微生物理论课件第3章病毒

wugenfu,第三章微生物形态与结构（三）非细胞型生物,wugenfu,1892伊凡诺夫斯基：TMV病原体能通过细菌滤器；1898贝哲林克：TMV病原体是一种传染性的活性流质，命名为病毒。1935Stanley：提纯并结晶了TMV，其后Bawden揭示TMV的化学本质是核蛋白1940：德国Kausche用电镜观察到TMV的杆状外形1952:HersheyandChase证实病毒的遗传物质仅仅是DNA或RNA,1971:发现了类病毒1982:发现了朊病毒1983:发现了拟病毒,病毒的发现,wugenfu,wugenfu,第一节病毒,病毒的特点病毒的分布病毒的形态结构病毒的化学组成病毒的繁殖病毒的分类病毒的代表,wugenfu,一、病毒的特点,1、极其微小，电镜，可通过细菌滤器（由于电荷及吸附作用，某些病毒不能通过）2、没有细胞构造（分子生物）3、主要成分是核酸和蛋白质（某些有脂类，多糖）4、一种病毒只含一种核酸，或DNA或RNA5、专性寄生:既无产能系统，也无蛋白质合成系统6、通过复制的方式进行增殖7、离体条件下以化学大分子状态存在并可形成结晶8、对抗生素不敏感，对干扰素敏感,wugenfu,什么是病毒？1967年，Luria：病毒是这样的实体，即它们的基因组是利用细胞的合成机构在活细胞内进行复制的核酸单元，并合成能使其基因组转移到其他细胞中去的专一性因子。,通俗地说：病毒是超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞内寄生的分子生物，它们在活细胞外具有一般化学大分子的特性，一旦进入宿主细胞，又具有生命特征。,wugenfu,病毒与其他微生物的区别,wugenfu,二、病毒的分布,活细胞寄生生物，分布在活细胞内；微小，漂浮在空气中。病毒一般都致病某些病毒对宿主无害，如存在于人及兽类呼吸道及肠道中的呼肠孤病毒，杂色郁金香病毒,wugenfu,三、病毒的形态结构（一）大小,微小，大多在100nm左右最大的痘病毒，直径超过250nm最长的如柑桔衰退病毒，可长达2000nm（宽10nm）最小的菜豆畸矮病毒9-11nm，比血清蛋白分子还小最细的大肠杆菌F1噬菌体：5*800nm,wugenfu,（二）形态,多样，主要分三类1棒状（杆状）：如TMV，2球状：多为二十面体（也有的是八、十二面体）3蝌蚪状：多数噬菌体。,wugenfu,烟草花叶病毒结构示意图,螺旋对称,wugenfu,病毒的二十面体结构,立方体对称20个等边三角形12个顶角30条棱边,wugenfu,呈复合对称头部20面体（立方体对称）颈部为杆状（螺旋对称）,wugenfu,几种病毒的形态和大小,wugenfu,动物病毒多呈球形、卵圆形或砖形。如腺病毒为球状，痘病毒为砖形植物病毒多呈杆形或丝状，少数为球状。如烟草花叶病毒为丝状，苜蓿花叶病毒为杆状，花椰菜花叶病毒为球状细菌病毒即噬菌体多为蝌蚪状，也有为球状和丝状，如大肠杆菌偶数T噬菌体系列为蝌蚪状，大肠杆菌噬菌体fd为丝状，X174为球形,wugenfu,病毒小，需电镜才能看到，但是某些细胞被感染后，常在细胞内形成一种在光学显微镜下可见的小体，称为包涵体（Inclusionbody），有的形成于核内如疱疹病毒；有的在质内，如痘类病毒；有的质、核中皆有，如麻疹病毒。包涵体可由（1）完整的病毒颗粒，（2）未装配的病毒亚基，（3）宿主细胞感染后的反应产物，聚集而成，(4)也可由化学因子或某些细菌感染引起。,病毒的包涵体,wugenfu,病毒的包涵体图,不同病毒包涵体的形状、大小、组成及在宿主细胞中的部位不同，可用于病毒的快速检测，如天花病毒的顾氏小体（Guarnier）狂犬病毒的内基氏小体（Negri），TMV的X体。,wugenfu,（三）病毒粒子的结构,病毒粒子（Virion）是指一个结构和功能完整的病毒颗粒,核酸衣壳囊膜,核衣壳,wugenfu,核酸核心,位于病毒粒子中心，构成了其核心或基因组（Genome）。一种病毒只有一种类型的核酸，或RNA或DNA。可能单股，也可能双股病毒核酸储存有病毒的遗传信息，控制着病毒的遗传变异、增殖和对宿主的感染性无蛋白质壳体的病毒核酸仍具有感染性，且感染范围更广，但感染力较弱,wugenfu,蛋白质壳体(衣壳capsid）,是指围绕病毒核酸并与之紧密相连的蛋白质外壳，由许多壳粒（Capsomere）组成壳粒是指在电子显微镜下可以认辩的组成壳体的亚单位，由一个或多个多肽分子组成功能:保护病毒核酸，决定病毒感染的特异性，具有抗原性，可刺激机体产生相应抗体组成壳体的壳粒有两种对称排列方式：二十面体，壳粒沿着三根相互垂直的轴形成对称体，壳体即为二十面体。螺旋状体，壳粒和核酸呈螺旋对称形排列成直杆形,伸长的纤维状，弯曲杆状,wugenfu,病毒的囊膜,囊膜也称封套或包膜（Envelope），包被在病毒核壳体外，含有脂类、蛋白质和糖类双层脂膜，对脂溶剂敏感，含病毒特异性蛋白表面具有突起物，称为刺突（Spike），也称为包膜子粒（Peplomer）囊膜易吸附于寄主细胞表面，易于侵入细胞,wugenfu,病毒结构示意图,wugenfu,四、病毒的化学组成,大多由核酸和蛋白质组成，有的还有脂类、多糖1核酸；一种病毒只含一种核酸，RNA或DNA。多数植物病毒属RNA，如TMV，有些为DNA，如花椰菜花叶病毒。噬菌体多为DNA，如大肠杆菌噬菌体，少数RNA，如大肠杆菌M13和f2噬菌体。动物病毒有些是DNA，如天花病毒，有些是RNA，如流感病毒,wugenfu,核酸的存在形式多样：DNA病毒大多是双链的，少数单链的如小鼠细小病毒RNA病毒大多是单链的，少数双链的如呼肠孤病毒大多数DNA病毒含线状双链，但也有一些是闭环的大多数RNA病毒含线状单链。不同的病毒不仅核酸类型不同，而且含量差别很大。如流感病毒核酸占1%，TMV占5%，大肠杆菌T偶数噬菌体可占50%以上。病毒粒子越复杂，核酸含量越多。,wugenfu,2、蛋白质简单的病毒只含一种蛋白质，较复杂的病毒有几种结构蛋白，高级的病毒有某些酶（如溶菌酶、RNA聚合酶、逆转录酶）功能：（1）构成病毒粒子的外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏（2）决定病毒感染的特异性（3）决定病毒的抗原，刺激机体产生相应的抗体（4）某些酶与病毒的侵染与复制有关3、其他被膜的主要成分为细胞膜的成分，脂类（磷脂占5060%，其余为胆固醇）,wugenfu,五病毒的繁殖复制,病毒利用宿主细胞提供的原料、酶系统和能量，在自身核酸的控制下复制核酸并合成蛋白质，然后装配成成熟的病毒颗粒，再以各种方式释放至细胞外，感染其他细胞。这种增殖方式称为复制，整个复制周期一般包括吸附、侵入、脱壳、生物合成、装配与释放。,wugenfu,wugenfu,1、吸附：具特异性，与宿主细胞的受体相吸附。2、侵入：方式取决于宿主细胞性质，尤其是它的表面结构。动物病毒：无细胞壁，一般通过胞饮（如痘类病毒）或膜融合（如流感病毒）的方式侵入细胞植物病毒：有坚韧的细胞壁，一般通过伤口或刺吸式昆虫口器注入。噬菌体：一般通过注射的方式将核酸注入细胞，而外壳留于胞外。,wugenfu,3、脱壳：是病毒粒子脱去衣壳和囊膜的过程。噬菌体：注射-壳留在菌外，核酸直接进入。动物病毒（有囊膜）：胞饮-成两层膜-溶酶体-核酸融合-脱壳酶？-核酸植物病毒（无囊膜）：在吸附和侵入时，衣壳开始破损-核酸,wugenfu,4生物合成包括核酸的复制和蛋白质的合成。病毒核酸进入细胞后，接管或部分接管了宿主细胞的合成系统，开始其本身的生物合成。合成病毒的mRNA，合成病毒蛋白质核酸复制,wugenfu,5、装配由分别合成好的核酸与蛋白质组合成完整的新的病毒粒子。大多DNA病毒：核内复制，胞质中合成蛋白质-核内装配大多RNA病毒：胞质中复制，胞质中合成蛋白质-胞质中装配。天花病毒，DNA型，质内复制、合成、装配；烟草花叶病毒，RNA型，核内复制，质内合成-核内装配。,wugenfu,6、释放成熟的病毒粒子从被感染细胞转移到外界的过程。形式多样如细胞破裂释放（溶菌酶或压力作用）细胞出芽或称外排有囊膜的病毒细胞与细胞接触而扩散如通过胞间连丝，细胞融合等。从病毒核酸进入细胞到子代病毒装配完成这一时期，病毒不显示其原有的形态，称为隐蔽期（隐晦期）。,wugenfu,六、病毒的分类,实用性分类寄主型分类动物病毒（特别是昆虫病毒）植物病毒微生物病毒病毒理化特性分类科（viridae）亚科（virrinae）属（virus）以病毒核酸分类:DNAorRNA;ssords;openorclosed;+or-病毒粒子有无囊膜7大类,62科.,wugenfu,wugenfu,七、病毒的代表,（一）噬菌体Bacteriophage,wugenfu,噬菌体的形态结构,wugenfu,大肠杆菌T偶数噬菌体典型图,wugenfu,噬菌体的分类,烈性噬菌体（Virulentphage）侵入寄主细胞后进行复制繁殖并导致细胞裂解的噬菌体即为烈性噬菌体,温和性噬菌体（Temperatephage）侵入细胞后与宿主细胞的同步复制，并随宿主细胞的生长繁殖而传代下去，在一般情况下不引起宿主细胞裂解的噬菌体，称为温和性噬菌体,wugenfu,噬菌体的增殖周期,吸附（Absorption）侵入（Penetration）复制（Replication）装配（Assembly）裂解（Lysis）,wugenfu,吸附(Absorption),吸附是噬菌体侵染宿主细胞的第一步吸附过程决定于：1）细胞表面受体的结构；2）噬菌体的吸附器官吸附为噬菌体的吸附器官与敏感细菌细胞表面受体的特异性互补结合一种细菌细胞表面可被多种和多个噬菌体吸附感染。据测定，一个细菌细胞表面可被250-360个噬菌体吸附达到饱和量自外裂解吸附受环境因子温度、pH、阳离子浓度等影响,wugenfu,噬菌体的吸附与侵入图,wugenfu,侵入(Penetration),侵入即注入核酸噬菌体以其尾部固着于敏感细菌细胞表面后，将尾丝展开固着于细胞，尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生一个小孔，然后尾鞘收缩，将头部的核酸通过中空的尾髓压入细胞内，而蛋白质外壳则留在细胞外。此过程可在几十秒内完成尾鞘并不是侵染的必备条件，无尾鞘者也可有效侵染，但有尾鞘者可提高侵染效率,wugenfu,生物合成(Biosynthesis),包括噬菌体核酸的复制和蛋白质的合成DNA的复制：噬菌体进入细胞后立即以噬菌体DNA为模板，利用细菌原有的RNA合成酶合成早期的mRNA，由早期mRNA翻译成早期蛋白质。这些早期蛋白质是病毒复制所需的酶及抑制细胞代谢的调节蛋白在这些酶催化下，以亲代DNA为模板，半保留复制出子代DNA在DNA开始复制后转录的mRNA为晚期mRNA，再由晚期mRNA翻译成晚期蛋白质即噬菌体外壳的结构蛋白，如头部蛋白质、尾部蛋白质.,wugenfu,噬菌体的侵入、复制和释放,wugenfu,装配(Assembly),装配是将噬菌体的核酸、蛋白质装配成一个成熟的、有侵染力的噬菌体粒子的过程大肠杆菌噬菌体的DNA、头部蛋白质亚单位、尾鞘、尾髓、基板、尾丝等合成后，收缩聚集，被头部外壳蛋白包围，形成二十面体的噬菌体头部。尾部也同时装配，再与头部连接装配完毕，成为新的子代噬菌体,wugenfu,裂解(Lysis),成熟的噬菌体粒子大多借宿主细胞的裂解而得到释放细菌细胞的裂解可导致原浑浊的培养液变清，固体培养物出现噬菌斑也有丝状噬菌体fd成熟后不裂解细菌细胞，而是从宿主细胞中钻出来，细菌细胞仍可生长大肠杆菌的T偶数噬菌体从吸附到粒子成熟释放需15-30min,wugenfu,wugenfu,细菌的溶源性,溶源性（Lysogeny）：温和性噬菌体侵入到宿主细胞后，其DNA可整合到宿主的DNA上，并与宿主细胞DNA同步复制，但不合成自己的蛋白质壳体，宿主细胞不裂解而能继续生长繁殖整合在宿主细胞上的温和性噬菌体的基因称为原噬菌体（Prophage），含有原噬菌体的宿主细胞称为溶源性细胞（Lysogeniccell）,wugenfu,wugenfu,温和噬菌体的特性,温和性噬菌体的基因能整合到宿主细胞染色体DNA中，有一个与细菌染色体相附着的位点，并在其某种基因产物（酶）的作用下，两者在此发生特异性重组温和噬菌体能编码合成一种阻遏体蛋白，它可阻止噬菌体所有增殖相关基因的表达，使其不能进入营养状态，另外有一些调节基因控制阻遏体的合成，以维持稳定的溶源状态1、溶源细胞的自发裂解：当阻遏体水平降低到不足以维持溶源状态，原噬菌体可离开宿主细胞的染色体而进入增殖周期，并引起宿主细胞裂解。自发性裂解的频率在10-2-10-5,wugenfu,2、溶源细胞的诱发裂解溶源细胞可受各种理化因子如射线、化学诱变剂的影响而诱发裂解，释放出噬菌体粒子3、溶源细胞的免疫性阻遏体蛋白除阻遏原噬菌体的基因组外，也同样能阻遏进入溶源细菌的其他同型噬菌体的基因组，使其不能在该细胞内复制。因此溶源细菌对同型噬菌体呈现一种特异的免疫现象。如含有原噬菌体的溶源性细胞对于噬菌体的毒性突变株有免疫性，即毒性突变株对非溶源性宿主细胞有毒性，而对溶源性宿主细胞（含噬菌体DNA）却无毒性,wugenfu,4、溶源性细菌的复愈溶源性细菌细胞有时可在无理化因子影响条件下即既不发生自发裂解，也不发生诱发裂解而消失其含有的原噬菌体，成为非溶源性细胞，称为溶源细胞的复愈或非溶源化。这种菌株为复愈菌株（Curingstrain）5、溶源转变（Lysogenicconversion）溶源性细菌除了具有产生噬菌体的能力和对相关噬菌体的免疫性外，有时还伴有其他性状的改变。这种改变称为溶源转变。许多细菌的性状受溶源性的影响,wugenfu,噬菌体毒性感染和溶源性过程,wugenfu,噬菌体的一步生长曲线,利用烈性噬菌体的生活周期测定噬菌体侵染和成熟病毒释放的时间间隔，用于描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。称为一步生长曲线（One-stepgrowthcurve）吸附后高倍稀释，每隔一定时间测噬菌斑（效价）功能：可反映每种噬菌体的3个重要特性参数：潜伏时间、裂解时间和裂解量,wugenfu,噬菌体一步生长曲线可分为：潜伏期（Latentperiod）：是指噬菌体核酸侵入宿主细胞后到细胞释放新的噬菌体止的一段时间。隐晦期（Eclipsephase）：噬菌体侵染细菌细胞后，细胞内只出现噬菌体核酸和蛋白质尚无完整噬菌体的阶段裂解期（Riseperiod）：指噬菌斑突然上升的时期，即细菌细胞正被大量裂解。裂解量即是每个感染细菌所释放的新噬菌体的平均数量平稳期(plateau)：宿主已全部裂解,wugenfu,噬菌体生长的一步曲线图,wugenfu,其他噬菌体,噬蓝细菌体：侵染蓝细菌的噬菌体形状有杆形或多面体颗粒或多角体颗粒双链DNA侵染过程与噬菌体相似，但生活周期比噬菌体长，约68小时增殖时间受环境因子影响，如光照可增加裂解量,噬真菌体即真菌病毒大多数真菌病毒是双链RNA，也有为单链RNA和DNA病毒真菌病毒粒子大多为六面形或球形在老龄菌丝中易发现病毒粒子，幼龄中少见真菌病毒依靠菌丝联结相互传递或有带病毒孢子传布,wugenfu,（二）植物病毒,七、病毒的代表,wugenfu,植物病毒1,植物病毒大多为单链病毒。有些病毒也具囊膜。病毒粒子有杆形、线形或近球形等植物病毒种类繁多，绝大多数种子植物都能发生病毒病植物受病毒侵染后可有3种症状；引起花叶、黄化和红化植株矮化，丛簇，畸形形成枯斑，坏死侵染病毒在植物细胞内形成形状不同的结晶形（不规则形、六角形、针形）或非结晶形（圆球形或椭圆形）的包涵体。存在的位置不同:细胞核，原生质体，或叶绿体。非结晶形包涵体又称X-小体，由病毒粒子和寄主细胞成分混合而成。结晶形包涵体通常由病毒粒子堆叠而成,wugenfu,植物病毒2,传播方式植物病毒以昆虫为媒介传布。半翅目刺吸式口器的昆虫如蚜虫、叶蝉和飞虱等都是重要传布者,wugenfu,（三）、昆虫病毒,七、病毒的代表,wugenfu,昆虫病毒病的特点,普遍特点是在被感染的动物细胞中形成多角形包涵体动物病毒包涵体成分为蛋白质。这些蛋白质在许多有机溶剂中不被溶解，并对蛋白质酶具有抗性，但可溶于碳酸钠、氢氧化钠、氨水溶液中包涵体在自然环境中稳定，可保持活性多年。但对高温敏感，对阳光和紫外线缺少抵抗力。一般消毒剂也可使其失活,wugenfu,昆虫病毒分类,核型多角体病毒（Nuclearpolyhedrosisvirus,NPV）病毒粒子杆状，包裹于呈多面体的包涵体中，位于宿主细胞核内。如蚕的多角体病毒即是典型。在鳞翅目、膜翅目和双翅目昆虫中出现质型多角体病毒（Cytoplasmicpolyhedrosisvirus,CPV）病毒粒子一般球状，直径约为60，含双链。病毒的多数粒子在位于细胞质的包涵体中。主要在昆虫肠道中增殖。昆虫感染后不取食，饥饿而萎缩。可用质型多角体病毒防治松毛虫,wugenfu,第二节,亚病毒Subviruses,wugenfu,亚病毒,亚病毒是指一类比病毒更为简单、仅具某种核酸而不具有蛋白质，或仅具有蛋白质而不具有核酸、能够侵染动植物的微小病原体亚病毒包括类病毒、拟病毒和朊病毒,wugenfu,亚病毒类群的主要异同,wugenfu,类病毒,类病