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文檔簡介
第七章病毒一、要點提醒1.病毒是一類結(jié)構(gòu)極其簡樸、具有特殊的繁殖方式的絕對細胞內(nèi)寄生物;是既具有化學(xué)大分子屬性、又具有生物體基本特性,既具有細胞外的感染性顆粒形式、又具有細胞內(nèi)的繁殖性基因形式的獨特生物類群。2.病毒的宿主范圍是病毒可以感染并在其中復(fù)制的生物種類和組織細胞種類。根據(jù)病毒的宿主范圍,可將病毒分為原核生物病毒和真核生物病毒。前者涉及噬菌體、噬藍(綠)藻體和支原體噬菌體等,后者涉及植物病毒、真菌病毒、原生動物病毒、無脊椎動物病毒和脊椎動物病毒等。3.病毒重要依據(jù)涉及病毒形態(tài)、毒粒結(jié)構(gòu)、基因組、復(fù)制、化學(xué)組成在內(nèi)的毒粒性質(zhì),病毒的抗原性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)進行分類;按照ICTV1998年提出的病毒命名規(guī)則命名。4.病毒的分離與純化,涉及病毒的物理顆粒計數(shù)和病毒的感染性測定的定量分析,以及依據(jù)病毒感染的宿主范圍及表現(xiàn)、病毒的理化性質(zhì)、病毒的血細胞凝集性質(zhì)、病毒的免疫學(xué)性質(zhì)以及分子生物學(xué)性質(zhì)進行的病毒鑒定是病毒學(xué)研究的基本方法,其對于病毒學(xué)的研究與實踐具有重要的意義。5.病毒具有擬定的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成。病毒的基本結(jié)構(gòu)是核殼結(jié)構(gòu),即包圍著病毒基因組核酸(DNA或RNA)的蛋白質(zhì)殼體。殼體的基本對稱形式是螺旋對稱和二十面體對稱。有的病毒的核殼外還覆蓋由細胞膜衍生而來的脂蛋白膜即包膜。毒粒的重要化學(xué)組成涉及核酸、蛋白質(zhì)、脂類和糖類等。核酸是病毒的遺傳物質(zhì),病毒的基因組核酸有dsDNA、ssDNA、dsRNA、ssRNA4種基本類型,其中根據(jù)基因組核酸是線狀還是環(huán)狀,是單一分子還是分段,以及單鏈核酸的極性提成不同的種類。構(gòu)成毒粒的結(jié)構(gòu)蛋白涉及殼體蛋白、包膜蛋白和毒粒酶,它們各具有不同的功能。6.病毒的繁殖是以復(fù)制方式進行。病毒的復(fù)制周期大體可以分為連續(xù)的5個階段:即吸附、侵入、脫殼、大分子合成和裝配釋放。病毒表面蛋白特異地與細胞受體互相作用,導(dǎo)致病毒與細胞的結(jié)合,從而啟動病毒的感染。侵入是病毒感染的第二階段,病毒能以核酸、或核殼、或毒粒等形式進入細胞,且不同病毒進入細胞的方式不同。病毒侵入細胞后,去除病毒的包膜和殼體,釋放病毒核酸的過程稱為脫殼。病毒大分子的合成是通過病毒基因組的表達和復(fù)制完畢的。大分子合成過程發(fā)生的事件有很強的時序性。由初期基因表達產(chǎn)生初期蛋白,重要參與病毒核酸的復(fù)制,調(diào)節(jié)病毒基因的轉(zhuǎn)錄,以及改變或克制宿主大分子的合成。晚期基因表達產(chǎn)生晚期蛋白,重要是構(gòu)成毒粒各種組分的結(jié)構(gòu)蛋白。病毒大分子合成產(chǎn)生的毒粒結(jié)構(gòu)組分,能以一定方式結(jié)合,裝配成完整的子代病毒顆粒,并以一定方式釋放在細胞外。不同病毒的毒粒結(jié)構(gòu)、核酸的類型和結(jié)構(gòu)特性各不相同,因此它們各具不同復(fù)制策略。7.病毒的非增殖性感染有流產(chǎn)感染、限制性感染和潛伏感染3種感染類型。流產(chǎn)感染可因細胞的非允許性或缺損病毒引起。引起流產(chǎn)感染的缺損病毒涉及干擾缺損顆粒、衛(wèi)星病毒、條件缺損病毒和整合的病毒基因組,這些缺損病毒的復(fù)制需要其他病毒基因組或病毒基因的輔助活性。8.病毒通過與宿主的互相作用,一方面得以繁衍、進化,另一方面病毒給宿主細胞機體帶來種種不同的影響。這些影響不僅具有重要的生物學(xué)意義,并且也許有重要的醫(yī)學(xué)意義和經(jīng)濟意義。引起殺細胞感染的烈性噬菌體可克制宿主細胞的大分子合成,改變宿主的限制系統(tǒng),影響細胞表面結(jié)構(gòu)和免疫學(xué)性質(zhì);溫和噬菌體則賦于溶源性細菌免疫性和溶源性轉(zhuǎn)變;動物病毒感染則也許產(chǎn)生致細胞病變效應(yīng),影響宿主的大分子合成,改變細匏結(jié)構(gòu),誘導(dǎo)和或克制細胞凋亡。9.衛(wèi)星RNA是一些必須依賴輔助病毒進行復(fù)制的小分子單鏈RNA,它們被包裝在輔助病毒殼體中,但其對輔助病毒的復(fù)制不是必需的。類病毒是一類低相對分子質(zhì)量的侵染性RNA,它們沒有蛋白質(zhì)外殼,亦不具有編碼的功能,在感染細胞內(nèi)運用宿主酶獨立復(fù)制。朊病毒是一類能引起哺乳動物的亞急性海綿樣腦病的病因素子,為不含核酸的蛋白質(zhì)感染顆粒。這些亞病毒因子結(jié)構(gòu)比病毒更為簡樸,并具有許多不同于病毒的特性,其研究不僅擴展了病毒學(xué)研究的范圍,并且也許深化人們對病毒的起源與進化,乃至生命本質(zhì)的結(jié)識。二、重點、難點剖析1.病毒以其結(jié)構(gòu)簡樸、特殊的繁殖方式以及絕對的細胞內(nèi)寄生顯著區(qū)別于其他生物,它與單細胞微生物重要性質(zhì)的比較如表7-1。2.現(xiàn)在的病毒分類系統(tǒng)將已發(fā)現(xiàn)的病毒分為dsDNA病毒、ssDNA病毒、DNA和RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒、dsRNA病毒、負意ssRNA病毒、正意ssRNA病毒和亞病毒因子等7大類,62個病毒科,其中有少數(shù)病毒科已分別劃歸于有尾噬菌體目、單組份負意RNA病毒目和成套病毒目中,并且一些真核生物的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子,現(xiàn)在分別歸于DNA和RNA逆轉(zhuǎn)錄病毒類的假病毒科和轉(zhuǎn)座病毒科。此外將衛(wèi)星病毒、類病毒和朊病毒歸在亞病毒因子類。3.血細胞凝集實驗。一些裸露病毒的殼體蛋白,特別是有包膜病毒的包膜突起,可以引起一定種類脊椎動物的紅細胞發(fā)生凝集,并且病毒所能凝集紅細胞的量與病毒的濃度成正比。血細胞凝集實驗即是根據(jù)病毒的這一性質(zhì)設(shè)計的病毒定量分析。其方法是將倍比稀釋的待測病毒樣品液分別與相應(yīng)種類的動物紅細胞一起置于有孔塑料板的小孔中,均勻混合后在適當(dāng)溫度下靜置反映,待一定期間后觀測結(jié)果。由于病毒濃度在各個不同稀釋度樣品中不同,因而在發(fā)生凝集反映的各個稀釋度中,血細胞凝集限度有別,故將出現(xiàn)50%凝集(++)的病毒稀釋度定為測定終點,稱做一個血凝集單位。4.病毒的終點測定有LD50、ID50、TCID50等之分,但其原理與方法類似,以LD50測定為例:將待測病毒系列稀釋后,取等體積的各個稀釋度的病毒稀釋液接種實驗動物,每個稀釋度若干只(如6只),在規(guī)定條件下飼養(yǎng),并間時觀測,記錄因病毒感染動物致死情況(表7-2)。5.病毒殼體構(gòu)成原理。任何物質(zhì)結(jié)構(gòu)取得穩(wěn)定的必要物理條件是這些結(jié)構(gòu)必須處在自由能最低狀態(tài),病毒的殼體結(jié)構(gòu)也不例外。非對稱的蛋白質(zhì)亞基分子彼此結(jié)合構(gòu)成殼體時,要形成最大數(shù)目的次級鍵必須對稱排列,形成一高度有序的結(jié)構(gòu)。在這樣一高度有序的結(jié)構(gòu)中,亞基之間形成次級鍵的數(shù)目最多,釋放的自由能值最大,殼體處在自由能最低狀態(tài),結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。根據(jù)相對簡樸的幾何原理,病毒殼體可取的結(jié)構(gòu)對稱形式只能是圓柱體對稱或立體對稱。在前一種形式中,由于蛋白質(zhì)亞基與螺旋盤繞的病毒核酸的結(jié)合,故殼體非圓柱對稱而是螺旋對稱;在后一種形式中,由于在正四周體、正六面體、正八面體、正十二面體和正二十面體這些拓撲等價多面體中,在表面積一定期,以二十面體容積最大,能包含更多的病毒核酸,故病毒殼體取二十面體對稱。6.病毒的復(fù)制周期依其所發(fā)生的事件順序分為以下5個階段:①吸附;②侵入;③脫殼;④病毒大分子的合成,涉及病毒基因組的表達與復(fù)制;⑤裝配與釋放。病毒的復(fù)制過程概括于圖7-1。7.RNA病毒的基因組RNA種類繁多,其基因表達的方式各有不同,概況如圖7-2。8.以溶源狀態(tài)存在的噬菌體不能完畢復(fù)制循環(huán),噬菌體基因組長期存在于宿主細胞內(nèi),沒有成熟噬菌體產(chǎn)生,這一現(xiàn)象稱做溶源性現(xiàn)象,可以導(dǎo)致溶源性發(fā)生的噬菌體稱做溫和噬菌體或稱溶源性噬菌體。在大多數(shù)情況下,溫和噬菌體的基因組都整合于宿主染色體中(如λ噬菌體),亦有少數(shù)是以質(zhì)粒形式存在(如P1噬菌體)。整合于細菌染色體或以質(zhì)粒形式存在的溫和噬菌體基因組稱做原噬菌體,在原噬菌體階段,噬菌體的復(fù)制被克制,宿主細胞正常地生長繁殖,而噬菌體基因組與宿主細菌染色體同步復(fù)制,并隨細胞分裂而傳遞給子代細胞。細胞中具有以原噬菌體狀態(tài)存在的溫和噬菌體基因組的細菌稱做溶源性細菌,處在溶源性細菌細胞中的噬菌體DNA在一定條件下亦可啟動裂解循環(huán),產(chǎn)生成熟的病毒顆粒。自然情況下的溶源性細菌裂解稱為自發(fā)裂解,但裂解量較少,若經(jīng)紫外線、氮芥、環(huán)氧化物等理化因子解決,可產(chǎn)生大量的裂解,此稱為誘發(fā)裂解。溶源性反映是一種比裂解反映更有助于病毒連續(xù)和傳播的病毒生存方式,處在這種最適應(yīng)于它們所處環(huán)境中的噬菌體不會迅速殺死細胞,從而喪失傳播的機會,所以,這也被認為一種原始的分化方式。9.真核細胞對病毒的感染可呈現(xiàn)不同的反映:①細胞無任何明顯變化;②由于病毒的致細胞病變效應(yīng),細胞損傷、死亡;③細胞增生,繼而或是細胞死亡,或是細胞繼續(xù)失去生長控制,轉(zhuǎn)化為癌細胞。病毒感染引起的致細胞病變效應(yīng)或細胞損傷是因病毒的基因產(chǎn)物的毒性作用所引起,或是病毒復(fù)制的必需環(huán)節(jié)的次級效應(yīng),并且以后者更為普遍。例如,腺病毒的五鄰體基底蛋白(pentonbaseprotein)可引起單層細胞脫落,以前認為這是一種機制未明的毒性作用,現(xiàn)在已明確這是病毒內(nèi)化時,五鄰體基底蛋白通過RGD序列與細胞表面的整聯(lián)蛋白結(jié)合的結(jié)果。具有強烈致細胞病變效應(yīng)的病毒最終都會導(dǎo)致細胞死亡。10.亞病毒因子涉及衛(wèi)星病毒、衛(wèi)星RNA、類病毒和朊病毒。在亞病毒因子中,僅有類病毒和朊病毒能獨立復(fù)制;朊病毒顆粒不具有基因組核酸;衛(wèi)星病毒與衛(wèi)星RNA都具有核酸基因組,它們與DI顆粒類似,必須依賴輔助病毒進行復(fù)制,與DI顆粒不同的是,它們與其輔助病毒沒有核酸序列同源性。衛(wèi)星病毒、衛(wèi)星RNA、類病毒和DI顆粒的性質(zhì)比較見表7-3。三、術(shù)語或名詞1.致細胞病變效應(yīng)(cytopat(yī)hiceffect,CPE)動物病毒感染敏感細胞培養(yǎng)引起的其顯微表現(xiàn)的改變,如細胞聚集成團、腫大、圓縮、脫落、細胞融合成多核細胞及細胞內(nèi)出現(xiàn)包涵體,乃至細胞裂解等。2.盲傳(blindpassage)將取自經(jīng)接種而未出現(xiàn)感染癥狀的宿主或細胞培養(yǎng)的材料,再接種傳遞給新的宿主或細胞培養(yǎng),即反復(fù)接種,以提高病毒的毒力或效價。3.感染性測定(assayofinfectivity)因感染引起宿主或細胞培養(yǎng)某種特異性病理反映的感染性病毒顆粒數(shù)量的測定。4.感染單位(infectionsunit,IU)可以引起宿主細胞培養(yǎng)一定特異性病理反映的病毒最小劑量。5.效價(title)又稱滴度,以單位體積(mL)待測病毒樣品液中所含的病毒感染性單位的數(shù)目(IU/mL)。6.噬菌斑(plague)經(jīng)適當(dāng)稀釋的噬菌體標本接種于細菌平板,通過一定期間培養(yǎng)后,在細菌菌苔上形成的圓形局部透明溶菌區(qū)域。7.蝕斑(plague)又稱空斑,經(jīng)適當(dāng)稀釋動物病毒標本接種于動物單層細胞培養(yǎng),并輔以染色,在細胞單層上形成的可辨認的局部病變區(qū)域。8.半數(shù)效應(yīng)劑量(50%effectdose)使實驗單元群體中的半數(shù)(50%)個體出現(xiàn)某一感染反映所需的病毒劑量,其值以50%實驗單元出現(xiàn)感染反映的病毒稀釋液的稀釋度的倒數(shù)的對數(shù)值表達。9.中和作用(neutralization)特異性的病毒抗體與病毒毒粒作用,使其失去感染性、克制病毒的繁殖。10.中和抗體(neutralizingAbs)可以中和病毒感染性的病毒抗體。11.毒粒(virion)病毒的細胞外顆粒形式,亦是病毒的感染性形式。Dulbacco等(1985)指出,毒粒是一團可以自主復(fù)制的遺傳物質(zhì)(DNA或RNA),它們被蛋白質(zhì)外殼包圍,有的尚有一附加膜(包膜)以保護其遺傳物質(zhì)免遭環(huán)境破壞,并作為將遺傳物質(zhì)從一個宿主細胞傳遞給另一宿主細胞的載體。12.殼體(capsid)又稱衣殼,包圍著病毒核酸的蛋白質(zhì)外殼。13.蛋白質(zhì)亞基(proteinsubunit)以次級鍵結(jié)合,構(gòu)成病毒殼體的蛋白質(zhì)單體,其同義語為原體(protomer).14.殼粒(capsomer)在病毒的二十面體殼體構(gòu)成中,一定數(shù)目的蛋白質(zhì)亞基,以特殊方式聚集所形成的在電鏡下可見的結(jié)構(gòu),其同義語為形態(tài)學(xué)單位(morphologicalunit)15.五聚體(pentamers)由5個蛋白質(zhì)亞基聚集形成的殼粒,因其在殼體結(jié)構(gòu)中與5個其他的殼粒相鄰,所以又稱五鄰體(penton)。16.六聚體(hexmers)由6個蛋白質(zhì)亞基聚集形成的殼粒,因其在殼體結(jié)構(gòu)中與6個其他的殼粒相鄰,所以又稱六鄰體(hexon)。17.核殼(nucleocapsid)又稱核衣殼,病毒的殼體與其包閉著的核酸和內(nèi)部蛋白一起所構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu),一些簡樸的病毒的毒粒就是一個核殼結(jié)構(gòu)。18.包膜(envelope)又稱囊膜,一些病毒核殼外所覆蓋著的脂蛋白膜,系病毒成熟時,自細胞質(zhì)膜、核膜或高爾基體膜等以芽出的方式成熟時,由細胞膜衍生而來。病毒包膜的結(jié)構(gòu)與生物膜相似,是脂雙層膜,在包膜形成時,細胞膜蛋白被病毒編碼的包膜糖蛋白取代。19.刺突(spike)又稱釘狀物,病毒表面的向外凸出的突起,包膜表面的糖蛋白突起稱包膜突起(peplomer),或稱膜粒。20.正鏈RNA(plusstrandRNA)若病毒的ssRNA可以作為tuRNA直接進行翻譯,則規(guī)定它為正極性(+意義),即為正鏈RNA(+RNA)。21.負鏈RNA(minusstrandRNA)若病毒的ssRNA序列與其mRNA互補,則規(guī)定它為負極性(-意義),即為負鏈(-RNA)。22.雙意RNA(ambisenseRNA)病毒的ssRNA部分為正極性,部分為負極性。23.轉(zhuǎn)染(transfecfion)將從病毒毒?;虿《靖腥镜募毎蟹蛛x純化的病毒核酸實驗性地導(dǎo)入細胞,現(xiàn)在已用來泛指將外源核酸導(dǎo)入細胞。24.感染性核酸(infectiousnucleicacid)以轉(zhuǎn)染方式導(dǎo)入細胞后可以完畢復(fù)制循環(huán),產(chǎn)生病毒子代的病毒核酸,否則為非感染性核酸。25.分段基因組(segmentedgenome)由數(shù)個不同的核酸分子構(gòu)成的病毒基因組。26.結(jié)構(gòu)蛋白(structureprotein)構(gòu)成一個形態(tài)成熟的感染性病毒顆粒所必需的蛋白質(zhì),涉及殼體蛋白,包膜蛋白和毒粒酶。27.非結(jié)構(gòu)蛋白(non-structureprotein)由病毒基因組編碼、在病毒復(fù)制時產(chǎn)生并在其中具有一定功能,但不結(jié)合于毒粒之中的蛋白質(zhì)。28.吸附(attachment)病毒通過其表面蛋白與敏感宿主細胞的受體特異性結(jié)合,導(dǎo)致病毒顆粒固著于細胞表面的過程,吸附是病毒復(fù)制的第一階段。29.一步生長實驗(one-stepgrowthexperiment)以適量的病毒同步感染處在標準培養(yǎng)的高濃度敏感細胞,以致可由細胞群體發(fā)生的病毒復(fù)制事件推知單個細胞發(fā)生的病毒復(fù)制的實驗。30.潛伏期(latentperiod)從病毒吸附于細胞到受染細胞釋放出子代病毒所需的最短時間。31.裂解量(burstsize)每個受染細胞所產(chǎn)生的子代病毒顆粒的平均數(shù)目,其值等于穩(wěn)定期病毒效價與潛伏期病毒效價之比。32.隱蔽期(eclipseperiod)自病毒顆粒形式在受染細胞內(nèi)消失到新的感染性病毒子代顆粒出現(xiàn)的時間。33.病毒入胞(viropexis)病毒運用細胞的內(nèi)吞功能進入細胞。34.前基因組(progenome)乙型肝炎病毒在受染細胞核內(nèi)運用宿主RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的3.4kbmRNA,為病毒運用逆轉(zhuǎn)錄酶進行DNA合成的模板。35.裝配(assembly)在病毒感染的細胞內(nèi),新合成的病毒結(jié)構(gòu)組分以一定方式結(jié)合,裝配成完整的病毒顆粒的過程,亦稱成熟(maturation)或形態(tài)發(fā)生(morphogenesis)36.允許細胞(permissivecell)病毒能在其內(nèi)完畢復(fù)制循環(huán),產(chǎn)生子代病毒的細胞,反之病毒不能在其內(nèi)復(fù)制的細胞為非允許細胞。37.非增殖性感染(non-productiveinfection)由于病毒或是細胞的因素,致使病毒的復(fù)制在病毒進入細胞后的某一階段受阻,結(jié)果沒有子代病毒產(chǎn)生的感染。38.限制性感染(restrivtiveinfection)因細胞的瞬時允許性產(chǎn)生,其結(jié)果或是病毒連續(xù)存在于受染細胞內(nèi)不能復(fù)制,直到細胞成為允許細胞,病毒能繁殖,或是一個細胞群體僅有少數(shù)細胞產(chǎn)生病毒子代。39.缺損病毒(defectiveviruses)基因組有缺損,必須依賴于其他病毒基因或病毒基因組才干復(fù)制的病毒。有生物活性的缺損病毒涉及干擾缺損病毒、衛(wèi)星病毒、條件缺損病毒和整合的病毒基因組。40.干擾缺損病毒(defectiveinterferingviruses)完全病毒復(fù)制時產(chǎn)生的一類亞基因組的缺失突變體。在病毒以高感染復(fù)數(shù)感染時能以較高頻率產(chǎn)生。由于其基因組有缺損,所以必須依賴于同源的完全病毒才干復(fù)制,同時亦能干擾其完全病毒的復(fù)制。41.衛(wèi)星病毒(Satilliteviruses)存在于自然界中的一種絕對缺損病毒,其必須依賴于與之無關(guān)的輔助病毒的基因產(chǎn)物才干復(fù)制,同時亦可干擾其輔助病毒的復(fù)制。42.條件缺損病毒(coditionallydefectiveviruses)即基因組發(fā)生了突變的病毒條件致死突變體。它們在允許條件下可以正常繁殖,在非允許條件或稱限制條件下導(dǎo)致流產(chǎn)感染發(fā)生。43.整合感染(integratedinfection)病毒感染細胞后,因病毒與細胞的性質(zhì),病毒基因組整合于宿主染色體,并隨細胞分裂傳遞給子代細胞。44.烈性噬菌體(virulentphage)感染細菌后.,能在細胞內(nèi)正常復(fù)制,并最終殺死細胞的噬菌體。45.溶源性(lysogeny)感染細胞后噬菌體不能完畢復(fù)制循環(huán),噬菌體基因組長期存在于宿主細胞內(nèi),沒有子代噬菌體產(chǎn)生的現(xiàn)象。46.溫和噬菌體(temperat(yī)ephage)可以導(dǎo)致溶源性發(fā)生的噬菌體,又稱溶源性噬菌體(lysogenicphage)。47.原噬菌體(prophage)整合于細菌染色體或以質(zhì)粒形式存在的溫和噬菌體基因組。48.溶源性細菌(lysogeniecbacteria)細胞中具有以原噬菌體狀態(tài)存在的溫和噬菌體基因組的細菌。49.自發(fā)裂解(spontaneonslysis)自然情況下的溶源性細菌的裂解,但裂解量較少。50.誘發(fā)裂解(inductivelysis)經(jīng)紫外線、環(huán)氧化合物等理化因子解決,溶源性細菌發(fā)生的大量裂解。51.殺細胞感染(cytocidalinfection)病毒的感染給細胞導(dǎo)致巨大的影響,最終導(dǎo)致細胞死亡和裂解。與之相反的則為非殺細胞感染。52.溶源轉(zhuǎn)變(lysogenicconversion)由原噬菌體引起的溶源性細胞除免疫性外的其他表型改變,涉及溶源菌細胞表面性質(zhì)的改變和致病性轉(zhuǎn)變。53.從外部融合(fusionfromvithout)病毒以高感染復(fù)數(shù)感染時,由毒粒具細胞融合活性的病毒糖蛋白所引起的細胞間的融合。54.從內(nèi)部融合(fusionfromwithin)因受染細胞內(nèi)表達的具細胞融合活性的病毒糖蛋白結(jié)合于細胞表面,從而導(dǎo)致的受染細胞與相鄰細胞的融合。55.半數(shù)致死劑量(50%lethaldo
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