第部分病毒和简单的生物丙型肝炎病毒的发现大家可能没有意识到我们目前正陷于一场灾难中，那就是丙型肝炎（HeptatitisC)，一种具有致命性的肝脏疾病正悄悄地向我们袭击。几乎有400万美国人感染了丙型肝炎病毒，但大部分人却并不知道。早在本世纪初，就曾经有人预言过，美国今后每年死于丙型肝炎的人数将超过死于艾滋病的人数。肝炎是一类发生在肝脏的炎症性疾病。肝炎可以分为截然不同的三种类型：第一种类型为流行性肝炎（infectious5nmhepatitis）或甲型肝炎丙型肝炎病毒的电子显微照片(hepatitisA)，通过受感染个体的粪便传播；第二种类型为血清型肝炎（serumhepatitis）或乙型肝炎（hepatitisB），主要通过血液或其他体液传播：第三种类型就是丙型肝炎（hepatitisC），也是通过血液传播。丙型肝炎病毒（HCV）（见上图）发现较晚，直到1990年才被分离得到。HCV很难分离，这是因为HCV不能在实验室培养的细胞中生长。而使分离更困难的是，HCV是一种严格的灵长类寄生病毒，它仅仅感染人类和人类的近亲，如黑猩猩和绢毛猴之类。在实验室里要长期饲养这些实验用动物，代价是极其昂贵的，一次研究中只能供给有限的实验动物。所以，不能采用传统的分离纯化的方法从感染的细胞中得到这种病毒。经过15年分离纯化的尝试失败，人们才最后通过分子技术成功分离出HCV。可以说，HCV是第一个完全通过克隆受感染核酸的方法分离出的病毒
第Ⅸ部分病毒和简单的生物 病毒和简单的生物 丙型肝炎病毒的发现 大家可能没有意识到我们目前正陷于一场灾难中，那就是丙型肝炎 （Heptatitis C），一种具有致命性的肝脏疾病正悄悄地向我们袭击。几乎有 400 万美国人感染了丙型肝炎病毒， 但大部分人却并不知道。早在本 世纪初，就曾经有人预言过，美 国今后每年死于丙型肝炎的人 数将超过死于艾滋病的人数。 肝炎是一类发生在肝脏的 炎症性疾病。肝炎可以分为截然 不同的三种类型：第一种类型为 流 行 性 肝 炎 （ infectious hepatitis ） 或 甲 型 肝 炎 (hepatitis A)，通过受感染个 体的粪便传播；第二种类型为血 清型肝炎(serum hepatitis)或乙型肝炎(hepatitis B)，主要通过血液或其他体 液传播；第三种类型就是丙型肝炎(hepatitis C)，也是通过血液传播。丙型肝 炎病毒(HCV)（见上图）发现较晚，直到 1990 年才被分离得到。 HCV 很难分离，这是因为 HCV 不能在实验室培养的细胞中生长。而使分离更 困难的是，HCV 是一种严格的灵长类寄生病毒，它仅仅感染人类和人类的近亲， 如黑猩猩和绢毛猴之类。在实验室里要长期饲养这些实验用动物，代价是极其昂 贵的，一次研究中只能供给有限的实验动物。所以，不能采用传统的分离纯化的 方法从感染的细胞中得到这种病毒。经过 15 年分离纯化的尝试失败，人们才最 后通过分子技术成功分离出 HCV。可以说，HCV 是第一个完全通过克隆受感染核 酸的方法分离出的病毒。 丙型肝炎病毒的电子显微照片
第一个成功分离出HCV的人是加利福尼亚州的希龙（Chiron）生物技术公司的迈克尔.霍顿（MichaelHoughton）和他的同事。他们用鸟枪法（shotgun）克隆受感染细胞的DNA，即将细胞的DNA打成许多碎段，再分离每个片断，然后筛选每一个HCV的DNA克隆片断。HCV的遗传物质是RNA，所以工作的第一步是把HCV的RNA转录为可以克隆的DNA。在整个实验过程中，研究人员不需要完整无误地获得整个基因组（这可是一件棘手有困难的工作），因为他们不是要复制HCV病毒，仅仅是想鉴别它。因此，研究者采取了容易得多的方法，即一小段一小段地复制携带有部分病毒基因的病毒RNA。接着，他们将这些HCV基因的DNA拷贝插入到噬菌体，再让噬菌体感染大肠杆菌（Escherichiacoli)。在鸟枪法实验中，研究者将感染了噬菌体的成千上万的细菌细胞分别在固体培养基平板上培养，形成能被检测的单菌落，所有这些菌落就组成一个“克隆文库”。然后筛选文库获得含有HCV病毒的阳性菌落。要了解这一实验过程，关键是要弄明白细胞是如何被HCV的基因感染的。在一个细菌的细胞中，被插入的HCV基因片段只是一部分DNA，与其它DNA并没有什么不同。细菌的细胞机制像读其它的细菌基因一样读这段插入基因，并复制、翻译成相应的病毒蛋白。然后，全部的秘密就是如何检测含有HCV病毒蛋白质的细胞。如何把HCV病毒蛋白质从数千种细菌蛋白质中鉴别出来？霍顿（Houghton）和他的同事们从感染过HCV的黑猩猩身上提取血清，然后将提取的血清与每个菌落进行免疫反应，能产生明显沉淀的，就是表达有HCV病毒蛋白的细胞。这种方法非常简单有效，其成功之处在于不需要知道研究基因的特性。感染了HCV病毒的动物的血清含有的抗体对应于很多的蛋白质，包括在抗击动物的HIV感染过程中遭遇的HCV蛋白质，所以进行抗体反应实验时，在一大堆的蛋白质中，能够与血清发生免疫抗体反应的蛋白就是那些HCV蛋白。因此研究者可以把血清当成“探针”来检测细菌细胞是否含有HCV蛋白。当然，这些细菌细胞不能含有其他任何动物蛋白，以免出现假阳性反应。在测试的一百万个细菌菌落中，只有一个菌落与感染HCV的黑猩猩的血清发生了反应，而且与同一只黑猩猩的感染前血清不发生反应
第一个成功分离出 HCV 的人是加利福尼亚州的希龙（Chiron）生物技术公司 的迈克尔.霍顿（Michael Houghton）和他的同事。他们用鸟枪法（shotgun）克 隆受感染细胞的 DNA，即将细胞的 DNA 打成许多碎段，再分离每个片断，然后筛 选每一个 HCV 的 DNA 克隆片断。 HCV 的遗传物质是 RNA，所以工作的第一步是把 HCV 的 RNA 转录为可以克隆 的 DNA。在整个实验过程中，研究人员不需要完整无误地获得整个基因组（这可 是一件棘手有困难的工作），因为他们不是要复制 HCV 病毒，仅仅是想鉴别它。 因此，研究者采取了容易得多的方法，即一小段一小段地复制携带有部分病毒基 因的病毒 RNA。 接着，他们将这些 HCV 基因的 DNA 拷贝插入到噬菌体，再让噬菌体感染大肠 杆菌（Escherichia coli）。在鸟枪法实验中，研究者将感染了噬菌体的成千上 万的细菌细胞分别在固体培养基平板上培养，形成能被检测的单菌落，所有这些 菌落就组成一个“克隆文库”。然后筛选文库获得含有 HCV 病毒的阳性菌落。 要了解这一实验过程，关键是要弄明白细胞是如何被 HCV 的基因感染的。在 一个细菌的细胞中，被插入的 HCV 基因片段只是一部分 DNA，与其它 DNA 并没有 什么不同。细菌的细胞机制像读其它的细菌基因一样读这段插入基因，并复制、 翻译成相应的病毒蛋白。然后，全部的秘密就是如何检测含有 HCV 病毒蛋白质的 细胞。 如何把 HCV 病毒蛋白质从数千种细菌蛋白质中鉴别出来？霍顿（Houghton） 和他的同事们从感染过 HCV 的黑猩猩身上提取血清，然后将提取的血清与每个菌 落进行免疫反应，能产生明显沉淀的，就是表达有 HCV 病毒蛋白的细胞。 这种方法非常简单有效，其成功之处在于不需要知道研究基因的特性。感染 了 HCV 病毒的动物的血清含有的抗体对应于很多的蛋白质，包括在抗击动物的 HIV 感染过程中遭遇的 HCV 蛋白质，所以进行抗体反应实验时，在一大堆的蛋白 质中，能够与血清发生免疫抗体反应的蛋白就是那些 HCV 蛋白。因此研究者可以 把血清当成“探针”来检测细菌细胞是否含有 HCV 蛋白。当然，这些细菌细胞不 能含有其他任何动物蛋白，以免出现假阳性反应。 在测试的一百万个细菌菌落中，只有一个菌落与感染 HCV 的黑猩猩的血清发 生了反应，而且与同一只黑猩猩的感染前血清不发生反应
以这个菌落为立足点，研究者们回到前面，就可以从受感染细胞中逐一筛选出HCV病毒基因的其余部分，得到整个病毒基因组，从而能直接合成一种检测HCV病毒的诊断性抗体。实验通过上述的诊断试验，专家们发现丙型肝炎病毒的分布比人们猜想的要普遍得多。更为严重的问题是，丙型肝炎病毒与甲型、乙型肝炎病毒不同，HCV导致的是慢性病。大部分的病毒引起的病虽然严重，但是很快就能完全痊愈，如甲型肝炎一般只持续几个星期。然而，90%的丙型肝炎患者却已患病多年，许多人甚至长达几十年。病人在受感染的这么长时间里，肝脏会受到严重的损坏。免疫系统中一种细胞毒性T淋巴细胞（cytotoxicTcells）能够识别出肝脏细胞表面上的HCV病毒蛋白，并杀死受感染的肝细胞。一年又一年，死亡的肝细胞不断增加，周围的正常细胞就会反射性地开始分泌胶原蛋白和其它蛋白质来包裹死亡细胞，最终形成蛋白纤维，在肝脏中交织成网状，扰乱肝脏内部的物质运输。这种情形就像往公路上不停地乱扔碎石砖块一样，交通将会随着碎石砖块的堆积变得越来越困难。如果纤维化持续发展到一定程度，将会导致肝脏运输的完全堵塞，形成肝硬化，这是一种能引起致命性肝脏功能衰竭和诱发原发性肝癌的严重情况。大约有20%的病人在病毒感染的20年内发展成肝硬化。诊断性抗体试验的发展对检测供应的血液是否遭到污染很重要。人们都知道，大部分丙型肝炎病例是由于输注了污染的血液。为了研究出一种诊断性抗体试验的方法，一个由Chirongroup领导下的国际研究小组比较了几个HCV克隆的DNA拷贝，从中鉴别出了普遍存在于所有克隆中的DNA序列。这段HCV的DNA片断经过改造，并在人类过氧化物歧化酶（SOD）多肽基因的帮助下，被整合到酵母基因组中。这种重组的酵母细胞能高水平表达称为C100-3的SOD/HCV多肽。把C100-3涂在检测板的孔中，就能俘获血液样本中的HCV抗体进行检测。结果为了检验抗体试验的特异性和灵敏度，首先对丙肝病人的血清进行测试（见图a）。然后研究者们检测了血型相配的供体（包括阳性和阴性）和受者的血清
以这个菌落为立足点，研究者们回到前面，就可以从受感染细胞中逐一筛选 出 HCV 病毒基因的其余部分，得到整个病毒基因组，从而能直接合成一种检测 HCV 病毒的诊断性抗体。 实验 通过上述的诊断试验，专家们发现丙型肝炎病毒的分布比人们猜想的要普遍 得多。更为严重的问题是，丙型肝炎病毒与甲型、乙型肝炎病毒不同，HCV 导致 的是慢性病。大部分的病毒引起的病虽然严重，但是很快就能完全痊愈，如甲型 肝炎一般只持续几个星期。然而，90%的丙型肝炎患者却已患病多年，许多人甚 至长达几十年。 病人在受感染的这么长时间里，肝脏会受到严重的损坏。免疫系统中一种细 胞毒性 T 淋巴细胞（cytotoxic T cells）能够识别出肝脏细胞表面上的 HCV 病 毒蛋白，并杀死受感染的肝细胞。一年又一年，死亡的肝细胞不断增加，周围的 正常细胞就会反射性地开始分泌胶原蛋白和其它蛋白质来包裹死亡细胞，最终形 成蛋白纤维，在肝脏中交织成网状，扰乱肝脏内部的物质运输。这种情形就像往 公路上不停地乱扔碎石砖块一样，交通将会随着碎石砖块的堆积变得越来越困 难。 如果纤维化持续发展到一定程度，将会导致肝脏运输的完全堵塞，形成肝硬 化，这是一种能引起致命性肝脏功能衰竭和诱发原发性肝癌的严重情况。大约有 20％的病人在病毒感染的 20 年内发展成肝硬化。 诊断性抗体试验的发展对检测供应的血液是否遭到污染很重要。人们都知 道，大部分丙型肝炎病例是由于输注了污染的血液。为了研究出一种诊断性抗体 试验的方法，一个由 Chiron group 领导下的国际研究小组比较了几个 HCV 克隆 的 DNA 拷贝，从中鉴别出了普遍存在于所有克隆中的 DNA 序列。这段 HCV 的 DNA 片断经过改造，并在人类过氧化物歧化酶（SOD）多肽基因的帮助下，被整合到 酵母基因组中。这种重组的酵母细胞能高水平表达称为 C100-3 的 SOD/HCV 多肽。 把 C100-3 涂在检测板的孔中，就能俘获血液样本中的 HCV 抗体进行检测。 结果 为了检验抗体试验的特异性和灵敏度，首先对丙肝病人的血清进行测试（见 图 a）。然后研究者们检测了血型相配的供体（包括阳性和阴性）和受者的血清
发现接受阴性供体血液的受体没有感染HCV。然而，那些接受了确定为HCV阳性供体血液的受者却发现感染了HCV，且其血液呈现为12个月以上的HCV阳性结果（见图表b）。24,00018,00018,0003013.5012,0009,0006,0004,50010AO3,000室oControl012Chronichepatils Chepatlis cpatientsimetollowintranstusiont(b)(a)patientspatientsHCVpositivedonors (months)（图）HCV抗体的检测。（a）放射性抗体测定三组患者的HCV水平。以每分钟测定的数值作为抗体的灵敏度（大于3549的样品认为是阳性）。（b）接受了丙型肝炎患者供血的个体的血液HCV抗体水平。（纵坐标）HCV的水平（每分钟的数值）（a）慢性丙型肝炎患者急性丙型肝炎患者对照组病人（b）接受阳性HCV供体输血后的时间（月）这些结果表明，HCV抗体试验与丙型肝炎病毒之间具有特定的关系。来自意大利和日本的研究结果也证实了这种关系。这些数据证明了HCV是导致慢性内型肝炎的主要原因的假设，同时也说明HCV抗体试验将成为丙型肝炎的重要诊断工具，并将大大增加全世界血液供应的安全性。幸运的是，丙型肝炎病毒是一种极难传播的病毒。然而，不幸的是，要生产HCV疫苗也很困难。HCV抗体对预防HCV感染几乎无效，更糟的是，HCV病毒像AIDS病毒那样频繁变异，似乎还没有有效的疫苗。防治肝炎的关键是病毒本身。这种病毒仅仅携带一个基因，一个能转译成一个大的多肽的基因，而这个多肽又能酶解成10个功能片段，其中每一个片段都可成为药物作用的目标，达到杀死病毒的作用。遗撼的是，到目前为止还没有成功的报道。如果想进一步了解这个实验，请访问虚拟实验室：www.mhhe.com/raven6/vlab9.mhtml
发现接受阴性供体血液的受体没有感染 HCV。然而，那些接受了确定为 HCV 阳性 供体血液的受者却发现感染了 HCV，且其血液呈现为 12 个月以上的 HCV 阳性结 果（见图表 b）。 这些结果表明，HCV 抗体试验与丙型肝炎病毒之间具有特定的关系。来自意 大利和日本的研究结果也证实了这种关系。这些数据证明了 HCV 是导致慢性丙型 肝炎的主要原因的假设，同时也说明 HCV 抗体试验将成为丙型肝炎的重要诊断工 具，并将大大增加全世界血液供应的安全性。 幸运的是，丙型肝炎病毒是一种极难传播的病毒。然而，不幸的是，要生产 HCV 疫苗也很困难。HCV 抗体对预防 HCV 感染几乎无效，更糟的是，HCV 病毒像 AIDS 病毒那样频繁变异，似乎还没有有效的疫苗。防治肝炎的关键是病毒本身。 这种病毒仅仅携带一个基因，一个能转译成一个大的多肽的基因，而这个多肽又 能酶解成 10 个功能片段，其中每一个片段都可成为药物作用的目标，达到杀死 病毒的作用。遗憾的是，到目前为止还没有成功的报道。 如 果 想 进 一 步 了 解 这 个 实 验 ， 请 访 问 虚 拟 实 验 室 ： www.mhhe.com/raven6/vlab9.mhtml （图）HCV 抗体的检测。（a）放射性抗体测定三组患者的 HCV 水平。以每分钟 测定的数值作为抗体的灵敏度（大于 3549 的样品认为是阳性）。（b）接受了丙型 肝炎患者供血的个体的血液 HCV 抗体水平。 （纵坐标） HCV 的水平（每分钟的数值） （a）慢性丙型肝炎患者 急性丙型肝炎患者 对照组病人 （b）接受阳性 HCV 供体输血后的时间（月）
第32章如何对生物分类要点概述32.1生物学家用系统化的方法命名生物。生物的分类。生物学家采用双名法命名生物。种名。每一种生物具有一个特定的种名。分类学上的等级层次。生物被分到哪个类群中去，这本身就能显示出这个生物的大量特性。什么是物种？物种是相似生物组成的一个群体，不同群体的个体之间一般不能相互交配。32.2科学家们建立了系统发生学来阐明生物之间的进化关系。进化分类。传统理论和支序分类理论对进化的解释有所不同，其分歧在于他们所强调的某些特质不同。32.3所有的生物都被划分为几个大的类别。生物界。生命体被划分到三个大的叫做域（界以上的分类单元）的类群中，然后再分类到界中去。古细菌域（古细菌）：最古老的生物域，由原始的细菌组成，这些细菌经常生存在极端的环境中。图32.1生物多样性。根据生物体细菌域（真细菌）：虽然真细菌小到的特征，如解部、发育、营养模式、组织水平和生化成分等的不同，可以把所肉眼不能看见。却比其他任何生物体的数有的生物体归到某一特定的类别中去。量都要多。就像图中看到的那样，珊瑚礁是多种生物体栖息的场所。真核域（真核细胞）：真核细胞有四个界，其中的三个界全部或者是大部分是多细胞生物。真核生物有两个最重要的特征：多细胞、性别差异。病毒：一个特例。病毒不是生物，因此不属于任何界
第 32 章如何对生物分类 如何对生物分类 要点概述 32.1 生物学家用系统化的方法命名 32.1 生物学家用系统化的方法命名生物。 生物的分类。生物学家采用双名法命名生物 。 。 种名。每一种生物具有一个特定的种名。 分类学上的等级层次。生物被分到哪个类群中去，这本身就能显示出这个生 物的大量特性。 什么是物种？物种是相似生物组成的一个群体，不同群体的个体之间一般不 能相互交配。 32.2 科学家们建立了系统发生 32.2 科学家们建立了系统发生学来阐明 生物之间的进化关系。 进化分类。传统理论和支序分类理 论对进化的解释有所不同，其分歧在于他 们所强调的某些特质不同。 32.3 所有的 32.3 所有的生物都被划分为几个大 的类别。 生物界。生命体被划分到三个大的 叫做域（界以上的分类单元）的类群中， 然后再分类到界中去。 古细菌域（古细菌）：最古老的生物 ） 域，由原始的细菌组成，这些细菌经常生 存在极端的环境中。 细菌域（真细菌）：虽然真细菌小到 ） 肉眼不能看见。却比其他任何生物体的数 量都要多。 真核域（真核细胞）：真核细胞有四 个界，其中的三个界全部或者是大部分是多细胞生物。真核生物有两个最重要的 特征：多细胞、性别差异。 病毒：一个特例。病毒不是生物，因此不属于任何界。 图 32.1 生物多样性。根据生物体 的特征，如解剖、发育、营养模式、组 织水平和生化成分等的不同，可以把所 有的生物体归到某一特定的类别中去。 就像图中看到的那样，珊瑚礁是多种生 物体栖息的场所