病毒形态学与电子显微镜

大多数病毒颗粒都太小，无法用光学显微镜观察，因此病毒形态学——即病毒体的大小、形状和表面特征——的描述一直依赖于电子显微镜。通过对负染或冷冻水合颗粒进行成像，电子显微镜揭示了螺旋杆状、二十面体壳状、有包膜球状和复杂形态，为病毒提供了描述性词汇和识别基础。

Definition

病毒形态学是指病毒颗粒的大小、形状、对称性和表面结构，主要通过电子显微镜进行表征，电子显微镜是一种能够分辨病毒体亚光学显微尺寸的成像技术。

Scope

本条目涵盖了主要的病毒形态学以及用于观察它们的电子显微镜方法，包括负染和冷冻电子显微镜，形态学在描述和识别病毒中的作用，以及电子显微镜作为描述和诊断工具的优点和局限性。它是一个方法学和结构参考，而非临床指导。

Core questions

• 为什么大多数病毒需要电子显微镜才能看到？
• 病毒有哪些主要的形态形式？
• 负染和冷冻电子显微镜有何不同？
• 形态学对识别或描述病毒有何贡献？
• 电子显微镜作为一种描述方法的局限性是什么？

Key concepts

• 病毒体尺寸范围（纳米）
• 螺旋形态
• 二十面体形态
• 有包膜和多形性颗粒
• 复杂形态
• 负染电子显微镜
• 冷冻电子显微镜
• 通用（开放）检测

Mechanisms

由于病毒体通常只有几十到几百纳米大小，它们低于光学显微镜的分辨率，需要波长短得多的电子束才能成像。在负染电子显微镜中，颗粒被电子致密染料包围，染料勾勒出它们的形状，迅速揭示螺旋状、二十面体状、有包膜状或复杂形态。冷冻电子显微镜则对冷冻在玻璃态冰中的颗粒进行成像，保留了天然结构，当与图像平均结合时，能够精细分辨衣壳结构。形态学提供了一种快速、开放的方式来识别存在的病毒的大致类型，而无需事先了解其身份，从而补充了分子方法。

Clinical relevance

电子显微镜在历史上使得许多病毒得以发现和描述，并且仍然是一种能够通过其形状揭示意外病原体的通用方法；它与分子诊断一起用于参考和研究环境。本条目描述了形态学和成像方法以供参考，不提供诊断方案或治疗建议。

History

电子显微镜在1930年代末和1940年代首次使病毒直接可见，而从1950年代开始的负染技术使得病毒颗粒的快速形态学调查成为可能，促进了许多病毒的发现和分类。由克鲁格及其同事开创的图像重建方法，以及后来的冷冻电子显微镜，逐步提高了病毒结构可被检查的分辨率。

Key figures

• Aaron Klug
• Donald Caspar
• Stephen Harrison
• Cynthia Goldsmith
• Sara Miller

Seminal works

• goldsmith-2009
• harrison-1983
• caspar-klug-1962

Frequently asked questions

为什么大多数病毒不能用普通光学显微镜看到？

大多数病毒体只有几十到几百纳米大小，远低于可见光显微镜的分辨极限；电子显微镜使用波长短得多的电子束来分辨这些小颗粒。

电子显微镜作为一种检测病毒的方法有什么优势？

它是一种开放的、通用的方法：因为它通过颗粒的形状来揭示它们，而不需要病毒特异性试剂，所以它能够识别意外或未知病毒的大致类型，补充了靶向分子检测方法。