第十五章 1-病毒学概论.ppt

第十五章病毒学,病毒学知识普查,请您举出几种病毒的名称、病毒性疾病及危害？,病毒（病毒）对人类、动物和植物等生命体的生存造成了极大的威胁,很久以前，人类、其他动物和植物遭受病毒病的折磨人类病毒性疾病至少在公元前100-200年中国和印度就存在天花古埃及石刻浮雕中长老患小儿麻痹症家畜的病毒病狂犬病可能是最早有记载的。阿里斯多德在公元前四世纪就记述了病犬的疯狂和暴怒，通过咬啮还能将病魔传给其他的动物，此病也能传染给人（人畜共患疾病）昆虫病毒病可能同高等动、植物的病毒病一样历史悠久。十二世纪中叶我国农书（1149年出版）中，已有关于家蚕“高节”、“脚肿”等病症的记载。这就是我们现在所知家蚕核型多角体病毒第一个记载的植物病毒病的是郁金香碎色病,病毒病由来已久,3000BC，埃及孟非思壁画中长老患小儿麻痹症,1886年，在荷兰工作的德国人麦尔（Mayer）把患有花叶病的烟草植株的叶片加水研碎，取其汁液注射到健康烟草的叶脉中，能引起花叶病，证明这种病是可以传染的。通过对叶子和土壤的分析，麦尔指出烟草花叶病是由细菌引起的。,麦尔,无论是病毒的发现，还是后来对病毒的深入研究，烟草花叶病毒都是病毒学工作者的主要研究对象，起着与众不同的作用。,烟草花叶病毒,烟草花叶病“脉坏死症”,1892年，俄国的伊万诺夫斯基（Ivanovski）重复了麦尔的试验，证实了麦尔所看到的现象，而且进一步发现，患病烟草植株的叶片汁液，通过细菌过滤器后，还能引发健康的烟草植株发生花叶病。这种现象起码可以说明，致病的病原不是细菌，但伊万诺夫斯基将其解释为是由于细菌产生的毒素而引起。生活在巴斯德的细菌致病说的极盛时代，伊万诺夫斯基未能做进一步的思考，从而错失了一次获得重大发现的机会。,伊万诺夫斯基,Chamberland氏滤器,1898年，荷兰细菌学家贝杰林克（Beijerinck）同样证实了麦尔的观察结果并同伊万诺夫斯基一样，发现烟草花叶病病原能够通过细菌过滤器贝杰林克想得更深入。他把烟草花叶病株的汁液置于琼脂凝胶块的表面，发现感染烟草花叶病的物质在凝胶中以适度的速度扩散，而细菌仍滞留于琼脂的表面从这些实验结果可知，引起烟草花叶病的致病因子有三个特点1.能通过细菌过滤器2.仅能在感染的细胞内繁殖3.在体外非生命物质中不能生长提出这种致病因子不是细菌，而是一种新的物质，称为“有感染性的活的流质”，并取名为病毒，拉丁名叫“Virus”。,贝杰林克,神奇的病毒“诞生”了！,第一节病毒学概论,病毒-Virus,是一类体积微小、结构简单的非细胞型微生物,“Virus”一词刚刚传到中国时，译成“毒素”我国微生物学界的老前辈俞大绂先生最初直译为“威罗斯”，后来改为“病毒”，即能致病的毒物我国著名的植物病毒学家周家炽先生还曾建议，把“疒”和“毒”字加在一起，成为一个双音的单字，可惜没有被大家接受。,三大特征,微小性：以nm表示，电镜放大几万、几十万倍,简单性：无完整的细胞结构、一种类型核酸,寄生性：活细胞内繁殖、自我复制,一、病毒的形态、结构与分类,1、病毒的大小病毒体（virion）：完整的成熟的病毒颗粒，是病毒的细胞外存在形式，具有典型的形态结构，并具有感染性。,（一）病毒的大小与形态,体积微小，电镜观察，测量单位为nm，而且不同病毒的大小差别大150nm大型病毒（最大300nm）,微生物的大小比较,2、形态多样性，以球形多见少数为杆状、丝状、子弹状等细菌病毒（噬菌体）多呈蝌蚪状,各种形态病毒的电镜照片,甲型肝炎病毒-HAV,HAV为球形，正二十面体，直径为27nm，病毒颗粒无包膜,冠状病毒,有包膜，表面有突起，电镜下病毒形如日冕或冠状,冠状病毒,病毒呈多形性，直径为80-160nm,呼吸道冠状病毒病毒体注：放大50000倍,轮状病毒,完整的病毒颗粒直径约为75nm，具有辐条结构及一个非常清晰的平滑周边，酷似车轮而得名,流感病毒电镜图,病毒多呈球形或丝状，直径80-120nm,噬菌体,典型的蝌蚪形噬菌体由头部和尾部两部分组成头部呈球形，二十面体立体对称，大小约为80-100nm尾部是一管状结构，由蛋白质组成，呈螺旋形对称,Head,Tail,Tailfibers,（二）病毒的结构与化学组成,基本结构：所有病毒所必备,病毒的结构,辅助结构：某些病毒所特有,1、病毒的结构,病毒体结构模式图,壳粒,衣壳,核心（核样物）,核衣壳,包膜,包膜病毒,包膜子粒,核衣壳(Nucleocapsid)由病毒的核心与蛋白衣壳组成的结构,基本结构,核衣壳结构,（1）核心（core）：病毒的中心结构含有一种核酸，构成病毒的基因组为病毒的复制、遗传和变异提供遗传信息,（2）衣壳（capsid）：核酸外面包绕的蛋白质外壳具有抗原性保护病毒核酸，介导病毒进入细胞形态学亚单位：壳粒,螺旋对称型20面体对称型复合对称型,螺旋对称型,如正粘病毒、副粘病毒及弹状病毒等,大多数球形病毒,20面体对称型,核酸浓集成球形或近似球形，外围的壳粒排列成20面体对称型,复合对称,病毒结构较复杂，既有螺旋体对称又有立体对称形式,如：痘病毒、噬菌体,有些病毒体仅由核衣壳构成，称为裸露病毒,有些病毒体除了核衣壳结构，还具有辅助结构,包膜某些病毒在核衣壳外包绕的含蛋白质外膜，主要功能为维护病毒体结构的完整性。其具有双重性：,辅助结构,1、宿主细胞膜性病毒从细胞内向外释放而获得宿主细胞膜或核膜成分(脂质),2、病毒蛋白特性包膜的蛋白质由病毒基因编码，常位于病毒体的表面，构成突起，称剌突或包膜子粒,具有核衣壳和包膜结构的病毒体，称为包膜病毒,包膜病毒,1）核酸,DNA或RNA,功能,病毒的复制决定病毒的特性具有感染性,2）蛋白质,功能,保护病毒核酸参与感染过程具有抗原性,2、病毒的化学组成,（三）病毒的分类,核酸类型和结构（线形或环状、单链或双链、正链或负链、分节段）病毒体形状和大小病毒体形态结构对脂溶剂敏感性,病毒分类,1、按寄生宿主分：动物病毒、植物病毒、昆虫病毒、细菌病毒、真菌病毒2、按生物学性状分：DNA病毒、RNA病毒、DNARNA逆转录病毒3、按临床分：呼吸道、肠道、肝炎、虫媒、出血热、皮肤粘膜感染、肿瘤病毒,二、病毒的增殖,病毒增殖的条件活细胞-严格寄生性（缺乏增殖所需的酶系统）敏感细胞-选择性（亲嗜性）病毒增殖的方式自我复制（self-replication）,自我复制以病毒核酸为模板，在DNARNA聚合酶等的作用下，经过复杂的生化合成过程，复制出病毒的基因组；病毒基因组则经过转录、翻译过程，合成病毒蛋白；再经过装配，最终释放出子代病毒的增殖方式。,（一）病毒的复制周期,(adsorption),1、,包膜病毒,2、,裸病毒,(uncoating),3、,4、,(biosynthesis),用血清学方法和电镜检查宿主细胞，在生物合成阶段找不到病毒颗粒，称为隐蔽期(eclipsephase),隐蔽期,（细胞核内）,（细胞核内）,（细胞核内）,（细胞质内）,（细胞质内）,DNA,ssDNA,互补链,DNA聚合酶,dsDNA复制中间型,解链,互补链为模版,子代ssDNA,病毒蛋白质,负,-ssRNA,+ssRNA,+ssRNA为模版,子代-ssRNA,双,dsRNA,负链RNA,子代dsRNA,复制,依赖RNA的RNA聚合酶,正链RNA,复制,新负链RNA,逆转录病毒的复制,单链RNA,逆转录酶,酶解后合成,整合（前病毒）,子代病毒RNA,病毒mRNA,病毒蛋白质,5、装配与释放,不同病毒在细胞内不同位置装配DNA病毒的核衣壳均在细胞核内组装（痘病毒除外）绝大多数RNA病毒的核衣壳在细胞质内组装无包膜病毒即为病毒体，有包膜病毒还需获得包膜释放破胞：细胞裂解，释放大量子代病毒出芽：以出芽方式获得包膜，细胞不立即死亡融合：很少释放到细胞外，通过细胞间桥或细胞融合，在细胞之间传播（如CMV）基因整合：致癌病毒的基因组与宿主细胞染色体整合,virus,（除流感病毒及逆转录病毒）,复制周期,宿主细胞,illustrationofviralinfectiouscycle,吸附,病毒,穿入,脱壳,生物合成,装配释放,1、病毒原因缺陷病毒（defectivevirus）由于病毒基因不完整或基因发生改变导致生物合成受阻，不能复制出完整的具有感染性的子代病毒颗粒的病毒。又称缺陷干扰颗粒(DIP)缺陷病毒+辅助病毒正常复制HDVHBV腺病毒伴随病毒腺病毒,（二）病毒的异常增殖,2、宿主原因顿挫感染流产感染（abortiveinfection）病毒进入宿主细胞后，细胞不能为病毒的复制提供所需的能量、酶等，不能复制出完整的具有感染性的病毒颗粒。,非容纳性细胞：不能为病毒复制提供必要条件,三、病毒的干扰现象,干扰现象(viralinterference)当两种病毒同时或先后感染同一细胞时，可发生一种病毒的增殖抑制另一种病毒增殖的现象产生原因干扰素IFN、竞争干扰（细胞表面受体、底物、酶）,干扰现象的意义非特异性免疫的构成部分抗病毒作用指导正确使用疫苗,干扰素,由病毒或其他干扰素诱生剂刺激机体细胞所产生的一种具有抗病毒等作用的糖蛋白。,种类产生细胞抗病毒抗肿瘤免疫调节人白细胞强弱弱人成纤维细胞强弱弱T细胞弱弱强,I型,II型,四、病毒的感染与免疫,病毒感染（viralinfection）：病毒侵入机体并在易感细胞内复制增殖，与机体发生相互作用的过程。,感染结果取决于宿主、病毒表现出免疫保护、免疫损伤,（一）病毒的传播方式,人体皮肤和黏膜注射、输血、器官移植动物叮咬,病毒体在人群中不同个体间的传播,1、水平传播,水平感染,1、通过黏膜表面传播呼吸道流感病毒消化道甲肝病毒2、通过皮肤传播昆虫叮咬乙脑病毒动物咬伤狂犬病毒3、血液传播医源性注射、输血、拔牙乙肝V、丙肝V、HIV,二、垂直传播,病毒体由亲代直接传给子代胎盘/产道,胎盘：风疹病毒、CMV、HIV、HBV产道：HIV、HSV-II哺乳：HIV,垂直感染,病毒母体新生儿胎盘显隐胎受先流性性儿染天产感感正胎畸死染染常儿形胎,（二）病毒感染的类型,根据有无症状分隐性感染显性感染,1、隐性感染病毒进入机体但不引起临床症状原因：病毒数量少、毒力弱，机体免疫力强免疫力终止感染无免疫力携带者（传染源）,2、显性感染病毒进入机体后发病原因：病毒数量多、毒力强，机体免疫力弱,根据病毒在体内感染过程和时间分急性感染慢性感染持续性感染潜伏感染慢发病毒感染急性感染迟发并发症,持续性感染病毒在机体持续存在数月至数年，可出现症状，也可不出现症状而长期带毒，引起慢性进行性疾病，成为重要传染源。（如HBV、HIV）,（1）慢性感染病毒在显性/隐性感染后未完全清除，血液中可持续检出病毒，可经输血、注射传播。轻微/无临床症状，反复发作、迁延不愈。（2）潜伏感染经急性或隐性感染后，病毒基因仍存在于一定的组织或细胞中，但不产生感染性病毒体，且常规方法亦检不出有感染活性的病毒。急性发作：可检出病毒,（3）慢发病毒感染病毒呈现慢发性感染，潜伏期长临床症状：亚急性、进行性、致死性，侵犯CNS病程约半年-一年（4）急性感染的迟发并发症急性感染数年后，发生致死性疾病亚急性硬化性全脑炎,（三）病毒感染对宿主细胞的直接作用,病毒在细胞内增殖、释放，引起细胞裂解死亡多见于无包膜病毒：脊灰病毒、鼻病毒、腺病毒,（1、杀细胞效应,2、稳定状态感染病毒进入细胞后增殖，但不引起细胞裂解死亡多见于有包膜病毒：正粘病毒、副粘病毒,新抗原,融合多核巨细胞,出芽释放,3、包涵体,某些受病毒感染的细胞内，用普通光镜可看到与正常细胞结构和着色不同的圆形或椭圆形斑块(inclusionbody)。如内基小体病毒颗粒+未装配的病毒成分,细胞核,4、细胞转化:整合感染病毒感染细胞后，其核酸插入到细胞的染色体中引起整合感染，并引起细胞某些遗传性状的改变。与肿瘤形成密切相关（HPV、HBV、EBV）,（四）病毒感染与免疫,固有免疫：干扰素（IFN）NK细胞适应性免疫：体液免疫细胞免疫免疫病理损伤,1、抗体介导的免疫作用中和抗体可中和病毒的感染主要是IgG、IgM、SIgA激活补体细胞溶解与破坏ADCC溶解靶细胞免疫病理损伤IC沉积引起局部组织损伤,2、细胞介导的免疫作用CTL直接杀伤病毒感染的靶细胞Th1释放细胞因子型超敏反应自身免疫反应3、免疫抑制作用（HIV、CMV）,五、病毒感染的检测方法,（一）标本的采集与送检,原则基本与细菌相似，但应注意：1.采集急性期标本2.用抗生素处理标本中细菌或真菌3.低温保存，尽快送检4.血清学诊断采双份血清,（二）病毒感染的快速诊断,数小时内出结果病毒颗粒病毒成分（抗原或核酸）早期抗体检测（IgM）,1、普通光学显微镜检查病毒包涵体2、电子显微镜直接法、免疫电镜法（提高阳性率）3、免疫标记技术免疫荧光、ELISA（简便、快速、特异性强）,（三）病毒的分离培养,一般程序：,标本,无菌处理,动物接种鸡胚培养细胞培养,指标阳性指标阴性,病毒鉴定,盲传23代,指标阴性,病毒阴性,1、动物接种应用：尚无敏感细胞的病毒培养动物：兔、鼠、黑猩猩、猴等优点：结果易观察，可建立动物模型缺点：有饲养条件要求，费用高，动物体内常带有潜伏病毒,2、鸡胚培养采用孵化914天的鸡胚绒毛尿囊膜：痘苗病毒、人类疱疹病毒尿囊腔：流感病毒、腮腺炎病毒接种部位羊膜腔：流感病毒的初次分离卵黄囊：嗜神经病毒,优点：易管理，不带微生物，成本较低缺点：操作程序复杂,鸡胚接种,3、细胞培养单层细胞培养悬浮细胞培养原代细胞细胞种类二倍体细胞传代细胞系,培养方式,病毒的细胞培养,细胞培养瓶,单层细胞,1、细胞的变化病毒在细胞内增殖所引起的特有的细胞病变，称为细胞病变效应（CPE）细胞变圆、聚集、坏死、溶解或脱落等（多数病毒）形成多核巨细胞/融合细胞（麻疹V、巨细胞V、呼吸道合胞V等）在培养细胞中形成包涵体（狂犬病病毒、麻疹病毒等）,（四）病毒的鉴定,腮腺炎病毒