病毒感染性疾病VIP

病毒学病毒学 医学微生物学教研室医学微生物学教研室 1 2 病毒感染性疾病病毒感染性疾病 新的病毒的出现和病毒感染性疾病仍然新的病毒的出现和病毒感染性疾病仍然 严重危害人类健康。严重危害人类健康。 AIDS, HBV infection, Influenza , SARS 3 病毒感染与肿瘤病毒感染与肿瘤 4 病毒 (virus) 体积非常微小，必须用电子显微镜放大几体积非常微小，必须用电子显微镜放大几 万至几十万倍后方可观察；万至几十万倍后方可观察； 结构简单，无完整细胞结构，仅有一种核结构简单，无完整细胞结构，仅有一种核 酸（酸（ RNA或或 DNA）；）； 严格的细胞内寄生性，只能在一定种类的严格的细胞内寄生性，只能在一定种类的 活细胞中增殖；活细胞中增殖； 以复制方式繁殖 5 第 23章 病毒的基本性状 6 第一节第一节 病毒的大小与形态病毒的大小与形态 病毒体（ virion ） 完整的、成熟的病毒颗粒。是细胞外的结 构形式，具有典型的形态结构，并有感染 性。 7 病毒的大小病毒的大小 - 观察仪器：电子显微镜观察仪器：电子显微镜 测量单位：测量单位： 纳米（纳米（ nm） 直径直径 :20300nm; 能通过细菌滤器；能通过细菌滤器； 离心沉降离心沉降 ： 510万转万转 /分分 。 8 病毒的形态病毒的形态 球形 杆状（丝状） 砖状 弹状 蝌蚪状 9 砖状 弹状 球形 蝌蚪状 杆状 10 11 12 第二节第二节 病毒的结构和化学组成病毒的结构和化学组成 13 病 毒 体 核心 衣壳 包膜 核衣壳 裸 露 病 毒 包 膜 病 毒 14 15 裸露病毒 包膜病毒 16 核心核心 ： 核酸核酸 ，病毒的基因组，病毒的基因组 化学成分为化学成分为 DNA或或 RNA，藉此分成，藉此分成 DNA和和 RNA病毒病毒 两大类两大类 核酸可以为线型或环型核酸可以为线型或环型 可为单链或双链可为单链或双链 DNA病毒大多为双链病毒大多为双链 , RNA病毒大多是单链。单链病毒大多是单链。单链 RNA 有正链与负链之分。双链有正链与负链之分。双链 DNA或或 RNA皆有正链与负链。皆有正链与负链。 有的病毒核酸分节段有的病毒核酸分节段 病毒核酸大小差异悬殊病毒核酸大小差异悬殊 17 n 衣壳衣壳 ： 蛋白质外壳蛋白质外壳 抗原性抗原性 保护核酸保护核酸 致病性致病性 由由 壳粒壳粒 组成，排列方式呈对称组成，排列方式呈对称 性性 螺旋对称型螺旋对称型 20面体对称型面体对称型 复合对称型复合对称型 18 helical symmetry complex symmetry icosahedral symmetry 19 五邻体 六邻体 20 n 包膜包膜 (envelope)： 某些病毒在成熟某些病毒在成熟 的过程中穿过宿主细胞，以的过程中穿过宿主细胞，以 出芽方式出芽方式 向向 宿主细胞外释放时获得的，含有宿主细宿主细胞外释放时获得的，含有宿主细 胞膜或核膜成分，包括脂类和少量糖类胞膜或核膜成分，包括脂类和少量糖类 。 n 刺突刺突 (spike)： 包膜表面不同形状的突包膜表面不同形状的突 起，也叫包膜子粒，化学成分为糖蛋白起，也叫包膜子粒，化学成分为糖蛋白 。 21 22 病毒体结构模式图 衣壳 核心（核样物） 核衣壳 包膜 包膜病毒 包膜子粒 壳粒 23 结结 构构 化学组成化学组成 功能功能 核心核心 核酸核酸 (DNA或或 RNA) 病毒复制病毒复制 （双链（双链 /单链）单链） 决定病毒的特决定病毒的特 性性 （线型（线型 /环型）环型） 具有感染性（感染具有感染性（感染 性核酸）性核酸） （连续（连续 /分节段）分节段） 保护保护 核酸核酸 衣壳衣壳 蛋白质蛋白质 具有抗原性具有抗原性 与病毒的致与病毒的致 病性有关病性有关 维持病毒维持病毒 的形状的形状 包膜包膜 蛋白质、糖、脂类蛋白质、糖、脂类 具有抗原性具有抗原性 维持病毒维持病毒 的形状的形状 刺突刺突 包膜表面凸起的结构；包膜表面凸起的结构； 与病毒的致病性有关与病毒的致病性有关 是由病毒基因编码的糖蛋白是由病毒基因编码的糖蛋白 24 感染性核酸感染性核酸 (infectious nucleic acid) -某些病某些病 毒在除去病毒衣壳后，其游离的核酸仍可进入宿主细胞毒在除去病毒衣壳后，其游离的核酸仍可进入宿主细胞 , 并能增殖，有感染性。并能增殖，有感染性。 DNA病毒（病毒（ dsDNA,ssDNA）；）； RNA病毒病毒 (+ssRNA) 结构蛋白结构蛋白 -构成全部衣壳、包膜和基质的蛋白。构成全部衣壳、包膜和基质的蛋白。 病毒吸附蛋白病毒吸附蛋白 (VAP)： 能与宿主细胞表面受体结合的蛋白能与宿主细胞表面受体结合的蛋白 。 非结构蛋白非结构蛋白 -由病毒基因组编码，但不参与病毒由病毒基因组编码，但不参与病毒 体构成部分的病毒蛋白多肽体构成部分的病毒蛋白多肽 。 可以存在于病毒体内，也可以不存在于病毒体内而只可以存在于病毒体内，也可以不存在于病毒体内而只 存在于感染细胞中。存在于感染细胞中。 蛋白水解酶；逆转录酶；蛋白水解酶；逆转录酶； DNA聚合酶聚合酶 25 26 第三节第三节 病毒的增殖病毒的增殖 27 病毒的复制周期病毒的复制周期 从病毒进入细胞开始，经基因组复制从病毒进入细胞开始，经基因组复制 到子代病毒的释出，称为一个复制周期。到子代病毒的释出，称为一个复制周期。 复制过程：复制过程： 吸吸 附附 穿穿 入入 脱脱 壳壳 组装和释放组装和释放生物合成生物合成 28 吸附吸附 （ adsorption） 病毒需先吸附于易感细胞膜上，才能与病毒需先吸附于易感细胞膜上，才能与 之相互作用，启动增殖过程。之相互作用，启动增殖过程。 吸附分为两个阶段：接触吸附分为两个阶段：接触 ; 化学亲和。化学亲和。 接触接触 -随机碰撞而接触；随机碰撞而接触； -离子的电荷吸引离子的电荷吸引 ; 非特异可逆性非特异可逆性 结合结合 化学亲和化学亲和 -病毒表面的配体病毒表面的配体 VAP与细胞表与细胞表 面面 的病毒受体结合。的病毒受体结合。 特异不可逆结合特异不可逆结合 29 病毒受体病毒受体 ：由：由 宿主基因组所编码、控制和宿主基因组所编码、控制和 表达表达 的一组能参与病毒结合、的一组能参与病毒结合、 相互相互 作用，便于病毒感染宿主细胞、作用，便于病毒感染宿主细胞、 位位 于细胞膜表面于细胞膜表面 的蛋白质组分。的蛋白质组分。 病毒吸附蛋白（病毒吸附蛋白（ VAP） ： 病毒体表面病毒体表面 能与能与 细胞受体结合的蛋白质。细胞受体结合的蛋白质。 30 A包膜病毒包膜病毒 B 裸露病毒裸露病毒 31 32 穿入（穿入（ penetration） : 病毒吸附在易感细胞表面上后，可通过多种病毒吸附在易感细胞表面上后，可通过多种 方式进入细胞内。方式进入细胞内。 吞饮吞饮 -裸露的病毒；裸露的病毒； 如：痘类病毒如：痘类病毒 融合融合 -包膜病毒；包膜病毒； 如：人类免疫缺陷如：人类免疫缺陷 病毒病毒 直接进入直接进入 -微小病毒；如：呼肠孤病毒微小病毒；如：呼肠孤病毒 穿入过程中需一定的温度（穿入过程中需一定的温度（ 2537 ）及能量供应（细胞中的）及能量供应（细胞中的 ATP分解，释放能量）。分解，释放能量）。 33 34 35 直接进入 36 脱壳脱壳 (uncoating)： 进入易感细胞的病毒体必须脱去衣壳，才能使病毒基进入易感细胞的病毒体必须脱去衣壳，才能使病毒基 因组发挥因组发挥 作用。作用。 不同病毒脱壳的方式各异：不同病毒脱壳的方式各异： 外壳留在宿主细胞外，如：噬菌体。外壳留在宿主细胞外，如：噬菌体。 在宿主细胞溶酶体酶的作用下，衣壳蛋白溶解，在宿主细胞溶酶体酶的作用下，衣壳蛋白溶解， 如：脊髓灰质炎病毒。如：脊髓灰质炎病毒。 在宿主细胞溶酶体酶及病毒特有的脱壳酶的双重作在宿主细胞溶酶体酶及病毒特有的脱壳酶的双重作 用下，衣壳蛋白才能完全溶解，如：痘病毒。用下，衣壳蛋白才能完全溶解，如：痘病毒。 37 enveloped virus 38 naked viruses 39 40 生物合成生物合成 (biosynthesis)： 病毒基因组一旦释放到细胞中，就开始病毒基因组一旦释放到细胞中，就开始 病毒的生物合成。病毒的生物合成。 生物合成一般分两个阶段生物合成一般分两个阶段 : 早期合成早期合成 晚期合成晚期合成 * * 41 早期合成早期合成 : 抑制宿主细胞的代谢。抑制宿主细胞的代谢。 病毒基因编码转病毒基因编码转 录、翻译抑制细胞代谢的蛋白质；病录、翻译抑制细胞代谢的蛋白质；病 毒毒 激活细胞内隐伏的对细胞自身代谢抑激活细胞内隐伏的对细胞自身代谢抑 制制 的成分。的成分。 转录早期转录早期 mRNA，翻译合成早期蛋白，翻译合成早期蛋白 （病毒进行生物合成所需要的酶）（病毒进行生物合成所需要的酶） 42 晚期合成：晚期合成： 病毒子代核酸的复制病毒子代核酸的复制 病毒基因组转录、翻译病毒基因组转录、翻译 产生病毒结构蛋白产生病毒结构蛋白 43 由于病毒基因组的类型不同，故其病毒基因的转录由于病毒基因组的类型不同，故其病毒基因的转录 、蛋白质合成的方式也不同。、蛋白质合成的方式也不同。 按核酸类型将病毒的生物合成分为六大类型按核酸类型将病毒的生物合成分为六大类型 ： 双链双链 DNA病毒病毒 单链单链 DNA病毒病毒 单正链单正链 RNA病毒病毒 单负链单负链 RNA病毒病毒 双链双链 RNA病毒病毒 逆转录病毒逆转录病毒 44 双链双链 DNA病毒病毒 dsDNA mRNA(早期早期 ) 早期蛋白早期蛋白 复复 制制 子代子代 dsDNA mRNA(晚期晚期 ) 晚晚 期蛋白期蛋白 （结构蛋白）（结构蛋白） 翻译RNA多聚酶 翻译转录 转录 （ DNA聚合酶） 45 单正链单正链 RNA病毒病毒 +ssRNA RNA聚合酶聚合酶 - ssRNA （ mRNA） 合合 成成 翻翻 译译 +ssRNA -ssRNA 早期蛋白早期蛋白 晚期蛋白晚期蛋白 子代子代 +ssRNA 翻译 （结构蛋白） 46 单负链单负链 RNA病毒病毒 -ssRNA -ssRNA +ssRNA 病毒蛋白病毒蛋白 子子 代代 -ssRNA (结构蛋白；结构蛋白； RNA聚合酶聚合酶 ) RNA聚合酶 翻译 47 逆转录病毒逆转录病毒 病毒病毒 RNA 逆转录酶逆转录酶 RNA RNA酶酶 ssDNA DNA DNA多聚酶多聚酶 宿主细胞宿主细胞 DNA dsDNA 插入宿主细胞插入宿主细胞 DNA中中 前病毒（前病毒（ provirus）：整合在宿主细胞）：整合在宿主细胞 DNA上的病毒上的病毒 DNA。 整合酶 48 49 组装、成熟和释放组装、成熟和释放 (assemble maturation and release) 组装组装 -将生物合成的蛋白和核酸装配成子将生物合成的蛋白和核酸装配成子 代核衣壳的过程代核衣壳的过程 。 病毒种类不同，其装配的部位、方式不同病毒种类不同，其装配的部位、方式不同 。 DNA病毒病毒 的核衣壳在的核衣壳在 核内装配核内装配 ； RNA 病毒病毒 的核衣壳在的核衣壳在 胞质内装配胞质内装配 50 释放释放 -组装完毕的病毒颗粒，以不同方组装完毕的病毒颗粒，以不同方 式从宿主细胞中释放出去。式从宿主细胞中释放出去。 细胞裂解，病毒释放细胞裂解，病毒释放 -裸露的病毒裸露的病毒 病毒出芽，游离于细胞外病毒出芽，游离于细胞外 -包膜病毒包膜病毒 某些病毒基因组复制完成后，并不进行组装，而某些病毒基因组复制完成后，并不进行组装，而 是将其是将其 核酸（核酸（ DNA）整合到宿主染色体中）整合到宿主染色体中 ，随宿主染，随宿主染 色体一起复制，引起宿主细胞功能的改变。多见于一色体一起复制，引起宿主细胞功能的改变。多见于一 些引起肿瘤的病毒。些引起肿瘤的病毒。 51 enveloped viruses 52 naked viruses 53 54 55 病毒的增殖皆出现一步生长曲线：接种病毒后，在起初一病毒的增殖皆出现一步生长曲线：接种病毒后，在起初一 段时间内（数分钟至数小时），细胞中测不到病毒颗粒，称此段时段时间内（数分钟至数小时），细胞中测不到病毒颗粒，称此段时 间为间为 隐蔽期隐蔽期 ；当隐蔽期终结后，开始出现新的病毒个体，数量逐渐；当隐蔽期终结后，开始出现新的病毒个体，数量逐渐 增多，称之为增多，称之为 增殖期（对数生长期）增殖期（对数生长期） 。随后，病毒数量趋于稳定，。随后，病毒数量趋于稳定， 最终致细胞死亡，称之为最终致细胞死亡，称之为 细胞死亡期细胞死亡期 。 隐蔽期 增殖期 细胞死亡期 病毒增殖的特点病毒增殖的特点 56 病毒的异常增殖病毒的异常增殖 1.顿挫感染顿挫感染 (abortive infection)： 有的有的 细胞细胞 缺乏病毒复制缺乏病毒复制 所需要的酶、能量以所需要的酶、能量以 及某些必要成分，因此病毒在其中不能合成自及某些必要成分，因此病毒在其中不能合成自 身成分，或不能组装成有感染性的病毒颗粒。身成分，或不能组装成有感染性的病毒颗粒。 非容纳细胞非容纳细胞 (non-permissive cell)：不能为：不能为 病毒复病毒复 制提供相应的酶、能量及必要成分的细制提供相应的酶、能量及必要成分的细 胞。胞。 容纳细胞容纳细胞 (permissive cell) 57 2.缺陷病毒缺陷病毒 (defective virus)： 因因 病毒基因组病毒基因组 不完整或因某一基因位点不完整或因某一基因位点 改变，导致病毒不能复制出完整的有感染性的改变，导致病毒不能复制出完整的有感染性的 病毒颗粒。病毒颗粒。 辅助病毒辅助病毒 (helper virus)： 与缺陷病毒同与缺陷病毒同 时感时感 染细胞时，能够弥补缺陷病毒的不足染细胞时，能够弥补缺陷病毒的不足 ， 使之复制出完整病毒。这种有辅助作使之复制出完整病毒。这种有辅助作 用用 的病毒称为辅助病毒。的病毒称为辅助病毒。 58 3. 干扰现象干扰现象 (interference) 当当 两种病毒两种病毒 感染感染 同一细胞同一细胞 时，可发生一种病毒时，可发生一种病毒 抑制抑制 另一种病毒增殖的现象，称为干扰现象。另一种病毒增殖的现象，称为干扰现象。 发挥干扰作用的缺陷病毒称为发挥干扰作用的缺陷病毒称为 缺陷干扰颗粒缺陷干扰颗粒 （ defective interfering particle, DIP）。）。 机制机制 ：干扰素的产生；：干扰素的产生； 吸附干扰；吸附干扰； 复制干扰复制干扰 活病毒 死病毒活病毒 干扰 59 第四节 病毒的遗传与变异 60 一、病毒的遗传物质及其特点一、病毒的遗传物质及其特点 遗传物质遗传物质 ： DNA 或或 RNA 特点特点 ： 只有一种核酸，且存在形式多只有一种核酸，且存在形式多 样；样； 基因数目少，结构较简单；基因数目少，结构较简单； 复制方式具有多样性；复制方式具有多样性； 有较大的遗传不稳定性。有较大的遗传不稳定性。 61 二、基因突变二、基因突变 突变突变 ：病毒基因组碱基序列发生改变。：病毒基因组碱基序列发生改变。 基因组突变的方式基因组突变的方式 ： 点突变；缺失突变；插入突变。点突变；缺失突变；插入突变。 突变类型突变类型 ： 基因突变基因突变 -突变发生在基因结构内，突变发生在基因结构内， 产生的变异株可导致特定表型的改产生的变异株可导致特定表型的改 变。变。 静默突变静默突变 -未引起表型改变的突变。未引起表型改变的突变。 62 常见的、有意义的突变株有常见的、有意义的突变株有 : 条件致死性突变株条件致死性突变株 温度敏感性突变株（温度敏感性突变株（ ts mutant ） -在容许性温度下可增殖，而在非容许性温在容许性温度下可增殖，而在非容许性温 度下则不能增殖的病毒突变株，常用于制备疫度下则不能增殖的病毒突变株，常用于制备疫 苗。苗。 缺陷型干扰突变株（缺陷型干扰突变株（ DIM） 宿主范围突变株宿主范围突变株 耐药突变株耐药突变株 63 三、基因重组与重配三、基因重组与重配 重组重组 recombination-两个病毒基因组间核酸序两个病毒基因组间核酸序 列互列互 换、组合的过程。换、组合的过程。 重配重配 reassortment-在分节段的在分节段的 RNA病毒基病毒基 因组因组 之间，两个病毒株可通过基因片断的交换之间，两个病毒株可通过基因片断的交换 使子使子 代基因组发生突变的过程。代基因组发生突变的过程。 流感病毒，轮状病毒，汉坦病毒流感病毒，轮状病毒，汉坦病毒 重组与重配可导致基因复活：重组与重配可导致基因复活： 交叉复活交叉复活 -活病毒与灭活病毒间。活病毒与灭活病毒间。 多重复活多重复活 -两个或多个灭活病毒间。两个或多个灭活病毒间。 64 重组 65 重配 66 67 四、基因整合四、基因整合 （ Gene integration） 在病毒感染宿主细胞的过程中在病毒感染宿主细胞的过程中 ，有时病毒基因，有时病毒基因 组中的组中的 DNA片段可插入到宿主染色体片段可插入到宿主染色体 DNA中，这中，这 种种 病毒基因组与细胞基因组的重组过程病毒基因组与细胞基因组的重组过程 称为基称为基 因整合。因整合。 DNA病毒病毒 逆转录病毒逆转录病毒 溶原性噬菌体溶原性噬菌体 68 五、病毒基因产物的相互作用五、病毒基因产物的相互作用 1.互补作用和加强作用互补作用和加强作用 互补作用（互补作用（ Complementation） ：指两种病毒感染同一：指两种病毒感染同一 细胞时，其中一种病毒的基因产物（如结构蛋白和代细胞时，其中一种病毒的基因产物（如结构蛋白和代 谢酶等）促使另一病毒增殖。其实质不是病毒之间的谢酶等）促使另一病毒增殖。其实质不是病毒之间的 基因重组，而是两种病毒能相互提供另一缺陷病毒所基因重组，而是两种病毒能相互提供另一缺陷病毒所 需的基因产物。需的基因产物。 缺陷病毒 缺陷病毒辅助病毒 69 2. 表型混合与核壳转移表型混合与核壳转移 表型混合（表型混合（ Phenotypic mixing） ： 有时两株有时两株 病毒共同感染同一细胞时，一种病毒复制的核酸病毒共同感染同一细胞时，一种病毒复制的核酸 被另一病毒所编码的蛋白质衣壳或包膜包裹，这被另一病毒所编码的蛋白质衣壳或包膜包裹，这 种改变不是遗传物质的交换，而是种改变不是遗传物质的交换，而是 基因产物的交基因产物的交 换换 ，称为表型混合。，称为表型混合。 70 表 型 混 合 71 核 壳 转 移 生物合成 组装 TRANSCAPSIDATION 72 第五节第五节 理化因素对病毒的理化因素对病毒的 影响影响 73 灭活（灭活（ incativation） ： 从细胞中释放出来的病毒体，受从细胞中释放出来的病毒体，受 到到 物理、化学因素作用后，会物理、化学因素作用后，会 失去失去 感染性感染性 ,不能复制出完整的病毒颗粒不能复制出完整的病毒颗粒 。 灭活的病毒仍可保留抗原性、红细胞灭活的病毒仍可保留抗原性、红细胞 吸附性、血凝及细胞融合等特性。吸附性、血凝及细胞融合等特性。 74 理化因素灭活病毒的机制是理化因素灭活病毒的机制是 ： (1) 破坏有包膜病毒的包膜破坏有包膜病毒的包膜 -冻融或脂溶剂冻融或脂溶剂 (2) 使病毒蛋白变性使病毒蛋白变性 -酸、碱、温度酸、碱、温度 (3) 损伤病毒核酸损伤病毒核酸 -变性剂、射变性剂、射 线线 75 物理因素物理因素 （ 1） 温度温度 ：多数病毒：多数病毒 耐冷不耐热耐冷不耐热 ，病毒标本的保存应，病毒标本的保存应 尽快低温冷冻。尽快低温冷冻。 在在 -70 和液氮（和液氮（ -196 ）中病毒的感染）中病毒的感染 性可保持数月至数年；而在性可保持数月至数年；而在 50-60 30min， 100 数秒钟，多数病毒可被灭活。数秒钟，多数病毒可被灭活。 （ 2） PH: 多数病毒在多数病毒在 pH 59范围内稳定，强酸、强范围内稳定，强酸、强 碱碱 条件下可被灭活。条件下可被灭活。 （ 3） 射线射线 ： X射线、射线、 射线和紫外线都能灭活病毒。射线和紫外线都能灭活病毒。 光复活现象光复活现象 ： 紫外线照射紫外线照射 可见光可见光 病毒病毒 灭活灭活 复活复活 76 化学因素化学因素 （ 1） 脂溶剂脂溶剂 ： 乙醚乙醚 、氯仿、去氧胆酸盐、阴离子去污、氯仿、去氧胆酸盐、阴离子去污 剂等能使包膜病毒的包膜破坏溶解，病剂等能使包膜病毒的包膜破坏溶解，病 毒失去吸附能力而灭活。毒失去吸附能力而灭活。 （ 2） 化学消毒剂化学消毒剂 ：强酸、强碱类消毒剂，酚类、氧化：强酸、强碱类消毒剂，酚类、氧化 剂、醇类等。剂、醇类等。 不同病毒对化学消毒剂的敏感性不同。不同病毒对化学消毒剂的敏感性不同。 肝炎病毒对过氧乙酸、次氯酸盐较敏感。肝炎病毒对过氧乙酸、次氯酸盐较敏感。 （ 3） 抗生素与中草药抗生素与中草药 ：现有抗生素对病素无抑制作用；：现有抗生素对病素无抑制作用； 中草药对病毒的增殖有一定的抑制作用。中草药对病毒的增殖有一定的抑制作用。 77 第六节第六节 病毒的分类病毒的分类 78 病病 毒毒 分分 类类 依依 据据 * 核酸的性质与结构核酸的性质与结构 * 病毒粒子的大小、形状病毒粒子的大小、形状 * 衣壳对称性和壳粒数目衣壳对称性和壳粒数目 * 有无包膜有无包膜 * 对理化因素的敏感性对理化因素的敏感性 * 抗原性抗原性 * 生物学特性生物学特性 79 DNA病毒科分类及重要病毒病毒科分类及重要病毒 单纯疱疹病毒单纯疱