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第 三 章 病毒和亚病毒,第一节 病 毒,特点： 无细胞结构，专性活细胞内寄生； 没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动； 个体极小，能通过细菌滤器； 对抗生素不敏感，对干扰素敏感。,病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微非细胞生物，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。,宿主范围,几乎所有的生物都可以感染相应的病毒。根据宿主可以分三类： 动物病毒 植物病毒 细菌病毒（或称噬菌体）,病毒是超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞内 寄生的实体。它们在活细胞外具有一般生物大分子 特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。,一、病毒的形态构造和化学成分,（一）病毒的大小,个体小，必需在电镜下观察； （100nm左右）,不同病毒的毒粒大小差别很大； （20200nm）,毒粒的形状大致可分球形颗粒(或称拟球形颗粒)、 杆状颗粒和复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）等 少数几类。,（二）病毒的形态,1、典型病毒粒的构造,基本成分,核酸位于中心，称为核心,蛋白质包围在核心周围，形成衣壳,核心和衣壳合称核衣壳，为病毒的基本结构。有些复 杂的病毒在衣壳的外面包裹着一层由脂类和多糖组成 的包膜。有的包膜上还长有刺突。,病毒粒子专指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。,2、病毒粒的对称体制,螺旋对称,二十面体对称,复合对称,无包膜,有包膜,无包膜,有包膜,无包膜,有包膜,螺旋对称的病毒粒子,Tobacco Mosaic Virus,二十面体对称病毒粒子,Adenovirus,复合对称的病毒粒子,T4 Bacteriophage,三类典型形态的病毒： 二十面体对称的结构(球状) 螺旋对称的结构(杆状) 复合对称的结构(蝌蚪状) 大肠杆菌的T偶数噬菌体是由椭圆形的二十面体头部和螺旋对称的尾部组合而成，是病毒中复合对称的代表。,2、病毒粒的对称体制,3、病毒的群体形态,噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，连续重复感染使大 量的细菌死亡，在培养细菌的平板上，可以看到一个个透明不 长细菌的小圆斑，称为噬菌斑。,人工培养的单层动物细胞感染病毒后，也会形成类似噬菌斑的 动物病毒群体，称为空斑。,单层动物细胞受到肿瘤病毒的感染后，会使动物细胞恶性增生， 形成类似细菌菌落的病灶，称为病斑。,植物受病毒感染后，在叶片上出现的一个个坏死的病灶，称为枯斑。,感染病毒的宿主细胞内，出现在光学显微镜下可见的大小、形态、数量不等的小体，称为包涵体。,1、螺旋状对称型：烟草花叶病毒（TMV） 呈直杆状，长300nm，宽15nm，中空内径4nm，由95衣壳蛋白和5单链RNA（ssRNA）组成。158个氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，相对分子量为17500，总共2130个衣壳粒，排列成130圈螺旋，核酸核心是单链的RNA， 相对分子质量为260万，含有6390个核苷酸，每3个核苷酸与 1个衣壳粒相结合，盘绕于蛋白质的中空内径中。,（三）3类典型形态的病毒及其代表,它的结构十分稳定，甚至在室温下放置50年后，仍不丧失其侵染力.,二十面体具有12个角、20个面和30条棱。腺病毒的衣壳是典型的二十面体对称， 由252个衣壳组成，没有包膜。 腺病毒的核心是由线状 双链DNA构成的。 其基因组的大小都 约为36500个核苷酸对。,2、二十面体对称型：腺病毒,T4噬菌体由头部（核心是双链线状DNA）、颈部和尾部（尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝）三个部分构成。,3、复合对称型：偶数噬菌体,大肠杆菌T4噬菌体 头部：二十面体对称结构，由蛋白质衣壳构成，内含线状DNA。 颈部：薄盘状，附颈须。 尾鞘：长95nm, 衣壳粒螺旋对称；可伸缩。 尾管:中空，DNA可由此进入细胞。 基板: 六角形盘状物，其上有刺突、尾丝。 刺突: 有吸附功能。 尾丝: 有识别吸附功能。,大肠杆菌T4噬菌体构造,尾管,（四） 病毒的核酸,核酸是病毒的遗传物质；控制着病毒的增殖及对 宿主的感染性； 一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA；,病毒核酸,单链 DNA（ss DNA）； 双链 DNA（ds DNA）； 单链 RNA（ss RNA）； 双链 RNA（ds RNA）；,二、4类病毒及其繁殖方式,（一）原核生物的病毒噬菌体,与其他病毒一样，噬菌体除有其 特异性宿主外，并无显著区别。 它们都是由蛋白质和核酸组成。 基本形态为蝌蚪形、球形、和丝 状三种。从结构看以可分为六种 不同的类型。,1、噬菌体的繁殖,病毒粒子并无个体的生长过程，而只有其两种基本成分的合成和装配，即： 核酸复制+蛋白质合成核蛋白（病毒粒子）,噬菌体的繁殖一般可分五个阶段，即 吸附 侵入 增殖（复制与生物合成） 成熟（装配） 裂解（释放）,温和噬菌体（temperate phage）噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。,烈性噬菌体（virulent phage）感染细胞后,能在寄主细胞内增殖，产生大量子代噬菌体并立即引起细菌裂解的噬菌体。,烈性噬菌体可以在短时间内完成繁殖的5个阶段而实现其增殖。,尾丝尖端与宿主细胞表面的特异性受体接触，可触发尾丝散开，附着在受体上，随之把刺突、基板固着于细胞表面。,（1）吸附,（2）侵入,吸附,尾钉固着,尾鞘收缩,尾管穿入,DNA注入,尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔；尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入细胞内，蛋白质外壳留在胞外；,（3）增殖,病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。,（4）成熟（装配）,T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程,（5）裂解（释放）,自外裂解不能导致大量子代噬菌体的产生,裂解量平均每一宿主细胞裂解后产生的子代噬菌体的数量。 T2:150 T4:100,自外裂解指大量噬菌体吸附在同一宿主细胞表面并释放众多的溶菌酶，最终因外在的原因而导致细胞裂解。,吸附,侵入,早期：病毒特异性酶的合成,病毒核酸复制,病毒结构蛋白质合成,装配,释放,病毒大分 子合成,2、噬菌体效价的测定,效价表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌 体粒子数,又称噬菌斑形成单位（pfu）或感染中心数。,测定的方法双层平板法 用双层平板法测出的效价比用电镜直接记数得到的效价低。 双层平板法是计有感染力的噬菌体粒子，电子显微镜是计噬菌体的总数。,同一样品根据噬菌斑计算出来的效价与用电镜计算出来的效价之比，称成斑率（EOP)。,一步生长曲线可分为三个时期：,3、一步生长曲线,定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线称作一步生长曲线.,潜伏期（latentphase） 裂解期（risephase） 平稳期（plateau）,指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。,（1）潜伏期（latentphase）,整段潜伏期中 没有一个成熟的噬菌体粒子 从细胞中释放出来,潜伏期又可分两段：,隐晦期（eclipsephase） 指在潜伏期前期人为地（用氯仿）裂解细胞，裂解液仍无侵染性的一段时间。,细胞内正处于复制噬菌体核酸和 合成其蛋白质衣壳的阶段,胞内累积期（intracellularaccumulationphase） 又称潜伏后期，在隐晦期后，如人为地裂解细胞，其裂解液出现侵染性的一段时间。,噬菌体开始装配的时期， 在电镜下可观察到已初步装配好的噬菌体粒子。,（2）裂解期（risephase）,紧接在潜伏期后的一段宿主细胞迅速裂解、溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。,（3）平稳期（plateau）,指感染后的宿主已全部裂解，溶液中噬菌体效价达到最高点后的时期。,4、溶 源性,温和性噬菌体存在的三种形式： 游离态：指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子； 整合态：指已整合到宿主基因组上的前噬菌体状态； 营养态：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。,温和性噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核基因组上，并且可以随宿主核基因组的复制而进行同步复制，这种侵入但不引起寄主细胞裂解的现象称做溶源性（lysogeny）现象。,含有温和噬菌体的DNA而又找不到形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌叫溶源性细菌。,溶源性细菌的基本特性： 自发裂解 诱发裂解 免疫性 复愈性 溶源转变,烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较,吸附,侵入,增殖,成熟,裂解,整合,同步复制,自发或诱导,多次循环,裂解性循环,溶源性循环,一般是ssRNA病毒 对宿主的专一性通常较差 植物病毒没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。植物病毒在入住宿主细胞后脱去蛋白质外壳。 植物病毒在其核酸复制和衣壳蛋白合成的基础上，即可进行病毒粒的装配。,（二）植物病毒,TMV的衣壳粒以双层盘的形式组装成衣壳，PH的改变、RNA的嵌入对衣壳的装配起关键作用。,（三）人类和脊椎动物病毒,脊椎动物病毒包括DNA病毒和RNA病毒,动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几种形式：,1.无包膜的病毒，如腺病毒通过细胞裂解或局部破裂而释放。 2.有包膜的DNA病毒，如疱疹病毒，以细胞质中通道释放到细胞外。 3.有包膜的RNA病毒，如副流感病毒用出芽方式通过寄主细胞膜， 释放到细胞外并获得细胞源性的包膜和产生刺突。,腺病毒的复制可代表DNA病毒的复制 脊髓灰质炎病毒的复制可代表RNA病毒的复制,1.吸附：腺病毒吸附在宿主细 胞表面的糖蛋白受体上。,2.穿入：通过吞噬作用进入胞内。,3.脱壳：寄主细胞的蛋白酶 水解腺病毒衣壳。,4.在宿主细胞核内转录早期 mRNA并翻译早期蛋白。,5.在宿主细胞核内复制出病毒的 DNA和晚期mRNA。,腺病毒的复制,一些带有囊膜的病毒，如单纯疱疹病毒，当它们的核酸和衣壳蛋白组装完毕后，它们将以“出芽”的方式，包裹寄主细胞的细胞膜或核膜，从寄主细胞中释放出来。,引起爱滋病的病毒人类免役缺陷病毒（HIV） 从淋巴细胞中释放出来,（四）昆虫病毒,多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成光镜下呈多角形的 包涵体，称多角体，成分为碱溶性结晶蛋白，其内包 裹着数目不等的病毒粒。,核型多角体病毒（NPV）：在昆虫细胞核内增殖、具有 蛋白质包涵体的杆状病毒,质型多角体病毒（CPV）：在昆虫细胞质内增殖、可形 成蛋白质包涵体的球状病毒,颗粒体病毒（GV）：具有蛋白质包涵体，每个包涵体 内通常仅含一个病毒粒的昆虫杆 状病毒,昆虫病毒主要有三种类型：,第二节 亚 病 毒,1971年T.O.Diener阐明马铃薯纺锤形块茎病毒的 病原体是一种具有感染性和自主复制能力的低分子RNA（类病毒，Diener,1971）,以后又发现了称之为拟病毒(Randles,1981)的植 物病毒,Prusiner发现了朊病毒(Prusiner,1982)。,亚病毒凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中之一的分子病原体。,一、类病毒,类病毒是裸露的，仅含一个单链环状低相对分子质量 RNA分子的病原体。,发现的第一个类病毒是马铃薯纺锤形块茎病类病毒(Potato spindletuber viroid，PSTV)，这是一种导致马铃薯严重减 产的病原体，棒状，无蛋白外壳。它仅含一个由359个核苷 酸组成的单链环状RNA分子(相对分子质量约100 000)。该 分子内有很多碱基(70)通过氢键配对而形成双螺旋区， 未配对碱基则形成内环。双螺旋区与内环交替排列形成一 个伸长的棒状分子。 类病毒RNA相对分子质量虽小，但能独立侵染寄主，侵 入寄主后也能自我复制，不需要辅助病毒。,二、拟病毒,一类被包裹在真病毒粒体内部的有缺陷的类病毒，被称为拟病毒 拟病毒及其微小，一般仅由裸露的RNA或DNA所组成 被拟病毒寄生的真病毒又称辅助病毒 拟病毒的复制必须依赖辅助病毒的协助 拟病毒也可干扰辅助病毒的复制和减轻其对宿主的危害,又称蛋白质侵染因子。朊病毒是一类不含核酸的传染性蛋白质分子。 羊瘙痒病是羊的一种中枢神经系统退化性紊乱疾病。表现为毛脱落，皮肤瘙痒，失去平衡和后肢麻痹等症状。这种“羊瘙痒病”的病原是经过近两个世纪的研究未能解决的一个谜。直至1982年，美国加洲大学旧金山分校动物病毒学家SBPrusiner发现羊瘙痒病是蛋白质侵染引起的疾病，并称为“Prion”即朊病毒。 现在已经发现与朊病毒有关的疾病有羊瘙痒病、疯牛病、貂脑病、人的库鲁病（震颤病）和克雅氏病。有人还推测人类的一些慢性退化性紊乱疾病，像早老年痴呆，帕金森氏病、糖尿病、风湿性关节炎和红斑狼疮等疾病也可能是由朊病毒引起的。,三、朊病毒(prion) ：,一、在病毒发现之前，早在十八世纪人们就利用病毒感染引起的植物叶和花的变色，创造新的花卉品种，如荷兰的郁金香杂色花变种、日本的卫矛叶变色品种、印度的杂色锦麻和中国的“绿菊”。,第三节 病毒与实践,二、用噬菌体防治动物的痢疾杆菌、耐药性的绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌感染，取得优于药物的治疗效果。 我国著名医学、微生物学家余贺曾在1958年利用噬菌体成功地防治了绿脓杆菌对烧伤病人的感染，成为我国微生物学界的一段佳话。,三、抗霜冻噬菌体能够保护植物免受霜冻的危害。,四、藻类病毒可清除藻对水面的污染，实验证明污染水源的藻类，施用LPP-1病毒后7天，藻就被全部裂解，使水质变清。,五、昆虫病毒已经