第一章 病毒和亚病毒2

第六章病毒和亚病毒,病毒分为真病毒（Euvirus，简称病毒）和亚病毒（Subvirus，包括类病毒、拟病毒、朊病毒）,Sars病毒,第一节病毒,病毒是一类体积非常小，结构极其简单，性质十分特殊的非细胞生命形式。特殊性：既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类型。,非细胞生物,真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分亚病毒：类病毒：只含具单独侵染性的RNA组分拟病毒：只含不具单独侵染性的RNA组分朊病毒：只含蛋白质一种组分*,真病毒的特点,形体极其微小、超显微，20200nm，一般过细菌滤器，电镜观察没有细胞结构只有一种核酸DNA或RNA专性活细胞内寄生靠宿主代谢系统的协助来复制、合成，进行增殖在离体条件下，是无生命化学大分子状态；长期存在并保持其侵染活性。对抗生素不敏感，对干扰素敏感有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。,病毒的分类,依据宿主范围植物病毒动物病毒（人、脊椎动物、昆虫）微生物病毒（真菌、藻类、原生动物、细菌、放线菌、蓝细菌）噬菌体是感染细菌和放线菌的病毒。,病毒与人类的关系,一起人类、动植物传染病给发酵工业造成危害制成生物防治剂是生物学基础研究和基因工程中的重要材料和工具,电子显微镜法(利用负染法),分级过滤法,超速离心法沉降法,电泳法,X射线晶体衍射,病毒的研究方法,一、病毒的化学组成与形态构造,1、典型病毒粒的构造病毒粒子（病毒粒或病毒体）：指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。典型病毒粒子的构造基本构造核衣壳：核心（基因组）、衣壳非基本构造包膜包膜核酸*（核酸只有一种DNA或RNA），构成病毒的基因组，遗传信息载体传递体。核酸蛋白质病毒的蛋白质,典型病毒粒子的构造,衣壳(capsid),核心(genome),衣壳粒(capsomere),衣壳,核酸,包膜（envelope）,糖蛋白,核衣壳(nucleocapsid),核酸,病毒核酸种类很多，是病毒系统分类中最可靠的分子基础，主要有以下衡量指标：是DNA还是RNA是单链还双链呈线状还是环状是闭环还是缺口环基因组是单分子、双分子、三分子还是多分子核酸的碱基（b）或碱基对（bp）数，及核苷酸序列等有代表性病毒核酸类型见P68表3-1。动物病毒以线状的dsDNA和ssRNA为多；植物病毒以ssRNA为主；噬菌体以线状的dsDNA居多，目前真菌的病毒都属dsRNA。,病毒的蛋白质,构成病毒外壳,保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏,病毒蛋白还构成了病毒组成的酶.,决定病毒感染的特异性,与易感细胞表面存在的受体具特异亲合力,促使病毒粒子的吸附,决定病毒的抗原性,并能刺激机体产生相应的抗体,包膜：覆盖在核衣壳外的一层含蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜。包膜的类脂来自宿主的细胞膜，有的有刺突。包膜与病毒的宿主专一性和侵染有关。,包膜,2、典型形态的病毒,病毒粒的对称体制有两种：螺旋对称和二十面体对称螺旋对称P64TMV病毒二十面体对称腺病毒复合对称（两者的结合）T偶数系列噬菌体,TMV(tobacomosaicvirus)，烟草花叶病毒，模式植物病毒，直杆状，30015nm，衣壳粒以逆时针方向作螺旋状排列，ssRNA，盘绕于蛋白质外壳内,腺病毒（Adenovirus)，100余种，侵染哺乳动物、禽类，是流行性急性咽炎、咽结膜炎、流行性角膜结膜炎和病毒性肺炎病原体。球状，7080nm，12个角、20个面和30条棱，由五邻体（5个蛋白质亚基组成）和六邻体衣壳粒组成，每个五邻体上突出一刺突，dsDNA。,噬菌体bacteriophage,噬菌体(phage)：感染细菌和放线菌的病毒。种类：烈性噬菌体(virulentphage)温和性噬菌体(temperatephage)在发酵过程中将会造成严重的危害基因工程中作为分子克隆的载体,噬菌体的形态与构造,谷氨酸发酵中所发现的噬菌体,E.coli的T偶数系列噬菌体,刺突tailpins,Phaga,bacterioohaga,95nm,95nm,head,neck,tail（24环）,尾丝(tailfibers),65nm,尾管,刺突,T4由头部、颈部、尾部组成,噬菌体的化学组成,核酸只有一种核酸DNA或RNA.蛋白质外壳,噬菌体的形态,从形态学上可将噬菌体分为六群,噬菌体的形态,HIV病毒（反转录病毒）,牛痘苗病毒,传染性浓泡皮炎病毒,腮腺炎病毒,T偶数病毒,疱疹病毒,大蚊病毒,流感病毒,烟草花叶病毒,腺病毒,多瘤病毒,脊髓灰质炎病毒,1微米,3、病毒大小,包涵体(inclusionbody),噬菌斑(plaque),空斑(plaque),枯斑(lesion),4、病毒的群体形态,当病毒大量聚集并使宿主细胞发生病变时，会形成具有一定形态、构造并能用光镜或肉眼加以观察和识别的特殊“群体”。动植物细胞中的病毒包涵（含）体。幻灯片28由噬菌体在菌苔上形成的噬菌斑。噬菌斑(plaque)由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的空斑空斑和病斑植物病毒在植物叶片上形成的枯斑枯斑这些“群体形态”有助于病毒的分离、纯化、鉴别、计数等。,包涵体（inclusionbody）,是病毒的聚集体;,是病毒的合成部位;,是病毒蛋白和与病毒感染有关的蛋白质,非病毒性包涵体,由化学因子或细菌感染形成,噬菌斑(plaque),下层培养基,双层培养基,敏感菌+上层培养基,噬菌体稀释液,培养,噬菌斑,噬菌斑,敏感菌菌苔,空斑和病斑,在动物细胞培养物上的与噬菌斑类似的空斑,称为病斑.因为受肿瘤病毒感染.,枯斑,二、病毒的分类与命名,分类原则：主要依据包括病毒形态、结构、基因组、复制、化学组成在内的毒粒性质、病毒的抗原性及生物学性质进行分类种名和病毒株名一起应有明确的含义，不涉及属和科名。新命名的病毒不应再有数字和字母，有38条命名规则。现在的病毒分类系统将已发现的病毒分为dsDNA病毒、ssDNA病毒、DNA和RNA逆转录病毒、dsRNA病毒、负意ssRNA病毒、正意ssRNA病毒、ssRNA病毒亚病毒,三.四类病毒及其繁殖方式,烈性噬菌体：感染细菌后能迅速引起寄主裂解释放子代噬菌体的噬菌体。过程包括五个步骤吸附、侵入、增殖、成熟（装配）和释放（裂解）。称为裂解性周期或增殖性周期。特点：无个体生长过程，只有两种基本成分的合成和装配。,（一）噬菌体的繁殖过程1、噬菌体的繁殖（1）吸附,寄主的专一性吸附位点的专一性T3、T4和T7噬菌体的受点是脂多糖层；T2和T6是脂蛋白质尾丝吸附在寄主细胞表面，基板和刺突固定,吸附(adsorption),吸附的机理：尾丝尖端与受体发生共价结合。,吸附(adsorption),影响因素：噬菌体数量；阳离子；辅助因子；温度。,吸附与侵入,（2）侵入,噬菌体核酸物质进入受体细胞。T类噬菌体收缩尾鞘，尾髓插入细胞壁，此时，尾管端携带的少量溶菌酶水解壁的肽聚糖，将DNA像注射一样打入细胞内。蛋白质的外壳仍在壁外。线状噬菌体fd则全部进入寄主细胞。,病毒的吸附和侵入,增殖过程中基因表达的特点,病毒核酸的复制,病毒核酸的转录,增殖,（3）增殖(replication),噬菌体核酸物质及蛋白质在寄主细胞内的合成。噬菌体以其核酸的遗传信息向宿主细胞发出指令并提供蓝图。,增殖过程中基因表达特点,基因表达有先有后基因表达的顺序为:早期表达;次早期表达;核酸复制;晚期表达前一次表达产物是后一次表达的mRNA聚合酶晚期表达的结果是合成了各种装配蛋白(另外还有溶菌酶),dsDNA噬菌体的转录、翻译、复制增殖过程,早期转录：先利用寄主的RNA多聚酶（细菌RNA聚合酶）转录噬菌体的mRNA，合成一系列新的早期蛋白质（次早期mRNA聚合酶，更改蛋白等）。次早期转录：更改后的RNA多聚酶转录次早期的mRNA，合成次早期的蛋白质DNA酶、DNA聚合酶、5-羟甲基胞嘧啶合成酶和晚期的mRNA多聚酶在DNA聚合酶的作用下进行噬菌体核酸的复制晚期转录：转录晚期的后期mRNA，合成晚期的蛋白质。在T类噬菌体中，合成的后期蛋白质是噬菌体头和尾成分的亚单位，还有噬菌体的溶菌酶。然后开始噬菌体核酸的复制。在含有双股DNA的噬菌体中，复制过程与一般DNA复制相似。,T4DNA复制的特点：一是由于T4DNA中的胞嘧啶被羟甲基胞嘧啶取代，所以在其DNA复制之前，必须由噬菌体编码的酶合成羟甲基胞嘧啶，并且在T4DNA合成后，羟甲基胞嘧啶被葡萄糖基化，以保护T4DNA免遭E.coli核酸酶破坏。二是在T4DNA复制过程中，由68个拷贝结合形成非常长的DNA链。(多连体),双链DNA的复制:()DNA()DNA单链DNA的复制:+DNA-DNADNA+DNA双链RNA的复制:RNA+RNA-RNARNA+RNA复制:+RNA-RNARNA+RNA-RNA复制:-RNA+RNA(mRNA)Pr(RNA复制酶)逆转录病毒单链RNA的复制:+RNA(-)DNA()DNA+RNA肿瘤病毒,病毒核酸的复制,左图：病毒核酸链接入寄主核酸链右图：病毒核酸复制,病毒核酸的复制,病毒核酸的转录,含DNA的病毒:DNAmRNA+DNA病毒:+DNADNAmRNA含RNA病毒:RNAmRNA含+RNA病毒:+RNARNAmRNA含-RNA病毒:-RNAmRNA,（4）成熟（装配）,已合成的噬菌体的核酸和蛋白质按一定的顺序自装配成噬菌体颗粒。,释放,由水解膜的脂肪酶和壁的溶菌酶作用，裂解释放出子代噬菌体。自外裂解：指大量的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。线状噬菌体则不裂解寄主细胞，可能是通过挤压而冲出细胞壁。E.Coli的T系列全过程需1525分钟裂解量：T2150，T4100,噬菌体的生长繁殖过程,2、噬菌体效价的测定,效价：表示每ml试样中所含具有感染性噬菌体的数量，也称噬菌斑形成量pfu。指噬菌体悬液的浓度。成斑率（EOP）：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，一般噬菌体大于50%，动物和植物病毒的成斑率一般为10%。,噬菌体效价的测定方法,斑点试验法,液体稀释管法,双层平板法,单层平板法,快速玻片法,培养液和宿主细胞,计数管中完整宿主细胞数（定时取样对活细胞计数）,噬菌体数=原细胞数活细胞数,噬菌斑数=试样中噬菌体数（噬菌斑形成单位数，pfu）,试样+宿主细胞+琼脂培养基,低倍镜下计数噬菌斑,3、典型的噬菌体一步生长曲线是指定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。,离心术,抗病毒血清,培养,定时取样测噬菌斑数,以培养时间为横坐标，以噬菌斑数为纵坐标，绘出的曲线为一步生长曲线。,噬菌体稀释液,高浓度宿主细胞,分三个时期，反映三个重要参数潜伏期、裂解期、裂解量,潜伏期从噬菌体吸附细菌细胞至细菌细胞释放出新的噬菌体的最短时间。分隐晦期、胞内累积期（潜伏后期）。潜隐期（隐晦期）：从噬菌体吸附细菌细胞到细胞内重新出现噬菌体的颗粒的最短时间。裂解期从被感染的第一个细胞裂解至最后一个细胞裂解完毕所经历的时间。平稳期指感染后的宿主细胞已全部裂解，溶液中噬菌体效价达到最高点的时期。,裂解量每种噬菌体侵入敏感细胞，平均每个细胞最后能装配完成和释放出的噬菌体数称为裂解量，它是相对固定的。裂解量的计算公式,裂解量=a/ba:裂解期末平均噬菌斑数b:潜伏期平均噬菌斑数,4、温和性噬菌体,烈性数噬菌体：感染寄主细胞后，引起细胞裂解。温和噬菌体：感染细菌后既能引起寄主裂解释放子代噬菌体，也能将其DNA整合或附着到寄主染色体上，并随寄主一起繁殖的噬菌体。存在状态游离的噬菌体颗粒原噬菌体：整合状态营养期噬菌体：原噬菌体脱离增殖溶源性：因温和噬菌体侵入不引起宿主细胞裂解的现象。溶源菌：含有原噬菌体的宿主溶源化：敏感细菌被温和性噬菌体感染而转变成溶源性细菌的过程。,溶源菌,细菌的溶源性具有遗传性,溶源菌对同源噬菌体具有免疫性,溶源性细菌在培养中不易被查觉,非溶源细胞,自发裂解和诱导裂解：有少数噬菌体可自发或诱发裂解宿主细胞变成烈性噬菌体,溶源性细胞可获得一些新的生理特性,复愈:溶源菌,白喉杆菌免疫性和抗性的区别：,白喉毒素,溶源菌株的命名：E.coliB（),溶源菌检验方法,少量溶源菌与大量的敏感菌混合培养，出现少量中央有溶源菌小菌落，四周有透明圈围着的噬菌斑的菌落。,5、噬菌体的分离检查,分离样品的制备采集样品、除去杂菌(离心或过滤)、诱导噬菌体的产生(uv或丝裂霉素C)标本接种接种于生长在培养液或营养琼脂平板中的细菌培养物噬菌体存在的表现细菌培养液变清或细菌平板上出菌斑检查方法：(噬菌斑）双层平板法单层平板法载片快速法,噬菌体的分离检查,噬菌斑在细菌菌苔平板上,由于噬菌体感染,使寄主细胞不断裂解而形成的肉眼可见的空斑。空斑中的细菌被全部或部分裂解。噬菌斑形成：噬菌体、培养基（含有寄主细胞的固体营养琼脂）,在准备好的软琼脂培养基中加入菌液并使其布满平皿，平皿上的菌用刮棒涂布。然后用接种环、毛细管或微量吸管取样品在培养皿上点1225个点，侍液体被培养基吸收后培养过夜，检查点样部位有无噬菌斑出现。,噬菌体的纯化和噬菌斑的形状,microbiology,（二）植物病毒,植物病毒多为ssRNA病毒，基本形态杆状、丝状、球状，一般无包膜。对宿主专一性较差。,黄豆黄萎病毒,花叶、黄化或红化等症状,植株发生矮化，丛枝或畸形等,形成枯斑或坏死等症状,植物感染病毒后的主要症状,植物黄萎病,microbiology,借昆虫刺吸式口器进入,“侵入”方式,通过伤口进入再通过胞间连丝或输导组织迅速向其它部位扩散引起普遍感染。,嫁接,增殖，装配（双层盘双圈螺旋聚合为杆状病毒）不释放,烟草花叶病毒,植物病毒侵入宿主细胞后才能发生脱壳,无特殊吸附结构，以被动方式侵入。,植物病毒病的控制,转基因植物抗病毒番茄,选用天然抗性品种,改变耕作制度,使用杀虫剂消灭昆虫介体,化药,转基因抗病毒植物的开发,T淋巴细胞中的爱滋病毒,病毒感染对真核细胞的影响,病毒与癌症关系,病毒感染的防治,（三）人类脊椎动物病毒,动物病毒多为线状的dsRNA、ssRNA。包膜有或无。一般无吸附结构，少数靠刺突吸附。胞内脱壳。,1、病毒感染对真核细胞的影响机理,病毒感染的致细胞病变效应,病毒感染对宿主大分子合成的影响,病毒对细胞结构的影响,microbiology,病毒对细胞的影响结果,病毒基因表达产物引起,病毒复制的次级效应,病毒感染对宿主大分子合成的影响,宿主细胞转录的抑制,宿主细胞翻译的抑制,宿主细胞DNA复制的抑制,血液淋巴中的单泡病毒,被病毒感染的T淋巴细胞,病毒对细胞结构的影响,病毒对宿主细胞膜的影响,病毒对细胞骨架的影响,包涵体,细胞凋亡,电镜下的流感病毒,细胞无任何明显变化,细胞病变（损伤、死亡）,细胞增生（恶性肿瘤）,病毒感染对真核细胞的影响结果,细胞遇病毒袭击而濒临死亡（图中蓝点是病毒）,隐性感染,疾病综合症,死亡,瘤形成,携带者,潜伏状态,埃博拉病毒,3、病毒与癌症的关系,原癌基因（人类基因组中的正常基因）,癌基因,逆转录病毒致癌机理,+RNA(-)DNA()DNA+RNA肿瘤病毒,microbiology,接种疫苗,生物制剂,中药预防,干扰素等,流感病毒,流感病毒,4、病毒感染的防治,（四）昆虫病毒,多数为鳞翅目害虫的病原体。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。一般直径3m，碱溶性结晶蛋白，其中包含数量不等的病毒粒，使其免受不良环境的破坏。,核型多角体病毒(,NPV)，核内增殖杆状病毒，数量多,质型多角体病毒(CPV)，质内增殖球状病毒，数量少,颗粒体病毒（GV)，其内只含一个杆状病毒,多角体的种类,昆虫病毒做为生物农药优点：,专一性高,毒力大,后效长,使用方便,对人畜安全,无公害,缺点危害经济动物,昆虫病毒生产过程,斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂：一种核型多角体病毒（NPV）,类病毒(Viroid),拟病毒(Virusoid),朊病毒(Prion),microbiology,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，称为亚病毒。,类病毒(Viroid),马铃薯纺锤块茎病的病原体,长50nm棒状ssRNA分子,179核苷酸半体180核苷酸半体,RNA由,组成,两半体间有7成碱基以氢键方v式结合共形成122个碱基对,VirusandViroidDiseasesofPotato,指一类只含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病原体。所有的类病毒均无mRNA活性。,酵母的病毒（Killer杀伤因子）,Killer因子：双股RNA（dsRNA）类病毒（viruslike）粒子（VLP）。Killer因子能使寄主细胞具有分泌一种毒素，具有杀伤因子的菌株对毒素具有免疫力。,拟病毒(virusoids),是包裹在动植物病毒粒子中的类病毒，RNA或DNA,探索核酸的结构与功能,探索RNA-2和RNA-1间的关系,组建弱毒疫苗,探索病毒本质和生命起源,microbiology,又称类类病毒、壳内类病毒、病毒卫星。指包裹在真病