病毒學(xué)的研究初期,由于當(dāng)時(shí)人們?cè)陲@微鏡下觀察不到病毒粒體,加之病毒又不能進(jìn)行人工培養(yǎng),因而分離到病毒對(duì)于明確病毒的生物學(xué)特性顯得十分重要。在當(dāng)時(shí)尚無(wú)高速離心機(jī)的情況下,人們?cè)噲D用馬力離心機(jī)來(lái)從病組織中分離病毒。直到高速和超速離心機(jī)問(wèn)世后,人們才有可能依據(jù)病毒學(xué)性分離和制備病毒。時(shí)至今日,病毒的分離,用專業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)即病毒的提純,在病毒學(xué)的分子生物學(xué)研究中仍然是關(guān)鍵步驟。
1953年,斯坦利第一次提取并結(jié)晶了TMV,這是病毒學(xué)史上一個(gè)重要的里程碑。以后,人們先后從不同的組織中分離到了病毒。病毒的提純是將寄主中的病毒粒子與寄主細(xì)胞組分區(qū)分開(kāi)來(lái)的過(guò)程。其原理是利用病毒的蛋白質(zhì)和大分子粒體的特性,及其與寄主細(xì)胞組分在理化特性上的差異將病毒粒子區(qū)分出來(lái),并盡可能保持侵染力。提純病毒的目的是確切地研究病毒理化、生物學(xué)特性、化學(xué)組分、組成、增殖過(guò)程及機(jī)制,還可用于制備高效價(jià)的抗血清。以植物病毒為例,人門先是把在植株中含量高、體外穩(wěn)定的病毒,如TMV、馬鈴薯X病毒等提純出來(lái)。目前,越來(lái)越多的技術(shù)和程序能用以提純濃度和穩(wěn)定性不相同的病毒,為病毒的研究工作奠定了基礎(chǔ)!
電子顯微鏡始終是研究病毒的不可或缺的工具,1960年以后將樣品用重金屬鹽類溶液作負(fù)染,更能詳細(xì)研究病毒的結(jié)構(gòu),使對(duì)病毒的認(rèn)識(shí)大大地推進(jìn)一步。對(duì)那些在細(xì)胞培養(yǎng)中不能生長(zhǎng)的病毒,電鏡術(shù)更是一種重要的診斷手段。
細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)病毒學(xué)的研究起了很大的推動(dòng)作用,最早用于脊髓灰質(zhì)炎病毒的培養(yǎng),此后廣泛用于人醫(yī)和獸醫(yī)上各種病毒的分離和培養(yǎng)。Dulbecco(1952)發(fā)明了空斑技術(shù),使病毒的定量檢測(cè)和克隆成為可能。
生物化學(xué)和分子生物學(xué)的發(fā)展對(duì)病毒學(xué)的研究提供了有力的武器。例如X射線晶體衍射、原二色性和核磁共振技術(shù)用于研究病毒的三維結(jié)構(gòu);聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)用于病毒核酸及多肽成分的分析。應(yīng)用生化技術(shù),鑒定了病毒的核酸聚合酶,特別是反錄酶,它不但在理論上而且在實(shí)用上都有重大意義。核酸雜交技術(shù)為病毒鑒定和診斷提供了敏感而可靠的手段。DNA重組技術(shù)和人工合成多肽為研制新型疫苗開(kāi)辟了嶄新的途徑。目前,免疫熒光技術(shù)是研究病毒侵染過(guò)程、定位及其病毒基因功能的重要手段。
中國(guó)學(xué)者對(duì)病毒學(xué)的發(fā)展作出過(guò)貢獻(xiàn)。湯飛凡1925年在美國(guó)對(duì)皰疹病毒進(jìn)行過(guò)研究,他和他的導(dǎo)師Zinsser用物理學(xué)方法研究病毒的本質(zhì),證明病毒是存在于宿主細(xì)胞內(nèi)能自我復(fù)制的顆粒,為病毒學(xué)的創(chuàng)立做出過(guò)重要貢獻(xiàn)。
由于病毒是微生物中最小的生物,在普通顯微鏡下觀察不到。在20世紀(jì)初要檢測(cè)病毒的存在,必須通過(guò)注射感染,觀察動(dòng)物發(fā)病或死亡情況來(lái)判斷。顯然這種檢測(cè)方法是十分原始的。由于病毒沒(méi)有自己的酶系統(tǒng),靠寄生在活細(xì)胞內(nèi)生存,在一般的微生物培養(yǎng)基上不能繁殖,這就給尋找培養(yǎng)病毒新技術(shù)增加了難度。然而,病毒培養(yǎng)是病毒研究中最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的一步,可以說(shuō)沒(méi)有病毒培養(yǎng)新技術(shù)的建立,也就沒(méi)有病毒研究的突破和發(fā)展。許多國(guó)家為此投入了大量的人力和物力,國(guó)際上許多知名學(xué)者為此苦苦思索了幾十年。1943年,黃禎祥在美國(guó)發(fā)表了對(duì)病毒學(xué)研究有重大影響的論文“西方馬腦炎病毒在組織培養(yǎng)上滴定和中和作用的進(jìn)一步研究”。這一研究成果,使病毒在試管內(nèi)繁殖成為現(xiàn)實(shí),從此擺脫了人工繁殖病毒靠動(dòng)物、雞胚培養(yǎng)的原始落后的方法。這一新技術(shù)可以概括為:第一步,用人為的方法將動(dòng)物組織處理消化成單層細(xì)胞,并給以一定的營(yíng)養(yǎng)成分使其在試管內(nèi)存活;第二步,將病毒接種在細(xì)胞內(nèi),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)一系列病理改變。觀察者只要用普通顯微鏡觀察細(xì)胞有無(wú)病理改變,即可間接觀測(cè)和判斷有無(wú)病毒繁殖。這一新技術(shù)把病毒培養(yǎng)從實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和雞胚的動(dòng)物水平.提高到體外組織培養(yǎng)的細(xì)胞水平。
也正是這項(xiàng)新技術(shù)拓寬了國(guó)際上病毒學(xué)學(xué)者的思路。許多病毒學(xué)家采用或改良這一技術(shù),成功地發(fā)現(xiàn)了許多病毒性疾病的病原,分離出許多新病毒,解決了當(dāng)時(shí)還鮮為人知的一些疾病的病毒病因問(wèn)題。有些學(xué)者還采用組織培養(yǎng)技術(shù)制備了疫苗,實(shí)現(xiàn)了人群的主動(dòng)免疫,為控制和消滅病毒病做出了貢獻(xiàn)。50年代美國(guó)著名病毒學(xué)家恩德斯(Enders)獲得諾貝爾獎(jiǎng),就是在采用黃禎祥這一技術(shù)的基礎(chǔ)上取得的成果。美國(guó)1982-1985年出版的《世界名人錄》稱這一技術(shù)為現(xiàn)代病毒學(xué)奠定了基礎(chǔ)。世界上許多國(guó)家采用這種技術(shù)分離了諸如流行性出血熱、麻疹、小兒麻痹病毒。近年來(lái)在全球引起震動(dòng)的艾滋病病毒也是采用組織培養(yǎng)這一技術(shù)分離到的。
朱既明1948年在英國(guó)發(fā)現(xiàn)同一病毒可因變異而呈不同形態(tài),并首次將流感病毒裂解為有生物活性的亞單位,并在此基礎(chǔ)上提出了病毒的結(jié)構(gòu)模型,這一假說(shuō)為后來(lái)闡明各種病毒結(jié)構(gòu)開(kāi)創(chuàng)了先河,并為研究亞單位疫苗準(zhǔn)備了理論和方法的基礎(chǔ)。朱既明還發(fā)現(xiàn)了正常血清中抑制流感病毒血凝作用的β-抑制素。高尚蔭1943年在美國(guó)進(jìn)行煙草花葉病毒研究時(shí)曾觀察到病毒感染不同宿主后仍保持穩(wěn)定理化和血清學(xué)特征,在病毒學(xué)發(fā)展史中有一定地位。