病毒

,第三章 病 毒,三、温和性噬菌体和溶源性,1. 烈性噬菌体（virulent phage）：,感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体。,2. 温和噬菌体（temperate phage）：,感染宿主细胞后，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内（整合于宿主的基因组上或以质粒形成独立存在），并随宿主基因组的复制而同步复制，没有成熟噬菌体产生，不引起宿主细胞裂解的噬菌体。,这种噬菌体与宿主之间的关系称为溶源性（lysogeny）。 凡能引起溶源性的噬菌体称为温和噬菌体，其宿主称为溶源菌。,第三节 噬菌体,温和噬菌体的存在形式有3种：,游离态：,前噬菌体所携带的遗传信息由于受噬菌体本身编码的一种特异阻遏物的阻遏作用而得不到表达，因此不进行DNA复制和蛋白质合成。但随宿主菌基因组的复制而同步复制。,营养态：,整合态：,指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子,已整合到宿主基因组上的噬菌体核酸，称为前噬菌体（prophage ）。,指前噬菌体经外界理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制、合成和装配的状态,温和噬菌体的溶源性反应：,（参见P82）,整合于细菌染色体或以质粒形成存在的温和噬菌体基因组称做原噬菌体（prophage）,细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌（lysogenic bacteria）,噬菌体的的溶源性反应：,进入宿主后线状基因组依靠粘性末端环化,噬菌体以大肠杆菌K12为宿主,了解最充分的一种温和噬菌体，dsDNA，头部为二十面体，非收缩性长尾。,噬菌体的的溶源性反应：,基因组的表达与复制存在着强烈的时序性,噬菌体基因组有40多个基因，大多数基因根据功能不同聚集在一起，分别涉及头部合成、尾部合成、溶源性及调控、DNA复制和细胞裂解。,噬菌体的溶源性反应：,通过特定位点（att位点）以线状形式整合进大肠杆菌半乳糖操纵子和生物素操纵子之间，成为原噬菌体。,对于溶源性来说，整合并非绝对需要。大肠杆菌噬菌体P1在溶源菌中以独立的环状DNA分子存在，并与宿主染色体同步复制。,3. 溶源菌（lysogen或 lysogenic bacteria）,含有噬菌体基因组的大肠杆菌，表示：E. coli K12(),溶源菌的检测方法： 法1：少量溶源菌+大量敏感指示菌+肉汤琼脂培养基 特殊噬菌斑（中央溶源菌菌落，周围透明）法2：溶源菌经uv照射，进一步培养，滤去培养物中活细菌， 将滤液与敏感菌混合培养，形成透明噬菌斑。,溶源菌的特性：,1）遗传特性（溶源菌产生的子细胞一般也是溶源菌）；,2）可自发裂解（10-210-5）；,3）可诱导裂解（uv，x-射线，丝裂霉素C，氮芥）；,4）免疫性（溶源菌对超感染具有“免疫性”，即另一个同类噬菌体不感染该溶源菌，有时虽然可再次感染该溶源菌，但其核酸不能复制和表达。而溶源菌可同时被非同源噬菌体感染，表现出双重溶源性。免疫性是由原噬菌体产生阻遏蛋白的可扩散性质决定的。）,5）复愈性（10-5，丧失其前噬菌体，变为非溶源菌）,6）溶源转变(lysogenic conversion) ，溶源菌有时还能获得新的生理特性（原噬菌体引起的溶源菌除免疫性以外的其他表形改变，包括细胞表面性质的改变和致病性转变）。,白喉棒杆菌（不产毒素）：噬菌体感染而发生溶源化 （溶源化后产白喉毒素）鸭沙门氏菌：15噬菌体感染而发生溶源化（细胞表面多糖结构改变，导致15噬菌体不再感染该宿主细胞）,（一）动物病毒的分类,第四节 真核细胞病毒,一、动物病毒,主要参考两方面的特征: 形态学特征、核酸特征,（二）动物病毒的复制,与噬菌体基本相同，其复制可以分成六个阶段：吸附、侵入和脱壳，病毒核酸的复制，病毒外壳的合成与装配，最后是成熟病毒的释放。,1. 病毒粒子的吸附,毒粒,敏感细胞,(1)随机碰撞而接触（静电引力或氢键）,可逆吸附，无特异性（非细胞颗粒也可吸附）,(2)病毒吸附蛋白与细胞受体的结合,特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段,动物病毒： 3种侵入方式,无包膜病毒只有核酸注入细胞质中；,大多数包膜病毒或部分无包膜病毒通过细胞的内吞功能,病毒包膜与细胞质 膜的融合；,2. 侵入,脱壳,动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式，其脱壳过程也较复杂。,病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜隐期。,（1） DNA病毒核酸的复制、转录,3. 病毒核酸的复制,DNA复制：通常在宿主细胞核完成，也有一些病毒的基因组在细胞质中复制(如痘病毒)。早期mRNA通常由宿主的酶以病毒DNA为模板进行转录，仍有例外情况，如痘病毒利用自身的聚合酶合成mRNA。,转录,（2） RNA病毒核酸的复制、转录,RNA的复制：在宿主细胞基质中进行的。 单链RNA病毒通常将ssRNA转变为复制型dsRNA，指导合成新的病毒RNA基因组。 双链RNA病毒一般包含多条不同的dsRNA，RNA要与特定蛋白结合形成一个复合体，在复合体中复制形成一个双链基因组。,转录,（3）逆转录酶病毒核酸的复制 、转录,反转录病毒核酸的复制：在其它病毒也显著不同。形成的dsDNA进行环化，然后整合到宿主细胞染色体上，之后病毒核酸才开始增殖，或转录和合成能使细胞肿瘤化的蛋白。,转录,4衣壳的合成和病毒粒子的装配,晚期mRNA指导衣壳蛋白的合成，衣壳蛋白的自发装配过程与噬菌体的装配过程类似。,装配在细胞质中进行。在装配过程中，空的前衣壳首先形成，然后核酸以某种未知的方式插入衣壳中。,有包膜病毒的衣壳的装配通常与无包膜病毒相同。,5病毒粒子的释放,无包膜病毒粒子和有包膜病毒粒子释放的机制是不同的。,包膜病毒的释放与包膜的形成通常是并行的，宿主细胞可以在一段时间里持续释放病毒粒子。,病毒编码的蛋白质与细胞膜融合，然后在释放核衣壳的同时，细胞膜以出芽的形式形成病毒包膜。,无包膜病毒通常是通过裂解宿主细胞而释放的。,有包膜病毒的装配与释放有时也是同时完成的。,二、植物病毒,主要依据形态学特征：(很多植物病毒具有螺旋型衣壳 ，多数植物病毒衣壳是由一种类型的蛋白质组成的),（一）植物病毒的分类,几乎所有的植物病毒都是单链或双链的RNA病毒，极少数是DNA病毒。,通过因人为地或自然的机械损伤所形成的微伤口进入细胞；或者靠携带有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆虫取食将病毒带入细胞。,（二）植物病毒的繁殖,1. 植物病毒的侵染,2. 植物病毒生物大分子的合成,+RNA,翻译,RNA复制酶,RNA(ds),+RNA,可作为mRNA,噬菌体蛋白,其单链RNA为正链，可作为mRNA指导噬菌体蛋白合成,组装成噬菌体,2. 植物病毒装配,病毒粒子整个装配过程高度有序。在衣壳蛋白和RNA基因组合成完毕后，衣壳粒靠拢，衣壳蛋白与TMV RNA同时从专一的装配起始位点开始装配。衣壳粒不断地以螺旋方式装配，形成一个长杆状衣壳。随着杆的延长，RNA也螺旋形盘绕于衣壳的中间通道内，并在末端形成环状结构。,增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动蛋白（movement protein）与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞。,3. 子代病毒释放和再侵染,三、昆虫病毒,依据病毒是否能感染昆虫并在其体内繁殖以及是否以昆虫为主要宿主，可把病毒分为7个科：,（一）昆虫病毒的分类,杆状病毒科、虹彩病毒科、呼肠弧病毒科、痘病毒科、细小病毒科、微小核糖核酸病毒科、弹状病毒科,最重要的3个科,很多昆虫的感染伴随着细胞内包涵体的形成。根据包涵体的形状和形成位置可将病毒分为三类：颗粒体病毒、细胞质多面体和核心多面体病毒。,颗粒体病毒：在细胞质内形成的颗粒状蛋白包含体,多面体病毒：在被感染细胞的细胞核或细胞质中形成多面体包含体。,包涵体的成分是蛋白质，其内包裹一个或多个病毒粒子。多面体病毒粒子对高温、低pH和多种化学物质有耐受力，但当接触到昆虫肠中的碱性物质后，包含体就会溶解，释放出病毒粒子，随后感染昆虫的中肠细胞。,（二）昆虫病毒的包涵体和杀虫机理,杀虫机理：,第一，昆虫病毒只攻击无脊椎动物，有很强的宿主专一性，因此相对安全可靠。第二，由于包含体对病毒具有保护作用，当散布到环境中这些病毒粒子有较长的保存期和较高的存活率。第三，这些病毒粒子在昆虫的幼虫组织内能够达到很高的浓度（每只幼虫含有高达1010个病毒粒子），因此非常适合商业生产。,（三）昆虫病毒用于杀虫剂的原因,大多数真菌病毒来自高等真菌，如青霉菌属和曲霉菌属，一般包含有双链RNA，真菌病毒大多是具有潜伏性的病毒，该病毒在宿主体内可诱发植物疾病。 低等真菌的病毒知之甚少，在研究过的少量病毒中，含有dsRNA和dsDNA基因组。与高等真菌的病毒不同，低等真菌病毒的繁殖都伴随着宿主损伤和裂解。 真核藻类的病毒只有少数被分离出来，目前所有研究过的这类病毒都具有dsDNA基因组和多面体结构衣壳。 ,四、真菌病毒和藻类病毒,第五节 亚病毒,类病毒,拟病毒（卫星病毒）,朊病毒,自然界中一些只含有核酸或只含有蛋白质的分子病原体，被称为亚病毒。,亚病毒,一、类病毒（viroids）,1.定义：,只含RNA组分、专性活细胞内寄生的分子病原体。,2.与其它病毒不同点：,没有衣壳；闭合ssRNA (250-370bp)；碱基配对的杆状区与未配对的环状区相间排列（棒状闭合环状分子）不作mRNA指导蛋白质合成；能在宿主细胞内自我复制。,3.致病性：,马铃薯纺锤形块茎病，柑橘裂皮病,二、拟病毒（virusoids）,拟病毒：一类包裹在真病毒粒子中的有缺陷的亚病毒。,辅助病毒：包裹拟病毒的真病毒被称为辅助病毒。,拟病毒特点：拟病毒一般不具有衣壳，基因组为RNA或DNA，多数只含300-400个核苷酸，是辅助病毒的“卫星病毒”（所以又称卫星病毒），不能独立复制，必须依赖辅助病毒的协助。拟病毒和辅助病毒基因组没有同源性。,辅助病毒的复制不需要拟病毒的参与,三、朊病毒（prion）,又称“普利昂”或“蛋白侵染子”,1.定义：,一类不含核酸的侵染性蛋白质分子，通常称为PrP(prion protein),2. 致病性：,引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病,羊瘙痒病牛海绵状脑病（疯牛病） 库鲁氏病克雅氏病 格-史氏综合症,3. 朊病毒致病的可能机制,推测其致病机制是： prp存在两种类型，即在患病组织中的prpsc（致病型）和正常脑组织与患病组织中都存在的prpc（细胞型）。 两种蛋白的一级结构相同，但二级结构有很大差异，细胞型prp对蛋白酶敏感，无聚集能力，而致病型prp对蛋白酶有一定抗性，且可聚集成纤维状组织。 动物体内如果未被朊病毒感染，通常细胞型prp不会自发转变为致病型prp，而当被朊病毒感染后，患者体内的细胞型prp会发生构象转变而成为致病型prp。,朊病毒感染会导致多拷贝的朊病毒蛋白质的产生，是否违背“中心法则”？,朊病毒的发现与思考,1） 朊病毒感染会导致多拷贝的朊病毒蛋白质的产生，是否违背“中心法则”？,3）蛋白质折叠与功能的关系，是否存在折叠密码？,2）蛋白质是否可以作为遗传物质？ prion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？,1. 噬菌体的侵染与异常发酵,发酵周期延长；碳源消耗缓慢； 发酵产物形成缓慢或根本不形成； 发酵液产气泡，粘稠，拉丝； OD值不升或下降；革氏染色不均匀，菌体少，有碎片；pH值变化大，明显上升；用敏感菌作平板检查时，出现大量噬菌斑；电镜观察，可见大量噬菌体粒子。,一、噬菌体与发酵工业,第六节 病毒与发酵工业,2. 噬菌体的分离与检查,直接观察法（电镜）双层平板法或液体法,3. 预防噬菌体污染的措施,(1) 决不使用污染或有污染嫌疑的菌种，并经常轮换生产菌种;(2) 各种非生产菌液及时灭活;(3) 生产设备定期清洗、灭菌;(4) 严格操作守则。(5) 严格保持环境卫生;,4. 已染噬菌体后发酵过程应采取的措施,(1) 加入少量的表面活性剂，如0.10.2土温等，抑制噬菌体吸附；(2) 加入少量的抗生素，如12g/ml的四环素、氯霉素等，抑制噬菌体蛋白合成；(3) 加入一些金属螯合剂，如草酸钠等也对抑制噬菌体的吸附有帮助。(4) 如要继续发酵，应及时向发酵液中补加抗噬菌体的菌种。(5) 如果是在发酵后期感染噬菌体，应尽快将发酵液中的产品提取以减少损失。,二、噬菌体与基因工程,通过结构改造，可成为理想的基因工程的载体,作为基因工程载体的优点：(1)由于噬菌体基因组中约一半基因不是噬菌体生长和噬菌斑形成所必需的，可被外源基因取代而不影响其生长繁殖。(2)噬菌体能将其自身基因组与宿主基因组进行整合，可使插入的外源基因随宿主基因共同复制，便于目标基因的收获。(3)噬菌体载体感染效率高，对宿主不需要象质粒转化那样制备感受态细胞，操作简便。,p91,p92,1. 噬菌体,作为基因工程载体的优点：(1) 有大的基因片段可以接受改造。(2) 子代病毒粒子是通过病毒DNA穿出宿主细胞膜而释放，宿主细胞并不裂解，可使病毒粒子上携带的基因实现持续表达和分泌。(3) 基因组为单链DNA，是测序和突变分析的理想材料，同时