病毒，初次见面请多关照

王旭东

春夏之交的某一天，一位荷兰烟农迎着微风漫步在烟草田中，他看着茁壮生长的烟草，心里充满喜悦。今年应该又是丰收年了。但当他蹲下仔细查看植株时，顿时皱起了双眉：刚抽出的嫩叶叶脉变成了半透明，而且有一条条黄黄绿绿的斑纹，有些老叶片出现了大面积的褐色坏死斑，还有部分已经完全枯萎腐烂。曾经鲜活的叶片上留下了一片片斑驳污损，像马赛克一样一块接着一块。一周后情况更糟糕了，大部分植株都出现了病状。这位烟农从来没有遇到过这种状况，心急如焚，急忙向年轻的德国农业化学家阿道夫·麦尔求助。麦尔仔细研究了这些烟草的生长环境，包括土壤、温度、日照、湿度，没有发现染病的植株和别处健康的植株有何不同，他又考虑了真菌或寄生虫的可能性，结果仍一无所获。

当年烟草收成全无，整个烟草行业大受打击，烟农们苦不堪言，处在十九世纪末的他们不知道是什么导致了这场灾难。

深切同情烟农的麦尔没有停止自己研究的脚步。1886年，他设计了一个实验：把病株叶片捣碎，将提取出的汁液注射到健康烟叶叶脉中。没过多久，健康烟叶患上了同样的疾病。于是，他确定了此病具有传染性，命名为烟草花叶病，并认为是一种细菌病。那时对细菌的分离和培养已经比较成熟，麦尔认为是细菌作祟也是顺理成章的。他再取了些染病的汁液放在实验室培养，结果真的长出一些细菌菌落来。这些菌落越长越大，到最后都可以肉眼看见它们了。麦尔大喜过望，立刻把它们涂抹到健康植株上，但令人失望的是，并没有让健康植株出现染病症状，说明染病的原因不是这些细菌。灰心的他只好作罢。

病毒的世界依然笼罩在层层迷雾中。

它不是细菌，而是一种传染病

1892年，俄国科学家伊万诺夫斯基重复了麦尔的实验，他选用了连最小细菌都无法透过的细菌过滤器--尚柏朗滤器。现在我们知道，细菌的大小一般在0.5微米到5微米之间，而典型的病毒直径只有20-450纳米，也就是0.02-0.45微米，远小于细菌。他将滤出的汁液涂抹在烟草上，惊诧地发现还是能让烟草染病。可惜的是，他认为是过滤器有问题，让细小的细菌漏掉了才会这样。伊万诺夫斯基拘泥于当时盛行的法国微生物学家巴斯德的“疾病菌源说”，没有足够的勇气冲破思想的禁区，最终没有认识到这一发现的重要意义，认为烟草花叶病的致病因子只是细菌产生的毒素。而与病毒失之交臂。

1898年，荷兰细菌学家贝杰林克也思考着这个问题：病原体能通过尚柏朗过滤器，且在光学显微镜下也无法观察到，说明有两种可能性，一种是病原体非常微小，能通过过滤器;另一种是细菌本身虽然不能通过过滤器，但是它分泌的毒素溶解在了滤液里，所以也能引起花叶病。

荷兰细菌学家贝杰林克。

烟草花叶病毒在电子显微镜下的图像。

那是不是毒素呢？

貝杰林克使用特制的陶瓷片作为滤器，这种陶瓷片孔径很小，约0.2-0.4微米，完全能将细菌过滤掉。他把过滤后的病液注射进第一株健康烟草，等这棵烟草得病后，再把它的滤液注射进第二株健康烟草，然后再把第二株的滤液注射给第三株，如法炮制。

如果花叶病的病源是毒素，那么注射进第一株烟草的毒素最多，发病也应该最迅速最严重。随后注射的毒素一株比一株少，它们的发病也应该一株比一株慢，一株比一株轻。让人吃惊的是，试验结果恰恰相反，得病烟草是一株比一株发病快，发病重。这就说明病原根本不是毒素，而是活的有机体，而且自我复制能力很强。

因为只有活着的生命，才可能在烟草中不断繁殖，从而使滤液的毒性越来越强。于是，贝杰林克将其称为“有传染性的活液。”这些物质虽然极其微小但生命力非常顽强，酒精不能让它失去传染性，高温加热至沸腾也是毫发无伤。贝杰林克将滤纸浸在液体中，然后让滤纸彻底干燥。三个月后，再将滤纸放入水中，这个水还能让植株染病。将液体冲淡100万倍后仍有致病能力，让人心惊胆战。

当时很难想象这种物质如何生产和繁殖，贝杰林克提出了一个天才的设想：“为了能够繁殖，它一定是结合到活细胞的原生质中了……”这个设想在病毒史上具有划时代的影响，打破了普遍信奉的“疾病菌源说”，是人类认识病因过程中的一次重大突破。他把这个物质命名为“病毒”，而贝杰林克则被称为“真正的病毒学之父”。

终于有了名字，但病毒世界的面纱依然遮挡着我们的双眼。

它只有蛋白质和RNA

1935年，美国的生物化学家斯坦利效仿贝杰林克的做法获得了“活液”。一次偶然的机会，发现此“活液”能被胃蛋白酶破坏，因而怀疑烟草花叶病毒是蛋白质。在这一现象的启发下，他尝试提纯病毒。磨掉了上吨病烟草，尽力去除了除蛋白质以外的所有化合物。经过重重净化，得到了一小勺在显微镜下看来是针状结晶的东西。它们不断生长，慢慢地长成乳白色的薄片。这是人类历史上第一次用肉眼看到了病毒。病毒晶体如同矿物一样坚硬，却像微生物一样鲜活。斯坦利把病毒晶体储存起来，数月后放进水里，仍能感染烟草。可见提纯的东西是有传染性的，且由蛋白质组成。

这对于许多人来说是很难理解的。众所周知，蛋白质是无生命的，而“活液”能在细胞中自我复制，说明它是有生命的。这说明人类还没有找到“活液”的灵魂。当时对于“活液”是生命体还是非生命体争论相当激烈。斯坦利在几十个科学论坛中为自己的结论争辩。不久，他的发现被其他科学家证实。

1936年，英国科学家诺曼·皮里和弗雷德·鲍登发现病毒并不仅仅是由蛋白质构成的，事实上，蛋白质占了病毒组成的95%，另外的5%是一种神奇的长条状分子，也就是RNA。

斯坦利的发现震惊了世界，《纽约时报》评价这一发现“动摇了人们对生与死的区别”，使人类了解生命的本质又向前跨了一大步，为分子生物学和分子病毒学的建立和发展奠定了基础。在美国加州大学的原斯坦利实验室里，仍然保留着一个标注着“Tob.Mos”字样的瓶子，其中就盛着当年第一次提纯的烟草花叶病毒。斯坦利因其杰出的成就获得了1946年的诺贝尔化学奖，这是病毒学领域第一个获此殊荣的科学家。

很多年后，科学家发现RNA才是构成基因的重要物质，有了它，细胞才能合成蛋白质和其他分子。人类的基因信息存储在双链核酸里，就是DNA。很多的病毒是单链核酸，也就是RNA。而烟草花叶病毒就是RNA。

病毒的化学结构知道了，但它究竟是什么模样呢？神秘的面纱即将揭开。

终于看到它的样子

1933年，物理学家恩斯特·卢斯卡和波里斯发明了能放大12000倍的电子显微镜。1938年制成两台电子显微镜，且带有聚光镜，可获得30000倍的图像。医学家们立刻用来研究噬菌体，获得了很大的成功。到1939年西门子公司制造的第一台商品电子显微镜问世，这是具有划时代意义的一年，在电子显微镜的帮助下，一个德国科研团队终于捕捉了病毒的模样。

古斯塔夫·考舍，埃德加·普凡库赫和赫尔穆特·卢斯卡三位科学家把烟草花叶病毒晶体滴到纯净水里，放到电子显微镜下观察。看到了一些长约300纳米、直径约18纳米的微小杆状结构。大家欣喜若狂，人类第一次清楚地看到了病毒曼妙的身影！在此之前，没有人看到过如此微小的活物。

1966年，英国分子生物学家亚伦·克鲁格开发了晶体电子显微技术。此技术结合X射线衍射与电子显微镜成像技术，用电子显微镜将烟草花叶病毒各个角度拍成照片，再把底片用激光曝光，当激光照到底片的图像时会发生折射和衍射，产生无数小的图像，由此得到了精确的三维图像。

克鲁格用这种方法巧妙地确定了烟草花叶病毒的整体结构。病毒外鞘由环形结构蛋白质组成，RNA镶嵌在蛋白质中，故烟草花叶病毒又称“烟草杆状镶嵌病毒”。呈现在我们眼前的烟草花叶病毒有一条螺旋状的RNA，被长长的蛋白质草裙围着，有点像鸡毛掸子。

克鲁格开发的这项技术，使人们能够对各种蛋白质、病毒、染色体以及其他的生物结构和功能进行研究。这一突破性的技术不仅为生物领域带来重要的新发现，还开发了科学调研的新领域，因此获得了1982年的诺贝尔化学奖。

从另外一个角度可以这么说，病毒的发现史是随着显微镜技术的进步，终于让科学家们揭开了病毒神秘的面纱，从而为我们展现了一个全新的世界。

病毒的核心传染成分

病毒没有细胞结构，所以它们不能独立生活，必须寄生在其他生物的細胞里才能体现生命活动。病毒如果离开活细胞，通常会变成结晶体，一有机会再侵入细胞。病毒由95%的蛋白质和5%的RNA构成，那么是蛋白质具有传染性？还是RNA具有传染性呢？

1955年，美国加利福尼亚大学的弗伦克尔·康拉特和威廉姆斯用巧妙的实验揭开了谜底。为了研究病毒的蛋白质和RNA分别有什么作用，他们选用了烟草花叶病毒和福尔摩斯车前草病毒。因为两种病毒有两个很明显的区别，一个是表现症状不同：烟草花叶病毒的典型症状是黄色斑点，而车前草病毒的典型症状是圆轮状小斑点;另一个是蛋白质成分不同：车前草病毒蛋白质中含有组氨酸和甲硫氨酸，而烟草花叶病毒的蛋白质中没有。他们将两种病毒的蛋白质和RNA分离，然后分别进行组合。

用车前草病毒RNA分别结合两种蛋白质，注入到健康植株上，出现的感染症状都是圆轮状小斑点，也就是车前草病毒症状;用烟草花叶病毒RNA分别结合两种蛋白质，出现的感染症状都是黄色斑点，也就是烟草花叶病毒症状。试验结果告诉我们：RNA决定感染的类型。

1956年，他们试验进一步发现，由混合病毒感染后形成的子代病毒，其蛋白质的化学成分与提供RNA的病毒的蛋白质相似。如果是车前草病毒RNA，不管结合的蛋白质是什么，下一代病毒的蛋白质都含有组氨酸和甲硫氨酸;如果RNA是烟草花叶病毒，不管结合的蛋白质是什么，则下一代病毒的蛋白质都不含组氨酸和甲硫氨酸。试验结果告诉我们：病毒的蛋白质也是由RNA决定的。

烟草花叶病毒（Tobacco Mosaic Virus，缩写TMV）是人类最早发现、最早提纯、最早结晶、最早利用超速离心机和电泳设备检测、最早在电子显微镜下观测到的病毒。在新技术的帮助下，科学家们陆续发现了各种各样的病毒，数量之巨，令人惊叹。有些病毒致命;有些却能与人类和平相处;连我们呼吸的氧气都是在病毒的帮助下生产出来的;甚至地球的温度都和病毒的活动息息相关;更让人意外的是人类基因组中有上千种病毒序列，遗传自我们的祖先。

病毒已经成为我们生活不可分割的部分。