Virologian historia - History of virology

Elektronimikroskooppi tupakan mosaiikkiviruksen sauvan muotoisista hiukkasista, jotka ovat liian pieniä näkyviin valomikroskoopilla

Historia virologian - tieteellinen tutkimus virusten ja infektioiden ne aiheuttavat - alkoi viimeisinä vuosina 19th century. Vaikka Louis Pasteur ja Edward Jenner kehittivät ensimmäiset rokotteet suojaamaan virusinfektioilta, he eivät tienneet virusten olemassaolosta. Ensimmäinen todiste virusten olemassaolosta tuli kokeista suodattimilla, joiden huokoset olivat riittävän pieniä bakteerien säilyttämiseksi. Vuonna 1892 Dmitri Ivanovsky käytti yhtä näistä suodattimista osoittaakseen, että sairaan tupakan kasvin mehu pysyi tarttuvana terveille tupakkasveille huolimatta siitä, että se oli suodatettu. Martinus Beijerinck kutsui suodatettua tarttuvaa ainetta "virukseksi", ja tämän löydön katsotaan olevan virologian alku .

Myöhempi löytö ja osittaisen luonnehdinta bacteriophages mukaan Frederick Twort ja Félix d'Herelle edelleen katalysoivat kentän, ja jo 20-luvulla monet virukset oli havaittu. Vuonna 1926 Thomas Milton Rivers määritteli virukset pakollisiksi loisiksi. Wendell Meredith Stanley osoitti virusten olevan hiukkasia eikä nestettä, ja elektronimikroskoopin keksiminen vuonna 1931 mahdollisti niiden monimutkaisten rakenteiden visualisoinnin.

Pioneerit

Adolf Mayer vuonna 1875

Dmitri Ivanovsky , n. 1915

Martinus Beijerinck laboratoriossaan vuonna 1921.

Muista menestyksistä huolimatta Louis Pasteur (1822–1895) ei kyennyt löytämään raivotaudin aiheuttajaa ja spekuloi taudinaiheuttajasta, joka oli liian pieni havaittavaksi mikroskoopilla. Vuonna 1884 ranskalainen mikrobiologi Charles Chamberland (1851–1931) keksi suodattimen, joka tunnetaan nykyään nimellä Chamberland -suodatin ja jonka huokoset olivat pienemmät kuin bakteerit. Siten hän voisi päästää bakteeripitoisen liuoksen suodattimen läpi ja poistaa ne kokonaan liuoksesta.

Vuonna 1876 Wolfingenin maatalouden kokeellisen aseman johtaja Adolf Mayer osoitti ensimmäisenä, että se, mitä hän kutsui "tupakan mosaiikkitaudiksi", oli tarttuvaa. Hän ajatteli, että sen aiheutti joko toksiini tai hyvin pieni bakteeri. Myöhemmin, vuonna 1892, venäläinen biologi Dmitri Ivanovski (1864–1920) käytti Chamberland -suodatinta tutkiessaan nykyään tupakkamosaiikkivirusta . Hänen kokeensa osoittivat, että murskatut lehtiuutteet tartunnan saaneista tupakkakasveista pysyvät tarttuvina suodatuksen jälkeen. Ivanovsky ehdotti, että infektio voi johtua bakteerien tuottamasta toksiinista , mutta ei jatkanut ajatusta.

Vuonna 1898 hollantilainen mikrobiologi Martinus Beijerinck (1851–1931), Wageningenin maatalouskoulun mikrobiologian opettaja, toisti Adolf Mayerin kokeita ja tuli vakuuttuneeksi siitä, että suodos sisälsi uuden tartunta -aineen muodon. Hän havaitsi, että aine lisääntyi vain jakautuvissa soluissa, ja hän kutsui sitä contagium vivum fluidumiksi (liukoinen elävä alkio) ja otti uudelleen käyttöön viruksen . Beijerinck väitti, että virukset olivat luonteeltaan nestemäisiä, minkä amerikkalainen biokemisti ja virologi Wendell Meredith Stanley (1904–1971) myöhemmin hylkäsi , ja todisti, että ne olivat itse asiassa hiukkasia. Samana vuonna 1898 Friedrich Loeffler (1852–1915) ja Paul Frosch (1860–1928) ohittivat ensimmäisen eläinviruksen samanlaisen suodattimen läpi ja löysivät suu- ja sorkkataudin syyn .

Ensimmäinen ihmisvirus, joka tunnistettiin, oli keltakuume. Vuonna 1881, Carlos Finlay (1833-1915), kuubalainen lääkäri, ensin tehdään ja julkaistu tutkimus, joka osoitti, että hyttysiä kantoivat syy keltakuume, teoria osoittautui vuonna 1900 johtaman komission Walter Reed (1851-1902). Vuosina 1901 ja 1902 William Crawford Gorgas (1854–1920) järjesti hyttysten lisääntymisympäristöjen tuhoamisen Kuubassa, mikä vähensi dramaattisesti taudin esiintyvyyttä. Myöhemmin Gorgas järjesti hyttysten poistamisen Panamasta, mikä mahdollisti Panaman kanavan avaamisen vuonna 1914. Max Theiler (1899–1972) eristi viruksen lopulta vuonna 1932 ja jatkoi menestyvän rokotteen kehittämistä.

Vuoteen 1928 mennessä viruksista tiedettiin tarpeeksi, jotta voitiin julkaista suodatettavat virukset , esseekokoelma, joka kattaa kaikki tunnetut virukset ja jonka on toimittanut Thomas Milton Rivers (1888–1962). Rivers, joka on selviytynyt lavantautista, joka sairastui 12 -vuotiaana, jatkoi erinomaista virologian uraa. Vuonna 1926 hänet kutsuttiin puhumaan Amerikan bakteeriliiton järjestämässä kokouksessa, jossa hän sanoi ensimmäistä kertaa: "Virukset näyttävät olevan pakollisia loisia siinä mielessä, että niiden lisääntyminen riippuu elävistä soluista."

Käsitettä siitä, että virukset olivat hiukkasia, ei pidetty luonnotto- na ja ne sopivat hienosti ituteoriaan . Oletetaan, että tohtori J. Buist Edinburghin oli ensimmäinen henkilö nähdä viruspartikkeleita 1886, jolloin hän sanoi nähneensä "mikrokokkeja" rokotteen imusolmukkeiden, vaikka hän oli luultavasti havaittu möhkäleitä vaccinia . Seuraavina vuosina optisia mikroskooppeja parannettaessa "inkluusiokappaleita" nähtiin monissa virusinfektoiduissa soluissa, mutta nämä viruspartikkelien aggregaatit olivat vielä liian pieniä paljastamaan yksityiskohtaista rakennetta. Vasta saksalaisten insinöörien Ernst Ruskan (1906–1988) ja Max Knollin (1887–1969) keksimän elektronimikroskoopin vuonna 1931 havaittiin , että viruspartikkeleilla, erityisesti bakteriofageilla , oli monimutkaisia ​​rakenteita. Tällä uudella mikroskoopilla määritetyt virusten koot sopivat hyvin suodatuskokeilla arvioituihin viruksiin. Virusten odotettiin olevan pieniä, mutta kokovalikoima tuli yllätyksenä. Jotkut olivat vain hieman pienempiä kuin pienimmät tunnetut bakteerit, ja pienemmät virukset olivat samankokoisia kuin monimutkaiset orgaaniset molekyylit.

Vuonna 1935 Wendell Stanley tutki tupakan mosaiikkiviruksen ja havaitsi, että se oli enimmäkseen proteiinia. Vuonna 1939 Stanley ja Max Lauffer (1914) erottivat viruksen proteiiniksi ja nukleiinihapoksi , minkä Stanleyn tutkijatohtori Hubert S.Loring osoitti olevan nimenomaan RNA . RNA: n löytäminen hiukkasista oli tärkeää, koska vuonna 1928 Fred Griffith (n. 1879–1941) toimitti ensimmäisen todistuksen siitä, että sen "serkku", DNA , muodosti geenejä .

Pasteurin päivinä ja monta vuotta hänen kuolemansa jälkeen sanaa "virus" käytettiin kuvaamaan mitä tahansa tartuntataudin syytä. Monet bakteriologit löysivät pian syyn lukuisiin infektioihin. Jotkut infektiot pysyivät kuitenkin, monet niistä kauhistuttavina, joille ei löytynyt bakteeri -syytä. Nämä aineet olivat näkymättömiä ja niitä voitiin kasvattaa vain elävissä eläimissä. Virusten löytäminen avasi tietä näiden salaperäisten infektioiden ymmärtämiseen. Ja vaikka Kochin väitteitä ei voitu täyttää monien näiden infektioiden osalta, tämä ei estänyt edelläkävijöitä virologeja etsimästä viruksia infektioista, joille ei löytynyt muuta syytä.

Bakteriofagit

Bakteriofagi

Löytö

Bakteriofagit ovat viruksia, jotka tartuttavat ja replikoituvat bakteereihin. Englantilainen bakteriologi Frederick Twort (1877–1950) löysi ne 1900 -luvun alussa . Mutta ennen tätä aikaa, vuonna 1896, bakteriologi Ernest Hanbury Hankin (1865–1939) kertoi, että jokin Ganges -joen vesillä voisi tappaa Vibrio cholerae - koleran aiheuttajan . Vedessä oleva aine voitaisiin siirtää suodattimien läpi, jotka poistavat bakteereja, mutta se tuhoutui keittämällä. Twort löysi bakteriofagien vaikutuksen stafylokokibakteereihin . Hän huomasi, että ravinteisella agarilla kasvatettuna joistakin bakteeripesäkkeistä tuli vetisiä tai "lasimaisia". Hän keräsi osan näistä vetisistä pesäkkeistä ja vei ne Chamberland -suodattimen läpi bakteerien poistamiseksi ja huomasi, että kun suodos lisättiin tuoreisiin bakteeriviljelmiin, niistä tuli vetisiä. Hän ehdotti, että aine voisi olla "amoeba, ultramikroskooppinen virus, elävä protoplasma tai entsyymi, jolla on kasvuvoima".

Félix d'Herelle (1873–1949) oli pääasiassa itseoppinut ranskalais-kanadalainen mikrobiologi. Vuonna 1917 hän huomasi, että "näkymätön antagonisti" lisättynä bakteereihin agarilla tuottaisi kuolleiden bakteerien alueita. Antagonisti, jonka nykyään tiedetään olevan bakteriofagi, voisi kulkea Chamberland -suodattimen läpi. Hän laimensi tarkasti näiden virusten suspension ja huomasi, että suurimmat laimennokset (pienimmät viruspitoisuudet) sen sijaan, että tappaisivat kaikki bakteerit, muodostivat erillisiä kuolleiden organismien alueita. Näiden alueiden laskeminen ja kertominen laimennuskertoimella antoi hänelle mahdollisuuden laskea virusten määrä alkuperäisessä suspensiossa. Hän tajusi löytäneensä uuden virustyypin ja keksi myöhemmin termin "bakteriofagi". Vuosien 1918 ja 1921 välillä d'Herelle löysi erityyppisiä bakteriofageja, jotka voivat tartuttaa useita muita bakteerilajeja, mukaan lukien Vibrio cholerae . Bakteriofageja julistettiin mahdollisena hoitona sairauksille, kuten lavantauti ja kolera , mutta niiden lupaus unohtui penisilliinin kehityksen myötä . 1970 -luvun alusta lähtien bakteerit ovat edelleen kehittäneet vastustuskykyä antibiooteille , kuten penisilliinille , ja tämä on johtanut siihen, että kiinnostus bakteriofagien käyttöön vakavien infektioiden hoidossa on lisääntynyt .

Varhainen tutkimus 1920–1940

D'Herelle matkusti laajalti edistääkseen bakteriofagien käyttöä bakteeri -infektioiden hoidossa. Vuonna 1928 hänestä tuli Yalen biologian professori ja perusti useita tutkimuslaitoksia. Hän oli vakuuttunut siitä, että bakteriofagit olivat viruksia huolimatta vakiintuneiden bakteriologien, kuten Nobel -palkinnon saajan Jules Bordetin (1870–1961), vastustuksesta . Bordet väitti, että bakteriofagit eivät olleet viruksia, vaan vain "lysogeenisistä" bakteereista vapautuneita entsyymejä . Hän sanoi, että "d'Herellen näkymätöntä maailmaa ei ole olemassa". Mutta 1930 -luvulla Christopher Andrewes (1896–1988) ja muut todistivat, että bakteriofagit olivat viruksia . Ne osoittivat, että nämä virukset erosivat kooltaan ja kemiallisilta ja serologisilta ominaisuuksiltaan. Vuonna 1940 julkaistiin ensimmäinen elektronimikroskooppi bakteriofagista ja tämä vaiensi skeptikot, jotka olivat väittäneet, että bakteriofagit olivat suhteellisen yksinkertaisia ​​entsyymejä eivätkä viruksia. Lukuisia muita bakteriofagityyppejä löydettiin nopeasti, ja niiden osoitettiin tartuttavan bakteereita kaikkialta. Varhainen tutkimus keskeytyi toisen maailmansodan vuoksi . d'Herelle kanadalaisesta kansalaisuudestaan ​​huolimatta Vichyn hallitus internoi hänet sodan loppuun asti.

Moderni aikakausi

Tieto bakteriofageista lisääntyi 1940 -luvulla sen jälkeen, kun tutkijat kaikkialla Yhdysvalloissa muodostivat Phage -ryhmän . Jäsenten joukossa oli Max Delbrück (1906–1981), joka perusti kurssin bakteriofageista Cold Spring Harborin laboratoriossa . Muita Phage -ryhmän avainjäseniä olivat Salvador Luria (1912–1991) ja Alfred Hershey (1908–1997). 1950 -luvulla Hershey ja Chase tekivät tärkeitä löytöjä DNA: n replikaatiosta tutkiessaan T2 -nimistä bakteriofagia . Yhdessä Delbruckin kanssa he saivat yhdessä vuoden 1969 fysiologian tai lääketieteen Nobelin palkinnon "havainnoistaan, jotka koskivat virusten replikaatiomekanismia ja geneettistä rakennetta". Sittemmin bakteriofagien tutkimus on antanut tietoa geenien kytkemisestä päälle ja pois ja hyödyllisen mekanismin vieraiden geenien tuomiseksi bakteereihin ja moniin muihin molekyylibiologian perusmekanismeihin .

Kasvien viruksia

Vuonna 1882 Adolf Mayer (1843–1942) kuvasi tupakkakasvien tilaa, jota hän kutsui "mosaiikkitaudeksi" ("mozaïkziekte"). Sairaat kasvit olivat kirjava lehdet olivat kirjavia . Hän sulki pois sieni-infektion mahdollisuuden eikä pystynyt havaitsemaan bakteereja ja arveli, että "liukoinen, entsyymimainen tarttuva periaate oli mukana". Hän ei jatkanut ajatustaan ​​pidemmälle, ja Ivanovskin ja Beijerinckin suodatuskokeet viittasivat siihen, että syy oli aiemmin tunnistamaton tartunnanaiheuttaja. Kun tupakkamosaiikki tunnistettiin virustaudiksi, löydettiin monien muiden kasvien virusinfektiot.

Tupakan mosaiikkiviruksen merkitystä virusten historiassa ei voida yliarvioida. Se oli ensimmäinen löydetty virus, ja ensimmäinen kiteytyi ja sen rakenne esitettiin yksityiskohtaisesti. Ensimmäisessä röntgendiffraktion kuvia kiteytynyt virusta saatiin Bernal ja Fankuchen vuonna 1941. Sen perusteella hänen kuvia, Rosalind Franklin löysi täydellisen viruksen rakenne vuonna 1955. Samana vuonna, Heinz Fraenkel- Conrat ja Robley Williams osoitti, että puhdistettu tupakan mosaiikkiviruksen RNA ja sen päällysteproteiini voivat muodostua itsestään muodostaen toiminnallisia viruksia, mikä viittaa siihen, että tämä yksinkertainen mekanismi oli luultavasti keino, jolla virukset luotiin isäntäsoluihinsa.

Vuoteen 1935 mennessä monien kasvisairauksien uskottiin johtuvan viruksista. Vuonna 1922 John Kunkel Small (1869–1938) havaitsi, että hyönteiset voivat toimia vektoreina ja välittää viruksen kasveille. Seuraavan vuosikymmenen aikana monien kasvisairauksien on osoitettu johtuvan hyönteisten kuljettamista viruksista, ja vuonna 1939 Francis Holmes , kasvien virologian edelläkävijä, kuvasi 129 virusta, jotka aiheuttivat kasvisairauksia. Nykyaikainen, intensiivinen maatalous tarjoaa rikkaan ympäristön monille kasviruksille. Vuonna 1948 Kansasissa, Yhdysvalloissa, 7% vehnäsadosta tuhoutui vehnänjuovan mosaiikkiviruksella . Virusta levittivät punkit nimeltä Aceria tulipae .

Vuonna 1970 venäläinen kasvivirologi Joseph Atabekov havaitsi, että monet kasvivirukset tartuttavat vain yhden isäntäkasvin lajin. Kansainvälinen komitea taksonomia virukset nyt tunnistaa yli 900 kasvi viruksia.

20. vuosisata

1800 -luvun loppuun mennessä virukset määriteltiin tarttuvuuden , suodatuskyvyn ja elävien isäntien tarpeen perusteella. Tähän asti viruksia oli kasvatettu vain kasveissa ja eläimissä, mutta vuonna 1906 Ross Granville Harrison (1870–1959) keksi menetelmän kudoksen kasvattamiseksi imusolmukkeessa ja vuonna 1913 E Steinhardt, C Israeli ja RA Lambert käytti tätä menetelmää vaccinia -viruksen kasvattamiseen marsun sarveiskalvon kudospalasissa. Vuonna 1928 HB ja MC Maitland kasvattivat vaccinia -virusta jauhettujen kanojen munuaisten suspensioissa. Heidän menetelmänsä otettiin laajasti käyttöön vasta 1950 -luvulla , jolloin poliovirusta kasvatettiin suuressa mittakaavassa rokotteen valmistusta varten. Vuosina 1941–42 George Hirst (1909–94) kehitti hemagglutinaatioon perustuvia määrityksiä monenlaisten virusten ja virusspesifisten vasta-aineiden määrittämiseksi seerumissa.

Influenssa

Nainen työskentelee influenssaepidemian aikana 1918–1919. Kasvonaamio tarjosi luultavasti minimaalisen suojan.

Vaikka influenssavirus, joka aiheutti vuosien 1918–1919 influenssapandemian, löydettiin vasta 1930 -luvulla, taudin kuvaukset ja myöhemmät tutkimukset ovat osoittaneet sen syylliseksi. Pandemia tappoi 40–50 miljoonaa ihmistä alle vuodessa, mutta todiste siitä, että se aiheutti viruksen, saatiin vasta vuonna 1933. Haemophilus influenzae on opportunistinen bakteeri, joka yleisesti seuraa influenssa -infektioita; Tämä johti merkittävän saksalaisen bakteriologin Richard Pfeifferin (1858–1945) johtopäätökseen, että tämä bakteeri oli influenssan aiheuttaja. Suuri läpimurto tapahtui vuonna 1931, kun amerikkalainen patologi Ernest William Goodpasture kasvatti influenssaa ja useita muita viruksia hedelmöitetyissä kananmunissa. Hirst tunnisti viruspartikkeliin liittyvän entsyymiaktiivisuuden, jota myöhemmin luonnehdittiin neuraminidaasiksi , mikä on ensimmäinen osoitus siitä, että virukset voivat sisältää entsyymejä. Frank Macfarlane Burnet osoitti 1950 -luvun alussa, että virus yhdistyy uudelleen korkeilla taajuuksilla, ja Hirst päätti myöhemmin, että sillä on segmentoitu genomi.

Poliomyeliitti

Vuonna 1949 John F. Enders (1897–1985) Thomas Weller (1915–2008) ja Frederick Robbins (1916–2003) kasvattivat ensimmäistä kertaa polio -virusta viljellyissä ihmisen alkion soluissa, mikä oli ensimmäinen virus, jota kasvatettiin ilman kiinteää ainetta eläinkudosta tai munia. Polioviruksen aiheuttamat infektiot aiheuttavat useimmiten lievimmät oireet. Tämä tiedettiin vasta, kun virus oli eristetty viljellyistä soluista ja monilla ihmisillä osoitettiin olevan lieviä infektioita, jotka eivät johtaneet poliomyeliittiin. Mutta toisin kuin muut virusinfektiot, polion - harvinaisemman vakavan infektiomuodon - esiintyvyys lisääntyi 1900 -luvulla ja saavutti huippunsa noin vuonna 1952. Viruksen kasvattamiseen tarkoitetun soluviljelmäjärjestelmän keksiminen mahdollisti Jonas Salkin (1914–1995) ) tehokkaan poliorokotteen valmistamiseksi .

Epstein -Barrin virus

Denis Parsons Burkitt (1911–1993) syntyi Enniskillenissä, Fermanaghin kreivikunnassa, Irlannissa. Hän oli ensimmäinen, joka kuvasi syöpätyyppiä, jolla on nyt hänen nimensä Burkittin lymfooma . Tämä syöpä oli endeeminen Päiväntasaajan Afrikassa ja se oli yleisin lasten pahanlaatuisuus 1960 -luvun alussa. Yrittäessään löytää syyn syöpään Burkitt lähetti solut kasvaimesta brittiläiselle virologille Anthony Epsteinille (s. 1921), joka yhdessä Yvonne Barrin ja Bert Achongin (1928–1996) kanssa löysi viruksia. joka muistutti herpesvirusta soluja ympäröivässä nesteessä. Virus osoitettiin myöhemmin olevan aiemmin tunnistamaton herpesvirus, jota kutsutaan nyt Epstein -Barr -virukseksi . Yllättäen Epstein -Barr -virus on eurooppalaisten hyvin yleinen, mutta suhteellisen lievä infektio. Miksi se voi aiheuttaa tällaisen tuhoisan sairauden afrikkalaisille, ei ole täysin ymmärretty, mutta syynä voi olla heikentynyt immuniteetti malarian aiheuttamalle virukselle . Epstein -Barrin virus on tärkeä virusten historiassa, koska se on ensimmäinen virus, jonka on osoitettu aiheuttavan syöpää ihmisillä.

1900 -luvun loppu ja 2000 -luvun alku

Rotaviruksen hiukkanen

1900 -luvun toinen puoli oli virusten löytämisen kulta -aikaa ja suurin osa 2000 tunnetusta eläin-, kasvi- ja bakteeriviruksen lajista löydettiin näiden vuosien aikana. Vuonna 1946 löydettiin naudan viruksen ripuli , joka on edelleen mahdollisesti yleisin naudan patogeeni kaikkialla maailmassa, ja vuonna 1957 löydettiin hevosen arterivirus . 1950-luvulla, parannukset viruksen eristäminen ja tunnistus menetelmät johtivat löydettiin useita tärkeitä ihmisen viruksia, mukaan lukien vesirokkovirus , paramyksovirukset , - jotka sisältävät tuhkarokko -virus, ja RS-virus - ja rinovirusten , jotka aiheuttavat vilustuminen . 1960 -luvulla löydettiin lisää viruksia. Vuonna 1963 Baruch Blumberg (s. 1925) löysi hepatiitti B -viruksen . Käänteistranskriptaasi , keskeinen entsyymi, jota retrovirukset käyttävät kääntämään RNA: nsa DNA: ksi, kuvattiin ensimmäisen kerran vuonna 1970, itsenäisesti Howard Temin ja David Baltimore (s. 1938). Tämä oli tärkeää viruslääkkeiden kehittämiselle- keskeinen käännekohta virusinfektioiden historiassa. Vuonna 1983 Luc Montagnier (s. 1932) ja hänen tiiminsä Pasteur -instituutissa Ranskassa eristivät ensin retroviruksen, jota nyt kutsutaan HIV: ksi. Vuonna 1989 Michael Houghtonin Chiron Corporationin tiimi löysi hepatiitti C: n . Uusia viruksia ja viruskantoja löydettiin 1900 -luvun jälkipuoliskon joka vuosikymmen. Nämä löydöt ovat jatkuneet 2000 -luvulla, kun uusia virustauteja, kuten SARS ja nipah -virus, on ilmaantunut. Huolimatta tutkijoiden saavutuksista viimeisen sadan vuoden aikana, virukset aiheuttavat edelleen uusia uhkia ja haasteita.

Katso myös

• Luettelo viruksista

Viitteet