非细胞结构的超微生物病毒.ppt

第二章第二章 非细胞结构的非细胞结构的 超微生物病毒超微生物病毒 第一节 病毒的一般特征及其分类 第二节 病毒的形态和结构 第三节 病毒的繁殖 第四节 病毒对物理、化学因素的的抗力及在污水处 理过程中的去除效果 第一节第一节 病毒的一般特征及其分类病毒的一般特征及其分类 概念概念 病毒是没有细胞结构，专性寄生 在活的敏感宿主体内，可通过细菌过滤 器，大小在0.2m以下的超微小微生物 或大分子微生物。 H5N1型禽流感病毒 照片中的蓝色部分就是H5N1禽流感病毒， 下面的红色部分则是健康人体细胞，照片显示 H5N1正在攻击健康的细胞。 图1-4 SARS病毒(冠状病毒) A. SARS病毒的结构图 B. 电子显微镜下的SARS病毒 电子显微镜下可以观察到乙肝病毒3种不同的形态： 大球形颗粒，小球形颗粒和管形颗粒。 乙肝病毒 一、一、 病毒区别于其它生物的特征病毒区别于其它生物的特征 （1）病毒没有细胞结构，由一种核酸（DNA或 RNA）加蛋白质衣壳组成。 （2）严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体 （合成蛋白质的机构），大部分病毒没有酶或 酶系统不全，不能进行独立的代谢活动。 （3）病毒在活的敏感宿主细胞内是具有生命的 大分子微生物，在活的敏感细胞外呈不具生命 特征的大分子物质，并可形成结晶。但仍保留 着感染宿主的潜在能力。 （4） 个体小，小于0.2m，是最小的微生 物，能通过细菌滤器，只能通过电子显微 镜观察。 （5）繁殖方式特别，不通过二分裂，必须 仰赖于宿主细胞而进行复制。 （6）每一种病毒只含有一种核酸，不是 DNA就是RNA。 （7）对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏 感。 非细胞生物的种类 非细胞生物 （真）病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分 亚病毒 类病毒：只含具独立侵染性的RNA组分 拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分 朊病毒：只含蛋白质一种组分 （寄生于真 病毒内） 二、病毒的分类 1971年以后，国际病毒分类委员会（ International Committee for Taxonomy Viruses,ICTV）建 立了统一的病毒分类系统。在2005年7月第八次发布：将病毒 分为3个目，73个科，11个亚科，289个属，1950个种。 病毒分类依据：宿主、所致疾病、病毒粒子的大小、病 毒的结构和组成、核酸的类型、复制的模式，有或无被膜等 。 二、病毒的分类 1.根据专性宿主分类 动物病毒 植物病毒 细菌病毒(噬菌体) 放线菌病毒(噬放线菌体) 藻类病毒(噬藻体) 真菌病毒(噬真菌体) 2.按核酸分类 DNA病毒（多数是双链DNA，细小病毒组的成员是单链DNA）。 RNA病毒（多数是单链RNA，呼肠孤病毒组的成员是双链RNA）。 单链DNA和单链RNA又有正链和负链之分。 三、类病毒和朊病毒 类病毒 类病毒比病毒更加小，为环状单链RNA，约有250370个核苷酸长 度，可通过机械途径或花粉或胚珠在植物间传播，在宿主内复制。类 病毒可引起马铃薯纺锤形块茎病、柑橘裂皮病和菊矮化病。 朊病毒 朊病毒是一种引起牛、羊疾病的感染因子（蛋白样感染颗粒）。 没有检测到核酸存在。朊病毒可导致退化性神经系统紊乱的疾病，如 羊瘙痒症。可引起人和动物的神经性疾病，如牛海棉状脑病（BSE或疯 牛病）致使家族性痴呆。 亚病毒 第二节第二节 病毒的形态和结构病毒的形态和结构 一、病毒的形态和大小一、病毒的形态和大小 （一）病毒形态多样： 动物病毒：球形、卵圆形、砖形等。 植物病毒：杆状、丝状和球状。 噬菌体：蝌蚪状和丝状。 痘病毒 （卵圆形） 噬菌体 （蝌蚪状） 天花病毒 （砖形） 狂犬病毒 （弹状） fd噬菌体 （丝状） 脊髓灰质炎病毒 （球形） 烟草花叶病毒 （杆状） 不同（专性宿主）病毒的形态、大小不同（专性宿主）病毒的形态、大小 ： 1. 1. 动物病毒动物病毒 概念： 寄生在人体和动物体内，引起人 和动物疾病的病毒。如人的流行性感冒, 水痘,麻疹,腮腺炎,甲型肝炎,乙性型肝炎 等. 形状：球形、卵圆形、砖形 大小：直径：100200nm 口蹄疫病毒最小，直径：22nm 流行性感冒病毒 乙肝病毒（HBV）结构示意图。 艾滋病毒 H和N这两个字母代表病毒表面的两种蛋 白质血凝素和神经氨酸 ，数字则表示每种 蛋白质结构的细微变化。这种变化非常重要， 原因是人体免疫系统要“瞄准”这些蛋白质，进 而攻击病毒。 英国艺术家制作玻璃雕塑 H1N1甲型流感病毒图片 体态细长的甲型H1N1病毒 日本东京大学医科研究 所野田岳志拍摄 美国疾病控制与预防中心(CDC)发 表的圆形甲型H1N1流感病毒形态 的电子显微镜照片。 B. 电子显微镜下的SARS病毒 2. 2. 植物病毒植物病毒 概念：寄生在植物体内引起植物疾病的 病毒叫植物病毒。引起的疾病有：烟草 花叶病、蕃茄丛矮病、水稻萎缩病和马 铃薯退化病等。 形状：杆状、丝状、球状 大小：（1020）（300750）nm 3. 3. 细菌病毒（嗜菌体）细菌病毒（嗜菌体） 概念：概念：寄生在细菌体内引起细菌疾病的 病毒叫嗜菌体。 形状：形状：蝌蚪形、微球形、丝状 大小：大小：丝状：体长 600800nm 蝌蚪状：头9060nm，尾10020nm 微球状 ：2060nm 图1-1 几种病毒的形态与相对大小（大圆表示葡萄球菌细胞的相对大小） 1.葡萄球菌噬菌体 2.烟草花叶病毒 3.疱疹病毒 4.腮腺炎病毒 5.流感病毒 6.脊髓灰质炎病毒 7.狂犬病毒 8.腺病毒 9.痘病毒 二、二、 病毒的化学组成和结构病毒的化学组成和结构 （一）病毒的化学组成（一）病毒的化学组成 蛋白质、核酸（DNA或RNA）、类脂质、多糖。 （二）病毒的结构（二）病毒的结构 病毒 核衣壳 囊膜 (非基本结构) 蛋白质衣壳 核酸内芯 简单病毒粒子 （裸露病毒粒子） 复杂病毒粒子 （如流感病毒） 病 毒 粒 子 核衣壳 （基本结构） 囊膜 （非基本结构） 由类脂或脂蛋白 和糖蛋白构成 衣壳粒 核酸 囊膜 刺突 核衣壳 核心：DNA或RNA 衣壳：由若干衣壳粒构成 病毒的结构 寄生在植物体内的类病毒和拟病毒 结构更简单，只具RNA，不具蛋白质。 类病毒和拟病毒 类病毒(viroid) 目前所知道的最小、只含RNA一种成分、 专性细胞内寄生的分子生物 。只在植物体中发 现。 马铃薯纺锤形块茎病是1922年在美国发现的 ，它可使马铃薯减产2070。 马铃薯纺锤形块茎病类病毒 ：它是一 条长50nm的棒状dsRNA（双链）分子。 拟病毒（virusoids） 又称类类病毒（viroid-like），可认为是 一类包裹在植物病毒粒子中的有缺陷的 类病毒 一般仅由裸露的RNA 或DNA组成 “寄生”于真病毒内辅助病毒（helper virus） 其复制必须依赖辅助病毒 朊病毒 还有一类生物与 一般病毒不一样，它只 有蛋白质而无核酸，但 却既有感染性，又有遗 传性，并且具有和一切 已知传统病原体不同的 异常特性。它就是朊病 毒。 1. 1. 蛋白质衣壳蛋白质衣壳 概念：概念：蛋白质衣壳是由一定数量的衣壳粒（由 一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位） 按一定的排列组合构成的病毒外壳，称蛋白质 衣壳。 蛋白质功能：蛋白质功能： a、保护病毒核酸； b、决定病毒感染的特异性； c、使病毒牢固地吸附在敏感细胞上； d、决定病毒的致病性、抗原性； e、构成病毒的酶。 蛋白质衣壳 囊膜 核酸 病毒的三种对称构型病毒的三种对称构型 由于衣壳粒的排列组合不同而划分：由于衣壳粒的排列组合不同而划分： 立体对称型 螺旋对称型 复合对称型 （1 1）立体对称型（）立体对称型（2020面体）面体） 如腺病毒、疱诊病毒、脊髓灰质炎病毒、 呼肠孤病毒、SARS病毒等。 （2 2）螺旋体对）螺旋体对 称型（包括纤称型（包括纤 维状、直杆状维状、直杆状 、弯曲杆状）、弯曲杆状） 如烟草花叶 病毒、狂犬病 毒、流感病毒 等。 （3 3）复合对称型（蝌蚪形）复合对称型（蝌蚪形） 如大肠杆菌T4噬菌体，头部呈立体对称型 （20面体），尾部为螺旋对称型。 H和N这两个字母代表病毒表面的两种蛋 白质血凝素和神经氨酸 ，数字则表示每种 蛋白质结构的细微变化。这种变化非常重要， 原因是人体免疫系统要“瞄准”这些蛋白质，进 而攻击病毒。 英国艺术家制作玻璃雕塑 H1N1甲型流感病毒图片 2. 2. 核酸内芯核酸内芯 动物病毒：动物病毒：有的含DNA，有的含RNA。 植物病毒：植物病毒：大多含RNA，少数含DNA。 噬菌体：噬菌体：大多数含DNA，少数含RNA。 功能：功能：决定病毒遗传、变异和对敏感宿主 细胞的感染力。 蛋白质衣壳 囊膜 核酸内芯 3. 3. 囊膜（被膜、包膜、外膜、封套）囊膜（被膜、包膜、外膜、封套） 概念： 有些病毒除核衣壳外，在其外层还包裹着 一层构造比较复杂的包膜即囊膜。 组成：由脂类和多糖组成。 功能：保护病毒核酸不致在细胞外界环境中受到 破坏。 具有被膜病毒： 痘病毒 腮腺炎病毒 流感病毒等 蛋白质衣壳 囊膜 核酸 3. 3. 囊膜（被膜、包膜、外膜、封套）囊膜（被膜、包膜、外膜、封套） 形成：包膜在病毒从宿主细胞释放时获得（来自宿主 细胞的核膜或质膜），其基本结构与细胞膜相似，为脂质 双层膜，细胞膜蛋白被病毒编码的包膜糖蛋白所取代。 4. 4. 刺突刺突 有些病毒粒子表面，尤其是在有囊膜的病毒粒 子表面具有突起物，称刺突，也称囊膜突起。 刺突刺突 SARS病毒 “SARS病毒”乍现北京王府井 第三节第三节 病毒的繁殖病毒的繁殖 1、病毒的繁殖过程病毒的繁殖过程 动物病毒、植物病毒和噬菌体的繁 殖过程基本相似，以大肠杆菌噬菌体为 例，分为吸附、侵入、复制、装配和释 放等五个步骤。 图1-6 噬菌体吸附、侵入宿主菌内复制（合成）、 聚集与释放全过程 T-偶噬菌体感染大肠杆菌的扫描电镜 噬菌体 大肠杆菌 T4 噬菌体感染大肠杆菌的电镜照片 大肠杆菌 噬菌体 (增殖) 吸附 侵入 增殖（复制） 成熟 （装配） 释放 细胞外裂解 在非正常情况下，大量噬菌体会在短期内同时吸 附一个宿主细胞引起细胞产生许多小孔而裂解，这叫 细胞外裂解。噬菌体不能繁殖，与噬菌体在细胞内增 殖所引起的裂解不同。 大肠杆菌 噬菌体 Phage T4 infecting its host E. coli cell 2. 2. 噬菌体的溶原性噬菌体的溶原性 噬菌体分为两种类型：噬菌体分为两种类型： 烈性噬菌体：侵入宿主细胞后引起宿主细胞裂 解。 温和噬菌体：不引起宿主细胞裂解的噬菌体 。当侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染 色体上，和宿主核酸同步复制，宿主细胞不裂解， 而继续生长，这种不引起宿主细胞裂解的噬菌体称 作温和噬菌体。 溶原细胞：溶原细胞：含有温和噬菌体核酸的宿主细胞 称作溶原细胞。 溶原性可遗传：溶原性可遗传：溶原性细菌的子代也是溶原性 的。 溶原性变异：溶原性变异：当噬菌体脱离溶原性细菌的染色 体后，即可恢复复制能力，并引起宿主细菌裂 解而释放出成熟的裂性噬菌体，这是溶原性发 生变异所致。 第四节第四节 病毒的培养病毒的培养 1. 病毒的培养特征 （1）病毒在液体培养基中的培养特征 将噬菌体的敏感细菌接种在液体培养基中， 经培养后，敏感细菌均匀分布在培养基中而使培 养液混浊。然后接种噬菌体，敏感细菌被噬菌体 感染后发生菌体裂解，原来混浊的细菌悬液变成 透明的裂解溶液。 （2 2）病毒在固体培养基上的培养特征）病毒在固体培养基上的培养特征 将噬菌体的敏感细菌接种在琼脂固 体培养基上生长形成许多个菌落，当接 种稀释适度的噬菌体悬液后引起点性感 染，在感染点上进行反复的感染过程， 宿主细菌菌落就一个个地被裂解成一个 个空斑，这些空斑就叫噬菌斑。 噬菌斑噬菌斑 2、病毒的培养基 病毒是专性寄生在活的敏感宿主细 胞内才能生长繁殖的微生物。 敏感细胞具备的条件： （1）必须是活的敏感动物或是活的敏 感动物组织细胞； （2）能提供病毒附着的受体； （3）敏感细胞内没有破坏特异性病毒 的限制性核酸内切酶。 不同种类的病毒其培养基不同： 脊椎动物病毒的培养基： （1）人胚组织细胞：如人胚肾、肌肉、皮肤、 肝、肺、肠等器官的细胞。 （2）人组织细胞：如扁桃体、胎盘、羊膜、绒 毛膜等。 （3）病变组织细胞：人肿瘤细胞。 （4）动物组织细胞：如猴肾和心脏、兔肾、猪 肾细胞等。 （5）鸡、鸭胚细胞。 （6）敏感动物（如猴、兔、羊、马、小白鼠、 豚鼠等。 植物病毒的培养基： 与之相应敏感植株和敏感的植物组 织。 噬菌体的培养基： 与噬菌体相应的敏感细菌，如大肠 杆菌噬菌体用大肠杆菌培养。 3、病毒的培养 3.1 动物病毒的培养 （1）动物病毒的空斑试验 a. 单层细胞制备和培养 b. 病毒样品的采集和制备 c. 动物病毒的接种与观察 d. 具体培养方法 （2）系列稀释终点 3.2 噬菌体的分离培养 第五节 病毒对物理、化学因素的抗力及在 污水处理过程中的去除效果 1、病毒对物理因素的抵抗力 1.1 温度 高温：大多数病毒在5565范围内 不到1h被灭活。脊髓灰质炎病毒抗热变 异株可在75 下生存。 低温：不会灭活病毒。通常在-75 下保存病毒。 1.2 光及其他辐射 （1）紫外辐射 紫外辐射（包括日光中的和人工制造）具 有灭活病毒的作用。 灭活部位：病毒的核酸，使核酸中的嘧啶环受 到影响，形成胸腺嘧啶二聚体，（即相邻的胸 腺嘧啶残基之间形成共价键） 影响因素：紫外辐射的致死作用随培养基的浊 度和颜色的增加而降低。 （2）可见光 在天然水体和氧化塘中，日光对肠道病 毒有灭活作用。 光灭活作用：在氧气和染料的存在下， 大多数肠道病毒对可见光很敏感被杀死 。染料附着在核酸上，催化光氧化过程 ，引起病毒灭活。 （3）离子辐射 X射线、射线也有灭活病毒的作用。 1.3 干燥 气溶胶化的病毒：在相对湿度较高时存活最好。如无被 膜的细小核糖核酸病毒类和腺病毒类。 有被膜的病毒：在相对湿度较低时存活最好。如黏病毒 类、副黏液病毒类、森林病毒等。 土壤中病毒：水分含量低于10%时，病毒会迅速灭活。 污泥中病毒：当固体含量大于65%时，病毒量降低。 干燥是控制环境中病毒的重要因素。 肠病毒可在衣物的表面存活20周。 脊髓灰质炎病毒可在载玻片上存活至少8周。 2 2、病毒对化学因素的抵抗力、病毒对化学因素的抵抗力 体内灭活：抗体、干扰素 抗体：病毒侵入机体后，由机体产生的一种 特异蛋白。 干扰素：宿主为抵抗入侵的病毒而产生的一种 糖蛋白，它进而诱导宿主产生一种抗病毒蛋白 将病毒灭活，干扰素起间接作用。 体外灭活：酚、低渗缓冲溶液、甲醛、亚硝酸、氨、醚 类、十二烷基硫酸钠、氯仿、去氧胆酸钠、氯、溴、碘 、臭氧、乙醇、强酸、强碱及其他氧化剂等。 2.1 破坏病毒蛋白质的化学物质 酚：破坏病毒蛋白质的衣壳，常用于分 离有感染性的核酸。 低离子浓度（低渗缓冲溶液）的环境： 低离子浓度的环境能使病毒蛋白质的衣 壳发生细微变化，阻止病毒吸附在宿主 细胞上。 2.2 破坏核酸的化学物质 甲醛：只破坏病毒的核酸，不改变病毒 的抗原特性。 亚硝酸：与病毒核酸反应导致嘌呤和嘧 啶碱基的脱氨基作用， 氨：引起病毒颗粒内RNA的裂解。 2.3 影响病毒脂质被膜的化学物质 醚、十二烷基硫酸钠、氯仿、去氧胆酸钠等脂溶 剂能破坏病毒的脂质被膜（如流感病毒）。 被膜鉴别方法：凡对醚类等脂溶剂敏感的病毒为有被 膜的病毒，对脂溶剂不敏感的病毒为不具被膜的病毒。 3、病毒对抗生素的抵抗力 链霉菌（放线菌）、青霉菌抗生素：各种链霉菌、青 霉菌产生的抗生素对大多数病毒无灭活作用，只有鹦 鹉热淋巴肉芽肿病毒例外。 藻类抗生素：藻类产生的抗生物质如丙烯酸和多酚对 病毒有灭活作用。 细菌抗生素：枯草杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌3种 菌显示抗病毒的活性，病毒的蛋白质衣壳可被用作细 菌的生长底物。 4、病毒在环境中的存活和在污水处理过程 中的去除效果 4.1 病毒在环境中的存活 （1）水体中病毒的存活 在海水和淡水中，温度是影响病毒存活的主要因 素，与病毒类型也有关。 肠道病毒随温度升高滴度下降99.9%所需时间： 35 4090d 2225 2.59d 37 5d （2）在土壤中病毒的存活时间 影响因素：土壤温度和湿度的影响最大。 温度：低温时的存活时间比在高温时长。 湿度：干燥易使病毒灭活，土壤水分含量在10 以下，病毒的数量大减。灭活原因是病毒成 分的解离和核酸的降解。 病毒在土壤处理场中可存活6个月以上。 （3）空气中病毒的存活 影响因素：干燥、相对湿度、太阳光中 的紫外辐射、温度和风速等影响。 湿度：相对湿度越大，病毒存活时间越 长，相对湿度越小，越干燥，病毒存活 时间越短。 4.2 污水处理过程中对病毒的去除效果 一级处理（物理过程）病毒去除效 果差，最多去除30%。 二级处理（生物处理）的病毒去除 效率高，去除率在90%99%。 三级处理（有生物、化学及物理方法 ）可使病毒的滴度常数对数值下降46。 第六节 病毒的危害、对策与应用 一、病毒的危害与对策 引起疾病：病毒寄生在生物体内，破坏生物机体，引起 人类以及与人类密切相关的动、植物疾病，甚至死亡。如水 痘（禽痘）、天花、麻疹、肝炎、腮腺炎、沙眼、流感、艾 滋病