21.4: 其他脱细胞实体——朊病毒和病毒

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培养技能

描述朊病毒及其基本特性
定义病毒及其感染目标

朊病毒和病毒是病原体（具有引起疾病能力的病原体），其结构比病毒简单，但就朊病毒而言，仍然可以产生致命的疾病。

朊病毒

朊病毒之所以这样称呼是因为它们是蛋白质的，它们是传染性颗粒，比病毒小，不含核酸（既不含DNA也不是RNA）。从历史上看，不使用核酸的传染病原体的想法被认为是不可能的，但诺贝尔奖得主生物学家斯坦利·普鲁西纳的开创性研究使大多数生物学家相信，这种药物确实存在。

致命的神经退行性疾病，例如人类的库鲁病和牛的牛海绵状脑病（BSE）（俗称 “疯牛病”）被证明是通过朊病毒传播的。这种疾病是通过在同一物种的成员之间食用肉类、神经组织或内脏器官传播的。库鲁原产于巴布亚新几内亚的人类，通过仪式性的自相残杀在人与人之间传播。疯牛病最初在英国发现，通过在其他牛的饲料中加入牛神经组织的做法在牛之间传播。患有 kuru 和 BSE 的人表现出失去运动控制和异常行为的症状，例如对 kuru 一阵不受控制的笑声，然后死亡。库鲁是通过诱使民众放弃仪式性的自相残杀来控制的。

另一方面，最初认为疯牛病只会影响牛。事实证明，死于这种疾病的牛在大脑中出现了病变或 “洞”，导致脑组织像海绵一样。但是，在疫情的后期，有证据表明，食用患有疯牛病的动物的牛肉可能会在人类中产生一种称为变异型克鲁兹费尔德-雅各布病（CJD）的类似脑病，这引发了各国对进口英国牛肉的禁令，并对英国牛肉造成了相当大的经济损失英国牛肉工业（图\(\PageIndex{1}\)）。疯牛病仍然存在于各个地区，尽管是一种罕见的疾病，但感染克雅氏病的人很难治疗。这种疾病可以通过血液在人与人之间传播，因此许多国家已禁止在与疯牛病相关的地区献血。

海绵状脑病（例如库鲁和疯牛病）的病因是一种名为prP（朊蛋白）的正常细胞蛋白的传染性结构变体。正是这种变体构成了朊粒子。 prP 有两种形式：prP ^c（蛋白质的正常形式）和传染性形式 prP ^sc。一旦引入体内，朊病毒中所含的 prP ^sc 会与 prP ^c 结合并将其转化为 prP ^sc。这导致聚集的 prP ^sc 蛋白呈指数级增长。 prP ^sc 折叠异常，由此产生的构象（形状）是受感染牛脑中出现病变的直接原因。因此，尽管科学家中并非没有批评者，但朊病毒似乎是一种全新的传染病原体，是第一种被发现的传播不依赖于由DNA或RNA构成的基因的传染病原体。

a部分说明了正常的朊蛋白质（PRP）如何转化为致病形式（PRP）。 prpsC 可能在脑组织中自发形成，可能在蛋白质的突变形式错误折叠时引入，或者可能通过接种引入脑组织。错误折叠的蛋白质会导致大脑中已经存在的正常 PRP 错误折叠。发生连锁反应，导致大量错误折叠的蛋白质。 — 图\(\PageIndex{1}\)：(a) 内源性正常朊蛋白 (prP ^c) 在遇到这种变异形式的蛋白质时会转化为致病形式 (prP ^sc)。 prP ^sc 可能在脑组织中自发产生，尤其是在存在突变形式的蛋白质的情况下，也可能是通过食物中消耗的错误折叠的朊病毒扩散到脑组织中而发生的。 (b) 使用光学显微镜对这种受朊病毒感染的脑组织进行可视化，显示出液泡使其呈海绵状质地，这是可传播的海绵状脑病的典型特征。（来源 b：美国农业部 APHIS Al Jenny 博士对作品的修改；来自 Matt Russell 的比例尺数据）

Viroids

病毒是植物病原体：比病毒简单得多的小型、单链、圆形 RNA 颗粒。它们没有衣壳或外包膜，但像病毒一样，只能在宿主细胞内繁殖。但是，病毒不制造任何蛋白质，它们只产生单个特定的RNA分子。由病毒引起的人类疾病尚待确定。

众所周知，病毒会感染植物（图\(\PageIndex{2}\)），是农作物歉收和每年数百万美元农业收入损失的原因。它们感染的一些植物包括土豆、黄瓜、西红柿、菊花、鳄梨和椰子树。

照片显示的是萎缩、破碎的土豆。 — 图\(\PageIndex{2}\)：这些马铃薯已被马铃薯纺锤块茎病毒（PSTV）感染，这种病毒通常在使用受感染的刀具切割健康的马铃薯然后种植时传播。（来源：美国农业部 ARS 佛罗里达大学食品与农业科学研究所帕梅拉·罗伯茨）

职业联系：病毒学家

病毒学是对病毒的研究，病毒学家是受过该学科培训的个人。病毒学培训可以开辟许多不同的职业道路。病毒学家积极参与学院和医学院的学术研究和教学。一些病毒学家治疗患者或参与疫苗的生产和生产。他们可能参与流行病学研究（图\(\PageIndex{3}\)）或成为科学作家，仅举几个可能的职业。

这张照片显示了一位科学家在野外测量鸡蛋的长度。 — 图\(\PageIndex{3}\)：这位病毒学家正在实地考察，从这个巢中抽取禽流感卵子。（来源：Don Becker、USGS EROS、美国鱼类和野生动物管理局）

如果您认为自己可能对病毒学职业感兴趣，请在该领域找一位导师。许多大型医疗中心都有病毒学部门，而小型医院的微生物学部门通常有病毒学实验室。在病毒学实验室做志愿者一个学期，或者在暑假期间在一个学期里工作。讨论这个专业并亲眼目睹这项工作将有助于你决定病毒学职业是否适合你。美国病毒学会的网站是获取有关病毒学培训和职业信息的好资源。

摘要

朊病毒是由蛋白质组成的传染病原体，但不包括DNA或RNA，似乎通过复制其形状并在组织中积聚而产生致命影响。人们认为它们会导致几种进行性脑部疾病，包括疯牛病和克鲁茨费尔德-雅各布病。病毒是感染植物的单链 RNA 病原体。它们的存在可能对农业产生严重影响。

词汇表

病原体: 有致病能力的药剂

朊病毒: 由不使用 DNA 或 RNA 复制的蛋白质组成的传染性颗粒

prP ^c: 正常的朊蛋白

prP ^sc: 朊蛋白的传染性形式

viroid: 仅产生单个特定 RNA 的植物病原体