病毒與實踐

 病毒與人類實踐的關係極為密切。由它們引起的宿主病害既可使人類健康和對畜牧業、栽培業和發酵工業帶來不利的影響，又可利用它們進行生物防治，此外，還可利用病毒進行疫菌生產和作為遺傳工程中的外源基因載體，直接或間接地為人類創造出巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。

   

 一、噬菌體與發酵工業

噬菌體對發酵工業的危害很大。大罐液體發酵若受噬菌體嚴重汙染時，輕則引起發酵周期延長、發酵液變清和發酵產物難以形成等事故，重則造成倒罐、停產甚至危及工廠命運，這種情況在穀氨酸發酵、細菌澱粉酶或蛋白酶發酵、丙酮丁醇發酵以及幹擾生素發酵中司空見慣。

要防止噬菌體的汙染，必須確立防重於治的觀念，例如決不使用可疑菌種，嚴格保持環境衛生，決不任意丟棄和排放有生產菌種的菌液，注意通氣質量（選用 30~40m 高空的空氣再經嚴格過濾），加強發酵罐和管道滅菌，不斷篩選抗噬菌體菌種，經常輪換生產菌種，以及嚴格會客製度等。

    

二、昆蟲病毒用於生物防治

在動物界中，昆蟲是種類最多、數量最大、分布最廣和與人類關係極其密切的一個大群。其中一部分對人類有益，而大量的則對人類有害。長期來，人類在與害蟲作鬥爭過程中，曾創造過物理治蟲、化學治蟲、絕育治蟲、性激素引誘治蟲和生物治蟲（包括動物治蟲、以蟲治蟲、細菌治蟲、真菌治蟲和病毒治蟲）等手段，其中利用病毒製劑進行生物治蟲由於具有資源豐富（已發現的病毒近 2000 種）、致病力強和專一性強等優點，故發展勢頭很旺，前景誘人。當然，在現階段由於其殺蟲速度慢、不易大規模生產、在野外易失活和殺蟲範圍窄等缺點，還難以普遍推廣。目前正在利用遺傳工程等高科技手段對其進行改造之中。

 

 

  在基因工程操作中，把外源目的基因導入受體細胞並使之表達的中介體，稱為載體（ vector ）。除原核生物的質粒（ plasmid ）外，病毒是最好的載體。

 

（一）噬菌體作為原核生物基因工程的載體

前麵已提到過的 E.coli 的 λ 噬菌體，是一種研究得十分詳盡的含線狀 dsDNA 的溫和噬菌體。在其基因組中，約有一半是對自身生命活動十分必要的“必要基因”，另一半則是對其自身生命活動無重大影響的“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載體。這類載體有很多優點： ① 遺傳背景清楚； ② 載有外源基因時，仍可與宿主的核染色體整合並同步複製； ③ 宿主範圍狹窄，使用安全； ④ 由於其兩端各具 12 個核⑤ 感染率極高（近 100% ），比一般質粒載體的轉化率高出千倍苷酸組成的粘性末端，故可組成科斯質粒（ cosmid, 又稱粘性質粒或粘粒）；

    由 λ 噬菌體構建的載體如： ① 凱隆載體（ Charon ） , 是一種用內切酶改造後所構建成的特殊λ噬菌體載體，在其上可插入小至數 kb （千堿基對）大至 23kb的外源 DNA 片段； ② 科斯質粒，是一種由含粘性末端的λ -DNA 和質粒 DNA 組建成的重組體，優點是具有質粒載體和噬菌體載體兩者的長處，其本身相對分子質量雖小（ 6kb ），卻可插入各種來源的相對分子質量較大（ 35-53kb ）的外源 DNA 片段，當把它在體外包裝成λ噬菌體後，即可高效地感染其 E.coli 宿主，並進行整合、複製和表達。

 

（二）動物 DNA 病毒作為動物基因工程的載體

    可作為基因工程載體的動物病毒很多，主要為 SV40{simian virus 40, 即猴病毒 40} ，其次為人的腺病毒 . 牛乳頭瘤病毒 . 痘苗病毒以及 RNA 病毒等。 SV40 是一種寄生在猴細胞中的 DNA 病毒，能使實驗動物致癌。其生活周期包括引起宿主細胞裂解和轉化成癌細胞兩個階段。其 cccDNA{ 共價閉環 DNA} 的相對分子質量為 3*10 6 。 SV-DNA 是一個複製子，當侵染其宿主細胞後，既能自我複製，也能整合在宿主的染色體組上。若在野生型 SV-DNA 上直接接一外源 DNA ，會因其相對分子質量太大而無法正常包裝，故須使用缺失了編碼衣殼蛋白後期基因的突變株作載體。為補償這一功能缺陷，這種突變株還須與其輔助病毒 {helper virus, 如 SV-tsA} 一起感染，才能在宿主體內正常繁殖。利用這一係統，已將家兔或小鼠的β - 珠蛋白或人生激素的基因在猴腎細胞中獲得了表達。

 

( 三 ) 植物 DNA 病毒作為植物基因工程的載體

    因含 DNA 的植物病毒種類較少，故病毒載體在植物基因工程中應用的起步較晚。花椰菜花葉病毒 {CMV} 是一種由昆蟲傳播的侵染十字花科植物的病毒，含 8kb 的環狀 dsDNA ，存在多種限製性內切酶的切點。在其非必要基因區內插入外源 DNA 後，所形成的重組體仍具侵染性。但由於它不能與宿主核染色體組發生整合，因此還無法獲得遺傳性穩定的轉基因植株。此外，一些真核藻類的 DNA 病毒也有發展前景。

 

( 四 ) 昆蟲 DNA 病毒作為真核生物基因工程的載體

杆狀病毒 {Baculovirus} 在昆蟲中具有廣泛的宿主，包括鱗翅目 . 膜翅目 . 脈翅目 . 鞘翅目和半翅目等昆蟲以及蜘蛛和蜱蟎等節肢動物。病毒體呈杆狀，大小 40~60nm*200~400nm, 外有被膜，含 8%~15% 環狀 dsDNA 。它們作為外源基因載體的優點是：

①具有在宿主細胞內複製的 cccDNA;

②不侵染脊椎動物，對人畜十分安全；

③核型多角體蛋白基因是病毒的非必要基因區，它帶有強啟動子，可使此基因表達產物達到宿主細胞總蛋白量的 20% 或蟲體幹重的 10% ；

④可作為重組病毒的選擇性標記，原因是外源 DNA 的插入並不影響病毒的繁殖，卻喪失了形成多角體的能力；

⑤對外源基因有很大容量 { 可插入 100kb 的 DNA 片段 } ；

⑥有強啟動子作病毒的晚期啟動子，故任何外源基因產物，甚至對病毒有毒性的產物也不影響病毒的繁殖與傳代。目前，利用杆狀病毒作載體已成功地獲得了產生人β - 幹擾素和α - 幹擾素的昆蟲細胞株；國內已報道利用重組了毒素基因的杆狀病毒作生物防治劑，可使害蟲既受病毒侵染又受毒素侵害，雙重地殺滅害蟲，達到快速 . 高效 . 對人畜無害且不產生抗藥性害蟲的良好效果。