病毒与实践

 病毒与人类实践的关系极为密切。由它们引起的宿主病害既可使人类健康和对畜牧业、栽培业和发酵工业带来不利的影响，又可利用它们进行生物防治，此外，还可利用病毒进行疫菌生产和作为遗传工程中的外源基因载体，直接或间接地为人类创造出巨大的经济效益、社会效益和生态效益。

   

 一、噬菌体与发酵工业

噬菌体对发酵工业的危害很大。大罐液体发酵若受噬菌体严重污染时，轻则引起发酵周期延长、发酵液变清和发酵产物难以形成等事故，重则造成倒罐、停产甚至危及工厂命运，这种情况在谷氨酸发酵、细菌淀粉酶或蛋白酶发酵、丙酮丁醇发酵以及干扰生素发酵中司空见惯。

要防止噬菌体的污染，必须确立防重于治的观念，例如决不使用可疑菌种，严格保持环境卫生，决不任意丢弃和排放有生产菌种的菌液，注意通气质量（选用 30~40m 高空的空气再经严格过滤），加强发酵罐和管道灭菌，不断筛选抗噬菌体菌种，经常轮换生产菌种，以及严格会客制度等。

    

二、昆虫病毒用于生物防治

在动物界中，昆虫是种类最多、数量最大、分布最广和与人类关系极其密切的一个大群。其中一部分对人类有益，而大量的则对人类有害。长期来，人类在与害虫作斗争过程中，曾创造过物理治虫、化学治虫、绝育治虫、性激素引诱治虫和生物治虫（包括动物治虫、以虫治虫、细菌治虫、真菌治虫和病毒治虫）等手段，其中利用病毒制剂进行生物治虫由于具有资源丰富（已发现的病毒近 2000 种）、致病力强和专一性强等优点，故发展势头很旺，前景诱人。当然，在现阶段由于其杀虫速度慢、不易大规模生产、在野外易失活和杀虫范围窄等缺点，还难以普遍推广。目前正在利用遗传工程等高科技手段对其进行改造之中。

 

 

  在基因工程操作中，把外源目的基因导入受体细胞并使之表达的中介体，称为载体（ vector ）。除原核生物的质粒（ plasmid ）外，病毒是最好的载体。

 

（一）噬菌体作为原核生物基因工程的载体

前面已提到过的 E.coli 的 λ 噬菌体，是一种研究得十分详尽的含线状 dsDNA 的温和噬菌体。在其基因组中，约有一半是对自身生命活动十分必要的“必要基因”，另一半则是对其自身生命活动无重大影响的“非必要基因”，因此可被外源基因取代而建成良好的基因工程载体。这类载体有很多优点： ① 遗传背景清楚； ② 载有外源基因时，仍可与宿主的核染色体整合并同步复制； ③ 宿主范围狭窄，使用安全； ④ 由于其两端各具 12 个核⑤ 感染率极高（近 100% ），比一般质粒载体的转化率高出千倍苷酸组成的粘性末端，故可组成科斯质粒（ cosmid, 又称粘性质粒或粘粒）；

    由 λ 噬菌体构建的载体如： ① 凯隆载体（ Charon ） , 是一种用内切酶改造后所构建成的特殊λ噬菌体载体，在其上可插入小至数 kb （千碱基对）大至 23kb的外源 DNA 片段； ② 科斯质粒，是一种由含粘性末端的λ -DNA 和质粒 DNA 组建成的重组体，优点是具有质粒载体和噬菌体载体两者的长处，其本身相对分子质量虽小（ 6kb ），却可插入各种来源的相对分子质量较大（ 35-53kb ）的外源 DNA 片段，当把它在体外包装成λ噬菌体后，即可高效地感染其 E.coli 宿主，并进行整合、复制和表达。

 

（二）动物 DNA 病毒作为动物基因工程的载体

    可作为基因工程载体的动物病毒很多，主要为 SV40{simian virus 40, 即猴病毒 40} ，其次为人的腺病毒 . 牛乳头瘤病毒 . 痘苗病毒以及 RNA 病毒等。 SV40 是一种寄生在猴细胞中的 DNA 病毒，能使实验动物致癌。其生活周期包括引起宿主细胞裂解和转化成癌细胞两个阶段。其 cccDNA{ 共价闭环 DNA} 的相对分子质量为 3*10 6 。 SV-DNA 是一个复制子，当侵染其宿主细胞后，既能自我复制，也能整合在宿主的染色体组上。若在野生型 SV-DNA 上直接接一外源 DNA ，会因其相对分子质量太大而无法正常包装，故须使用缺失了编码衣壳蛋白后期基因的突变株作载体。为补偿这一功能缺陷，这种突变株还须与其辅助病毒 {helper virus, 如 SV-tsA} 一起感染，才能在宿主体内正常繁殖。利用这一系统，已将家兔或小鼠的β - 珠蛋白或人生激素的基因在猴肾细胞中获得了表达。

 

( 三 ) 植物 DNA 病毒作为植物基因工程的载体

    因含 DNA 的植物病毒种类较少，故病毒载体在植物基因工程中应用的起步较晚。花椰菜花叶病毒 {CMV} 是一种由昆虫传播的侵染十字花科植物的病毒，含 8kb 的环状 dsDNA ，存在多种限制性内切酶的切点。在其非必要基因区内插入外源 DNA 后，所形成的重组体仍具侵染性。但由于它不能与宿主核染色体组发生整合，因此还无法获得遗传性稳定的转基因植株。此外，一些真核藻类的 DNA 病毒也有发展前景。

 

( 四 ) 昆虫 DNA 病毒作为真核生物基因工程的载体

杆状病毒 {Baculovirus} 在昆虫中具有广泛的宿主，包括鳞翅目 . 膜翅目 . 脉翅目 . 鞘翅目和半翅目等昆虫以及蜘蛛和蜱螨等节肢动物。病毒体呈杆状，大小 40~60nm*200~400nm, 外有被膜，含 8%~15% 环状 dsDNA 。它们作为外源基因载体的优点是：

①具有在宿主细胞内复制的 cccDNA;

②不侵染脊椎动物，对人畜十分安全；

③核型多角体蛋白基因是病毒的非必要基因区，它带有强启动子，可使此基因表达产物达到宿主细胞总蛋白量的 20% 或虫体干重的 10% ；

④可作为重组病毒的选择性标记，原因是外源 DNA 的插入并不影响病毒的繁殖，却丧失了形成多角体的能力；

⑤对外源基因有很大容量 { 可插入 100kb 的 DNA 片段 } ；

⑥有强启动子作病毒的晚期启动子，故任何外源基因产物，甚至对病毒有毒性的产物也不影响病毒的繁殖与传代。目前，利用杆状病毒作载体已成功地获得了产生人β - 干扰素和α - 干扰素的昆虫细胞株；国内已报道利用重组了毒素基因的杆状病毒作生物防治剂，可使害虫既受病毒侵染又受毒素侵害，双重地杀灭害虫，达到快速 . 高效 . 对人畜无害且不产生抗药性害虫的良好效果。