病毒的增殖课件.ppt

第四章 病毒的增殖 病毒的增殖或复制 病毒缺乏生物细胞的细胞器 新陈代谢必须的酶系统和能量 其增殖只能由宿主细胞提供原料 能量和生物合成的场所 在病毒核酸的控制下 合成病毒的核酸 DNA或RNA 与蛋白等成分 然后在宿主细胞的胞浆或核内装配成为成熟的有感染性的病毒体 再以各种方式释放到细胞外 感染其他细胞 复制周期 病毒复制的整个过程 分为连续进行的四个阶段 吸附与穿入 脱壳 生物合成 装配与释放复制早期 感染早期 吸附与穿入 脱壳 生物合成 生活史 复制晚期 感染晚期 装配与释放 1 概述 吸附与侵入 脱壳 病毒成分的合成 装配与释放 4个主要阶段 1 吸附和侵入 吸附分两步进行 病毒与细胞以静电引力 是非特异性吸附 病毒可在细胞表面任何部位吸附 不具有任何选择性 非细胞颗粒物质 甚至玻璃或金属器皿表面也都可吸附病毒 吸附是可逆的 单纯的稀释或冲洗 抗病毒血清或高浓度盐类 pH环境 可使病毒从吸附物上重新解脱出来 2 病毒的增殖过程 病毒吸附的第二阶段 呈不可逆性结合 病毒蛋白 抗受体 与细胞膜表面特定蛋白 受体 特异性结合 某些结构复杂的病毒 如痘病毒和疱疹病毒 具有多个抗受体蛋白分子 而每个抗受体蛋白分子又可有几个不同的区域 每个区域可与细胞表面不同的受体结合 细胞受体主要是胞膜上的糖蛋白 流感病毒的血凝素 一个宿主细胞上的特异性受体部位可达104 105个 不一定每个细胞表面都有特定病毒的特异受体 细胞有无特定病毒的受体 直接影响是否对该病毒具有易感性病毒吸附细胞的过程 可在几分钟到几十分钟的时间内完成 2 病毒的增殖过程 细胞表面的病毒受体 2 病毒的增殖过程 细胞表面的病毒受体 2 病毒的增殖过程 病毒受体的特点 宿主特异性 如猪瘟病毒只感染猪 细胞特异性 如牛白血病毒只感染牛的B淋巴细胞 病毒的特异性 不同科属的病毒在同一细胞上有不同的受体 病毒与受体的初级吸咐 initialbinding 可逆 不稳定 次级吸附 secondarybinding 是病毒感染的限速步骤和必须步骤 此时 病毒受体的亲合和增加 因结合牢固 超速离心不能去除病毒 此外 病毒与靶细胞均发生一系列改变 如病毒沉淀系数变化 表现新的抗原性 对蛋白酶敏感性增加等 受体细胞膜也发生相应改变 如水化 扭曲 紧张等 随后 融合发生 病毒被吞饮进入细胞 HIV 2 病毒的增殖过程 侵入与吸附是一个连续过程目前发现病毒侵入细胞有3种方式 病毒直接转入 小RNA病毒 肠道病毒及鼻病毒 心病毒和口蹄疫病毒由于衣壳相对疏松 A 粒子在穿过胞膜时 被彻底裂解 结果以RNA及12 14S蛋白亚单位形式释入胞浆 细胞吞饮病毒 多瘤病毒 电镜下可以见到胞浆中吞噬小泡内的病毒粒子 这是细胞吞饮异物的方式 病毒囊膜同细胞膜融合 囊膜病毒 迅速导致囊膜与胞膜的融合 使核衣壳进入胞浆 流感病毒 2 病毒的增殖过程 2 脱壳包括脱囊膜和脱衣壳两个过程 囊膜病毒 脱囊膜的过程就是上述侵入的过程 细胞表面囊膜脱落 如疱疹病毒吞饮泡内囊膜脱落 如牛痘病毒无囊膜的病毒 则只有脱衣壳的过程 病毒核衣壳的进一步裂解 衣壳的脱落和核酸的逸出 主要发生在细胞浆内 吞饮泡和溶酶体可能起着将完整核衣壳送入这些部位的作用 HIV FMDV 2 病毒的增殖过程 3 病毒成分的合成 隐蔽期 晦暗期 从种入的病毒粒子消失开始 到新的子代病毒粒子出现为止 隐蔽期的长短随病毒种类而不同 痘苗病毒为10小时 脊髓灰质炎病毒为2 4小时 隐蔽期 实际上是病毒增殖过程中最主要的阶段 细胞在病毒遗传信息的控制下合成病毒的各种组成成份及其所需的酶类 包括病毒核酸转录或复制时所需的聚合酶 最后是由新合成的病毒成分装配成完整的病毒粒子 2 病毒的增殖过程 HIV 动物病毒有7个基本转录和复制类型 根据病毒核酸 第一类病毒具有双链DNA 只痘病毒DNA转录为mRNA的依赖DNA的RNA聚合酶 即转录酶 紧密结合于病毒粒子的核心上其他三类病毒 乳多空病毒 腺病毒和疱疹病毒 可能都是利用宿主细胞的转录酶 第二类病毒具有单链DNA DNA作为模板合成一条相应的新链 新链与老链之间以氢键联结 新合成的双链DNA中间体再按半保留方式复制出又一对双链DNA 细小病毒是第二类病毒的主要代表 2 病毒的增殖过程 CPV 第三类病毒具有双链RNA 由其不对称地转录出mRNA 病毒核酸由疏松相连的10段双链RNA组成 外被双层衣壳 脱壳时 病毒粒子的外层衣壳由细胞酶除去 结果留下内层衣壳 双链RNA和依赖RNA的RNA聚合酶 由之转录出单链RNA 呼肠孤病毒是其主要代表 第四类病毒具有单链RNA 母代RNA可以直接呈现mRNA的作用 同时又是合成相补 负链 RNA的模板 负链RNA又反过来复制子代RNA 依赖RNA的RNA聚合酶的合成 早于病毒RNA的合成 且不结合于病毒粒子 小RNA病毒和披膜病毒是其主要代表 这些病毒抽提出来的RNA 具有感染性 2 病毒的增殖过程 第五类病毒具有单链RNA 但母代RNA不能直接呈现mRNA的作用 这种不带译制病毒蛋白信息的RNA 称为负链 借助结合于病毒粒子上的依赖RNA的RNA聚合酶产生正链的RNA 后者呈现mRNA的作用 这类病毒包括副粘病毒 弹状病毒和正粘病毒 流感病毒可能是正粘病毒中唯一具有转录酶活性的病毒 沙粒病毒和布尼病毒 第六类病毒具有单链RNA 在复制过程中 以病毒RNA为模板 在反转录酶的作用下 反转录生成双链DNA中间体 双链DNA整合于细胞基因组DNA中 子代RNA由整合的病毒DNA转录而来 这类病毒包括白血病病毒和劳斯肉瘤病毒等许多反转录病毒 第七类病毒具有双链环状DNA 其中含有部分单链区 单链区长度不等 短链为正链 长度为整个基因组长度 3 2kb 的50 100 如嗜肝DNA病毒 2 病毒的增殖过程 2 病毒的增殖过程 4 装配和释放成熟 新合成的病毒核酸在感染细胞内进一步被修饰 病毒蛋白亚单位以最佳物理方式形成衣壳 装配 病毒核酸进入衣壳 形成完整病毒粒子 病毒的装配效率甚低 常因核酸不能与衣壳有机地结合 形成缺乏感染性的空壳病毒 释放 由于细胞的生物合成被病毒阻断 细胞发生变性及死亡 细胞自身的溶解就将病毒释放出来 某些不产生明显细胞病变的病毒的释放方式 目前还不十分清楚 小RNA病毒合成速度极快 病毒粒子在胞浆内大量积聚 在细胞死亡之前 就可胀破细胞 释放病毒 埃博拉 2 病毒的增殖过程 DNA病毒的大多数在细胞核内合成DNA 装配过程亦在细胞核内进行 疱疹病毒 腺病毒和乳多空病毒的结构蛋白在胞浆内合成后迁移到胞核内 并与已在胞核内合成的DNA装配成病毒核衣壳某些病毒 疱疹病毒 很少释出于细胞外 而是通过细胞间或融合细胞而传播DNA病毒中只有痘病毒和虹彩病毒在细胞浆内合成DNA和病毒蛋白 RNA病毒都在胞浆内增殖和装配 穿过细胞膜时获得囊膜 但流感病毒似乎先在细胞核或核膜上形成核衣壳 血凝素和神经胺酸酶在胞浆内合成后嵌入细胞膜 病毒在细胞膜上出芽时获得含有这两种成分的囊膜 2 病毒的增殖过程 AIV 2 病毒的增殖过程 流感病毒的生活周期 1 吸附 HA与质膜上的唾液酸结合 2 侵入3 胞饮作用4 脱壳5 初级转录6 核糖体翻译7 内质网8 高尔基体9 糖蛋白合成10 装配11 出芽12 释放 病毒在细胞内的感染过程中 细胞内合成的病毒成分有时不能装配成完整的病毒粒子 这种现象称为不全增殖 缺损病毒 病毒往往由于病毒基因组缺乏一个或一个以上病毒复制过程中较为重要的基因 导致病毒复制不能正常进行 缺损病毒具有下列5种形式 1 依赖辅助病毒的缺损病毒 大多数病毒均可产生这类缺损病毒 常指的DI de fectiveinterfering 病毒粒子 就属这种形式 DI病毒的基因缺陷程度差异较大 最高时可达90 在有辅助病毒感染的情况下 DI病毒缺陷基因的产物能在辅助病毒增殖过程中得到补偿 3 病毒的不全增殖和缺损病毒 2 插入 重组 性缺损病毒 以肿瘤病毒及 噬菌体为典型 这类缺损病毒并不简单地存在于细胞内 常以DNA形式整合到宿主细胞DNA内 许多缺损的肿瘤病毒均具有肿瘤基因 缺损病毒常将这部分基因插入宿主细胞基因组 导致细胞转化和肿瘤发生 3 卫星病毒 以细小病毒科中的腺联病毒为典型 这种缺损病毒的复制 需要腺病毒的同时感染 这类缺损病毒同上述DI粒子类似 均需利用另一病毒的基因产物 才能进行自身复制 与DI粒子的不同点 这类病毒本身从结构上看并不缺损 另外 辅助病毒是在结构上与其毫不相似的病毒 3 病毒的不全增殖和缺损病毒 4 伪装性缺损病毒 这种缺损病毒粒子具有病毒衣壳及完整外表 但衣壳内的病毒核酸被细胞源性的核酸所代替 这种类型的缺损病毒较常见于多瘤病毒和噬菌体 其生物学意义不明 5 条件性缺损病毒 在某种情况下 病毒基因发生突变 出现缺损现象 常见的有温度敏感变异株 宿主易感突变株等等 这种类型的缺损病毒具有重要意义 将在第六章详细讨论 3 病毒的不全增殖和缺损病毒 噬菌体 缺损病毒在许多情况下 对正常病毒的感染起干扰作用 缺损病毒主要有下列几方面生物学意义 1 基因转移与表达 缺损的乳多空病毒和腺病毒 经常携带的少量宿主细胞基因转移给另一些细胞 并且有所表达 2 毒力调节 尤其是DI粒子和卫星病毒 具有明显的干扰完整病毒复制的作用 起着减弱完整病毒感染力的作用 乳鼠长期被呼肠孤病毒感染后 体内具有大量缺损病毒 显然是机体对病毒感染的一种抵抗形式的产物 3 病毒与宿主的进化 缺损病毒转化的细胞 已将病毒的插入基因作为自身成分代代相传 同样 许多病毒携带部分细胞基因 继续传给子代病毒 病毒与细胞这种基因互用无疑在病毒和宿主的进化上起着重要作用 3 病毒的不全增殖和缺损病毒 4 亚病毒 1967 1971年 美国病理学家迪纳 Diner 等在研究马铃薯的纺锤形块茎病时发现一种比病毒还小的侵染性致病因子 它能侵染 繁殖造成马铃薯病害 命名为类病毒 Viroid 其是一裸露的侵染性RNA分子 类病毒只见于植物 类病毒既是具有核酸结构与功能的生物大分子 又是宿主机体内独立存在的小分子 在分子生物学以及生物起源的研究上具有特殊重要意义 自1971年以来 已正式报道和研究的类病毒至少13种 还有一类被包裹在植物病毒粒子内部的类病毒 被称为拟病毒 拟病毒含有两种RNA分子 一种和一般病毒中的类似 另一种RNA分子与类病毒有相似的理化性质和结构 也是环状的 不过这两种RNA分子单独都不表现致病性 只有联合起来才具有复制和感染性 这种类似类病毒的RNA称之拟病毒 Virusoid 1982年普什纳 Prusiner 证明引起羊搔痒病的病原是一种分子量为27kDa的蛋白质 他称之为蛋白侵染子 Prion 或朊病毒 感染后引起亚急性海绵样脑病的中枢神经系统疾病 目前至少有6种人和动物的慢性病与此有关 如人的库鲁病 Kuru 和克 雅氏病 Creutzfeldt Jakob 以及羊的痒疫 貂的传染性脑病和近年发现的牛海绵状脑病 又称疯牛病 鹿的搔痒病等 除类病毒和 朊 病毒外 还有一种由单链 双链RNA或DNA组成的亚病毒 因其必须依赖宿主细胞内共感染的辅助病毒才能复制 故称卫星因子 亚病毒的发现 使人类对疾病病原的认识进入了一个新阶段 深入研究它们的复制和致病机理 必将导致生物学界许多新理论和新学说的出现