病毒形态学
尺寸；大小；规模
细胞外的病毒颗粒被称为病毒体（virion）。与细菌相比，病毒体非常微小，肉眼无法观察到它们。在适当染色后，使用光学显微镜可以观察到痘病毒等大型病毒。病毒的直径可能为20纳米或300纳米；痘病毒是最大的病毒之一，而细小病毒（parvovirus）则是最小的病毒之一。最初用于测量病毒颗粒大小的方法是使用具有分级孔隙率的明胶膜过滤器（collodion membrane filter）。为了估算病毒的大小，人们测量了允许病毒体通过的过滤器中最小孔的直径。随着超速离心机（ultracentrifuge）的出现，人们开发了第二种方法。根据病毒在超速离心机中的沉降速率，可以利用斯托克斯定律（Stoke's law）来计算病毒的大小。第三种也是最直接的方法是电子显微镜（electron microscopy），通过这种方法可以研究病毒的形状和大小。结构、形状与对称性
病毒颗粒内部有一个蛋白质外壳，而这个蛋白质外壳外面又包裹着一层核酸，这层核酸被称为衣壳。含有核酸的衣壳被称为核衣壳。衣壳中的核酸能够保护自身免受环境中有害物质的侵害。每个病毒颗粒的形态单位由多个衣壳亚单位（capsomer）组成。这些衣壳亚单位以对称的方式排列，由多肽分子构成。核酸被这个外壳完全包裹着。衣壳既具有二十面体（立方体）对称性，也具有螺旋对称性。二十面体是一种具有12个顶点和20条边的多面体，其面都是等边三角形。二十面体衣壳由两种类型的 capsomer 组成：位于顶点的为五边形 capsomer（pentons），位于面的为六边形 capsomer（hexons）。每个 penton 总是包含 12 个 hexon，但具体数量因病毒种类而异。腺病毒和单纯疱疹病毒（Herpes Simplex Virus）的衣壳具有二十面体对称性。而具有螺旋对称性的核衣壳（nucleocapsid）则是由 capsomer 和核酸共同形成的螺旋结构，例如烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus）。并非所有病毒都表现出二十面体或螺旋对称性；有些病毒具有更复杂的对称性，例如痘病毒（poxviruses）。
病毒颗粒可以有包膜，也可以没有包膜。病毒的包膜来源于宿主细胞的膜。当病毒出芽（即从宿主细胞中释放出来）时，包膜表面会形成蛋白质亚单位，这些亚单位以刺状结构突出，被称为“刺突蛋白（peplomers）”。流感病毒中含有两种刺突蛋白：血凝素（haemagglutinin）和神经氨酸酶（neuraminidase）。神经氨酸酶的形状像蘑菇，而血凝素则呈三角形。脂质溶剂会影响病毒包膜的功能。病毒包膜赋予病毒化学性质、抗原性和生物学特性。病毒颗粒在大小、形状和组成上各不相同。大多数动物病毒的颗粒呈圆形，而狂犬病病毒的颗粒形状类似子弹，肺炎病毒（pneumovirus）的颗粒则像砖块一样。
RNA病毒在医学领域中非常重要。其中最重要的病毒家族包括小RNA病毒科（Picornaviridae）、正粘病毒科（Orthomyxoviridae）、副粘病毒科（Paramyxoviridae）、黄病毒科（Flaviviridae）和弹状病毒科（Rhabdoviridae）。小RNA病毒科的病毒具有单链RNA基因组，体积较小（20-30纳米），无包膜，呈二十面体结构。脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）和柯萨奇病毒（Coxsackievirus）就是这类病毒的例子。正粘病毒科的病毒具有包膜，并含有血凝素（haemagglutinin）和神经氨酸酶（neuronaminidase）肽；它们的基因组由八段单链RNA组成，因此属于分段基因组。流感病毒（Influenza virus）就是这类病毒的典型代表。黄病毒科的RNA病毒也具有包膜，包括黄热病病毒（Yellow Fever Virus）、日本脑炎病毒（Japanese Encephalitis Virus）和登革热病毒（Dengue Virus）等多种类型。逆转录病毒科（Retroviridae）属于具有包膜的RNA病毒，这类病毒含有逆转录酶（reverse transcriptase），这种酶能够利用RNA进行DNA复制——即通过RNA合成DNA。艾滋病（Acquired Immune Deficiency Syndrome）就是由逆转录病毒科病毒引起的。巴尔的摩分类法（Baltimore Classification）于1970年根据病毒的复制机制将病毒分为七类。
吸附阶段：在吸附过程中，病毒会附着在宿主细胞上。宿主细胞表面必须存在特定的受体，这些受体能够识别病毒颗粒表面的成分。病毒通过细胞-病毒之间的相互作用与宿主细胞结合。
**病毒侵入**：此时，病毒已经进入了宿主细胞。细菌的细胞壁非常坚硬，攻击细菌的病毒无法穿透其细胞壁。只有病毒的核酸部分能够进入细菌细胞。而动物和人类都没有细胞壁，因此整个病毒可以直接进入细胞。**病毒内吞作用（Viropexis）**是一种病毒颗粒被细胞吞噬的机制。当被包膜包裹的病毒感染细胞时，病毒的外壳可能会与细胞膜融合。在核衣壳释放后，细胞质就会暴露出来。
**脱壳**：这一过程涉及去除病毒的外层包膜和衣壳。这些酶主要由宿主细胞的溶酶体产生；病毒自身产生的脱壳酶也可以完成这一任务。脱壳后，病毒被释放出来并进入细胞内部。
**生物合成**：在这一阶段，病毒的核酸和衣壳被合成。病毒的组装、合成以及释放过程都依赖于酶的合成。同时，还会合成一些被称为“调节蛋白”的特殊蛋白质，这些蛋白质会抑制细胞的正常生理活动。最终，病毒的各个组成部分就被制造出来。宿主细胞的细胞核负责合成大部分病毒DNA核酸；唯一的例外是痘病毒。DNA病毒的所有成分都是在宿主细胞的细胞质中合成的。所有RNA病毒的所有成分也都完全在细胞内合成，不过少数正粘病毒和副粘病毒除外——这些病毒的部分成分是在宿主细胞中合成的。生物合成的主要步骤如下：
释放：被病毒（噬菌体）感染的细菌会裂解并释放出病毒。动物体内释放的病毒通常不需要细胞裂解过程。黏病毒在膜出芽时也会释放病毒，这一过程中不会对细胞造成损伤。释放出的子代病毒可以侵入周围的环境并感染其他细胞。在某些情况下（例如水痘），病毒可以在细胞间直接传播。在这些情况下，不存在游离的病毒形式。脊髓灰质炎病毒则需要通过细胞裂解才能释放出来，而这种裂解过程会对细胞造成损伤。
病毒一旦侵入宿主细胞，除非它已经产生了成熟的子代病毒颗粒，否则无法被检测到。没有证据表明病毒存在于宿主细胞内部。这个新阶段被称为“潜伏期”。对于噬菌体来说，复制过程大约需要15到30分钟；而对于动物病毒，这一过程则需要长达30小时。一个被感染的细胞可以释放出大量的子代病毒。
动物接种：1909年，Landsteiner和Popper利用猴子成功分离出了脊髓灰质炎病毒。柯萨奇病毒和虫媒病毒（如登革热病毒、基孔肯雅病毒）则是通过婴儿小鼠进行分离的。小鼠的接种方式有多种，包括脑内注射、皮下注射、腹腔注射等。在某些特殊情况下，也会使用兔子、豚鼠和雪貂等其他动物进行实验。
**胚胎化鸡蛋**：1931年，Goodpasture首次使用了一枚胚胎化的鸡蛋来培养病毒，这一技术后来由Burnet进一步完善。可以利用鸡蛋的不同部分来培养不同的病毒。将单纯疱疹病毒接种到绒毛尿囊膜上，可以观察到明显的病变（称为“痘状斑点”）；流感病毒则通过注射到羊膜囊中分离出来；而狂犬病病毒则是通过接种到卵黄囊中分离得到的。
细胞培养——Steinhardt及其同事可能于1913年首次在病毒学领域应用了组织培养技术，他们将病毒培养在兔角膜碎片中。1949年，Enders、Weller和Robbins成功培养出了脊髓灰质炎病毒，这一成就标志着一个重要的转折点。他们在非神经来源的组织培养中发现，原本被认为仅对神经细胞具有侵袭性的脊髓灰质炎病毒实际上也可以在其他类型的细胞中生长。
病毒颗粒可以有包膜，也可以没有包膜。病毒的包膜来源于宿主细胞的膜。当病毒出芽（即从宿主细胞中释放出来）时，包膜表面会形成蛋白质亚单位，这些亚单位以刺状结构突出，被称为“刺突蛋白（peplomers）”。流感病毒中含有两种刺突蛋白：血凝素（haemagglutinin）和神经氨酸酶（neuraminidase）。神经氨酸酶的形状像蘑菇，而血凝素则呈三角形。脂质溶剂会影响病毒包膜的功能。病毒包膜赋予病毒化学性质、抗原性和生物学特性。病毒颗粒在大小、形状和组成上各不相同。大多数动物病毒的颗粒呈圆形，而狂犬病病毒的颗粒形状类似子弹，肺炎病毒（pneumovirus）的颗粒则像砖块一样。
病毒的分类
直到20世纪50年代左右，人们对病毒的基本特性还知之甚少。这些病毒根据它们引起的疾病或被分离出的地点被随意命名。所谓“嗜性”（tropism），是指病毒根据其对人体不同系统或器官的亲和力而形成的分类。因此，人类病毒被分为四类： - **皮源性病毒**（dermotropic），即引起皮肤疾病的病毒（如天花、水痘、麻疹）； - **神经源性病毒**（neurotropic），即影响神经系统的病毒（如脊髓灰质炎、狂犬病）； - **呼吸道病毒**（pneumotropic），即影响呼吸道的病毒（如流感、普通感冒）； - **内脏源性病毒**（viscerotropic），即影响内脏器官的病毒。 Bacwden（1941年）是最早提出基于病毒特性而非宿主反应进行病毒命名和分类的人之一。20世纪50年代，病毒首次根据其理化和结构特征进行了系统分类。国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV）是负责病毒命名和分类的官方机构。RNA病毒在医学领域中非常重要。其中最重要的病毒家族包括小RNA病毒科（Picornaviridae）、正粘病毒科（Orthomyxoviridae）、副粘病毒科（Paramyxoviridae）、黄病毒科（Flaviviridae）和弹状病毒科（Rhabdoviridae）。小RNA病毒科的病毒具有单链RNA基因组，体积较小（20-30纳米），无包膜，呈二十面体结构。脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）和柯萨奇病毒（Coxsackievirus）就是这类病毒的例子。正粘病毒科的病毒具有包膜，并含有血凝素（haemagglutinin）和神经氨酸酶（neuronaminidase）肽；它们的基因组由八段单链RNA组成，因此属于分段基因组。流感病毒（Influenza virus）就是这类病毒的典型代表。黄病毒科的RNA病毒也具有包膜，包括黄热病病毒（Yellow Fever Virus）、日本脑炎病毒（Japanese Encephalitis Virus）和登革热病毒（Dengue Virus）等多种类型。逆转录病毒科（Retroviridae）属于具有包膜的RNA病毒，这类病毒含有逆转录酶（reverse transcriptase），这种酶能够利用RNA进行DNA复制——即通过RNA合成DNA。艾滋病（Acquired Immune Deficiency Syndrome）就是由逆转录病毒科病毒引起的。巴尔的摩分类法（Baltimore Classification）于1970年根据病毒的复制机制将病毒分为七类。
**复制；繁殖；再生**
病毒复制是指病毒的增殖过程。病毒虽然拥有遗传信息，但缺乏自我复制所需的酶，因此必须依赖宿主细胞的生物机制来完成复制。病毒复制分为六个阶段：吸附、穿透、脱壳、生物合成、成熟和释放。吸附阶段：在吸附过程中，病毒会附着在宿主细胞上。宿主细胞表面必须存在特定的受体，这些受体能够识别病毒颗粒表面的成分。病毒通过细胞-病毒之间的相互作用与宿主细胞结合。
**病毒侵入**：此时，病毒已经进入了宿主细胞。细菌的细胞壁非常坚硬，攻击细菌的病毒无法穿透其细胞壁。只有病毒的核酸部分能够进入细菌细胞。而动物和人类都没有细胞壁，因此整个病毒可以直接进入细胞。**病毒内吞作用（Viropexis）**是一种病毒颗粒被细胞吞噬的机制。当被包膜包裹的病毒感染细胞时，病毒的外壳可能会与细胞膜融合。在核衣壳释放后，细胞质就会暴露出来。
**脱壳**：这一过程涉及去除病毒的外层包膜和衣壳。这些酶主要由宿主细胞的溶酶体产生；病毒自身产生的脱壳酶也可以完成这一任务。脱壳后，病毒被释放出来并进入细胞内部。
**生物合成**：在这一阶段，病毒的核酸和衣壳被合成。病毒的组装、合成以及释放过程都依赖于酶的合成。同时，还会合成一些被称为“调节蛋白”的特殊蛋白质，这些蛋白质会抑制细胞的正常生理活动。最终，病毒的各个组成部分就被制造出来。宿主细胞的细胞核负责合成大部分病毒DNA核酸；唯一的例外是痘病毒。DNA病毒的所有成分都是在宿主细胞的细胞质中合成的。所有RNA病毒的所有成分也都完全在细胞内合成，不过少数正粘病毒和副粘病毒除外——这些病毒的部分成分是在宿主细胞中合成的。生物合成的主要步骤如下：
- mRNA转录本是由病毒核酸产生的。
- 一种使 mRNA 转化为“早期蛋白质”或“非结构蛋白质”的过程。病毒的各个组成部分是由这些酶合成的。
- 病毒的核酸复制
- “晚期蛋白质”和“结构蛋白质”的合成与制备。子代病毒颗粒的衣壳正是由这些蛋白质构成的。
释放：被病毒（噬菌体）感染的细菌会裂解并释放出病毒。动物体内释放的病毒通常不需要细胞裂解过程。黏病毒在膜出芽时也会释放病毒，这一过程中不会对细胞造成损伤。释放出的子代病毒可以侵入周围的环境并感染其他细胞。在某些情况下（例如水痘），病毒可以在细胞间直接传播。在这些情况下，不存在游离的病毒形式。脊髓灰质炎病毒则需要通过细胞裂解才能释放出来，而这种裂解过程会对细胞造成损伤。
病毒一旦侵入宿主细胞，除非它已经产生了成熟的子代病毒颗粒，否则无法被检测到。没有证据表明病毒存在于宿主细胞内部。这个新阶段被称为“潜伏期”。对于噬菌体来说，复制过程大约需要15到30分钟；而对于动物病毒，这一过程则需要长达30小时。一个被感染的细胞可以释放出大量的子代病毒。
培养；培育；种植
病毒是专性寄生生物，必须生活在细胞内部。用于培养细菌的培养基无法支持它们的生长。病毒的培养方法包括：动物接种：1909年，Landsteiner和Popper利用猴子成功分离出了脊髓灰质炎病毒。柯萨奇病毒和虫媒病毒（如登革热病毒、基孔肯雅病毒）则是通过婴儿小鼠进行分离的。小鼠的接种方式有多种，包括脑内注射、皮下注射、腹腔注射等。在某些特殊情况下，也会使用兔子、豚鼠和雪貂等其他动物进行实验。
**胚胎化鸡蛋**：1931年，Goodpasture首次使用了一枚胚胎化的鸡蛋来培养病毒，这一技术后来由Burnet进一步完善。可以利用鸡蛋的不同部分来培养不同的病毒。将单纯疱疹病毒接种到绒毛尿囊膜上，可以观察到明显的病变（称为“痘状斑点”）；流感病毒则通过注射到羊膜囊中分离出来；而狂犬病病毒则是通过接种到卵黄囊中分离得到的。
细胞培养——Steinhardt及其同事可能于1913年首次在病毒学领域应用了组织培养技术，他们将病毒培养在兔角膜碎片中。1949年，Enders、Weller和Robbins成功培养出了脊髓灰质炎病毒，这一成就标志着一个重要的转折点。他们在非神经来源的组织培养中发现，原本被认为仅对神经细胞具有侵袭性的脊髓灰质炎病毒实际上也可以在其他类型的细胞中生长。