科學傢、研究生導師們多年心血的研究生教材麵世瞭。相信這套叢書的齣版,會在一定程度上緩解研究生教材不足的睏難,對提高研究生教育質量起著積極的推動作用。
21世紀將是科學技術日新月異,迅猛發展的新世紀,科學技術將成為經濟發展的最重要的資源和不竭的動力,成為經濟和社會發展的首要推動力量。世界各國之間綜閤國力的競爭,實質上是科技實力的競爭。而一個國傢科技實力的決定因素是它所擁有的科技人纔的數量和質量。我國要想在21世紀順利地實施“科教興國”和“可持續發展”戰略,實現鄧小平同誌規劃的第三步戰略目標——把我國建設成中等發達國傢,關鍵在於培養造就一支數量宏大、素質優良、結構閤理、有能力參與國際競爭與閤作的科技大軍。這是擺在我國高等教育麵前的一項十分繁重而光榮的戰略任務。
中國科學院作為我國自然科學與高新技術的綜閤研究與發展中心,在建院之初就明確瞭齣成果齣人纔並舉的辦院宗旨,長期堅持走科研與教育相結閤的道路,發揮瞭高級科技專傢多、科研條件好、科研水平高的優勢,結閤科研工作,積極培養研究生;在齣成果的同時,為國傢培養瞭數以萬計的研究生。當前,中國科學院正在按照江澤民同誌關於中國科學院要努力建設好“三個基地”的指示,在建設具有國際先進水平的科學研究基地和促進高新技術産業發展基地的同時,加強研究生教育,努力建設好高級人纔培養基地,在肩負起發展我國科學技術及促進高新技術産業發展重任的同時,為國傢源源不斷地培養輸送大批高級科技人纔。
質量是研究生教育的生命,全麵提高研究生培養質量是當前我國研究生教育的首要任務。研究生教材建設是提高研究生培養質量的一項重要的基礎性工作。由於各種原因,目前我國研究生教材的建設滯後於研究生教育的發展。為瞭改變這種情況,中國科學院組織瞭一批在科學前沿工作,同時又具有相當教學經驗的科學傢撰寫研究生教材,並以專項資金資助優秀的研究生教材的齣版。希望通過數年努力,齣版一套麵嚮21世紀科技發展、體現中國科學院特色的高水平的研究生教學叢書。本叢書內容力求具有科學性、係統性和基礎性,同時也兼顧前沿性,使閱讀者不僅能獲得相關學科的比較係統的科學基礎知識,也能被引導進入當代科學研究的前沿。這套研究生教學叢書,不僅適閤於在校研究生學習使用,也可以作為高校教師和專業研究人員工作和學習的參考書。
“桃李不言,下自成蹊。”我相信,通過中國科學院一批科學傢的辛勤耕耘,《中國科學院研究生教學叢書》將成為我國研究生教育園地的一叢鮮花,也將似潤物春雨,滋養莘莘學子的心田,把他們引嚮科學的殿堂,不僅為科學院,也為全國研究生教育的發展作齣重要貢獻。
《微生物的隱秘戰爭:從生存到進化的奧德賽》 第一章:微觀宇宙的暗流湧動——生命的基石與隱形的存在 我們所居住的地球,錶麵之下,一個由肉眼無法察覺卻又無處不在的生命王國,早已悄然繁衍瞭數十億年。這個王國,由微生物構成,它們是地球生命演化史上的早期參與者,也是塑造我們星球生態係統的關鍵力量。它們以最基礎的形式存在,卻擁有最頑強的生命力,在最極端、最惡劣的環境中也能找到生存之道。從深不見底的海溝到沸騰的熱泉,從冰封的極地到人體內部,微生物的足跡遍布每一個角落,扮演著地球生命循環中不可或缺的角色。 微生物,這個涵蓋瞭細菌、古菌、真菌、藻類以及病毒等多樣化成員的龐大群體,它們的形態、代謝方式和生活習性韆差萬彆,但共同點在於其微小的體積和強大的適應能力。它們是最早齣現的生命形式之一,它們的齣現開啓瞭地球生命多樣化的進程。它們通過極其高效的繁殖方式,在短時間內能夠産生巨大的種群數量,並且擁有驚人的基因重組和突變能力,這使得它們能夠快速地適應環境變化,不斷地演化齣新的生存策略。 在本章中,我們將深入探索這個微觀宇宙的奧秘。我們將從最基礎的層麵開始,介紹構成這個微觀生命體的基本單元——細胞。我們將解析細菌和古菌的細胞結構,它們獨特的遺傳物質,以及它們如何通過無性繁殖迅速繁衍。我們也將目光投嚮真菌,這些在分解有機物、維持生態平衡方麵發揮著至關重要作用的生物。而藻類,這些進行光閤作用的微小生物,則是地球氧氣的主要生産者之一,它們構成瞭水生生態係統的基礎。 然而,在這個微生物的國度裏,還有一種特殊的存在,它們不同於細胞,它們是嚴格意義上的寄生者,隻能在活細胞內復製自身,這就是病毒。它們以其極簡的結構和獨特的生命周期,挑戰著我們對“生命”的定義。它們既不擁有細胞器,也無法獨立進行新陳代謝,但它們卻能巧妙地入侵宿主細胞,利用宿主細胞的機製來完成自身的復製和傳播。這種寄生性使得病毒在自然界中扮演著復雜而矛盾的角色,它們既是疾病的製造者,也是基因交流的驅動者,甚至在某些情況下,它們也可能為宿主帶來意想不到的益處。 理解微生物的多樣性,以及它們各自獨特的生存策略,是我們認識地球生命演化史、理解復雜生態係統運作機製、甚至探索生命起源的關鍵。它們在地球的“隱秘戰爭”中,或閤作,或競爭,或寄生,共同譜寫著生命的宏偉篇章。我們將為讀者揭示這個我們難以察覺卻又深刻影響著我們生存環境的微觀世界,為後續章節中對它們更深入的探索打下堅實的基礎。 第二章:生命的驅動力——新陳代謝的韆姿百態 生命之所以能夠存在並延續,離不開一套精巧而復雜的能量獲取和物質轉化係統,這便是新陳代謝。在廣闊的微生物世界中,新陳代謝的錶現形式呈現齣令人驚嘆的多樣性,它們根據所處的環境和可利用的資源,發展齣瞭各自獨特的生存策略,從而在地球的各個角落蓬勃發展。 我們將首先聚焦於能源獲取的多樣性。光閤作用,這項被譽為“生命之光”的進程,在許多微生物中廣泛存在。藻類和一些細菌,如藍細菌,能夠捕捉太陽能,將其轉化為化學能,並利用二氧化碳閤成有機物,釋放氧氣。它們是地球上最重要的氧氣生産者,也是食物鏈的基石。與之相對,化能閤成則為那些生活在黑暗環境中的微生物提供瞭能量來源。例如,硫化細菌能夠氧化硫化物,從中獲取能量,而硝化細菌則能夠氧化氨,將氮元素轉化為植物可吸收的形式。這些化能閤成的微生物,在地下深處、熱液噴口等極端環境中,維係著獨特的生態係統。 除瞭能量的來源,有機物的轉化也是新陳代謝的核心。微生物在分解有機物方麵扮演著至關重要的角色,它們將復雜的有機分子分解為簡單的無機物,從而實現物質的循環。分解者,如真菌和許多細菌,能夠消化動植物的屍體,將碳、氮、磷等元素釋放迴環境中,供其他生物利用。這個過程對於維持地球生態係統的健康運轉至關重要。 我們還將探討呼吸作用的多樣性。好氧呼吸,利用氧氣作為最終電子受體,效率最高,産生大量能量,是許多微生物的首選。然而,在缺乏氧氣的環境中,厭氧呼吸則成為它們生存的關鍵。厭氧呼吸利用各種非氧化的無機物,如硝酸鹽、硫酸鹽或二氧化碳,作為最終電子受體,雖然能量産齣較低,但足以維持生命活動。發酵,作為一種更古老的能量獲取方式,在厭氧條件下也能産生能量,並且在人類的食物生産,如麵包、酸奶、酒類中扮演著重要角色。 更進一步,我們將深入探究微生物在氮循環、硫循環、磷循環等地球關鍵元素循環中的作用。它們能夠將大氣中的氮氣轉化為可被植物吸收的形式,也能將土壤中的有機氮轉化為氨,或將硝酸鹽還原為氮氣釋放迴大氣。這些復雜的生化反應,在微生物的驅動下,構成瞭地球生命不可或缺的物質循環網絡。 理解微生物新陳代謝的多樣性,不僅有助於我們認識微生物本身的生命活動,更揭示瞭它們如何深刻地影響著地球的整體環境。它們是地球生態係統的“工程師”,是物質循環的“催化劑”,更是生命演化的“幕後推手”。這些看似微小的生命體,以其韆姿百態的新陳代謝,維係著整個星球的生機勃勃。 第三章:生命的策略——適應與進化的力量 生命之所以能夠跨越億萬年的時光,在地球上生生不息,其核心在於強大的適應能力和持續的進化力量。微生物,作為地球上最早齣現的生命形式之一,它們在漫長的演化曆程中,發展齣瞭令人驚嘆的適應性,以及不斷進化的機製,使其能夠在各種極端和動態的環境中生存並繁衍。 我們將深入探討微生物如何應對環境的挑戰。例如,麵對溫度的劇烈變化,一些微生物能夠産生耐熱蛋白,在高溫下保持活性;而另一些則能閤成抗凍蛋白,在低溫下防止細胞冰晶損傷。在鹽度極高的環境中,微生物會積纍滲透性溶質,維持細胞內部的滲透壓平衡。在pH值極端(過酸或過堿)的環境中,它們發展齣獨特的細胞壁結構和質子泵,來調節細胞內的pH值。 飢餓與營養匱乏是生命麵臨的普遍挑戰,微生物也發展齣瞭多種應對策略。一些微生物能夠形成休眠孢子,在外環境惡劣時進入一種低代謝狀態,等待條件適宜時重新活躍。另一些則能儲存能量和營養物質,在食物短缺時緩慢消耗。 微生物進化最顯著的驅動力之一是其繁殖方式。無性繁殖,如二分裂,能夠快速産生大量後代,使有利的突變能夠迅速傳播。但更重要的是,微生物擁有強大的基因交流能力。基因水平轉移,包括轉化(直接吸收環境中的DNA)、轉導(通過噬菌體傳播DNA)和接閤(通過細胞間的直接接觸傳遞DNA),使得微生物能夠跨物種、跨界地獲取新的基因,從而快速獲得對新環境的適應性,或者獲得新的代謝能力,例如對抗生素的抗性。這種水平基因轉移的速度和效率,遠遠超過瞭我們熟悉的有性生殖中的基因重組,是微生物能夠如此迅速地適應環境變化,並産生許多新特性的根本原因。 我們將詳細解析基因突變在進化中的作用。雖然突變是隨機發生的,但自然選擇會偏愛那些能夠提高個體生存和繁殖機會的突變。隨著時間的推移,這些有利的突變會逐漸積纍,最終導緻物種的形成和多樣化。微生物的短代周期使得這一過程能夠以驚人的速度發生,我們可以觀察到微生物在短時間內齣現對新藥物的抗性,或者適應新的營養來源。 此外,我們將探討微生物在生態係統中的“軍備競賽”。例如,一些微生物會産生抗生素來抑製其他微生物的生長,以獲取生存空間和資源。而另一些微生物則會進化齣對這些抗生素的耐受性,從而形成一種動態的平衡。這種持續的“你死我活”的競爭,不斷地推動著微生物群落的進化。 理解微生物的適應性與進化力量,是認識生命韌性的關鍵。它們教會我們,在逆境中,生命總能找到齣路;在變化中,生命總能找到新的可能。它們不斷地挑戰著我們對生命的認知,也為我們提供瞭理解生命起源、演化以及未來發展的寶貴視角。 第四章:共生與抗爭——微生物與宿主的復雜關係 生命並非孤立存在,而是交織在一個龐大而復雜的網絡中。在這個網絡中,微生物與它們所處的宿主之間,上演著一場又一場關於生存、閤作與抗爭的史詩。微生物與宿主的關係,遠非簡單的“敵我”對立,而是呈現齣豐富多樣的“共生”與“抗爭”的交織,這種復雜的關係深刻地塑造著宿主的生理功能,甚至決定著宿主的健康與命運。 我們將首先聚焦於共生的奇妙世界。互利共生,是指微生物與宿主相互受益的關係。例如,我們人體腸道中的微生物群落,它們幫助我們消化食物,閤成維生素,並且抵禦外來病原體的入侵。這些微生物通過提供我們無法自行閤成的營養物質,或者參與我們自身的生理調節,與我們建立瞭一種不可或缺的共生夥伴關係。又如,豆科植物根瘤菌,它們固氮,為植物提供氮素養分,而植物則為細菌提供庇護和碳水化閤物。 偏利共生,則是指微生物從宿主那裏獲益,而宿主既不獲益也不受損,甚至可能在某些情況下,宿主可能因為共生微生物的存在而獲得一些潛在的益處,盡管這些益處不那麼直接或顯著。一些附著在植物葉片錶麵的微生物,它們可能從植物葉麵獲取營養,同時它們的存在也可能對植物的抗病能力産生微妙的影響。 然而,並非所有的微生物都與宿主和平共處。寄生,是微生物與宿主之間一種一方獲益、另一方受損的關係。最常見的寄生關係便是病原微生物的入侵,它們利用宿主的營養和資源進行繁殖,同時損害宿主的組織和功能,導緻疾病的發生。我們將探討病原微生物如何入侵宿主,如何逃避宿主的免疫係統,以及它們如何引起各種疾病。從引起感冒的病毒,到導緻食物中毒的細菌,再到引起真菌感染的黴菌,這些寄生微生物以其強大的緻病能力,深刻地影響著人類和其他生物的健康。 但即使在“抗爭”層麵,也存在著復雜的博弈。宿主會發展齣強大的免疫係統來識彆和清除入侵的微生物,而微生物則會進化齣各種策略來逃避或抑製宿主的免疫反應。這種長期的“軍備競賽”,是生命演化過程中一個重要的驅動力。 我們還將探討宿主對微生物的“調控”。例如,宿主可以通過改變其生理環境(如pH值、氧氣含量)來影響腸道微生物的組成,從而影響其生理狀態。反之,宿主産生的信號分子,也可以影響微生物的行為。 理解微生物與宿主之間復雜的關係,對於我們認識生命的多樣性、疾病的發生機製、以及生態係統的穩定至關重要。它們揭示瞭生命並非是孤立的個體,而是相互依存、相互影響的復雜網絡。這些隱藏在我們身體內外的微生物,以其獨特的方式,與我們共同演化,共同塑造著生命的軌跡。 第五章:未來的展望——微生物的無限可能 微生物,這個古老而充滿活力的生命王國,它們不僅在塑造我們當前的地球生態係統中扮演著核心角色,更蘊含著無限的未來潛力,為人類的科技發展、環境保護以及健康福祉提供瞭廣闊的可能性。 在生物技術領域,微生物已經被譽為“微型化工廠”。它們能夠高效地生産各種有價值的物質,從藥物、酶、生物燃料,到食品添加劑和生物聚閤物。例如,利用基因工程改造的細菌,可以生産胰島素、生長激素等重要的藥物。而利用酵母進行發酵,我們能夠生産齣麵包、啤酒、葡萄酒等。近年來,隨著基因編輯技術的飛速發展,我們能夠更精準地設計和改造微生物,使其能夠閤成更復雜、更具商業價值的産物,為工業生産提供更可持續、更環保的解決方案。 在環境保護方麵,微生物是天然的“清道夫”。它們能夠降解各種汙染物,包括石油泄漏、塑料垃圾、農藥殘留等。利用微生物的降解能力,我們可以開發齣更有效的生物修復技術,來治理被汙染的環境。例如,某些細菌能夠分解石油烴,減少石油泄漏對海洋生態係統的破壞。科學傢們也正在探索利用微生物來降解塑料,以應對日益嚴重的塑料汙染問題。 在能源領域,微生物提供瞭可持續的能源生産途徑。利用微生物進行生物發酵,可以生産生物乙醇、生物丁醇等生物燃料,這些燃料相比化石燃料,具有更低的碳排放,是應對氣候變化的重要途徑。此外,科學傢們也在研究利用微生物進行生物發電,將生物質能直接轉化為電能,為未來的能源供應開闢新的道路。 在健康領域,對微生物的研究將繼續深化。隨著對人體微生物組的深入瞭解,我們發現它們與人類健康有著韆絲萬縷的聯係。通過調節微生物組的組成和功能,我們可以預防和治療多種疾病,包括肥胖、糖尿病、炎癥性腸病,甚至一些神經係統疾病和精神疾病。糞便微生物移植(FMT)等新的治療方法,已經顯示齣其在治療某些腸道疾病方麵的潛力。 同時,微生物也為我們探索生命起源和地外生命提供瞭重要的綫索。研究極端環境下的微生物,有助於我們理解早期地球的生命形式,以及生命在其他星球上存在的可能性。它們是宇宙中最堅韌的生命形式,它們的存在,為我們描繪瞭生命在宇宙中無處不在的可能。 然而,伴隨著機遇,我們也麵臨著挑戰。抗生素耐藥性的不斷齣現,是人類健康麵臨的嚴峻挑戰,需要我們不斷地開發新的抗菌策略。同時,對微生物的深入研究也需要我們謹慎對待,避免潛在的生物安全風險。 《微生物的隱秘戰爭:從生存到進化的奧德賽》這本書,正是希望帶領讀者深入探索這個微觀世界的奧秘,理解它們在地球生命史中的重要性,以及它們為人類社會發展所帶來的無限可能。從基礎的生命活動到復雜的生態互動,從過去的演化軌跡到未來的科技應用,微生物的故事,是關於生命最生動、最深刻的詮釋。它們在隱秘的戰爭中,以其堅韌的生命力、卓越的適應性以及不竭的進化動力,不斷地書寫著地球生命的傳奇。