生物课件-第三章 病毒.ppt

第三章非细胞生物病毒和亚病毒,病毒：是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只含有一种核酸；它们只能在活细胞内营专性寄生；在离体条件下,它们以无生命的化学大分子状态存在。,第一节病毒,1、概念,也可以这样解释：病毒是最小的生命形态，是只能在宿主细胞内才能复制的微生物。,一、病毒的基本特性,（真）病毒(virus)：至少含有核酸和蛋白质两种组分类病毒(viroid)：只含单独具侵染性的RNA组分拟病毒(virusoid)：只含不具单独侵染性的RNA组分朊病毒(prion)：只含蛋白质一种组分,2、分类,3、病毒的特性,形体极其微小，没有细胞构造，一般都可通过细菌滤器故也称分子生物；其主要成分仅是核酸和蛋白质两种；每一种病毒只含有一种核酸，DNA或RNA；,3、病毒的特性,既无产能酶系也无蛋白质合成系统，在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖；在宿主的活细胞内营专性寄生，在离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶；对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。,病毒个体用纳米（nm）来量度。病毒的大小悬殊，直径在10300nm之间，通常在100nm左右。较大的病毒如痘类病毒，其大小为250300nm20050nm，比最小的细菌支原体（直径200250nm）还大。最小的病毒如菜豆畸矮病毒，粒子大小仅为911nm，比血清蛋白分子（直径22nm）还小。,1.病毒的大小,二、病毒的形态构造及化学组成,2.形态,成熟的具有侵染力的病毒颗粒称为病毒粒子（virion）。在电子显微镜下观察到的病毒粒子一般为球状、棒杆状、蝌蚪状和线状等多种形态。人、动物和真菌的病毒大多呈球状（如腺病毒、蘑菇病毒），少数为弹状或砖状（如弹状病毒、痘病毒）。植物病毒和昆虫病毒则多数为线状和杆状（如烟草花叶病毒、家蚕核型多角体病毒），少数为球状（如花椰菜花叶病毒）。细菌病毒称噬菌体，部分呈蝌蚪状（T2，T4，噬菌体），部分线状（fd、M13等）或球状（MS2、X174等）,2.形态,3.化学组成和结构,衣壳,核酸,包膜,刺突,核衣壳,病毒的基本结构：,乙肝病毒,（1）蛋白质病毒一般只含一种或少数几种蛋白。,蛋白质的主要作用：,构成病毒粒子的外壳，保护病毒核酸。决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在的受体有特异性亲和力。具有抗原性，能刺激机体产生相应的抗体。,（2）病毒核酸只含一类核酸（DNA或RNA），至今还没发现一种病毒同时兼有两类核酸。大多数植物病毒的核酸为RNA，少数为DNA；噬菌体的核酸大多数为DNA，少数为RNA；动物病毒，包括昆虫病毒，则部分是DNA，部分是RNA。含DNA的病毒称为DNA病毒，含RNA的病毒称为RNA病毒。,（2）病毒核酸无论是DNA还是RNA，都有单链（ss）和双链（ds）之分。RNA病毒多数是单链，极少数为双链，DNA病毒多数为双链，少数为单链。核酸有线状和环状之分，如玉米条纹病毒的核酸为线状单链DNA，大丽菊花叶病毒的核酸为闭合环状双链DNA。但RNA病毒核酸都呈线状，罕见环状。,（3）脂类和糖类少数有包膜的大型病毒含有蛋白质和核酸外，还含有脂类和糖类等其他成分。,流感病毒,丙肝病毒,（4）病毒的包含体有些病毒在寄主细胞内还形成包含体的结构，它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞质和细胞核内都存在的类型。包含体是寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，内含1个到几个病毒粒子。,廿面体对称(球状)螺旋对称(杆状)复合对称(蝌蚪状),三类典型形态的病毒,螺旋对称这类病毒的壳体一个挨一个地呈螺旋对称状排列而成，核酸位于壳体的螺旋状结构中。多数为单链RNA病毒,烟草花叶病毒结构示意图,二十面体对称这类病毒看上去好像球形粒子，经高分辨力显微镜观察发现它实际上是个多面体，壳体一般是二十面体。腺病毒是这类结构的典型体。,腺病毒结构示意图,复合对称这类病毒的壳体是由2种结构组成的，既有螺旋对称部分，又有立方体对称部分，故称复合对称。代表类型为噬菌体。,复合对称的病毒粒子,T4Bacteriophage,四、病毒的主要类群,目前人们仍然根据病毒对宿主感染的专一性，按宿主的不同类型将病毒分为四大类：微生物病毒、植物病毒、脊椎动物病毒、昆虫病毒。,微生物病毒侵染细菌、放线菌等原核微生物的病毒，通常称为噬菌体。微生物病毒广泛存在于自然界中，在真菌、蓝绿藻中也发现有病毒的感染。,植物病毒虽是严格的细胞内寄生物，但是它们的专化性不强，往往是一种病毒可寄生在不同种、属，甚至不同科的植物上。植物被病毒感染以后，主要出现3类症状：a）花叶、黄化或红化等；b）植株发生矮化、丛生或畸形等；c）形成枯斑或坏死。,植物病毒,脊椎动物病毒,广泛存在于人类、哺乳动物、禽类和鱼类等多种脊椎动物中。病毒会导致动物感染生病，如流感病、麻疹、肝炎、疱疹、艾滋病等，或者使动物产生瘟疫，如猪瘟、牛瘟、鸡瘟等，此外，研究还发现，在人类的恶性肿瘤中，约有15是由病毒的感染而诱发的。,昆虫病毒的研究和开发工作起步较晚，但发展较快，当前国际上已经报道的昆虫病毒有1671种（1990），我国有290多种。大多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成包含体。根据是否形成包含体，可以把昆虫病毒划分为包含体病毒和非包含体病毒。,昆虫病毒,包含体：是病毒在寄主细胞内形成的一种结构，是一种蛋白质结晶体，内含一个或几个病毒粒子，可以位于细胞质内也可以位于细胞核内，个体较大的在光学显微镜下能看到。,噬菌体：是病毒中的一种，一般把侵染细菌、放线菌的病毒叫噬菌体。（把侵染真菌的病毒叫噬真菌体）噬菌体在自然界广泛存在，在1995年发表的ICTV(InternationalComitteeonTaxonomyofViruses，国际病毒分类委员会)的病毒分类与命名第六次报告中共报道了4000余种，分别划归为49个病毒科。据Bradley(1967)归纳，噬菌体共有六类形态。,第二节噬菌体(Phage),1、组成：主要由蛋白质和核酸组成。2、基本形态：蝌蚪形、微球形和纤丝形。,一、噬菌体的形态结构与组成,以大肠杆菌T4噬菌体为例：头部：廿面体对称结构，由蛋白质衣壳构成，内含一条DNA。颈部：薄盘状，附颈须。尾鞘：长95nm,衣壳粒螺旋对称；可伸缩。尾髓:中空，DNA可由此进入细胞。,大肠杆菌T4噬菌体构造,蝌蚪形噬菌体的构造,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。,T-系噬菌体：是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，按发现的先后顺序进行从T1T7编号，后来发现其中偶数者的形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称T偶数噬菌体。,噬菌体并没有个体的生长过程，而只有基本成分的合成和装配，所以一般将噬菌体的繁殖称做复制。根据噬菌体与宿主的关系：烈性噬菌体温和噬菌体（或溶源性噬菌体）,二、噬菌体(phage)的增殖,烈性噬菌体：感染细胞后,能在寄主细胞内增殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。烈性噬菌体的繁殖过程一般分为五个阶段：即吸附、侵入、增殖（复制与生物合成）、成熟（装配）和裂解（释放）,（一）、烈性噬菌体的繁殖,吸附噬菌体吸附到宿主细胞时，尾部末端的尾丝散开并附着于细胞表面的特异性受体上，刺突和基板固着于细胞表面。,烈性噬菌体繁殖第一阶段,侵入噬菌体吸附后，尾髓末端所携带的少量溶菌酶水解局部肽聚糖并产生一个小孔洞，然后尾鞘收缩为原长的一半，将尾髓推出并插入到细胞内，接着头部的核酸通过中空的尾髓注入到宿主细胞中，而将蛋白质外壳留在细胞外。,烈性噬菌体繁殖第二阶段,烈性噬菌体繁殖第三、四阶段,增殖噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的生理代谢，大量复制出噬菌体核酸，并产生很多可用于子代噬菌体装配的晚期蛋白，包括头部蛋白、尾部蛋白、多种装配蛋白和溶菌酶等。这时候不形成带壳体的粒子。,成熟成熟过程实际上是噬菌体的装配过程，前期复制得到的各组件被组装成完整的噬菌体粒子。,裂解当大量的子代噬菌体成熟以后，由于所产生的溶菌酶和脂肪酶分别对细胞壁和细胞质膜的水解作用，促使寄主细胞的裂解，释放出病毒粒子。,烈性噬菌体繁殖第五阶段,烈性噬菌体生长繁殖全过程,吸附：噬菌体和宿主细胞上的特异性吸附部位进行特异性结合，噬菌体以尾丝牢固吸附在受体上后，靠刺突“钉”在细胞表面上。,侵入：核酸注入细胞的过程。噬菌体尾部所含酶类物质可使细胞壁产生一些小孔，然后尾鞘收缩，尾髓刺入细胞壁，并将核酸注入细胞内，蛋白质外壳留在细胞外。复制：包括核酸的复制和蛋白质合成。噬菌体核酸进入宿主细胞后，会控制宿主细胞的合成系统，然后以噬菌体核酸中的指令合成噬菌体所需的核酸和蛋白质。,装配：主要步骤有：DNA分子的缩合通过衣壳包裹DNA而形成头部尾丝及尾部的其它部件独立装配完成头部与尾部相结合最后装上尾丝，至此，一个个成熟的形状、大小相同的噬菌体装配完成。,释放：方式：裂解：多以裂解细胞的方式释放。分泌：噬菌体穿出细胞，细胞并不裂解。通常情况下，一个噬菌体通过上述五个过程能合成100300个噬菌体。烈性噬菌体的这种生长繁殖方式也称为一步生长。,一个寄主细胞通常可释放1010000个噬菌体粒子。在细菌培养液中，细菌被噬菌体所感染，细胞裂解，原来混浊的菌悬液变成透明的裂解液。,噬菌斑,在双层平板固体培养基上，稀释的菌体悬液可引起点状感染，在感染点上进行反复的侵染过程，产生透明的空斑称为噬菌斑。,烈性噬菌体生长的测定一步生长曲线,一步生长曲线的实验方法：首先把在对数期生长的敏感细菌悬浮液与适量的噬菌体混合，通常噬菌体和细菌的混合比例为1：10，避免几个噬菌体同时侵染一个细菌细胞。经数分钟吸附后，混合液中加入一定量的该噬菌体的抗血清，以中和尚未吸附的噬菌体。然后再用培养液进行高倍稀释，以免发生第二次的吸附和感染。培养后定时取样，将含噬菌体的样品与敏感细菌混合，在平板上培养，计算噬菌斑数。,噬菌体一步生长曲线,实验设计依据：1个菌体被1个噬菌体感染，避免二次吸附；细菌群体被噬菌体同步感染。实验过程:敏感菌10mlPhage1ml混匀，5min，使之吸附离心或用抗phage血清处理，去除过量phage高倍稀释，吸附phage的菌悬液(避免多次吸附)37培养，定时取样,噬菌斑,以培养时间为横坐标，以噬菌斑数为纵坐标，绘制成的曲线为一步生长曲线。潜伏期：从噬菌体吸附细菌到第一个噬菌体粒子装配之前的这段时期。噬菌体数无变化。样品中无游离的噬菌体。(510min),裂解期：曲线直线上升，子代噬菌体不断释放到培养基中，直到达到一个极限。(2030min)稳定期：感染细胞后复制的子代噬菌体全部释放，噬菌斑数稳定，一次感染结束。,裂解量：每一受感染细胞所释放的新的噬菌体的平均数。稳定期噬菌斑数裂解量=潜伏期噬菌斑数不同的噬菌体或同种噬菌体感染敏感菌后所释放的噬菌体数不同,与噬菌体种类、宿主细胞菌龄以及环境因素有关。,温和噬菌体：噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（附着）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。原噬菌体（或前噬菌体）：即整合在宿主核DNA上的噬菌体的核酸。溶原性细菌：指在核染色体上整合有原噬菌体的细菌。可进行正常生长繁殖，而不被裂解。,（二）、温和噬菌体的增殖与溶源性细菌,可稳定遗传：子代细菌都含有原噬菌体，均具有溶原性。可自发裂解：温和噬菌体的核酸也可从宿主DNA上脱落下来，恢复原来的状态，进行大量的复制，变成烈性噬菌体，自发裂解几率10-210-5。可诱导裂解：用化学、物理方法诱导可复愈：自然遗失前噬菌体，变为非溶源性细菌，不再发生自发裂解和诱导裂解溶源转变：由于溶原菌整合了温和噬菌体的核酸而使自己产生一些新的生理特征。,溶原性细菌的特点,第三节噬菌体的危害和应用,一、危害,在发酵工业和食品工业上，噬菌体给人类带来的危害是：污染生产菌种，造成菌体裂解，无法发酵积累产物，发生倒罐事件，损失是极其严重的。,1、噬菌体的来源和感染途径噬菌体的来源主要有三方面：a）生产菌种本身携带有噬菌体；b）生产环境存在噬菌体，尤其是长期使用某种菌种的工厂，如果不注意环境的净化，很容易使周围空气中带有大量噬菌体，造成污染；c）相近似的噬菌体发生自然变异，使其对生产菌敏感而侵染。,噬菌体侵染发酵过程的主要途径,主要途径有：a）菌种带噬菌体进入发酵罐；b）无菌空气中含有噬菌体，通气时带入发酵罐；c）生产设备有“死角”或渗漏；d）灭菌不彻底，操作不严等。,2、噬菌体污染对食品工业的危害：食品工业上采用乳酸菌、醋酸菌或其他菌进行发酵生产各种不同的产品时，如果生产过程中受到相应噬菌体的感染，发酵作用就会减慢，周期明显延长，甚至停止；发酵液变清，不积累发酵产物，菌体很快消失，整个发酵生产被破坏。,3、预防噬菌体感染的措失,工业发酵生产中，必须贯彻“以防为主、防重于治”的积极原则。可采取的措失主要有：a）决不使用可疑菌种；b）严格保持环境卫生；c）决不排放或丢弃活菌液；d）注意通气质量，保证无菌空气净化系统的严密有效；e）加强发酵罐和管道的灭菌，彻底消灭死角及渗漏；f）不断筛选抗性菌种，并经常轮换生产菌种，必要时添加噬菌体抑制剂；g）严格执行会客制度，避免闲杂人员进入生产间导致污染。,3、预防噬菌体感染的措失,一旦预防措失失败，发生噬菌体污染，要及时采取合理的措失减少损失，如：a）尽快提取成品；b）使用抑制药物，抑制噬菌体的吸附和侵入；c）及时改用抗噬菌体