病毒的形态结构与分类-2016版

病毒的形态结构与分类 课程内容 病毒概念 concept 病毒大小 size 病毒结构 structure 病毒形态 morphology 病毒命名 nomenclature 病毒分类 classification 参考资料与思考题目 病毒 virus 没有细胞结构 专性寄生在活的敏感宿主体内 可通过细菌滤器 一般在0 2 m以下的超微小微生物 须在电镜下观察 病毒与其他微生物的比较 病毒大小以nm计 动物病毒以痘病毒最大 为100 200 300nm 口蹄疫病毒最小 直径为10nm 植物病毒以马铃薯Y病毒最大 为750 12nm 南瓜花叶病毒最小 为22nm 1 病毒的大小 Science 2010Aug27 329 5995 1071 5 Crystalstructureofhumanadenovirusat3 5Aresolution 150nm大型病毒 纳米 nanometer 10 9m 10 3 m埃米 Angstrom 10 10m 葡萄球菌 1000nm 牛痘病毒300 250nm A B C D E F G 立克次体450nm 衣原体390nm A 大肠杆菌噬菌体 65 95nm B 腺病毒 70nm C 脊髓灰质炎病毒 30nm D 乙脑病毒 40nm E 蛋白分子 10nm F 流感病毒 100nm G 烟草花叶病毒 Thesizeofviruses 2 病毒的结构 Capsidprotein Nucleocapsid Nakedcapsidvirus Nucleocapsid Lipidmembrane glycoproteins Envelopedvirus virion nucleocapsid envelopespike nucleicacidDNAorRNA capsid Virion Thecompletevirusparticle Capsid Theproteincoatthatsurroundsnucleicacid Nucleocapsid Thenucleicacidplusthecapsid 衣壳 核酸 包膜 刺突 核衣壳 完整病毒分两部分 蛋白质衣壳和核酸内芯 两者构成核衣壳 完整的具有感染力的病毒体叫病毒粒子 一种是不具被膜的裸露病毒粒子 另一种是在核衣壳外面有包膜 囊膜 包围所构成的复杂病毒粒子 1 蛋白质衣壳 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 由于衣壳粒的不同排列组合 使病毒有三种对称性构型 1 立体对称型 外观为球状 实际为20面体 呈立体多面体 如腺病毒等 2 螺旋对称型 衣壳粒一个接一个地呈螺旋对称排列而成 核酸存在于螺旋状沟中 如烟草花叶病毒 3 复合对称型 头部为立体对称 尾部为螺旋对称 如大肠杆菌T系噬菌体 蛋白质的功能 保护病毒使其免受环境因素的影响 决定病毒感染的特异性 病毒蛋白质还有致病性 毒力和抗原性 2 核酸 核糖核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA两种类型 每种病毒只含一种类型 噬菌体大多含DNA 植物病毒大多数含RNA 核酸的功能是决定病毒遗传 变异和对敏感宿主细胞的感染力 3 包膜 如痘病毒 冠状病毒具有包膜 除含有蛋白质和核酸外 还含类脂质和多糖 3 病毒的形态 病毒的形态多样 依种类不同而异 动物病毒的形态有球形 卵圆形 砖形等 植物病毒的形态有杆状 丝状 球状等 噬菌体的形态有蝌蚪状 丝状 球形颗粒杆状颗粒复杂形状颗粒 电镜 人 动物和真菌病毒多呈球状 少数为弹状或砖状植物病毒和昆虫病毒多线状和杆状 少数为球状 细菌病毒即噬菌体 部分为蝌蚪状 部分为线状或球状 砖形 痘病毒 子弹形 狂犬病病毒 蝌蚪形 噬菌体 杆状 烟草花叶病毒 DNA病毒 正链RNA病毒 负链RNA病毒 Capsidsymmetry Icosahedral Helical Nakedcapsid Enveloped Icosahedralnakedcapsidviruses Helicalnakedcapsidviruses TobaccomosaicvirusElectronmicrograph TobaccomosaicvirusModel RNA Protein Icosahedralenvelopedviruses HerpessimplexvirusElectronmicrograph HerpessimplexvirusNucleocapsidcryoEMmodel Helicalenvelopedviruses InflunezaAvirusElectronmicrograph ParamyxovirusElectronmicrograph 典型病毒粒子核衣壳形态 廿面体对称结构 球状 螺旋对称结构 杆状 复合对称结构 蝌蚪状 1 廿面体对称的结构特征 1 球或近球形 2 高倍电镜下为多面体 具20个等边三角形和12个顶点 3 多面多角多棱 是多颗粒按一定方式对称排列形成 在角上为五邻体 penton 面上为六邻体 hexon 廿面体对称结构的形成原因 廿面体对称结构更稳定 更合理 1 从拓补学看 廿面体容积最大 2 最小单位面所需亚基少 利于遗传节约 3 亚基易于对称排列 等价或准等价成键结合 2 螺旋对称的结构特征 形状多为杆状 纤维状 弯曲杆状 螺旋对称的主要特点 1 长形的衣壳粒螺旋状排列 形成中空的圆柱体 衣壳粒间为准等价结合 直径取决于蛋白亚基的特征 长度取决于核酸分子长度 2 核酸埋嵌在衣壳粒之间的壁内 以多个弱键与蛋白质亚基相连 此方式可控制螺旋排列 增加壳体结构的稳定性 3 此形状多为RNA病毒 具螺旋对称的动物病毒多有包膜 3 复合对称的结构特征 大肠杆菌T4噬菌体是复合对称代表 由椭圆形的二十面体头部和螺旋对称的尾部组合而成 4 病毒的特殊形态 包涵体 inclusionbody 噬菌斑 plaque 空斑 plaque 枯斑 lesion 1 包涵体 inclusionbody 概念 感染病毒的细胞中 完整病毒和未装配的病毒亚基的聚合体 少数为宿主细胞对病毒感染的反应产物 在细胞质或细胞核内出现的异常染色区域称为包涵体 在细胞质中为嗜酸性 在细胞核中为嗜碱性 2 包涵体的特点 1 包涵体内含或不含病毒粒子 2 包涵体具有感染性 3 不同病毒包涵体大小 形状 组成 染色性不同 3 检测病毒包涵体的意义 1 作为病毒性疾病的辅助诊断依据 顾氏小体 Guanrnieribody 天花病毒包涵体内基氏小体 Negribody 狂犬病毒包涵体X 体 X body 烟草花叶病毒包涵体2 用于生物防治 2 噬菌斑 plaque 概念 将少量噬菌体与大量敏感菌混合培养在营养琼脂中 由于噬菌体不断裂解细菌 在平板上形成一个个透明圆斑 称为噬菌斑 每个噬菌斑一般是由一个噬菌体粒子形成 应用 噬菌斑可用于检出 分离 纯化噬菌体和进行噬菌体的计数 3 空斑或病斑 概念 空斑或病斑是动物病毒感染细胞而产生的特殊形态 在覆盖薄层琼脂的单层细胞上 病毒感染细胞增殖后的病毒粒子扩散至邻近细胞 最终形成与噬菌斑类似的空斑 若单层细胞被肿瘤病毒感染 则细胞剧增产生与菌落类似的病灶称病斑 应用 检测空斑或病斑可用于有活性的病毒粒子记数 染色可区分死活细胞 4 枯斑 概念 枯斑是植物病毒感染植物细胞形成的 枯斑在叶片上可见 应用 通过测定枯斑数目可测定植物病毒的数目 国际病毒分类委员会 ICTV InternationalCommitteeonTaxonomyofViruses 分类单元 目 order 套式病毒目 Nidovirales 科 family 冠状病毒科 Coronaviridae 属 genus 冠状病毒属 Coronavirus 种 species SARScoronavirus 4 病毒的命名 病毒名称书写规则 不采用拉丁文双名法 而是英文或英语化的拉丁文 只用单名 目 科 属分别用拉丁文后缀 virales viridae virus 如Circoviridae环状病毒科Circovirus环状病毒属 病毒名称依据 thediseasetheycausepoliovirus rabiesvirus thetypeofdiseasemurineleukemiavirus geographiclocationsSendaivirus Coxsackievirus theirdiscoversEpstein Barrvirus howtheywereoriginallythoughttobecontracteddenguevirus evilspirit influenzavirus the influence ofbadair combinationsoftheaboveRousSarcomavirus 5 病毒的分类 http www ictvonline org 20119threport 2284species 349genera 19subfamilies 87families 6orders 病毒分类系统 分类系统 目 科 亚科 属和种分类阶元构成 科和属是病毒分类系统的最主要单位 目 病毒目是一群具有某些共同特征的科组成 目名的词尾为 virales 科 病毒科是一群具有某些共同特征的属组成 科名的词尾为 viridae 科 下面可以设立或不设立亚科 亚科名的词尾为 virinae 属病毒属是一群具有某些共同特征的种组成 其属名的词尾为 virus 但在设立一个新的病毒属时必需有一个同时被承认的代表种 typespecies 种病毒种的命名不是单纯由某一个分类特征 而是由多原则分类特征决定的 包括病毒的基因组组成 病毒颗粒形态结构 生理生化特性和血清学性质等 病毒的分类依据 核酸的性质与结构病毒粒子的大小 形状衣壳对称性和壳粒数目有无包膜对理化因素的敏感性抗原性生物学特性 病毒的分类方法 1 根据宿主不同分类动物病毒 植物病毒 昆虫病毒 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 根据核酸类型分类 DNA病毒 RNA病毒根据有无包膜分类 有包膜病毒 无包膜病毒临床分类呼吸道病毒 消化道病毒 肝炎病毒 虫媒病毒 出血热病毒 肿瘤病毒 dsDNA病毒ssDNA病毒dsRNA病毒 ssRNA病毒 ssRNA病毒逆转录病毒亚病毒因子 2011年第9次报告 6目 87科 19亚科 349属 2284种 病毒的分类方法 2 TaxonomyoftheOrderMononegavirales aV vertebrate I insect P plant ClassificationofHumanViruses Majordiseasescausedbyhumanviruses DNA病毒 类型分类特点病毒科名DNA病毒双链DNA 有包膜痘病毒科疱疹病毒科双链DNA 无包膜腺病毒科乳多空病毒科单链DNA 无包膜细小病毒科 类型分类特点病毒科名RNA病毒双链RNA 分节 无包膜呼肠病毒科双RNA病毒科负单链RNA 不分节 有包膜副粘病毒科弹状病毒科负单链RNA 分节 有包膜正粘病毒科布尼亚病毒科沙粒病毒科正单链RNA 不分节 无包膜小RNA病毒科杯状病毒科星状病毒科正单链RNA 不分节 有包膜冠状病毒科黄病毒科披膜病毒科 RNA病毒 类型分类特点病毒科名逆转录病毒双链DNA 不分节 有包膜嗜肝DNA病毒科单链RNA 不分节 有包膜逆转录病毒科 逆转录病毒 DNA病毒科重要病毒 RNA病毒科重要病毒 TheBaltimoreclassificationsystem BasedonthemethodofviralmRNAsynthesis dsDNAssDNA ssRNA ssRNAdsRNARNAretroDNAretro Theseven Baltimore replicationclasses RNAviruses DNAviruses 亚病毒 subviruses 概念 不具有完整的病毒结构的一类病毒称之为亚病毒 包括类病毒 拟病毒 朊病毒等 亚病毒 类病毒 viroid 朊病毒 prion 拟病毒 virusoid 卫星病毒 1 类病毒 Viroid 裸露的单链RNA 专性细胞内寄生的最小分子生物 RNA为闭合环状 形似棒状 核酸分子量约为100000道尔顿 350个核苷酸 借宿主细胞内依赖DNA的RNA聚合酶 以非对称的模型复制 较耐热 90 下仍存活 主要感染植物 可通过种子传播 例如番茄簇顶病 柑橘裂皮病 菊花矮化病 菊花褪绿斑驳病 黄瓜白果病 椰子死亡病和酒花矮化病等 2 拟病毒 Virusoid 一类包裹在真病毒粒体中的有缺陷的类病毒 又被称为 类类病毒 viroid like 壳内病毒或病毒卫星 satellite 被寄生的病毒称为辅助病毒 单链环状RNA分子 依赖于辅助病毒复制 干扰辅助病毒的复制 与辅助病毒序列无同源性 二者单独接种都不能感染和复制 合在一起才可以感染和复制 借助宿主细胞内依赖于RNA的RNA聚合酶以滚环方式进行复制 如绒毛烟斑驳病毒 VTMoV 苜蓿暂时性条斑病毒 LTSV 莨菪斑驳病毒 SNMV 地下三叶草斑驳病毒 SCMoV 3 朊病毒 Prion 一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质 亦称蛋白质感染因子 电镜下呈杆状颗粒 直径25nm 长100 200nm 杆状颗