河南师范大学微生物课件第三章.ppt

第三章病毒和亚病毒,微生物教研室,第一节概述,一、病毒的发现和研究历史,1886年，A.Mayer发现具有传染性的烟草花叶病；,1892年，D.Ivanovsky烟草花叶病病原体能通过细菌滤器：一种能通过细菌滤器的”细菌毒素”或极小的细菌,1898年，MWBeijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果：,能通过细菌滤器；可被乙醇沉淀而不失去其感染性，能在琼脂凝胶中扩散；用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活；,比细菌小的具有传染性的活的流质（contagiumvivumfluidum）,最早用来指任何有毒的流出物，如蛇的毒液；后来专指引起传染病的致病因子。巴斯德经常把引起传染病的细菌称为病毒,一、病毒的发现和研究历史,第一节概述,1900年前后，包括口蹄疫（footandmouthdisease）在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。,filterableviruses（滤过性病毒）,viruses（病毒）,FWTwort（1915年）、FdHerelle（1917年），分别发现细菌（Shigelladysenteriae）病毒,bacteriophages,Phago：“toeat”,噬菌体（phage）,1985年4月，医学家们在英国首先发现了一种新病疯牛病。,1997年，诺贝尔生理医学奖授予了美国生物化学家斯坦利普鲁辛纳（StanleyB.Prusiner），因为他发现了一种新型的生物朊病毒（Piron）。,巴尔西诺西和吕克蒙塔尼获2008年诺贝尔医学生理奖。1983年，他们的小组首先发现了可引起AIDS的病毒（HIV）。,吕克蒙塔尼,巴尔西诺西,一、病毒的发现和研究历史,第一节概述,极大地丰富了现代生物学（微生物学、分子生物学、分子遗传学）的理论与技术；,病毒学（virulogy）：,研究病毒（virus）的本质及其与宿主的相互作用的科学，是微生物学的重要分支学科。,有效地控制和消灭人及有益生物的病毒病害；利用病毒对有害生物、特别是害虫进行生物防治；发展以基因工程为中心的生物高新技术产业；,二、病毒的特点和定义,第一节概述,1、特点,1）形体极其微小，一般能通过细菌滤器，故必须在电镜下才能观察,2）没有细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种，故又称“分子生物”,3）每一种病毒只含有一种核酸，DNA或RNA,4）既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成的代谢系统合成自身的核酸和蛋白质。,5）以核酸和蛋白质等“元件”的装配实现其大量繁殖。,6）离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，可长期保持侵染力,7）对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感,8）有些病毒的核酸还能整合到宿主基因组中，并诱发其潜伏性感染,第一节概述,1、特点,二、病毒的特点和定义,超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体,病毒是一类核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物“，其本质是一种含DNA或RNA的遗传因子。,第一节概述,1、特点,二、病毒的特点和定义,表7-1单细胞微生物与病毒性质的比较,aDNA病毒和RNA病毒中的一部分;b利福平可抑制痘病毒复制,第一节概述,2、定义,二、病毒的特点和定义,迄今仍无一个科学而严谨的定义,病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物-（Fields等，1990年）,非细胞生物,（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分,亚病毒,类病毒：只含具侵染性的RNA组分卫星RNA：只含有不具侵染性的RNA组分朊病毒：只含蛋白质,三、病毒的宿主范围,第一节概述,病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性,噬菌体（phage）、植物病毒（plantviruses）动物病毒（animalviruses）,四、病毒的培养和纯化,第一节概述,同微生物学其他学科分支一样，病毒学的进步完全得益于研究方法和技术手段的发展。,通过病毒的分离与纯化获得纯化的、有感染性的病毒制备物是病毒学研究和实践的基本技术。,1、病毒的培养,病毒的培养：二元培养物法,四、病毒的培养和纯化,1、病毒的培养,噬菌体,细菌培养物,培养液,营养琼脂平板,细菌培养液变清亮,细菌平板成为残迹平板,若是噬菌体标本经过适当稀释再接种细菌平板，经过一定时间培养，在细菌菌苔上可形成圆形局部透明区域，噬菌斑（plague）。如同对细菌计数一样，形成的噬菌斑也可用于对噬菌体的数目进行估算。,四、病毒的培养和纯化,1、病毒的培养,动物病毒,实验动物,鸡胚,多种细胞培养,大多数动物病毒感染敏感细胞培养能引起其显微表现的改变，即产生致细胞病变效应（cytopathiceffect,CPE），例如细胞聚集成团、肿大、圆缩、脱落，细胞融合形成多核细胞，细胞内出现包涵体（inclusionbody），乃至细胞裂解等。,四、病毒的培养和纯化,1、病毒的培养,植物病毒,敏感植物叶片,产生坏死斑，或称枯斑,蛋白质提纯方法（盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等）,四、病毒的培养和纯化,2、病毒纯化,标准,纯化的病毒制备物应保持其感染性,病毒是有感染性的生物体,病毒具有化学大分子的属性,纯化的病毒制备物的理化性质应具有均一性,方法,主要化学组成为蛋白质,具有一定的大小、形状和密度,差速离心,梯度离心（超速离心）,第二节毒粒的性质,病毒是一类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群。,毒粒（病毒颗粒）：病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式。,一团能够自主复制的遗传物质,保护遗传物质免遭环境破坏，并作为将遗传物质从一个宿主细胞传递给另一个宿主细胞的载体。,蛋白质外壳,包膜,第二节毒粒的性质,一、毒粒的形态结构,1、病毒的大小和形状,个体小，必需在电镜下观察；,不同病毒的毒粒大小差别很大；,毒粒的形状大致可分球形颗粒(或称拟球形颗粒)、杆状颗粒和复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）等少数几类。,采用各种电镜技术观察毒粒的形态结构,Orfvirus：口疮病毒(接触性脓疱皮炎病毒)（负染技术）,Ebolavirus：埃博拉病毒（正染技术）,Vacciniavirus痘苗病毒（投影技术）,各种毒粒的大小、形态差异很大,腺病毒,脊髓灰质炎病毒,痘病毒,衣原体,2、毒粒的基本结构,核心和衣壳合称核衣壳。是病毒毒粒的基本结构。另有包膜和刺突,衣壳粒,病毒核酸（核心）,衣壳,核衣壳,第二节毒粒的性质,一、毒粒的形态结构,3、毒粒的壳体结构,壳体结构类型,螺旋对称壳体二十面体对称壳体复合对称结构,螺旋对称壳体：TMV（烟草花叶病毒）亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。,二十面体对称壳体：腺病毒构成对称结构壳体的第二种方式是蛋白质亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。,若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedralsymmetry）结构。,具有复合对称结构的典型例子是有尾噬菌体,其壳体由头部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。,第二节毒粒的性质,一、毒粒的形态结构,4、病毒的包膜结构,病毒的蛋白质壳体和病毒核酸（核心）构成的复合物，又称核衣壳。,核衣壳（nucleocapsid）：,仅由核衣壳构成的病毒颗粒,裸露毒粒（nakedvirion）：,包膜（envelope）：,有些病毒核衣壳包裹着一层脂蛋白膜，是病毒以出芽方式成熟时，由细胞膜衍生而来。有维系毒粒结构，保护病毒核壳的作用。特别是病毒的包膜糖蛋白，有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需。,有包膜的病毒,一、毒粒的形态结构,3、病毒的包膜结构,一、毒粒的形态结构,3、病毒的包膜结构,病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是脂双层膜。在包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。,第二节毒粒的性质,一、毒粒的形态结构,5、毒粒的结构类型,四种主要结构类型,裸露的二十面体毒粒；裸露的螺旋毒粒；有包膜的二十面体毒粒；有包膜的螺旋毒粒；,有些病毒，如有尾噬菌体、痘病毒等结构更为复杂，不能包括在这些结构类型之内。,不同病毒的毒粒结构复杂程度有很大的区别,裸露的二十面体毒粒,有包膜的二十面体毒粒；,裸露的螺旋毒粒；,有包膜的螺旋毒粒,complexviruses,有尾噬菌体,第二节毒粒的性质,二、毒粒的化学组成,毒粒（化学组成）,核酸；蛋白质；脂类；碳水化合物；,基本化学组成,病毒颗粒在化学上表现为核蛋白,二、毒粒的化学组成,1、病毒的核酸（基因组）,核酸是病毒的遗传物质；一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA；呈环状或线状单链或双链闭口环或开口环基因组是单分子、双分子还是多分子,病毒核酸,单链DNA（ssDNA）；双链DNA（dsDNA）；单链RNA（ssRNA）；双链RNA（dsRNA）；,二、毒粒的化学组成,2、病毒的蛋白质,病毒蛋白质,结构蛋白,非结构蛋白,病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于毒粒中的蛋白。,构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质。,壳体蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶；,二、毒粒的化学组成,2、病毒的蛋白质,病毒结构蛋白的主要生理功能：,1）构成蛋白质外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其它理化因子的破坏；,2）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性亲和力，促使病毒粒子的吸附和入侵；,3）决定病毒的抗原性，能刺激机体产生相应的抗体；,4）构成毒粒酶，或参与病毒对宿主细胞的入侵（如T4噬菌体的溶菌酶等），或参与病毒复制过程中所需要病毒大分子的合成（如逆转录酶等）；,一般来说，病毒是不具酶或酶系极不完全的，所以一旦离开宿主就不能独立进行代谢和繁殖。,第三节病毒的复制,病毒的特点：,严格细胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖。,毒粒,宿主细胞,有繁殖性的病毒基因组,具有感染性的毒粒消失,病毒基因组复制、表达,病毒核酸和蛋白质,装配形成具有感染性的毒粒,释放至细胞外,原料；能量；生物合成场所；,第三节病毒的复制,病毒的复制：,病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。,第三节病毒的复制,一、病毒的复制周期,1、一步生长曲线（onestepgrowthcurve）,1939年，MaxDelbruck科斯质粒；优点：a、遗传背景清楚；b、载有外源基因时，仍可与宿主的核染色体整合并同步复制；c、宿主范围狭窄，使用安全