Handbuch der Virusforschung: II. Ergänzungsband PDF
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I-IANDBUCH DER VIRUSFORSCHUNG HERAUSGEGEBEN VON PROF. DR. R. DOERR UND PROF. DR. C. HALLAUER BASEL RERN 11 ERGÄNZUNGSBAND TECHNIC AND APPLICATION OF ROLLER TUBE CULTURES . TECHNIC AND APPLlCATION OF DRYING OF VIRUSES IN THE FROZEN STATE . DIE AUFLlCHT- UND DUNKELFELDMIKROSKOPIE . VARIATION IN" INFLUENZA V IRUSES . IMMUNITY AND VACCINATION IN INFLUENZA' VIRUS PNEUMONIA AND P:\EUMONITIS VIRUSES OF MAN Al'\D ANIMALS . DIE HAEMAGGLUTINATION DURCH VIRUSARTEN . DIE ELEKTRONENMIKROSKOPIE BEAR BEITET VON F. M. BURNET-MELBOURNE· M. D. EATON-BOSTON, MASS.· A. E. FELLER-CLEVELAND, O .. E. W. FLOSDORF-FOREST GROVE, PA .. TH. FRANCIS-ANN ARBOR, MICH .. C. HALLAUER-BERN . M. KAISER-WIEN' H. RUSKA-BERLlN-DAHLEM . P. VONWILLER-RHEINAU MIT 187 ABBILDUNGEN IM TEXT WIEN S PR I N GER -VER LA G 1950 ISBN 978-3-7091-5690-2 ISBN 978-3-7091-5688-9 (eBook) DOI 10.1007/978-3-7091-5688-9 ALLE RECHTE, INSBESONDERE DAS DER üBERSETZUNG IN FREMDE SPRACHEN, VORBEHALTEN COPYRIGHT 1950 BY SPRINGER-VERLAG IN VIENNA SOFTCOVER REPRINT OF THE HARDCOVER 1ST EDITION 1950 Inhaltsverzeichnis. Seite Teehnie and Applieation of Roller Tube Cultures. By A. E. FELLER, M. D., eleve- land, Ohio. With 2 figures 1 1. Introduction . . 1 II. Technic . - . . 2 A. Assembly and care of roller tube eultures 2 B. Modifications of technic 6 III. Virus studies . 7 References . . . . . 9 Technic and Applieation of Drying of Viruses in the Frozen State. By Earl W. FLOSDORF, Forest Grove, Pennsylvania. With 4 figures 11 Pre-freezing . . . . . . . . . . 11 Objectives in drying after freezing 11 Mechanism of freeze-drying . . . 12 Freezing without drying.). . . . 13 Low temperature without freezing 13 Results with freeze-dried viruses . 13 Laboratory sources of low temperature for freezing and storage. 15 Removing water vapor . . . . . 16 ~I\.pparatus for laboratory research 19 Bibliography. . . . . . . . . 22 Die Auflieht-und Dunkelfeldmikroskopie in der Virusforschung. Von 1\1. KAISER, Wien und P. VONWILLER, Rheinau. l\Iit 15 Abbildungen 23 A. Einleitung. . . . . . . . . . . . . _ . . . . . . . . . . . . . .. 23 B. Die Auflichtapparatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25 C. Erste eigene Versuche einer Auflichtbetrachtung virusbedingter Ver- änderungen im Gewebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28 D. Weitere Versuche anderer Autoren über die Virusmikroskopie im Auflicht 32 E. Beobachtungen von virusbe~ingten Veränderungen im Dunkelfeld . .. 36 F. Weitere eigene Beobachtungen an vaccinierten Hornhäuten und Organen mit virusb edingten Veränderungen. 40 G. Schlußbetrachtungen . 44 Literaturübersicht . . . . . . . . 45 Variation in Influenza Viruses. By F.1\1. BURNET, l\Ielbourne. With 1 figure 47 1. The influenza group of viruses. . . . . . . . . . . . . 47 II. Variation as a necessary preliminary to laboratory study 48 1. Adaptation to the allantoic cavity. 49 2. Adaptation to mice . . . . . . . 51 IV Inhaltsverzeichnis. Seite III. Differences amongst influenza virus strains which have been adapted to normal laboratory passage ................. 52 1. Antigenie differences amongst strains of influenza virus . . . . .. 52 a) The varying breadth of activity in human convalescent sera. .. 53 b) The significance of antigenie differences observed with human immune sera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55 c) Antigenie differences as determined by neutralization with immune ferret sera . . . . . . . . . . 57 d) The use of immune rabbit sera ............... 57 e) Cross immunity tests in mice .. 58 2. Variations in the enzymic activity of different influenza virus strains 58 IV. Further modification of influenza viruses induced by laboratory manipula- tion .............................. . 59 V. The general principles of virus variation as exemplified in influenza virus strains ............................ . 61 VI. The significance of variation in influenza viruses in regard to the epidemio logy of influenza 62 References . . . . . . . . . . . . . . 63 Immunity and Vaccination in Influenza. By THOMAS FRANCIS Jr., ~1. D., Ann Arbor, Michigan . . . . . . . . . 66 I. Epidemiologie concepts . . . . .. 66 II. Resistance in experimental animals 67 III. Resistance in man . . . . . . .. 69 IV. Factors influencing immunity by vaccination 78 Bibliography ............... . 83 Virus Pneumonia and Pneumonitis Viruses 01 Man and Animals. By MONROE D. EATON, Boston, Mass. With 2 figures 87 Introduction 87 Historical 87 I. Early observations on pathology . 87 II. Attempts to determine etiology . 88 III. Experiments in animals with known viruses. 89 Virus pneumonia in man 91 I. Differentiation from bacterial pneumonia 91 Epidemiological differentiation. . . 92 Characteristic pathology. . . . . . 93 Failure of response to chemotherapy 93 11. Primary atypical pneumonia 93 N omenclature 93 Distribution . . . . . 94 Epidemiology 95 Clinical characteristics 97 Pathology ..... . 99 Serological reactions in primary atypical pneumonia . 101 Inhaltsverzeichnis. v Seite IH. Etiology of primary atypical pneumonia . . 109 Experimental transmission to man . . . . . 109 Experimental transmission to laboratory an im als 112 Pneumonitis 'viruses of animals transmissible to man. 126 1. Agents of the psittacosis group isolated from human beings 126 H. Other pneumouitis virus es of animals possibly infectious for man 131 Other pneumonitis agents of animals . . . . . . . 135 Diseases associated with coccobacilliform bodies 135 Pleuropneumonia-like organisms 135 The gray lung virus . . . . . 136 Hamster agent W 1. . . . . . 137 Cotton rat agents W 2 and W 3 137 Pneumonitis agents of unknown origin 138 Agents isolated in mice . . . 138 Agents isolated in guinea pigs 138 References .... 139 Die Haemagglutination durch Virusarten (Phaenomen von G. K. HIRST). Von Prof. Dr. C. HALL,WER, Bern . . . . .. ......... 141 1. Die E ntdeckung und die Phaenomenologie der virus bedingten Haemaggluti- 'nation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 H. Die Analyse des Phaenomens . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 144 1. Die Resistenz des H'temagglutinins gegen inaktivierende Einflüsse im Vergleich zu den anderen Virusfunktionen . . . . . . . . . . . . 144 2. Die Bildung des Haemagglutinins als Funktion der Virusvermehrung 149 3. Die Beziehungen des Haemagglutinins zu den geformten Viruselementen 157 4. Die Reaktion des Haemagglutinins mit der Erythrocytenoberfläche 161 5. Die Fermenthypothese . . . . . . . . . . . . 181 6. Das Verhalten des Virushaemagglutinins in vivo . . . . . . . . . 184 7. Die nichthaemagglutinierenden Virus arten . . . . . . . . . . . . 189 8. Die Haemagglutinine und erythrocytentransformierenden Agenzien bak- terieller und pflanzlicher Provenienz 190 IH. Die Anwendungsmöglichkeiten 193 IV. Die Technik . . . . . . 194 1. Allgemeine Richtlinien 194 2. Spezielle Methoden. . 202 a) Methode von HIRST 202 b) Methode von BURXET 203 c) Methode von 'VHITMAN 204 d) 1Iethode von SALl{ 204 e) Nachweis von Influenzaantikörpern im menschlichen Serum . 205 Literatur.. ..... 206 Na c h t rag bei der Korrektur . . . . . . . 220 Die Elektronenmikroskopie in der Virusfor3chung. Von HELMUT RUSKA Berlin- Dahlem. 1Iit 163 Abbildungen . . . . . . . . . . . . . . . 221 1. Die Bedeutung der Elektronenmikroskopie für die Virusforschung . . . 221 1. Die Elektronenmikroskopie in der )Iorphologie . . . . . . . . . . 223 2. Das Verhältnis der Elektronenmikroskopie zu anderen 1Iethoden der Virusforschung . . . . . . . .'. . . . . . . . . . . . . . . . . 227 VI Inhaltsverzeichnis. Seite a) Licht- und ultraviolettmikroskopische Methoden 227 a) Hellfeldmikroskopie . . . . . . . 227 ß) Dunkelfeld- und Ultramikroskopie 229 y) Fluoreszenzmikroskopie . 230 ö) Strömungsdoppelbrechung 230 b) Die Röntgenographie. . . 230 c) Nicht-optische Verfahren. 231 a) Ultrazent rüugierun g 231 ß) Ultrafiltration 232 y) Viskositätsmessung . . 232 ö) Statistische Ultramikrometrie 232 H. Die Grundlagen der Mikroskopie mit Elektronenstrahlen 233 1. Die Elektronenstrahlen . . . . . 233 2. Die Elektronenlinsen . . . . . . 234 a) Elektrische Felder und Linsen 234 b) Magnetische Felder und Linsen . 236 3. Die Elektronenstrahlerzeuger . . . 238 4. Die Elektronen-Indikatoren . . . . 239 5. Der Strahlengang im Elektronenmikroskop 239 6. Die Eigenschaften des elektronenmikroskopischen Bildes . . . . . . 242 7. Die physikalischen Grenzen der Elektronenmikroskopie . . . . 246 a) Optische Grenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 b) Durch Objekt und Elektronenindikatoren bedingte Grenzen. 247 a) Leistungsgrenze der Objektbelastung 248 ß) Dosisgrenze der Objektbelastung 249 8. Die historische Entwicklung 249 IH. Die Elektronenmikroskope 250 1. Der Gesamtaufbau . . . 250 2. Die Mikroskopröhre 251 3. Die elektrischen Anlagen 255 4. Die Vakuumanlagen und Kühlwasserleitungen . . . . . . . . .. 257 5. Die im Handel befindlichen Elektronenmikroskope. 258 IV. Die Präparationsmethoden . . . . . . 262 1. Die Objekthalterung . . . . . . . 263 a) Objektnetze und Objektblenden 263 b) Reinigung der Objektblenden 264 c) Objektträgerfassungen . . . . 264 2. Die Objektträgerfilme . . . . . . 265 a) Die Herstellung von Kollodiumfilmen 265 b) Die Berechnung der Dicke von Kollodiumfilmen 267 c) Aluminiumoxydfilme . . . . . . . . . . . 268 d) Siliziumdioxyd- und Siliziummonoxydfilme . 268 e) Silikatglasfilme . . . . . . . . . . . 269 f) Berylliumfilme .......... . 269 3. Die Beschickung der Filme mit Objekten 270 a) Tropfenmethode . . . . . . . . . . . 270 a) Der Objektträger-Vibrator . . . . . 271 ß) Die Gefrier-Vakuumtrockenkammer . 271 b) Niederschlagsmethode. . . . 273 a) Der elektrische Kernfäller 274 ß) Der Versuchsaufbau . . . . . 275 Inhaltsverzeichnis. VII Seite c) Oberflächenmethoden 277 a) Das Abklatschverfahren 278 ß) Das Abziehverfahren . . 278 ,,) Das Filmbewuchsverfahren . 279 15) Die Abdruckverfahren . . . 280 4. Die Objektvorbereitung . . . . . 283 a) Verfahren zur Untersuchung von Zellen und Geweben. 283 a) Schnitt-Schall-Verfahren . . . . 283 ß) Hochgeschwindigkeits-Mikrotome . . . . 284 ,,) Schnitt verfahren für Bakterien . . . . . 284 b) Anreicherung und Reinigung von Virussuspensionen 285 c) Virusadsorption an roten Blutkörperchen. 287 d) Verfahren zur Kontraständerung . . . . . 288 a) Färbemethoden . . . . . . . . . . . . 288 ß) Metallbedampfung (Schattenwurftechnik) 289 V. Die Auswertung von Beobachtungen und Aufnahmen. 291 1. Die Objektschädigungen dur<;h Elektronenstrahlen . 292 2. Die Vermessung der Objekte . . . . . . . . . . 293 a) Messen und Meßgenauigkeit in der Bildebene . . 293 b) Messen und Meßgenauigkeit in Richtung des Strahlenganges. 295 a) Messung aus dem Einzelbild . . . . . . . . 295 ß) Messung aus einem stereoskopischen Bildpaar . . . 297 3. Die statistische Auswertung . . . . . . . . . . . . . . 298 4. Die Bestimmung der Teilchenzahl in dispersen Systemen. 302 a) Bestimmung aus Filmen mit eingebetteten Objekten . 302 b) Bestimmung aus mittlerem Teilchengewicht und Teilchenkonzen- tration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 302 c) Bestimmung über die aerodisperse Zerteilung einer Suspension 302 a) Die Bestimmung der Teilchenzahl einer Suspension unter Zuhilfe nahme der Beziehung zwischen Fleckgröße und Tröpfchengröße 304 ß) Die Bestimmung der Teilchenzahl einer Suspension unter Ver- wendung eines vermeßbar kristallisierenden Salzzusatzes 305 d) Bestimmung der Teilchenzahl in einem Gasvolumen 306 VI. Ergebnisse der Virusforschung . 306 1. Protozoen . . . . . . . . . . . . 308 2. Spirochaeten und Leptospiren . . . 308 3. Bakterien einsehließlich Rickettsien. 311 a) Zellmembran . . . . . . . 312 b) Kapsel und Schleimsubstanz 315 c) Geißeln. . . . . . . . . . 316 d) Zellinhalt . . . . . . . . . 317 e) Verhalten gegenüber physikalischen und chemischen Einwirkungen 325 f) Serologische Reaktionen 328 4. Bakteriophagen. . . . . . . . . . . . . 329 a) Größe und Form . . . . . . 329 b) Wirkungsmechanismus und Vermehrung 335 5. Filtrierbare Mikroorganismen und "große Virusarten " 338 6. N ewcastle Virus . . . . . . . 344 7. Quaderförmige Virusarten . . . 346 a) Form, Größe und Struktur. 347 b) Vermehrungsweise . 352 c) Verhalten gegenüber physikalischen und chemischen Eingriffen 355 VIII Inhaltsverzeichnis. Seite 8. Varicellen- und Zostervirus 356 9. Influenzavirus . . . . . 358 10. Mumpsvirus . . . . . . . 364 11. Kaninchen-Papillomvirus 364 12. Pferde-Enzephalomyelitisvirus 365 13. Poliomyelitisvirus ..... 366 14. Virus der Maul- und Klauenseuche. 369 15. Das Agens des übertragbaren Milchdrüsentumors der Maus 369 16. Polyedervirus . . . . . . . . . . 370 17. Pflanzenpathogene Virusarten .. 376 a) Stäbchenförmige Virusproteine 376 b) Kugelförmige Virusproteine . . 379 c) Der Aufbau von, Viruskristallen und -gelen. 379 d) Physikalisch-chemische und serologische Reaktionen. 383 e) Die identische Reproduktion der Virusmoleküle 387 18. Die Systematik der Virusarten 389 Literatur ........ . 394 Literaturnachtrag ... . 414 Nachtrag bei der Korrektur 416 S ach verzeichnis 418 Technic and Application 01 Roller Tube Cultures. By A. E. FELLER; M. D. Associate Professor of Preventive Medicine and Assistant Professor of Medicine. The School of Medicine, Western Reserve University, Cleveland, Ohio. Introduction. The roller tube method of tissue culture permits the prolonged cultivatioil of tissue in the active state without explantation, and, when virus is added to the culture, offers a means of studying the virus-eell relationship for extended periods. The tissue may be readily observed in situ. The method employs tissue fragments which are fastened to the inner wall of a test tube by imbedding the tissue in a plasma coagulum. A small amount of nutrient material in the liquid state is added. The eulture is then rotated continuously in the horizontal po sition, alternately bathing the tissue in nutrient fluid and exposing it to the gaseous content of the tube. Fresh nutrient fluid is added when desired, and the gaseous environment of the tissue can be controlled. The culture may be infeeted with virus either when it is originally assembled or at any subsequent time. Nutrient fluid or bits of tissue may be removed for examination at will. However, the apparatus for continuous rotation of the culture requires consi derable eare and attention, and meticulous aseptie teehnic is necessary to avoid bacterial contamination when changing nutrient fluid and gaseous content of the culture. There is no certain explanation for the more prolonged activity of the tissues in roller tube cultures as contrasted with cultures by "classical" methods. It is possible that alternate exposure of the tissue to fluid and gaseous environment is favorable to the metabolism of the cells, or that the continuous distribution of metabolie and nutritive substances is advantageous. The roller tube method of tissue culture is not a new technic, but its use for the cultivation of viruses is a relatively re cent development. CARREL (I) sug gested the method in 1913, LÖWENSTÄDT (2) employed it in 1925, and subse quently the technie was modified by CARREL (3), GEY (4), GEY and GEY (5), and LEWIS (6). GEY and BANG (7) used roller tube cultures for the propagation of the virus of lymphopathia venerea in 1939. In 1940, FELLER, ENDERS, and WELLER (8) reported the cultivation of vaccinia virus by the roller tube method and earried out studies on the coexistence of the virus and living cells over extended periods. The technic, however, has not been widely used, despite its apparent advantages. In the present communication, the technic of roller tube tissue culture will be described and certain modifications of this method will be noted. In addition, a review of certain studies which have employed the roller tuhe method will be presented together with possible problems for which the technic appears to be Hdb. d. Virusforschg. (2. Erg.-Bd.l 1 2 A. E. FELLER, Technic and Application of Roller Tube Cultures. a useful tool. Emphasis will be given to general methods and technics rather than to detailed descriptions, since it is likely that the roller tube method, when used by others, will be modified according to the particular purpose or problem. Technic. The technic employed by FELLER, ENDERS and WELLER (8) will be described first to illustrate how a roller tube culture may be assembled, and the care which is given the culture for the prolonged cultivation of the tissue. It is not believed that this technic is better than the several others which might be employed, but it is the technic with which the author is most familiar. Following the description of this technic, various modifications will be described. A. Assembly and eare 01 roller tube euItures. Tissue. Minced chick embryos of 8 to 10 days incubation are an excellent source of tissue. The embryos from which the eyes have been removed are readily minced in a Petri dish with curved scissors. Pieces of tissue approximately a cubic millimeter in size are selected for cultivation. The eyes are removed before the embryos are minced because the dark pigment in them might interfere with subsequent observation of the growing tissue and the cones and rods of the retina might be confused with bacteria. Embryos older than 8 to 10 days are not recom mended as they may have feathers and the liver and bile of the older embryos may have an inhibitory effect upon growth (9). Plasma and serum. Cardiac puncture of adult chickens provides pla8ma when clotting is prevented with 0.2 per cent heparin, and serum when the blood is defibrinated with glass beads. Chickens are used because plasma and serum are homologous with the tissues being cultivated. Chicken plasma is especially desirable as a supporting medium for the tissues, since it clots rapidly and forms a tenacious coagulum. Simms' solution. The formula and preparation of this solution as described by SANDERS (10) follows: It is made up in two concentrated solutions, since, by making up relatively small quantities of concentrates, a large store of salt solution is insured. Final Concentration Concentrate, Gm. per liter Gm. per liter Solution A Sodium chloride ............................. . 8.000 160.00 Potassium chloride ........................... . 0.200 4.00 Calcium chloride (CaCl •. 2H ü) •............... 0.147 2.94 2 Magnesium chloride (MgCI2• 6H2Ü) •............ 0.203 4.06 Solution B Sodium bicarbonate ........................... 1.010 20.20 Disodium phosphate .......................... 0.213 4.26 Dextrose. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.000 20.00 Phenol red. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 0.050 1.00 Solution A is autoclaved. Solution B is filtered -through a neutral sintered 5/3 Jena glass filter and kept,stoppered, in the refrigerator. Filty ce. of solution A is added to 900 ce. of double distilled water. The whole is then autoclaved. 50 ce. of solution B is added after autoclaving. Filtration of mother solution B may be effected with a Berkefeld N filter. n a precipitate forms, it may be redissolved by bubbling carbon dioxide through the solution.
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