病毒是什么

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病毒，一种地球上最微小同时又是数量最多的生命形式。据估计，如果把地球上的病毒首尾相接，能连成一条2亿光年的长链。病毒无处不在，空气、大海、土壤乃至南极冰层中都能找到它们的身影。

病毒的定义通常是：一类非常小的、寄生在细胞中的非细胞结构，一般由单一类型的核酸（DNA或RNA）组成的基因組和包裹着核酸的蛋白质构成，有些病毒还含有由脂质和蛋白质组成的包膜。

衡量病毒大小的单位通常是纳米（nm）和微米（μm），典型的病毒大小在0.02μm～0.2μm间，无法用普通光学显微镜看到。（作为对比，典型的细菌直径在0.5μm～5μm之间。）菜豆畸矮病毒是最小的病毒之一，直径仅10nm左右。而从阿米巴原虫体内分离得到的潘多拉病毒则是目前发现的最大的病毒，它呈椭圆形，长径可达1μm。

研究病毒的病毒学

病毒学（Virology）是以病毒（virus）这一特殊的生命形态为研究对象的自然科学，有时被视为微生物学的下级学科。病毒学研究的内容包括病毒的结构、分类和进化、感染和利用宿主细胞繁殖的方式、与宿主在生理和免疫方面的相互作用、病毒引起的疾病、分离和培养病毒的技术及其在研究和治疗中的应用等。

虽然病毒的概念直到19世纪末期才出现，但病毒病自古就有记载。随着科学技术的进步，病毒研究获得了巨大的发展，病毒学的发展历程大体上可分为三个阶段——

经验认识阶段

病毒病在古代就有相关记载。

公元前1400年——在公元前1400年古埃及首都的一块石碑上，刻画了一位牧师布道的场景，牧师的腿呈现出脊髓灰质炎导致的残疾。

公元前4世纪——公元前4世纪，古希腊的亚里士多德记述了患狂犬病的犬表现出疯狂、暴怒的症状，并可通过噬咬将类似的病状传给其他动物和人。

公元前1144年——逝世于公元前1144年的埃及法老拉美西斯五世，其木乃伊显示他曾感染天花病毒。

公元2世纪——公元2世纪，奥勒里安努斯对患狂犬病的表现做了清楚的描述：被咬伤后，起初常有莫名的焦躁、易怒、厌水，最后发展到恐水。

宋代——在昆虫病毒方面，我国宋代农学家陈旉在《农书》中记载了家蚕“高节”“脚肿”等病症，现在我们知道这是由家蚕核型多角体病毒①引起的疾病。

16世纪——天花在我国流行也有数千年的历史，到了16世纪，我国先人发明了人接种法来预防天花。明朝隆庆年间，人痘法从我国传到了俄国、日本、朝鲜、土耳其、英国等国。当时的人痘接种有很严重的副作用，且接种死亡率很高。

1796年——1796年，英国医生爱德华-詹纳发明了用牛痘接种预防天花的方法，并留下了丰富、详细的记录。牛痘被认为是世界上最早的疫苗，詹纳发明牛痘也被认为是现代免疫学的奠基事件。

17世纪早期——在17世纪早期，荷兰人发现有些郁金香开出了具有条斑的花朵，他们认为这样的花比原本单色的花朵更美。这被认为是第一个被记载的植物病毒病——郁金香碎色花病。

1884年——法国人巴斯德在1884年发明了狂犬病疫苗，对狂犬病的治疗做出了巨大贡献。

人类对于诸如此类的病毒性疾病的认识和研究，都为病毒的发现创造了条件。

①核型多角体病毒一种特异性针对昆虫的病毒，其加工制剂被人类用作杀虫剂，已有近半个世纪的历史。

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为了追求具有条斑的特殊郁金香花朵，当时一株受感染植株的球茎或种苗，可以换到数头公牛、猪或绵羊，几吨谷物，甚至一个磨坊。由于当时并不知道郁金香花出现条斑的具体原因，无法确保后代花朵的颜色，球茎买卖也就带上了赌博的性质，并由此引发了全球第一次经济泡沫。荷兰阿姆斯特丹的博物馆至今还保存着1619年荷兰画家所绘制的一幅得病的郁金香静物画。

病原研究阶段

19世纪中叶——19世纪中叶，显微镜被发明出来后，人们逐渐认识到了细菌、真菌等微生物。

1840年——1840年，德国科学家雅各布-亨勒提出了一个假说，认为还存在一种比细菌更小的、显微镜看不到的、有感染性的微生物。19世纪后期——19世纪后期，病原发生学说已经得到了普及，亨勒的学生罗伯特·科赫提出了著名的科赫法则②。很快，科赫法则成了主导医学微生物学实验的经典方法，而一些不符合科赫法则的现象，促使人们思考，进而发现了病毒。

1879年——烟草花叶病毒的发现在病毒学发展史上有着划时代的意义，这可以归功于三位科学家的重要贡献。

1886年

1892年

1898年

烟草花叶病毒

烟草花叶病毒

1898年——在接近的历史时期，1898年，德国微生物学家洛菲尔和菲洛施发现，引起牛口蹄疫的病原也可以通过细菌滤器。

1911年——1911年，美国生物学家劳斯发现了引起鸡恶性肿瘤的劳斯肉瘤病毒。

1915年——1915年，托沃特观察到了葡萄球菌会产生噬菌斑的现象。

1917年——1917年，代列耳发现了细菌裂解现象，并将裂解因子命名为噬菌体。

20世纪20年代——接下来的几十年间，流感、脊髓灰质炎、狂犬病、兔黏液瘤、马铃薯卷叶病、马铃薯条斑病、黄瓜花叶病、小麦花叶病等的病原体相继被发现。

②科赫法则

要证实某种微生物是某种疾病的病原，需要满足四个条件：1.在每一病例中都出现相同的微生物;2.这种微生物可以通过培养被分离出来;3.用培养出来的微生物接种敏感宿主，会引发同样的疾病;4.从实验中发病的宿主体内能再次分离培养出这种微生物。

1879年，德国科学家阿道夫-迈耶应荷兰农民的请求，开始研究烟草的一种疾病，他将其命名为烟草花叶病。这种病可以通过患病叶子的汁液传播，但却无法从中分离培养出细菌或真菌，因此，1886年他发表文章指出，烟草花叶病的病原可能是一种类似酶样的可溶物。

几年后，俄国科学家伊万诺夫斯基重复和证实了迈耶的实验，并进一步发现，用可以过滤掉细菌的陶瓷滤器将病叶汁过滤之后，叶汁仍然具有感染性。1892年，他向圣彼得堡科学院报告，认为通过细菌滤器的病原是一种毒素。

1898年，迈耶的荷兰同事马丁努斯·拜耶林克在不了解伊万诺夫斯基工作的情况下，也进行了过滤的实验，此外他还进行了稀释、琼脂扩散等实验，总结出烟草花叶病的病原有三个特点：1.比细菌更小，能通过细菌滤器;2.只能在细胞内繁殖;3.不能在培养基等体外非生命物质中生长。据此，拜耶林克将这种病原称为“有感染性的活的液体”，并将其赋予拉丁名“virus”，从而开启了病毒学独立发展的历程。

现代病毒学研究阶段

20世纪30年代——20世纪30年代，生物化学界掀起了“蛋白质热”，人们开始了对病毒的化学本质和结构的研究。

1935年——1935年，美国生物化学家德温尔·斯坦利得到了烟草花叶病毒的晶体，X射线衍射显示它由重复的单元构成，斯坦利因此获得了1946年的诺贝尔化学奖。这也为后来的沃森和克里克提出“多数简单的病毒都是由一种或几种蛋白质重复所构成的”这一理论打下了基础。

1956年——1956年，烟草花叶病毒的遗传物质被证实为RNA，这也是首次证明RNA可以作为遗传物质。

1950年后——1950年后，分子生物学迅速兴起、飞跃发展，噬菌体的研究也带动了整个病毒学和分子生物学的发展。病毒学辐射发展出了疫苗、抗病毒药物、病毒载体、病毒与肿瘤等许多不同的方向。

③支原体

是一种没有细胞壁，只有细胞膜的简单原核生物，能在无生命的人工培养基上生长繁殖。支原体直径一般是0.1～0.3μm，仅为细菌的1/10，可以通过细菌滤器。

④衣原體

是一类在细胞内寄生、有独特发育周期的原核细胞性微生物，它也能通过细菌滤器，直径为0.3～0.5μm。

⑤立克次体

是一类严格细胞内寄生的原核细胞型微生物。立克次体可以是球杆状或杆状，还有时出现长丝状体，通常体长为0.3～0.8μm，宽0.3～0.5μm。它比支原体和衣原体更大，无滤过性，一般可在光学显微镜下观察到。

病毒的分类

病毒是严格的细胞内寄生物，几乎可以感染所有的细胞生物。且病毒具有高度的宿主特异性，某一种病毒只能感染特定的一类宿主，甚至只能感染特定的一种宿主。根据病毒的宿主性质，可以将其划分为微生物病毒、植物病毒和动物病毒。细菌病毒也叫噬菌体，是较早就被发现的一类病毒。随着研究的发展，人们发现真菌、支原体⑨、衣原体④、立克次体⑤等也有被病毒感染的情况。

需要指出的是，按照宿主性质来划分，界限有时是模糊的，例如一些脊椎动物病毒、植物病毒能以无脊椎动物、真菌为传播介体，有的只是机械地将病毒从一个宿主体内带到另一个宿主体内，有的却能支持病毒的增殖。感染人类的病毒属于动物病毒，其中有一些只能感染人类，更多的则是人和动物共患的病毒。

20世纪70年代，病毒学家巴尔的摩根据病毒基因组的存在形式和转录特征，将病毒分为6类：双链DNA病毒、单链DNA病毒、正链RNA病毒、负链RNA病毒、逆转录病毒和拟逆转录病毒。这套分类系统对病毒的复制类型进行了科学归类，至今仍在使用。

为了让病毒的分类命名标准化，病毒学家们成立了国际病毒分类委员会（ICTV），建立了一套复杂、完善的命名系统，以拉丁文命名病毒的域、门、纲、目、科、属、种。ICTV给病毒分类命名主要依据以下8个方面的内容：1.核酸的类型、结构和相对分子质量;2.病毒的形状和大小;3.病毒的形态和结构;4.病毒对脂溶剂的敏感性;5.病毒的抗原性质和血清学关系;6.病毒在宿主体内活动和细胞培养方面的特性;7.病毒对除脂溶剂外，其他化学和物理因素的敏感性;8.病毒的流行病学特性。

人们推测，地球上真核生物的种类可能有8700万，按每个物种携带10种病毒计算，目前ICTV已经登记的病毒种类，也就是人类已经发现的病毒种类，可能只占实际病毒种类数的百分之一。

病毒感染

人一生中可能被多种病毒攻击，已知的人类传染病中约80%的病原体是病毒。天花、流感、普通感冒、肝炎、水痘、带状疱疹、脊髓灰质炎、狂犬病、埃博拉病毒病和艾滋病等等，都是病毒性疾病的例子，甚至某些类型的癌症也与病毒感染有关。

病毒的感染由接触敏感细胞开始，因此，对于让人类患病的病毒来说一一如果敏感细胞分布在呼吸道，病毒就通过飞沫、气溶胶等形式传播;如果敏感细胞分布在消化道，病毒就通过口—口、粪—口等途径传播;如果敏感细胞是血细胞，病毒就需要通过输血或污染的伤口等途径才能感染新宿主……以此类推。病毒根据自身特点，会在最适合其复制和传播的组织器官来完成其主要复制过程，这种对靶器官的选择性被称为组织嗜性。决定病毒组织嗜性的因素至少包括：病毒对宿主细胞的可接触性、病毒感染所需受体在宿主细胞表面的分布、病毒复制对细胞内差异性表达产物的依赖程度、细胞自身的天然免疫特性。

但病毒不一定都是导致我们患病的，事实上，人人体内都有病毒。在人类基因组中，有50%的DNA来源于逆转录病毒、逆转座子⑥、DNA转座子⑦、假基因等，其中人类内源性逆转录病毒（HERV）约占8%，这些HERV被认为起源于一些已经消失了的逆转录病毒，它们在距今4000万至1亿年前整合到了灵长类祖先的生殖细胞中，并在进化中产生了重要影响。例如，HERV-W的一种包膜蛋白Env可特异性地在人体胎盘组织中表达，其表达产物合胞素被认为在人类的胚胎发育中发挥重要作用。

⑥逆转座子

在基因组内存在着通过DNA转录为RNA后，再经逆转录成为cDNA并插入到基因组的新位点上的因子，就被称为逆转座子。

⑦DNA转座子

DNA转座即移位，DNA转座子是一类可在基因组上自由移动的遗传元件。

⑧Western blot

即蛋白质印迹法（免疫印迹试验），是分子生物学中研究蛋白的经典方法，应用于从蛋白质混合物中检出目标蛋白质、定量或定性确定细胞或组织中蛋白质的表达情况，以及用于蛋白质一蛋白质、蛋白质-DNA、蛋白质-RNA相互作用的后续分析。

病毒检测

病毒学的检测方法很多，但有一项传统、经典的方法一直到今天都是金标准，那就是从细胞培养物中分离病毒，其他检测方法必须与之进行对比参照。动物细胞的培养通常使用含有盐类、葡萄糖、维生素、氨基酸、抗菌药物、缓冲剂以及血清的培养基，它提供了必要的细胞生长的条件。

直接观察病原体

这是最直接的病毒检测和鉴定方法。大多数病毒的形态特征足以将图像识别为病毒，并将新发现的未知病毒归入相应的家族。此外，某些暂时没能成功培养的病毒也可以通过电子显微镜检测出来。

血清学试验

这种检测方法也是比较常用的，通常是检测特定病毒抗体的存在与否。某些抗体的存在表明被试者已经暴露于该病毒了。一些可以用来鉴定病毒抗体的实验方法包括红细胞凝集试验、补体结合试验、放射免疫试验、免疫荧光、酶联免疫吸附试验、放射免疫沉淀和Western blot⑧等。

分子技术

如聚合酶链式反应，也被广泛用于检测病毒。PCR检测的一些不同应用可以在诊断性临床病毒学中实施，也可以用于研究目的。这种以核酸为中心的技术使用在病毒检测方面取得了实质性进展，并且可以通过某些核酸杂交技术的结合而得到进一步加强。

人体免疫系统

免疫系统有三大基本功能：免疫防御、免疫监视、免疫自稳。

一、免疫防御：指机体抵御病原体的入侵、攻击已入侵的病原体和其他有害物质。

1.免疫防御功能过低或缺陷

这时，就会被正常情况下不能感染人体并致病的病原体感染，并表现出症状，或发生正常情况下不会发生的肿瘤。

艾滋病的诊断标准之一就包括出现卡波西肉瘤等肿瘤或是卡氏肺囊虫肺炎等机会性感染，必须要HIV感染后几年甚至十几年，免疫系统功能已经被损害了，出现这些情况，才叫作艾滋病患者，而不是被HIV感染后立刻变成艾滋病患者。

“我体质差、我容易感冒、我容易拉肚子、我容易口腔溃疡”，这些都不能成为判定“免疫防御功能过低或缺陷”的充分条件，因为疲劳、感冒、腹泻和口腔溃疡都是正常情况下在健康人身上可能发生的，对特定传染病或自限性疾病的易感性与基因和环境有关。

2.免疫防御功能过高

①免疫应答强度过高或持續时间过长，在清除病原体的同时，免疫应答过程中被激活的免疫细胞和高表达的免疫分子就会导致机体损伤，通俗点说，就是正常情况下杀敌一千自损八百，功能过高则杀敌一千自损八万。

②功能异常，发生过敏等超敏反应，对不必攻击的外来对象发动了攻击，且因为不必要的杀敌行为导致了只要杀敌就必然发生的自损副作用。

二、免疫监视：指机体识别和清除体内的异常物质的能力，这些异常物质包括表达新抗原的突变细胞（包括肿瘤细胞）、被病毒感染的细胞等。

当这一功能出现异常时，将不能正确识别、及时清除异常，可导致肿瘤、持续性病毒感染等情况的发生。

三、免疫自稳：指机体通过自身免疫耐受和免疫调节两种主要的机制来达到免疫系统内环境的稳定。

如果这一功能出现异常，将不能正确识别“自我”与“非我”，免疫调节功能紊乱，可导致自身免疫病的发生，也就是免疫系统把自身正常组织细胞视为敌人发动攻击。

疫苗的工作原理

我们前面说到，人体免疫系统的功能之一是识别外来者并加以清除，每个人的细胞表面都有自身独有的一套识别分子，就像是一套通行证一样，免疫系统不会攻击持有全套自有通行证的细胞。

当细菌、病毒侵入人体，免疫系统就会发现它们的通行证和自己不同，于是发起进攻。可是当入侵者足够多时，免疫系统来不及阻拦，人就该生病了。免疫系统为了提高自己防御外敌的能力，会把曾杀死的病原体的通行证记录下来，一旦同样的敌人再次入侵，就能快速调集防御大军。

这就是疫苗的工作原理，先送几个奄奄一息的敌人，或者敌人的通行证到体内，让免疫系统认识认识，以后再来的敌人就难逃堵截了。

由于疫苗是让一批危害很小的物质入侵人体，激活人体对这种物质的特异性免疫，从而在之后的数年或数十年内，体内都能快速调集针对这种物质的防御大军，所以注射疫苗后，一部分人出现低烧、局部疼痛、红肿等程度较轻微的不良反应属于正常现象，这些反应是免疫系统积极工作造成的。

抗原与抗体

各种病原体表面的特征分子被称为“抗原”，免疫系统召集的防御战士则是“抗体”，抗体可以与抗原特异性结合，启动一系列免疫反应。抗原-抗体反应具有高度特异性，每种抗体只能识别一种抗原，但一个抗原分子的不同部位可以分别被不同的抗体识别。

抗体组成了“免疫球蛋白”，共有五种类型，分别是IgM、lgG、IgE、IgA和IgD。有时人们会接受“免疫球蛋白”注射，实质上就是注入抗体，相当于外来的援军，帮助我们击退入侵的病原体。

我们体内的淋巴细胞主要分为T淋巴细胞和B淋巴细胞两大类，每类淋巴细胞又分成许多小类，其中“记忆B细胞”和“记忆T细胞”是主要负责记录接触过的抗原，而“浆细胞”负责在接到信号后大量产生针对特定抗原的抗体，还有很多其他细胞也用不同方式参与到这场保卫战中。

人体第一次接触某种抗原时，需要经过一系列抗原识别、呈递等过程，才能产生抗体来应对这陌生的敌人。所以感染一段时间后，血液中才能出现抗体，这就是抗体检测的窗口期。

最早出现的抗体主要是IgM，对抗原的结合能力弱，而且含量低，维持时间短，浓度很快下降。这叫“初次免疫应答”。

在这之后，体内的抗体浓度降到非常低的水平，但记忆细胞会将抗原信息记录下来。

如果再次被同样的抗原入侵，免疫系统就能很快被激活，記忆细胞迅速分裂增殖，产生大量浆细胞，分泌抗体，潜伏期显著缩短。这叫“再次免疫应答”。

再次免疫应答的抗体主要是IgG，结合抗原的能力强，含量高，维持时间长。接种疫苗之所以能预防疾病，正是因为我们的免疫系统倚仗着这些抗体来战胜病原体。

在医院检查是否罹患传染病时，检查项目通常就包括IgG和IgM。如果IgM为阳性，提示近期感染了该病原体;如果IgM是阴性，而IgG是阳性，则说明以前得过这种病，或者曾接种过相应的疫苗。

病毒入侵与人体识别

病毒由核酸和蛋白质组成，有些还有脂质膜。核酸分RNA和DNA，还可细分为单链、双链、正链、反链。

通俗来说，核酸是遗传物质，蛋白质负责生理功能。比如病毒蛋白质中，有些负责当钥匙，能匹配人体细胞表面的锁（受体），钥匙开了锁，病毒才能进入人体细胞。因为钥匙和锁的对应关系，每种病毒都有自己盯准了感染的细胞。

还有些蛋白质负责障眼法，逃避人体免疫系统的监视，有些负责劫持人体细胞内的细胞器，有些负责调控复制装配增殖，等等。病毒虽然很小，却十分精巧。

病毒自己是没有细胞结构的，也不能独立生活，只有进入人体细胞后才能复制增殖。所以被病毒污染的无活细胞的产品，里面的病毒也不会增殖。而且大多数病毒离开人体后，都挺脆弱的，太阳晒晒啦、晾晾干啦、洗手液洗洗啦……很多病毒经历这些就失去活性了。

当只有一两个病毒颗粒进入人体，是不能构成感染的，一般来说，起码要成千上万个才行，这个数还受到不同毒株的感染活性不同的严重影响。所以，虽然病毒有颗粒，是一个一个的，但我们用“滴度”而不是“个”来描述，可以理解为滴度是跟浓度差不多的一个概念。

人体各种不同细胞表面有着不同的分子标志，免疫系统认识自己的分子标志，不会对自身发起攻击（这里先不管自身免疫）。细菌和病毒、花粉什么的，也有各自独有的分子标志，这些分子标志就是抗原，抗原通常是蛋白质的片段，经过折叠其序列和空间结构能被人体免疫系统识别并产生对应的抗体。一个蛋白质分子上可以有多个抗原（这里暂不论表位啊折叠啊什么的）。一种病毒当然也往往有多种可被人体识别的抗原。

足够的病毒进入人体，构成感染后，人体的免疫系统就会侦测到陌生的抗原，并发起攻击，这个过程中就会产生抗体。抗体相当于人体的卫兵，一方面攻击外来物，一方面通风报信启动后续更复杂更强大的免疫反应。

当然也有例外，狂犬病病毒就是个奇葩。它进入人体后不进入血液循环，不引起免疫反应，人体直到发病都不产生抗体，目前人类还没研究出在发病前诊断一个人是否感染了狂犬病病毒的技术。

免疫系统对接触过的外来抗原，有时会建立免疫记忆，等到再次见到，就能更快、更高、更强（此处不是修辞手法）地产生免疫应答。疫苗的原理就是模拟病原体的抗原，让人体免疫系统预先认识一下这个抗原。

关于一些专业词汇

通过在实验室对病毒检测，才能确定患者到底感染了何种病毒，才能更好地对患者进行针对性治疗。××检测就是检测××的存在与否和含量多少。样本姑且默认为最适宜检测的样本，病原姑且只说病毒。

任何检测技术，都有检出限，比如检出限是每毫升1 000个病毒（实际上，病毒不能按个算，要按滴度），那么不管是0个还是200个、800个，都检不出。

从形成感染，到病毒增殖，直到检测指标达到检出限水平，这段时间叫窗口期。

从形成感染，到表现出症状，这段时间叫潜伏期。

这时又有例外了，那就是HIV感染，在和其他传染病一样的潜伏期结束后，先有一个急性感染期，症状通常是发烧、乏力等，但并不是每个感染者都有明显症状;这些症状通常持续2～3周后自行消失;之后进入无症状感染期;2～15年的无症状感染期之后，才显现出艾滋病的症状。人们常常忽略HIV感染的急性感染期，而将漫长的无症状感染期视为潜伏期，所以常说“艾滋病的潜伏期特别长”。HIV携带者在发生特定的癌症或机会性感染（也就是确诊为艾滋病的标准）之前，只能被称为“HIV感染者”，而不能被称为“艾滋病患者”。

还有一个例外就是潜伏性感染，最常见的是单纯疱疹病毒，刚感染的时候病毒增殖会让患者长疱疹，之后病毒就躲起来，形成潜伏性感染，没有症状，等患者免疫系统功能紊乱压不住它了，又跑出来再次作妖，于是有些人的疱疹总是反复发作。

抗原检测一一阳性 基本就是感染了对应病毒（罕见情况暂且不论）。阴性，可能是感染窗口期，可能是没感染过，也可能是感染过，免疫系统已经清除或暂时压制了病毒。

抗体检测一一阳性 可能是感染了对应病毒，也可能是接种过该病的疫苗，还可能是输注了外源抗体比如狂免（狂犬病特异性免疫球蛋白）、破免（破伤风特异性免疫球蛋白）。阴性，可能是刚感染窗口期，可能是没感染过，也可能是感染过，免疫系统已经清除或暂时压制了病毒。

核酸检测一一阳性 基本就是感染了对应病毒（罕见情况暂且不论）。阴性，可能是刚感染窗口期，可能是没感染过，可能是感染过，免疫系统已经清除了病毒。

半数组织培养物检测 把样本和敏感细胞放在一起养，如果样本里面有病毒，病毒会感染细胞，然后根据样本不同稀释倍数对应的细胞被感染的比例，可以计算样本中病毒的真实感染活性与数量的综合实力。稍微改一下也能检测样本中的抗体搞定病毒的综合实力。这种方法一般不用于判断某人是否罹患某种疾病。