大開(kāi)眼界！各種各樣的3D打印“病毒”模型

看不見(jiàn)，摸不著，卻能讓植物、動(dòng)物和人生病，還能快速傳染引發(fā)可怕疫情的病毒到底長(zhǎng)什么樣，你造么？下面，就讓我們通過(guò)3D打印的模型來(lái)了解一下它們的真身吧！

▲病毒模型組成的太陽(yáng)系

利用最新的3D打印技術(shù)，中國(guó)科學(xué)院武漢病毒研究所由中科院科普項(xiàng)目提供支持，利用病毒結(jié)構(gòu)生物學(xué)的科研成果，制作了幾種有代表性的病毒模型，復(fù)原了病毒結(jié)構(gòu)的真實(shí)形貌，為大家了解病毒提供了最直觀生動(dòng)的材料。下面就來(lái)一起欣賞一下大自然和設(shè)計(jì)師們的杰作吧！

病毒的發(fā)現(xiàn)

人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)病毒是煙草花葉病毒（TMV）,引起煙草的花葉病，是一種單鏈RNA病毒。1886年，在荷蘭工作的德國(guó)人麥爾把患有花葉病的煙草植株的葉片加水研碎，取其汁液注射到健康煙草的葉脈中，能引起花葉病，證明這種病是可以傳染的。

▲被煙草花葉病毒感染的葉片和病毒的負(fù)染電鏡照片

通過(guò)對(duì)葉子和土壤的分析，麥爾指出煙草花葉病是由細(xì)菌引起的。1892年，俄國(guó)的伊萬(wàn)諾夫斯基重復(fù)了麥爾的試驗(yàn)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)患病煙草植株的葉片汁液通過(guò)細(xì)菌過(guò)濾器后還能引發(fā)健康的煙草植株發(fā)生花葉病，但伊萬(wàn)諾夫斯基將其解釋為是由于細(xì)菌產(chǎn)生的毒素而引起。1898年,荷蘭細(xì)菌學(xué)家貝杰林克同樣證實(shí)了麥爾的觀察結(jié)果。他把煙草花葉病株的汁液置于瓊脂凝膠塊的表面，發(fā)現(xiàn)感染煙草花葉病的物質(zhì)在凝膠中以適度的速度擴(kuò)散，而細(xì)菌仍滯留于瓊脂的表面。貝杰林克指出引起煙草花葉病的致病因子有三個(gè)特點(diǎn)：
1，能通過(guò)細(xì)菌過(guò)濾器；
2，僅能在感染的細(xì)胞內(nèi)繁殖；
3，在體外非生命物質(zhì)中不能生長(zhǎng)。

根據(jù)這幾個(gè)特點(diǎn)他提出，這種致病因子不是細(xì)菌，而是一種新的物質(zhì)，稱(chēng)為“有感染性的活的流質(zhì)”，并取名為病毒，拉丁名叫“Virus”。由此，神奇的病毒就“誕生”了！而幾乎是同時(shí)，德國(guó)細(xì)菌學(xué)家勒夫勒和費(fèi)羅施發(fā)現(xiàn)引起牛口蹄疫的病原也可以通過(guò)細(xì)菌濾器，從而再次證明伊萬(wàn)諾夫斯基和貝杰林克的重大發(fā)現(xiàn)。

代表性的病毒模型

1. 煙草花葉病毒（Tobacco mosaic virus, TMV）

煙草花葉病毒長(zhǎng)桿狀，長(zhǎng)約300納米，直徑18納米，核衣殼蛋白呈螺旋狀排列，核酸為單鏈RNA。煙草花葉病毒可侵染30科310多種植物，尤其是煙草及其他茄科植物，引起煙草花葉病等病害，受害植株葉上出現(xiàn)花葉癥狀，生長(zhǎng)不良，葉畸形。TMV在世界范圍內(nèi)廣泛分布，我國(guó)山東、河北、山西、四川、北京、上海等地均有報(bào)道發(fā)現(xiàn)。TMV通過(guò)病苗與健苗摩擦或農(nóng)事操作再侵染，另外蝗蟲(chóng)、煙青蟲(chóng)等咀嚼式口器的昆蟲(chóng)也可傳播TMV。
　

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煙草花葉病毒的部分結(jié)構(gòu)：其整體具有螺旋排列的規(guī)則結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)長(zhǎng)桿狀。其中藍(lán)色為病毒衣殼蛋白，紫色是遺傳物質(zhì)RNA

2. 脊髓灰質(zhì)炎病毒（Poliovirus）

脊髓灰質(zhì)炎病毒常侵犯中樞神經(jīng)系統(tǒng)，損害脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞，導(dǎo)致肢體松弛性麻痹，多見(jiàn)于兒童，故又名小兒麻痹癥。大家小時(shí)候都吃過(guò)糖丸，就是脊髓灰質(zhì)炎病毒疫苗，由于長(zhǎng)期廣泛得接種疫苗，我國(guó)脊髓灰質(zhì)炎病毒已經(jīng)得到很好的控制，發(fā)病率大大降低。

脊髓灰質(zhì)炎病毒屬于微小核糖核酸（RNA）病毒科。脊髓灰質(zhì)炎病毒侵犯人體主要通過(guò)消化道傳播。在電鏡下呈球形顆粒相對(duì)較小，直徑20～30nm，呈立體對(duì)稱(chēng)12面體。病毒顆粒中心為單股正鏈核糖核酸，外圍32個(gè)衣殼微粒，形成外層衣殼，此種病毒核衣殼體裸露無(wú)囊膜。

人是脊髓灰質(zhì)炎病毒的唯一天然宿主，這是因?yàn)樵谌思?xì)胞膜表面有一種受體，與病毒衣殼上的結(jié)構(gòu)蛋白VP1具有特異的親和力，使病毒得以吸附到細(xì)胞上。、

上圖中的長(zhǎng)條觸角就是細(xì)胞受體，可以與病毒表面的結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)合，促使病毒侵染細(xì)胞。


同時(shí)，我們模擬了脊髓灰質(zhì)炎病毒的自組裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)磁鐵，可以將12塊獨(dú)立的病毒結(jié)構(gòu)蛋白組件拼裝成完整病毒顆粒。

3. 乙肝病毒（Hepatitis B virus, HBV）

乙型肝炎病毒簡(jiǎn)稱(chēng)乙肝病毒。是一種DNA病毒，屬于嗜肝DNA病毒科。我國(guó)的乙肝病毒感染率約60%-70%；乙肝表面抗原攜帶率約占總?cè)丝诘?.18%，以此計(jì)算，全國(guó)約有9300萬(wàn)人攜帶乙肝病毒，其中慢性乙型肝炎患者約2000萬(wàn)例。

此圖為乙肝病毒核衣殼，正二十面體，由核心抗原組成。
　　

該核衣殼由12個(gè)亞基組裝而成，每個(gè)亞基由5個(gè)4聚體組裝，每個(gè)4聚體由4個(gè)核心抗原蛋白組裝，共240個(gè)核心抗原（HBcAg）。

完整乙肝病毒的最外層由三種乙肝表面抗原（HBsAg，紅色）以及囊膜（黃色）組成。

囊膜內(nèi)部包裹了由核心抗原組裝成的核衣殼（HBcAg，白色）。
　　

核衣殼內(nèi)部包裹了病毒的遺傳物質(zhì)DNA（藍(lán)色）和復(fù)制基因的DNA聚合酶（紫色）。


乙肝小科普：

乙型肝炎病毒（HBV）攜帶者：指HBV表面抗原（HBsAg）陽(yáng)性，也就是能檢測(cè)到紅色蛋白，但肝功能正常的患者。

大三陽(yáng),小三陽(yáng)是根據(jù)患者HBV血清學(xué)標(biāo)志物（乙肝五項(xiàng)）的不同來(lái)劃分：

1. 大三陽(yáng)指HBsAg+、HBeAg+、抗-HBc+，也就是能檢測(cè)到紅色蛋白、類(lèi)似白色蛋白（HBeAg和白色蛋白類(lèi)似，病毒復(fù)制活躍時(shí)較多）和白色蛋白的抗體。
2. 小三陽(yáng)指HBsAg+、抗-HBe+、抗-HBc+，也就是能檢測(cè)到紅色蛋白、類(lèi)似白色蛋白的抗體和白色蛋白的抗體。

可以看出，兩者的區(qū)別就是HBeAg還是其抗體陽(yáng)性。一般HBeAg+代表病毒復(fù)制活躍，HBV DNA載量較高，因此患者的體液中HBV DNA檢測(cè)往往也是陽(yáng)性，傳播給別人的風(fēng)險(xiǎn)較高。注：+代表陽(yáng)性。

HBsAg、抗-HBs、HBeAg、抗-HBe、抗-HBc為乙肝檢測(cè)五項(xiàng)。

抗-HBs和抗-HBc為陽(yáng)性一般為接種過(guò)乙肝疫苗。


4. 寨卡病毒（Zika virus, ZIKV）

寨卡病毒最近是2015-2016年在巴西出現(xiàn)一次爆發(fā)，造成了大量嬰兒小頭癥，引起全球恐慌的一種蚊媒黃病毒。

寨卡病毒病的潛伏期（從接觸到出現(xiàn)癥狀的時(shí)間）并不明確，但可能為幾天。疾病癥狀與登革熱等其它蟲(chóng)媒病毒感染類(lèi)似，包括發(fā)熱、皮疹、結(jié)膜炎、肌肉和關(guān)節(jié)疼痛、渾身虛弱和頭痛。這些癥狀往往較輕，持續(xù)2-7天。

寨卡病毒通過(guò)受感染的伊蚊屬蚊子，主要是熱帶地區(qū)的埃及伊蚊叮咬傳播給人。伊蚊一般在白天叮咬，以清晨和傍晚/晚間為高峰期。這種蚊子也傳播登革熱、基孔肯雅熱和黃熱病。寨卡病毒還可能存在性傳播。目前在調(diào)查其它傳播方式，如通過(guò)輸血傳播等。

　　
寨卡病毒本身并沒(méi)有太大危害性，80%的成年感染者幾乎沒(méi)有癥狀，20%的患者也只有輕微感冒發(fā)燒等癥狀，但感染寨卡病毒的孕婦會(huì)傳播給嬰兒，影響嬰兒大腦發(fā)育，引起小頭癥。

　　
寨卡病毒屬于黃病毒科黃病毒屬。黃熱病毒是人類(lèi)歷史上發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)人類(lèi)病毒（發(fā)現(xiàn)的第一種病毒是煙草花葉病毒），于1900年發(fā)現(xiàn)，證實(shí)由蚊子傳播。

　　
寨卡病毒直徑50納米，最外層是組裝規(guī)則的膜蛋白E（藍(lán)色），內(nèi)部由脂質(zhì)膜形成包裹（灰色）。

　
而膜上有小膜蛋白M（青綠色），膜包裹的核心是衣殼蛋白（綠色）與基因組RNA（深藍(lán)）。

病毒藝術(shù)

登革熱病毒，西尼羅河病毒，腺病毒，噬菌體（頭部），細(xì)小病毒，皰疹病毒，乙肝病毒（核衣殼）。


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