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教育部高中生物科學資優生培育計畫-高雄區
病毒學概論
授課教師：楊文仁
2
Q:
細菌
與
病毒
有何不同?
細菌
屬原核生物 。 形狀：球菌、桿菌、螺旋菌。 構造： 細胞壁：肽聚糖。 細胞膜：膜上具呼吸作用酵素，可合成ATP。 細胞質：具酵素和核糖體，可進行多種生理活動。 染色體：由DNA疊合而成。 纖毛：由蛋白質構成，與遺傳物質轉移有關。 鞭毛：由蛋白質構成，具運動功能。 莢膜：由多醣或多肽構成,具保護作用能增強細菌致病力。 質體：細菌細胞質內染色體以外的DNA 。 葉綠素：某些自營性細菌才有，可進行光合作用。 生長 ：大多數細菌適合在攝氏20至45度生長。 依獲得營養的方式分為： 異營性：腐生菌、寄生菌。 自營性：光合細菌、硝化細菌。 依氧氣利用的方式分為：好氧菌、微好氧菌、兼性厭氧菌、厭氧菌 。 繁殖：分裂生殖 、接合生殖 。3
病毒
極其微小，須藉由
電子顯微鏡
方能觀察。
構造簡單，
無
細胞的基本構造。
形狀：二十面體、螺旋對稱、複雜對稱。
構造：蛋白質外殼、核酸中心(以DNA或RNA
其中
一種
做為遺傳物質)。
繁殖：
缺乏代謝系統
，無法獨立生活，
絕對寄生
。
感染宿主：動物、植物、細菌。
複製過程：
吸附、除殼、合成、組合、釋放
。
動物病毒的傳播途徑：飛沫散布、蚊蟲媒介、動
物咬傷、攝食、輸血、體液。
植物病毒的傳播途徑：昆蟲啃咬、播種、授粉、
人為傷口、自然摩擦。
4 疾病名稱 細菌 病毒 登革熱 (dengue fever) 破傷風 (tetanus) B型肝炎 (hepatitis B) 肺結核 (tuberculosis) 流行性感冒 (influenza) 愛滋病；後天免疫不全症候群 (Acquired Immunodeficiency Syndrome; AIDS)
霍亂 (Cholera)
嚴重急性呼吸道症候群(Severe Acute Respiratory Syndrome; SARS)
百日咳 (Pertussis) 日本腦炎 (Japanese encephalitis) 水痘(Varicella)
Q:下列疾病是
細菌
或是
病毒
所引起的呢?
球菌 桿菌 弧菌 螺旋體 螺旋菌 多面體 球狀 複雜形 螺旋形5
生物分類
真核生物域 真細菌域 古細菌域 真核 原核 域 非細胞組成 真菌界 動物界 植物界 多細胞藻類 單細胞藻類 真細菌界 古細菌界 類病毒 普恩蛋白 其他非細胞組 成之生命形態 原生生物界 動物 植物 真菌 原生生物 真細菌 古細菌 1977年卡爾‧沃斯（Carl Woese）提出以三域系統去把生物分類，後來也演 變成「三域和六界」的分類方式。三域六界可分為如下圖所示：H原子 DNA分子 水分子 肌紅素 (蛋白質) 電子顯微鏡 脂雙層 (細胞膜) 肌動蛋白絲 (胞器) 核糖體 (胞器) 觸覺纖毛 (胞器) 粒線體 (胞器) 淋巴球 (真核細胞) HIV (病毒) 細菌 (原核細胞) 光學顯微鏡 葉綠體 (胞器) 上皮細胞 (真核細胞) 草履蟲 (原生動物) 青蛙卵 (真核細胞) 肉眼可見 6 人類肉眼可辨識之 最小尺度為0.1 mm 宇宙的刻度： http://htwins.net/scale2/ 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 1cm = m (centimeter,厘米) 1mm = m (millimeter,毫米) 1mm = m (micrometer,微米) 1nm = m (nanometer,奈米) 1pm = m (picometer,皮米) 1fm = m (femtometer,飛米; 毫微微米) 1am = m (attometer, 阿米; 微微微米)
腺病毒 狂犬病 病毒 T4 噬菌體 鼻病毒 菸草鑲嵌病毒 披衣菌 類病毒 伊波拉病毒 脊髓灰質炎(小兒麻痺)病毒 大腸桿菌 牛痘病毒 普里昂蛋白 ;普恩蛋白 ;朊病毒 M13 噬菌體 f2,MS2 噬菌體 紅血球的細胞質膜 10nm厚
人類紅血球直徑
10,000 nm
8
Genome 基因組(體)
Capsid 外殼(衣殼)
Envelope 套膜
(some viruses)
病毒顆粒 (virus particle, virion)
病毒的構造非常簡單，介於
細胞
與
分子
之間，基本組成有
核鞘核心
(nucleocapsid core)
，其由
核酸
與
蛋白質的外殼(capsid)
所構成，
有些病毒顆粒外包有
套膜(envelope)
。
核心
部分由遺傳物質
核酸(DNA或RNA)
，
外殼蛋白
部分由多種
蛋白
質
所構成，因此病毒顆粒的形狀、大小隨著
外殼蛋白
種類不同有很
大的差異。
外殼(衣殼) 基因組 醣蛋白 複合體核鞘
護套層
套膜
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病毒基因組(viral genomes)
1. DNA
或
RNA
2. 雙股
或
單股
3. 環狀
或
直線形
4. 為
病毒分類
的重要依據
5. 病毒基因組中含有製造
病毒複製所需蛋白質
的基因
6. 也含有
修改宿主細胞
以利
病毒複製所需酵素
的基因
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病毒粒子結構形狀之類別
A)二十面體對稱 (Icosahedral symmetry)
由20個等邊三角形組成，ㄧ個二十面體的大小是由
殼粒(capsomers)的大小及數目而定，在角落共有
12 pentons (五鄰體) (因為二十面體有12個頂點)， 但是hexons(六鄰體)的數目隨病毒的大小而異。例 如人類腺病毒 (human adenovirus) 由 12 pentons 以及 240 hexons所組成。
symmetry
Negative staining of human adenovirus (© 1995 Dr Linda Stannard, University of Cape Town.)
11
B)螺旋對稱 (Helical symmetry)
蛋白質次單位間以及核酸能彼此相互作用而形成盤繞似絲帶狀 (coiled, ribbon like)的結構。
研究最透徹的螺旋對稱病毒是無套膜的(non-enveloped)菸草鑲嵌病
毒(tobacco mosaic virus) 在電子顯微鏡下呈現棒狀(rod-like)結構。 在有套膜的(enveloped)螺旋對稱病毒中 (例如：流感病毒influenza virus, 狂犬病病毒 rabies virus)其外殼更長、更具可彎曲的(flexible)
，在電子顯微鏡下如同電話線(telephone cord)ㄧ般。
Tobacco mosaic virus (菸草鑲嵌病毒) showing a helical capsid structure
Rabies virus (Wadsworth Center,
NY Dept of Health) Influenza Virus
(© 1995 Dr Linda Stannard, University of Cape Town.)
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C) 複合對稱 (Complex symmetry)
這些是規則結構，但對稱性的性質尚未完全了解。
例如：
痘病毒(poxviruses)
Complex symmetry of poxviruses
(Fenner and White Medical Virology 4th ed. 1994)
Pox virus seen by negative staining
(© Stewart McNulty, 1994 Veterinary Sciences Division, Queen's University Belfast )
13
FIVE basic structural forms of viruses in nature
Naked icosahedral
e.g. poliovirus (小兒麻痺病毒), adenovirus (腺病毒), hepatitis A virus (A型肝炎病毒).
Naked helical
e.g. tobacco mosaic virus (菸草鑲嵌病毒), so far no human viruses with this structure known.
Enveloped icosahedral
e.g. herpes virus (皰疹病毒), yellow fever virus (黃熱病病毒), rubella virus (德國麻疹病毒).
Enveloped helical
e.g. rabies virus (狂犬病病毒), influenza virus (流感病毒),
parainfluenza virus (副流感病毒), mumps virus (腮腺炎病毒), measles virus (麻疹病毒)
Complex
14 小兒麻痺病毒, 腺病毒, A型肝炎病毒 菸草鑲嵌病毒 皰疹病毒 黃熱病病毒 德國麻疹病毒 狂犬病病毒 流感病毒 腮腺炎病毒 麻疹病毒 痘病毒
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Q:病毒可依據哪些標準做分類?
1. 基因組(genome)；DNA or RNA
2. 外殼蛋白(capsid protein )排列方式
3. 病毒顆粒中是否還有其他組成? envelope?
4. 傳播媒介(蚊子、老鼠、昆蟲…)
5. 造成之疾病(腸胃道、呼吸道…)
6. 感染之宿主(動物、植物、微生物)
7. 感染過程形成mRNA的方式
病毒的分類
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病毒複製週期
複製過程包括下列步驟:
1. 病毒辨識(recognition) 及吸附(attachment; adsorption)
--- 與宿主接受器(receptor)結合 2. 侵入(penetration)細胞 (1) 將整個病毒顆粒吞入 (2) 將病毒基因組注入宿主細胞 3. 去殼(uncoating) --- 移除外殼蛋白 4. 病毒基因表現(gene expression)及基因組複製 --- 合成病毒的蛋白及基因組，不同類型的病毒基因組的合成機制不同 5. 組合(assembly)與成熟(maturation) ---病毒外殼(capsid)與基因組組合病毒粒，進行成熟作用 ---鞘膜病毒(enveloped virus)自宿主membrane得到鞘膜 6. 釋放(release) ---出芽(budding)或宿主細胞溶解(cytolysis)
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某些可與動物病毒結合的細胞接受器
接受器名稱 細胞功用 可結合之病毒 ICAM-1 細胞間吸附作用 小兒麻痺病毒 (poliovirus) CD4 T-淋巴球功能性標記分子 愛滋病毒 (HIV) MHC-I 抗原呈現 披膜病毒 (togavirus), SV40 MHC-II 抗原呈現/刺激B淋巴球分化 綿羊髓鞘脫落病毒(visna virus)Acetylcholine receptor 神經衝動傳遞者 狂犬病病毒 (rabies virus)
EGF 生長因子 痘病毒 (vaccinia virus)
Sialic acid (唾液酸) 細胞外醣基化(glycosylated)蛋白 流感病毒 (influenza virus),
普遍存在的成分 冠狀病毒 (coronavirus) ICAM: intercellular adhesion molecule 細胞間黏附分子
CD: cluster of differentiation 分化簇(分化群)
HIV: human immunodeficiency virus 人類免疫缺陷病毒
MHC: major histocompatibility complex 主要組織相容性複合物 SV40: Simian virus 40 猿猴病毒40
18 經由融合(fusion)方式 經由內吞作用(endocytosis)
無套膜病毒(nonenveloped viruses)的複製
I.吸附
II. 侵入與去殼
III.複製與成熟
IV.釋放
宿主細胞崩解(disintegration)19
經由融合(fusion)方式 經由內吞作用(endocytosis) 以萌芽(budding)方式
套膜病毒(enveloped viruses)的複製
胞釋作用(exocytosis)I.吸附
II. 侵入與去殼
III.複製與成熟
IV.釋放
20
21 Bacterial Growth Curve Viral Growth Curve
遮蔽期
細菌與病毒的生長曲線
在潛伏期的早期，並無法觀測到完整 的病毒粒子，此期又特別稱為「遮蔽 期」(eclipse period)或黑暗期(dark phase)。
遲滯期
對數生長期
靜止期
細菌細胞(bacterial cells)之培養
某些細菌難以培養；某些細菌的生長緩慢，生長世代很長。大腸桿菌 (Escherichia coli ; E. coli )生長快速，20~30分鐘就進行一次分裂生殖。
培養基提供能量來源及碳源(通常來自glucose)，無機氮、磷、硫…等。 細菌培養方式
液態培養(liquid culture)，在生長的指數期 (exponential phase)可達到
~108 cells/ml。 固體或半固體培養，可形成菌落(colony) 。 Clone (無性繁殖系;克隆)：培養得到的所有細胞是源自於單一細胞，均為該 單一細胞的子代，所有細胞的遺傳基因組成與該單一細胞相同。 病毒是絕對寄生，要研究病毒，就必須提供宿主細胞，使病毒進行 感染、複製，才能培養出病毒進行研究。
病毒的研究方法
接種環 (inoculating loop)
三區劃線法
平皿培養基稀釋塗抹法 (dilution plating)
大腸桿菌(E. coli )以10倍連續稀釋進行平皿培養的結果， 1 ml原液及每一稀釋倍數的樣品加入20 ml 液態瓊脂(agar) 中， 再倒入培養皿中。可計數的菌落數(30~300 cfu)出現 在 10-6 培養皿。 菌落大小之差異是由於某些菌落生長在 瓊脂膠內，有些生長在瓊脂膠表面所致。液態培養
系列稀釋動畫：http://education.wichita.edu/saltymicro/ecology_interactives/serial_dilution.html無菌操作台 (Laminar flow hood)
High Efficiency Particle Air (HEPA) filter 高效能空 氣粒子濾 網 紫外光 UV light植物細胞
培養
大部分植物病毒能藉由感染其完整的宿主來進行研究。 植物細胞的先天結構使其細胞培養非常難以操作。 植物細胞能以不帶有細胞壁的原生質體(protoplasts)型式加以培養。 然而，很少病毒學的研究是以此種系統進行研究。 原生質體 (protoplasts) 植物從原生質體再生成完整植株28
動物、人類細胞培養
培養基(culture medium)的組成類似於
血漿(plasma)
成分
胺基酸
(amino acids)
維生素
(vitamins)
葡萄糖
(glucose – 能量來源)
緩衝液
(buffers – 避免培養基太酸)
血清
(blood serum – 通常是胎牛或馬血清，含有許
多生長因子(growth factors)
抗生素(
antibiotics – 避免微生物污染)
30 氣體是哺乳動物細胞培養生存必需條件之一，所需氣體主要有氧氣 和二氧化碳。 氧氣參與檸檬酸循環(TCA cycle)，產生供给細胞生長增殖的能量和 合成細胞生長所需用的各種成分。 培養時一般把細胞置於95%空氣加5%二氧化碳混合氣體環境中。 二氧化碳既是細胞代謝產物，也是細胞生長繁殖所需成分，它在細 胞培養中的主要作用在於維持培養基的pH值。 每種細胞都有其最適合生長的pH值，大多數細胞適宜的pH為7.2 ~ 7.4，偏離這一範圍對細胞培養將產生有害的影響。 細胞對酸的耐受性比耐鹼性強一些，但有些細胞喜歡在偏鹼環境中 生長，例如纖維細胞最適合pH是7.4 ~ 7.6。
動物細胞培養
細胞冷凍管
含有冷凍保護劑 (例如 二甲基亞碸(Dimethyl sulfoxide, DMSO)或 甘油(glycerol) 冷凍保護劑含二甲基亞碸或甘油，將細胞 內水份脫水至細胞外，然後直接置入攝氏 零下196度的液態氮中，細胞內的物質瞬 間變成高黏稠固態的玻璃狀物質，細胞內 冰晶來不及形成就被冰凍起來，不會破壞 細胞本身的生理結構 。32
細胞培養可分為
初級細胞
及
細胞株
培養兩大類:
1. 初級細胞(primary cells)培養
通常從胚胎(胎兒)組織或新生動物組織分離而取得。從較老的動物 分離得到的細胞較難培養，培養存活幾代後即死亡。 染色體(chromosome)的數目及形狀正常。 培養基中需含有高濃度的血清及生長因子。 無法分裂(divide)或存活(survive)太久。 細胞生長與移動會有接觸抑制作用(contact inhibition)。 生長壽命有限。例如:纖維母細胞(fibroblast)自分離培養後，能分裂 20~30次，隨後開始衰老死亡。 呈現已分化細胞(differentiated cells)的特性。 將此細胞送回與其來源相同的物種種類，此細胞能存活但不會產生 腫瘤(tumor) 。33
2.細胞株(continuous cell lines)
具有
fragmented
及
reduplicated
染色體，亦即
非整倍體
(aneuploid)
能懸浮培養，且能生長在
低血清
濃度的培養基中。
能生長在其他細胞之上，對鄰近細胞
沒有接觸抑制
現象。
基本上具有
不朽的(immortal)
的生長特性
不會
呈現
已分化細胞
(differentiated cells)的特性
對細胞
生長調節劑(modulators)
沒有反應
若將細胞株接種入其
原始分離來源
相同種類的動物中，將
無法生長
而且會被動物
免疫系統
消滅。
例如
HeLa cells
，源自於一位名為HeLa的子宮頸癌病患，
自1951年被培養至今已超過65年，已經失去所有與當初
被分離出來時組織部位細胞的特性。
細胞計數
血球計數盤 (Hemacytometer)
35
病毒之純化
純化病毒，為研究病毒性狀及製造疫苗所必須。 若病毒在繁殖過程未將細胞裂解，則要純化病毒的第一步驟，須 先把細胞以下列方法來破壞細胞： 用消化酵素或化學藥劑 以超音波振盪 (ultrasonic vibration)迅速的凍結與融解 (freezing and thawing)
先用低速離心 (1000 xg) 把病毒和細胞成分分開，因為病毒比絕 大多數的細胞碎片小，在低速離心下，病毒仍存在於上清液。 再將上清液進行高速離心 (50,000～100,000 xg)，即可把病毒全 濃縮沈澱下來，將沈澱之病毒以培養液懸浮後，再經一次低速後 高速離心，即可將大部分的雜質(細胞碎片等)除去，而得半純化 的病毒。 再以超高速密度梯度離心，依病毒所在密度位置收集之。
I. 差異離心 (differential centrifugation)
進一步純化病毒的方法：
電子顯微鏡下所觀察到的冠狀病毒
以電子顯微鏡觀察病毒
酵素連結免疫吸附分析法
Enzyme linked immunosorbent assay (ELISA)
(檢測抗體)
(檢測抗原;例如病毒)
40
動物病毒的培養
動物接種法 (animal inoculation)
於實驗動物的腦部或腹腔、皮下等處接種病毒，待病毒繁殖後再收集純化。
雞胚胎接種培養法 (chicken embryo inoculation)
受精11~12天的雞胚胎做為活細胞來源，接種病毒後，培養3~5天，收集純化。
細胞培養法 (cell culture)
以雞胚蛋培養的諾華流感疫苗生產(2:54): http://www.youtube.com/watch?v=vnPC4IigMxY
41
斑點形成單位(Plaque forming unit; PFU)
：當一病毒顆粒吸附於感受性宿主細胞，而後即穿入細胞內進行複 製，繼而溶解宿主，使受破壞之細胞處產生一圓形透明區之斑點，
每一透明區即為斑點形成單位(plaque-forming unit，PFU)，可用
於計數培養液中具感染力之病毒顆粒。
病毒感染劑量 ( Multiplicity of infection; MOI) ：the average number of PFUs per cell.
MOI = 1, means 1 PFU per cell
意指細胞數目與感染的病毒數量之比例。 細胞病變效應(Cytopathic effect; CPE)
：病毒感染細胞，會導致細胞在外觀、代謝過程、生長及其他性質 產生明顯的改變，甚至死亡，此種現象稱之細胞病變效應 。
➞Original stock is ~6 x 107 PFU/ml ＝
43
抗病毒藥物之標的---
病毒酵素(Viral enzymes)
•
核酸聚合酶(Nucleic acid polymerases)• DNA-dependent DNA polymerase - DNA viruses • RNA-dependent RNA polymerase - RNA viruses
• RNA-dependent DNA polymerase (RT) - Retroviruses • 蛋白酶(Protease) --- 反轉錄病毒(retrovirus)
• 嵌合酶(Integrase) --- 反轉錄病毒(retrovirus)
• 神經胺酸酶(Neuraminidase) --- 副黏病毒(orthomyxovirus)
44
Antiviral Therapies Directed Against the Virus
1. 辨識/ 吸附 - 抗體, 接受器拮抗物 2. 穿入/ 去殼 - 金剛胺 (amantadine), 阿立酮 (arildone) 3.轉錄 - 干擾素(IFN), 反義 DNA (antisense DNA)
4.轉譯
- IFN, 小干擾RNA (siRNA), 核糖酶 (ribozymes)
5.複製
- 核苷類似物(nucleoside analogues)
6. 組合
45
干擾素(Interferon)的抗病毒作用
干擾素誘導未受感染細胞產生可分解病毒mRNA的酵素，這些酵素是以不活化 狀態存在，直到此細胞被病毒感染後，此酵素才被活化，進而將病毒及細胞的 mRNA降解破壞，不但阻斷病毒蛋白質的合成，最終會將被感染的細胞殺死。
46
世界衛生組織(WHO)於1980年宣告天花病毒在地球上被滅
絕，您認為有哪些因素或條件?為何其他病毒卻無法被滅絕?
天花病毒可以被滅絕的主要原因：
感染症狀
容易分辨
，易進行隔離。
天花病毒只有
一種血清型
。
天花病毒的遺傳物質為
DNA
，不易突變。
具有
有效的疫苗
，感染或接種後可
終生免疫
。
人類是天花病毒的
唯一宿主
，沒有其他動物傳染源。
WHO展開全球消滅天花的行動，並獲得
全球的支持
。
1973年孟加拉國一名罹 患典型天花的兒童：其 皮膚長出了厚實且充滿 混濁液體的腫塊，中央 凹陷、呈漣漪狀。此乃 典型天花的一大病徵。47
48
病毒名稱
每年佔率
鼻病毒(Rhinovirus)
30~50%
冠狀病毒(Corona virus)
10~15%
流感病毒(Influenza virus)
5~15%
呼吸道融合病毒(Respiratory syncytial virus, RSV)
5%
副流感病毒(Parainfluenza virus)
5%
腺病毒(Adenovirus)
< 5%
腸病毒(Enterovirus)
< 5%
間質肺炎病毒(Metapneumovirus)
不明
不明
20~30%
通常超過90%的感冒，是由病毒感染所引起的，只有不到10%的感冒是 因細菌造成。目前已發現有150種以上不同的病毒會造成感冒；最多的是 鼻病毒。49
流感病毒 (Influenza virus)
流感病毒基因體為8段負單股RNA，流感病毒表面的紅血球凝集素
(Hemagglutinin; HA)及神經胺酸酶 (Neuraminidase; NA)是發生突變主
要的位置。H共有18種分型(H1~H18)；N共有11種分型(N1~N11) 。 神經胺酸酶可切割受感染細胞表面碳水化合物的末端唾液酸(sialic acid) 殘基，有助於病毒子代從細胞中釋放出來的功能。 神經胺酸酶也可以切割病毒蛋白質上的唾液酸殘基，避免病毒產生凝集 現象。 大突變 (抗原移型; antigenic shift) 因豬感染人及鳥的流感病毒，病毒發生基因重組(reassortment)產生新種病 毒，再感染人，造成人與人之間傳染 人同時感染兩種病毒，產生新病毒 小突變 (抗原微變; antigenic drift) 因病毒基因複製過程錯誤產生小的突變 克流感主要成份是奧司他韋(Oseltamivir)，是神經胺酸酶的抑制劑，會 作用在流感病毒的神經胺酸酶的活性部位，使受感染的宿主細胞所製造 出來的新病毒顆粒無法釋放出來，因而阻止了流感病毒的複製與擴散。
52
SARS
之起源尚無定論時，一般認為可能源自
中國大陸
；
2002年11月至2003年2月
，在中國
廣東
發生「
非典型肺
炎
」疫情流行，由於
致病原
未知，世界衛生組織(WHO)
的通報定義為
疑似
及可能
病例，尚無法對病例進行確認。
續發的
香港
疫情，由一位
廣東
教授
個案所引起，該個案
於
2003年2月中下旬
抵達
香港
九龍住宿
京華酒店
，個案
發病住院後，因醫院未能即時發現而採取隔離措施，導
致超過150名
香港
醫護人員爆發
院內感染
。
一名
美國商人
曾於同時期在
香港
暫住該酒店，因
肺炎
送
醫後
死亡
。其後爆發同酒店來自美國、加拿大、德國、
新加坡等國家10名個案感染，陸續出現
非典型肺炎
合併
呼吸衰竭
案例
，並藉由住宿該酒店受感染之
國際旅客
散
布世界各地
。
53
該疾病特點為發生
濔漫性肺炎
及
呼吸衰竭
，較過去醫學
所熟知由病毒、細菌所引起的
非典型肺炎
來得嚴重，因
此世界衛生組織將其命名為「
嚴重急性呼吸道症候群
」
(
S
evere
A
cute
R
espiratory
S
yndrome;
SARS
) 。
世界衛生組織於
2003年3月底
證實，
廣東
的非典型肺炎
就是
嚴重急性呼吸道症候群
。
目前確認
SARS
是經由冠狀病毒(corona virus)
感染所引
SARS病毒的發現
• 在中國廣東省流行的「嚴重的非典型肺炎」起初認為是一種
新型的流行性感冒病毒
。
• 研究人員在一位香港病童身上分離出
H5N1的A型禽流感病毒
(avian influenza virus)
，與1997年香港爆發的禽流感很類似，
故起初認為是
禽流感病毒
作祟。
• 接著在
香港
與德國
法蘭克福(Frankfurt)
病人的呼吸道檢體，在
電子顯微鏡下發現了似
副黏液病毒(paramyxovirus)
的顆粒，
因此研究人員將目標集中在「副黏液病毒」。
• 研究也發現一種
人類間質肺炎病毒(human metapneumovirus;
hMPV)
出現在
許多但非全部
的SARS病人身上。
• 同樣地，接下來的許多試驗都
不能證明
上述之病毒就是
SARS
的元兇
。
54• 同時，中國的研究者發現於
廣東
因為此種「非典型肺炎」的
死者中都找到了
類似披衣菌
的生物，然而在
中國境外的
SRAS病患
中
並沒有找到
此類生物。
• 在2003年3月11日，
WHO
召集了
9個國家
的
11個實驗室
成立
多中心協作網路
的研究工作組織，共同研究SARS的病因，
並期待能找出診斷的方法。這個小組的成員利用
電話
及
網路
交換他們發現的數據、樣本及試劑，以期能加速找出SARS
的元兇。
•
香港
、
美國
和
德國
的科學家終於在2003年
3月底
找到SARS
的致病原因！他們在SARS病人身上發現一種
新的
冠狀病毒
(coronavirus)
。
• 這次證據確鑿！在
細胞培養
、
電子顯微鏡
、
聚合酶連鎖反應
(polymerase chain reaction, PCR)
及
間接免疫螢光抗體檢驗
(indirect immuno-fluorescent antibody test)
中，都證實了這
一點！
三週後的
4月16日
，
WHO
在
日內瓦
與共同合作研究的實驗室開會後，
宣布此病毒從未在人體與動物體內被發現，此種
全新的冠狀病毒
為
SARS的元兇！
這是在10個國家的13個實驗室，確認這種新型病毒完全符合
確認疾病
病因
的
「柯霍氏準則」(Koch’s postulates)
之後所做的宣布。
若一個病原體是某個疾病的致病原因，需符合如下所示的
柯霍氏準則
：
1. 該病原體必須在
所有病例中
都可發現。
2. 它必須被
從宿主身上分離
出來且可在
組織細胞培養
中生長。
3. 此病原可
感染新的宿主
，且產生
相同的疾病
。
4. 該病原體必須在
實驗後感染的新宿主
中被發現。
研究人員將死亡SARS案例中分離出的病毒，經由
猴腎細胞
培養後，
注入到一種
南美的猴子
後，猴子也顯現出SARS
間質性肺炎
的症狀。
而且在猴子的
鼻子
及
喉嚨檢體
中，一樣分離出同一種病毒，證實符合
柯霍氏準則
的
後兩項條件
，因此證明這種
新型的冠狀病毒
就是SRAS
的致病病原。
56冠狀病毒科 (Coronaviridae)
• 冠狀病毒(歸類為網巢病毒目(Nidovirales)，冠狀病毒科，冠狀病毒屬)是
一 群大 型、 具 有套 膜 (envelope)的正 鏈 單 股 RNA 病 毒 (positive-sense
single-stranded RNA virus)，會在動物細胞的細胞質內複製。
• 冠狀病毒的基因長度約在2萬7千到3萬2千個鹼基對，是核糖核酸(RNA)
病毒中最大的。病毒直徑約100~140 nm。病毒顆粒在電子顯微鏡下可見
許多特殊的凸起，每個凸起約20nm，因此稱為冠狀病毒。
• 冠狀病毒科的病毒分類，以往根據血清學的交叉反應，近來根據較精確
的基因序列相似度，可分為三群:
第一群(Group 1)，包含犬貓感染性腹膜炎(canine, feline infectious
peritonitis)、豬傳染性胃腸炎(porcine transmissible gastroenteritis)、
豬呼 吸 道 病 毒 (porcine respiratory virus) 及 人 類冠 狀 病 毒 (human coronavirus-229E)等。
第二群(Group 2)，包含牛、鼠肝炎(bovine, murine hepatitis)、鼠唾腺
淚腺炎(rat sialodacryoadenitis)及人類冠狀病毒(human
coronavirus-OC43)。
第三群(Group 3)，只包含禽類的病毒，如禽類傳染性支氣管炎(avian
• 在動物身上，冠狀病毒能造成一種潛伏期短(2~7天) 、高致病性的呼吸、
腸胃、神經疾病和肝炎，就像SARS一樣的動物流行病。
• 冠狀病毒通常是具有高度種別特異性(highly species-specific)，亦即
一種冠狀病毒只能侵犯某一種動物，而不會在各種不同動物之間流傳。
• 在免疫正常的人身上，冠狀病毒的侵犯會被中和抗體(neutralizing
antibodies)和細胞免疫反應(cell-mediated immune response)消滅。
• 某些冠狀病毒可以在動物身上造成全身性致命的疾病，例如： 貓傳染性腹膜炎病毒(feline infectious peritonitis virus, FIPV)
豬的血液凝集腦脊髓炎病毒(hemagglutinating encephalomyelitis
virus (HEV) of swine)
某些種類的禽傳染性支氣管炎病毒(avian infectious bronchitis virus,
IBV)
鼠肝炎病毒(mouse hepatitis virus, MHV)。
• 這些冠狀病毒可在肝臟、肺臟、腎臟、腸道、脾臟、腦、脊髓、視網膜
及其他組織中進行複製，是家禽家畜之重症疾病。
• 人類冠狀病毒 (HCoVs) 原先只引起輕微的疾病，這類冠狀病毒屬於前述
第一群 (例如 HCoV-229E) 和第二群 (例如 HCoV-OC43) 的冠狀病毒，
通常為引起輕度呼吸道疾病的主要病原體之一。 • 該病毒偶爾會導致幼童和成人下呼吸道的重度感染，以及引起新生兒壞 死性腸炎(necrotizing enterocolitis)。上述已知的人類冠狀病毒(human coronaviruses)可在自然環境表面存活達三小時以上。 • 冠狀病毒可能是藉由飛沫、污染的手、病媒、或是微小的氣態顆粒在人 與人之間傳播 。
• SARS冠狀病毒 (SARS CoV) 似乎是會造成人類重症疾病的第一個冠狀 病毒。
1965年時，Tyrrell 及Bynoe首 次培養出一種形狀特殊的病毒， 也就是此次SARS出現前已知 的傳統冠狀病毒。 因為在電子顯微鏡下可見此病 毒外圍帶有冠狀的邊飾，所以 用「冠狀病毒」命名。 冠狀病毒的遺傳物質是RNA， 長度約在27-32 kb。
冠狀病毒(coronaviruses)
60SARS冠狀病毒(SARS CoV)
• 2003年4月，加拿大研究團隊首先發表新冠狀病毒的完整基因序列，二 天後，美國疾病管制局 (CDC) 也接著完成新冠狀病毒的基因定序。 • SARS冠狀病毒的基因序列顯示，此種新病毒不屬於任何已知冠狀病毒 群(group) ，和所有的已知群組都有差距，與鼠、牛、豬、第二類人類 冠狀病毒及第一類鳥禽冠狀病毒最接近。 • 目前已將此新冠狀病毒定義為冠狀病毒的第四個株系(lineage)，即第 四群(Group 4)。新冠狀病毒可能是未知其正常宿主的一種動物冠狀病 毒，但最近此種病毒已發展出可感染人類並在人體內繁殖的能力，而 且具有跨越物種屏障，交叉感染的能力。 • 基因組顯示SARS冠狀病毒非任一已知冠狀病毒的突變種，也不是已知 冠狀病毒之間基因重組的結果。 • 當病毒傳播至人類身上，SARS冠狀病毒顯然地能保有其一致的基因型， 而且在人類宿主的體內適應良好。 6162
SARS相關冠狀病毒的親緣關係樹
人類冠狀病毒229E 豬傳染性胃腸炎冠狀病毒 豬流行性腹瀉病毒 禽傳染性支氣管炎病毒 鼠肝炎病毒 牛冠狀病毒 SARS冠狀病毒 由病人體內所分離出來 的冠狀病毒，在分析其 基因序列之後，發現了 引起這波SARS流行的 禍首是一種新型的冠狀 病毒。 新的病毒由於人體缺乏 抗體，有可能造成較大 規模的散佈，甚至引起 死亡。 照片資料來源: 美國疾病管制局 63
64
臨床症狀
主要症狀：
發高燒(＞38℃)
、
乾咳
、
呼吸急促
或
呼吸困難
。
胸部X光檢查可發現
肺部病變
。
可能伴隨其他症狀，包括頭痛、肌肉僵直、食慾不振、倦
怠、意識紊亂、皮疹及腹瀉。
潛伏期：
2-7
天，最長可
達10天
以上。
最嚴重會出現
瀰漫性肺炎
，氧氣交換下降，導致肺部缺氧
病人會呼吸困難、缺氧，甚至導致
死亡
。
SARS是
近距離傳染
，需接觸到患者
呼吸道分泌物
、
體液
及
排泄物
狀況下才可能遭受感染，其傳染途徑包括：
可能是吸入或黏膜接觸病人的飛沫或體液而傳染。 接觸到感染者分泌物或帶病毒的體液，包括以曾碰過被感染者體液 的手去揉鼻子、揉眼睛或是拿東西吃等等。至於要多少量的致病原 才會導致感染，目前並不清楚。可傳染期
在尚未發燒時不會傳染給他人 發病後7至10天內是最危險的傳染期，病毒量達到高峰，此時臨床 症狀也最嚴重， 發燒消退後10天即不具感染力感受性及抵抗力
SARS病毒為新型冠狀病毒，眾人皆無抗體。傳染途徑
65根據WHO 2003年12月31日的統計資料(資料期間：2002年11月1日至2003年7月31日) – 全球共發現8,096例SARS病例，且造成774例死亡
– 主要感染國家包括:中國(5,327例); 香港(1755例); 臺灣(346例); 加拿大(251例); 新加坡(238例)
流行病學
臺北市計156例、 臺北縣124例
依2002-2003年疫情流行之經驗，SARS流行期可能與其他呼吸道 傳染病相似。主要發生於11月至隔年4月。 2003年SARS流行高峰期介於4月20至5月27日，期間共計發生 6次院內感染之重要事件，依時間順序如下所示： 院內感染事件造成流行 曲線呈現雙峰現象，第 一次高峰主要是和平及 仁濟醫院事件，第二次 高峰則是高雄長庚醫院 事件。 致死率為21.1% (73/346) 68
2003年SARS確定病例年齡別分布圖
病例的發病年齡平均為42.12歲，最小的是3歲，最大的則是93歲。其中發病年齡層 為20-29歲計有85例，佔24.5%最高比例，年齡層40-49歲計有81例(23.3%)次之， 而發病年齡在9歲以下與90歲以上均只見2例(0.6%) 。
每日應
自我測量體溫
，
若有
發燒(＞38℃)
或
咳嗽、呼吸急促
等呼吸道症狀時，應即告之
管理者
協助就醫。
同住之親友
如有發燒(＞38℃)或咳嗽、呼吸急促等呼吸道症
狀時，亦
應即就醫
。
居家隔離期間，同住親友雖可自由進出，但為保護同居親友，
需
戴口罩
並與親友
保持適當距離
，家中冷氣如屬中央空調系
統，應
避免使用
。
如有咳嗽或打噴嚏時，應
用衛生紙掩住口鼻
。沾有咳嗽、擤
鼻涕等個人分泌物之衛生紙，應先置入
塑膠袋妥善密封
，或
利用
馬桶沖掉
後並
洗手
。
病患之嘔吐物或排泄物，以
5%漂白水
泡30分鐘
後沖掉。
70應
經常洗手
，特別是在吃東西前、如廁後及咳嗽、擤鼻涕
後。
居家隔離者應
避免與家人同一房間睡覺
，並
避免
與家人
共
用毛巾及床單
，該等物品用後應以
肥皂
及
熱水清洗
後，才
可再度使用。
居家隔離者應避免與家人
共用食器
，改使用
公筷母匙
。
居家環境常以
5%漂白水
清潔(1小杯漂白水加入1250cc 保
特瓶水攪伴後
噴灑物體表面5分鐘
)。
非經管理單位許可
不得外出
，如經許可外出，務必
全程配
戴口罩
，並
不得搭乘
大眾運輸工具及到公共場所。
7172
口罩
不是萬靈丹
良好衛生習慣
才能保平安
勤洗手
保持環境衛生及空氣流通
避免到人群聚集或空氣不流通的地方
避免非必要的探病
均衡飲食
，
適量休息及運動
請咳嗽及發燒的親友戴上口罩
如非必要
，
儘量不要去SARS流行地區
什麼人需戴口罩?
醫護人員
SARS病患出院者
居家隔離者
自高發病區回來者
其他有呼吸道症狀者
自覺有暴露SARS病患之虞者
73
N95口罩
用於照顧病患的
一線醫護人員
，一般民眾只需戴
一般手術用
外科口罩
就足以預防細菌病毒感染。
一般外科口罩的正確戴法：
1.戴上口罩前
先清潔雙手
，以免雙手可能接觸到的細菌病毒等等在拿
口罩戴時即污染到口罩。
2.將口罩有
綠色深色的一面向外
，
淺色的一面向內側
(朝自己)
3.有金屬片的那一邊
向上
，把口罩的橡皮筋繞在耳朵上，如果為綁繩
子的則綁於頭上，使口罩能
緊貼面部
為原則。
4.將口罩上下輕拉展開，使口罩
完全覆蓋口鼻和下巴
，很多人只罩口
或鼻，這都無法達到防止病菌感染的目的。
5.將口罩上端的軟質鐵絲
沿著鼻樑壓緊
，可以使口罩緊貼面部
防止漏
氣
，也較能固定戴住。
必須注意的是，在戴著口罩的期間，
雙手不要再觸碰到口罩的內層，
以
免手接觸病菌污染口罩而吸入，而在戴完口罩欲丟棄時，為避免感染，
最好將口罩用
塑膠袋封好
再丟棄至垃圾桶，能丟棄至
醫療廢棄物垃圾桶
更佳。
74
開水龍頭將手淋
濕
。
加入肥皂液，用手
搓
出泡沫。小心搓手指、指甲四周、手掌
、手背、虎口位置，最少
二十秒
。
完全擦凈後，才用清水將雙手徹底
沖
洗乾凈。
雙手清洗妥當後，勿再直接觸摸水龍頭，應以抹手巾包裹水
龍頭，或
捧
水將水龍頭沖洗乾凈，才把水龍頭關上。
用乾毛巾或抹手紙徹底
擦
乾雙手，或以乾手機將雙手吹乾。
【紀錄片】SARS追追追2003 (49:21) https://www.youtube.com/watch?v=RmbICW00blA75
78
82
95學年度大學入學考試指定科目【生物科】非選擇題
已知病毒的大小範圍是20~400 nm，且病毒都無法在細胞外生長與繁殖。 而大多數的細菌直徑雖約0.2~2.0 mm，但黴漿菌(0.1~0.25 mm)和立克次體 (0.3~0.5 mm)比一般細菌小許多。 小明有意求證某種植物發生病害是否由病毒引起，乃將患病植物的組織攪 碎並離心，將上清液以0.45 mm 孔徑的濾膜過濾後，取得可能含有病毒的 樣本。實驗至此，小明將面對幾個問題待釐清，試回答下列問題： 1. 過濾後，可能含有病毒的樣本是在濾膜上，還是濾液中?為什麼? (2分) 2. 取得的樣本中是否可能還有細菌存在？為什麼? (2分) 3. 小明要如何處理才能在殺死細菌的同時，又能保持病毒的活性? (2分) 解答: 1. 濾液。因為病毒的大小小於0.45 mm 2. 可能。因為黴漿菌(0.1~0.25 mm)和立克次體(0.3~0.5 mm) 小於0.45 mm 孔徑，可通過濾膜。 3. 在培養基中添加抗生素83 (D) (A) (B) (C) (E)
下列何者為流感病毒?
105學年度大學入學考試指定科目【生物科】多選題
下列對於病原體的敘述，哪些正確？
(A)狂牛症是由構造簡單的病毒所引起
(B)有些病毒可將其基因片段插入宿主染色體中
(C)造成白喉的病原體，是由其粒線體提供複製時所需能量
(D)引起登革熱的病原體是一種病毒
(E)愛滋病毒(人類免疫缺失症病毒)的套膜含有宿主細胞膜成分
甲 血球凝集素 乙 神經胺酸酶 丙 遺傳物質 丁 套膜
