环境工程微生物学-病毒ppt课件

1、2生生 物物细胞生物细胞生物非细胞生物：病毒、亚病毒非细胞生物：病毒、亚病毒原核生物：三菌、三体原核生物：三菌、三体真核生物：真菌、单细胞藻类、真核生物：真菌、单细胞藻类、 原生动物原生动物非细胞生物非细胞生物至少含核至少含核酸和蛋白酸和蛋白质二种组质二种组分分(真真)病毒病毒亚病毒亚病毒类病毒类病毒卫星卫星RNA朊病毒朊病毒只含具只含具侵染性侵染性的的RNA组分组分只含有只含有不具侵不具侵染性的染性的RNA组组分分只含蛋只含蛋白质白质病毒是专性细胞内寄生物病毒是专性细胞内寄生物其大小在其大小在10300nm之间。之间。在外形和化学组成上有所不同，但都仅含在外形和化学组成上有所不同，但都仅含有

2、有RNA或或DNA。完好的颗粒称为完好的颗粒称为“病毒粒子，它包括一病毒粒子，它包括一个衣壳，在衣壳的外面常包围有糖蛋白个衣壳，在衣壳的外面常包围有糖蛋白脂类的膜。脂类的膜。病毒对抗生素不敏感。病毒对抗生素不敏感。超显微的，没有细胞构造的，专性活细超显微的，没有细胞构造的，专性活细胞内寄生的实体。胞内寄生的实体。在活细胞外具有普通化学大分子特征。在活细胞外具有普通化学大分子特征。一旦病毒进入细胞，毒粒便会解体，释一旦病毒进入细胞，毒粒便会解体，释放出的病毒基因组具有繁衍性，能利用宿放出的病毒基因组具有繁衍性，能利用宿主细胞的大分子合成安装进展复制表达、主细胞的大分子合成安装进展复制表达、病毒繁

3、衍，表现出遗传、变异等一系列生病毒繁衍，表现出遗传、变异等一系列生命特征。命特征。没有细胞构造；没有细胞构造；只含有只含有DNA或或RNA一类核酸；一类核酸；不以二分分裂法繁衍，只能在特定的不以二分分裂法繁衍，只能在特定的寄主细胞内以核酸复制的方式增殖；寄主细胞内以核酸复制的方式增殖；没有核糖体，不含与能量代谢有关的没有核糖体，不含与能量代谢有关的酶，在活体外没有生命特征。酶，在活体外没有生命特征。1大小大小 纳米纳米(nm)，10300nm，100nm。2形状形状 球状球状球状病毒球状病毒(或多面体病毒或多面体病毒)。动物病毒。动物病毒多为球状。多为球状。杆状杆状杆状病毒杆状病毒(包括棒状或

4、线状包括棒状或线状)。植物病。植物病毒多呈杆状。毒多呈杆状。蝌蚪状蝌蚪状蝌蚪状病毒。细菌病毒也即噬菌蝌蚪状病毒。细菌病毒也即噬菌体多呈蝌蚪状体多呈蝌蚪状 。 Sizes and Shapes of Viruses (Animal RNA Viruses)Sizes and Shapes of Viruses (Animal DNA Viruses)Sizes and Shapes of Viruses (Bacteriophages)1病毒粒子的构造病毒粒子的构造 核壳核壳(nucleo-capsid)病毒主要由壳体和核病毒主要由壳体和核酸二部分构成，二者统称核壳。酸二部分构成，二者统称核壳。

5、壳粒壳粒(capsomere) 是构成病毒粒子的最小是构成病毒粒子的最小形状单位，每个壳粒由形状单位，每个壳粒由1-6个同种多肽个同种多肽分子折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。分子折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。也称为衣壳粒。也称为衣壳粒。壳体壳体(capsid) 由壳粒以对称的方式，有规由壳粒以对称的方式，有规律地陈列成杆状、球状、二十面体或律地陈列成杆状、球状、二十面体或其它外形，构成病毒的外壳。也称作其它外形，构成病毒的外壳。也称作衣壳，蛋白质外壳。衣壳，蛋白质外壳。 Viral Structure (Helical Virus)Viral Structure (Polyhedral Virus)

6、包膜包膜(envelope) 在壳体外层还具有一层在壳体外层还具有一层由病毒编码的封套，有包膜的病毒粒子由病毒编码的封套，有包膜的病毒粒子是以出芽的方式穿过被侵染细胞的核膜是以出芽的方式穿过被侵染细胞的核膜或原生质膜。或原生质膜。病毒的包膜上具有受体，能使粒子附着病毒的包膜上具有受体，能使粒子附着并感染宿主细胞。并感染宿主细胞。Viral Structure (Enveloped Helical Virus)Viral Structure (Enveloped Polyhedral Virus)2病毒的对称性病毒的对称性病毒的衣壳具有螺旋体对称或二十面体对病毒的衣壳具有螺旋体对称或二十面体对称

7、。称。1螺旋体对称螺旋体对称可以看作蛋白亚基经过有序的螺旋方式，可以看作蛋白亚基经过有序的螺旋方式，陈列在病毒核酸周围。陈列在病毒核酸周围。2二十面体二十面体规那么的立体构造，由许多蛋白亚基的反规那么的立体构造，由许多蛋白亚基的反复聚集组成，从而构成一种类似于球形的复聚集组成，从而构成一种类似于球形的构造。构造。病毒粒的对称体制病毒粒的对称体制螺旋状对称型：螺旋状对称型：烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)二十面体对称型二十面体对称型:腺病毒腺病毒3病毒的化学组成病毒的化学组成 1病毒蛋白病毒蛋白病毒蛋白，无论是构造蛋白病毒蛋白，无论是构造蛋白(衣壳、包膜衣壳、包膜)还是非构造蛋白还是非构造蛋白

8、(例如，酶例如，酶)都是由病毒都是由病毒的基因组编码的，这些蛋白在组织培育的基因组编码的，这些蛋白在组织培育的复制中可以是必要或非必要的。的复制中可以是必要或非必要的。构造蛋白构造蛋白 是核衣壳、基质，或者是包膜是核衣壳、基质，或者是包膜中的蛋白，这些蛋白对病毒基因组起维护中的蛋白，这些蛋白对病毒基因组起维护作用，并且可以利用宿主上的受体在宿主作用，并且可以利用宿主上的受体在宿主间传送基因组。同样在病毒粒子的装配过间传送基因组。同样在病毒粒子的装配过程中也起到了主要作用。程中也起到了主要作用。非构造蛋白非构造蛋白 包含在病毒体内的非构造蛋包含在病毒体内的非构造蛋白，并不作为病毒体的构造，通常具

9、有酶白，并不作为病毒体的构造，通常具有酶的活性，对启动病毒的感染是必要的。的活性，对启动病毒的感染是必要的。 2病毒的核酸病毒的核酸 核酸是病毒的遗传物质；控制着病毒的核酸是病毒的遗传物质；控制着病毒的增殖及对宿主的感染性；增殖及对宿主的感染性；一种病毒的毒粒只含有一种核酸：一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是或是RNA；病毒基因组在大小、构造和核苷酸的组病毒基因组在大小、构造和核苷酸的组成上是多种多样的，有线状、环状、双成上是多种多样的，有线状、环状、双链链DNA(dsDNA)、单链、单链DNA (ssDNA)、双链双链RNA (dsRNA)、单链、单链RNA(ssRNA)、分段的或者不

10、分段的。分段的或者不分段的。3脂类脂类病毒所含的脂类主要是一些磷脂、胆病毒所含的脂类主要是一些磷脂、胆固醇和中性脂肪，多数存在于包膜。固醇和中性脂肪，多数存在于包膜。4糖类糖类病毒所含的糖类主要是葡萄糖、龙胆病毒所含的糖类主要是葡萄糖、龙胆二糖、岩藻糖、半乳糖等。二糖、岩藻糖、半乳糖等。4病毒的群体形状病毒的群体形状寄主细胞被病毒感染后构成的蛋白质结晶寄主细胞被病毒感染后构成的蛋白质结晶体，内含有体，内含有1至几个病毒粒子。至几个病毒粒子。有的病毒在寄主细胞内可构成包含体构造，有的病毒在寄主细胞内可构成包含体构造，它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞

11、核内，具嗜碱性；也有细胞核内位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞核内和细胞质都存在的类型。和细胞质都存在的类型。噬菌斑噬菌斑(plaque)枯斑枯斑(lesin)Electron Micrograph of Poliomyelitis Virus Caption:- Polio virus; RNA virus, Picornaviridae Family. Transmission Electron Micrograph of HIV-1 .The nucleocapsid (arrows) can be seen within the envelope.噬菌体噬菌体(bacteriophage

12、)，通常称为噬菌体，通常称为噬菌体(phage)，是侵染细菌的病毒。，是侵染细菌的病毒。它们是专性细胞内寄生物，可以噬菌体颗它们是专性细胞内寄生物，可以噬菌体颗粒在细菌细胞外存在，但只能在细胞内繁粒在细菌细胞外存在，但只能在细胞内繁衍。衍。它们由核酸基因组和被称为衣壳的病毒外它们由核酸基因组和被称为衣壳的病毒外壳包围而构成。壳包围而构成。噬菌体侵染细菌后，在细胞内指令细胞合噬菌体侵染细菌后，在细胞内指令细胞合成噬菌体的组分。成噬菌体的组分。 噬菌体有许多类型。噬菌体有许多类型。20面体，丝状，复合体面体，丝状，复合体基因组是基因组是DNA或或RNA；单链；单链(ss)或双或双链链(ds)，环状

13、或线状。，环状或线状。(1) 20面体面体(icosahedron) 由由20个三角形面构成个三角形面构成的特殊的外形，的特殊的外形，20面体在自然界是非常普遍面体在自然界是非常普遍的外形，由于很容易装配成一个由亚单位包的外形，由于很容易装配成一个由亚单位包裹的外壳。裹的外壳。(2)丝状丝状(filamentous) 由衣壳蛋白装配成的螺由衣壳蛋白装配成的螺旋状构造的长的蛋白管。旋状构造的长的蛋白管。(3)复合体复合体(complex) 某些噬菌体由某些噬菌体由20面体头部面体头部和衔接螺旋状尾部复合构成。和衔接螺旋状尾部复合构成。头部为拉长的头部为拉长的20面体。面体。尾部尾部 尾部作用是协

14、助遗传物质注入细胞。尾部作用是协助遗传物质注入细胞。 Viral Structure (Binal) A T-even bacteriophage consisting of a head, sheath, and tail. Electron Micrograph of Coliphage T4 Caption:- T4 bacteriophage (DNA virus).1.2.2.1 典型噬菌体毒性噬菌体生活周期典型噬菌体毒性噬菌体生活周期(1) 侵染过程侵染过程一个噬菌体典型的生活周期，从噬菌体在细菌细一个噬菌体典型的生活周期，从噬菌体在细菌细胞外表的特异受体吸附开场，随后遗传物质注入

15、胞外表的特异受体吸附开场，随后遗传物质注入宿主。细菌含有降解外源宿主。细菌含有降解外源DNA的限制修饰系统，的限制修饰系统，许多侵染是不胜利的。许多侵染是不胜利的。接着核酸复制开场，噬菌体基因编码的酶被合成。接着核酸复制开场，噬菌体基因编码的酶被合成。最后，合成噬菌体衣壳蛋白，装配成新的噬菌体最后，合成噬菌体衣壳蛋白，装配成新的噬菌体外壳，同时包装一个拷贝的基因。然后，噬菌体外壳，同时包装一个拷贝的基因。然后，噬菌体释放，普遍经过裂解进入周围培育基。也即经过释放，普遍经过裂解进入周围培育基。也即经过吸附，侵入，复制，组装和释放吸附，侵入，复制，组装和释放5个阶段。个阶段。 1) 吸附吸附(附着

16、附着) (adsorption, attachment)Adsorption during the Lytic Life Cycle of a Lytic BacteriophageThe bacteriophage binds to receptors on the bacterial cell wall.2) 侵入侵入(Penetration)Penetration during the Lytic Life Cycle of a Lytic BacteriophageThe bacteriophage injects its genome into the bacteriums cyto

17、plasm.3) 核酸复制核酸复制(nucleic acid replication)Early Replication during the Lytic Life Cycle of a Lytic BacteriophageThe bacteriophage genome replicates and bacteriophage components begin to be produced by way of the host bacteriums metabolic machinery. Late Replication during the Lytic Life Cycle of a

18、Lytic BacteriophageThe production of bacteriophage components and enzymes progresses. 4) 噬菌体装配噬菌体装配(Phage assembly)Maturation during the Lytic Life Cycle of a Lytic BacteriophageThe bacteriophage components assemble. 5) 释放释放(release)Release during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage A bact

19、eriophage-coded enzyme breaks down the peptidoglycan in the bacterial cell wall causing osmotic lysis.Animation of the Lytic Life Cycle of a Bacteriophage噬菌体效价噬菌体效价表示每毫升试样中所含有的具侵染性表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑构成单的噬菌体粒子数，又称噬菌斑构成单位位(pfu)或感染中心。或感染中心。测定的方法测定的方法双层平板法双层平板法用双层平板法测出的效价比用电镜直用双层平板法测出的效价比用电镜直接

20、记数得到的效价低。接记数得到的效价低。前者是计有感染力的噬菌体粒子，后前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是计噬菌体的总数。者是计噬菌体的总数。 2噬菌体效价噬菌体效价3 噬菌体生长曲线噬菌体生长曲线 1一步生长曲线定义一步生长曲线定义定量描画烈性噬菌体生长规律的实验曲线称作定量描画烈性噬菌体生长规律的实验曲线称作一步生长曲线。一步生长曲线。2一步生长曲线可分为三个时期一步生长曲线可分为三个时期 埋伏期是指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一埋伏期是指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。个噬菌体粒子装配前的一段时间。裂解期是指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段裂解期是指溶液中噬菌体

21、粒子急剧增多的一段时间。时间。稳定期溶液中噬菌体总数到达最高点后的时期。稳定期溶液中噬菌体总数到达最高点后的时期。1.2.2.2 溶源性噬菌体生活周期溶源性噬菌体生活周期许多噬菌体，典型的为许多噬菌体，典型的为噬菌体，在细胞进入裂噬菌体，在细胞进入裂解周期前，产生终止噬菌体复制的阻遏蛋白解周期前，产生终止噬菌体复制的阻遏蛋白,使使得这些噬菌体不进入裂解循环，而是它们进入称得这些噬菌体不进入裂解循环，而是它们进入称为溶源性为溶源性(lysogeny)的阶段。的阶段。在此阶段它们或者整合至染色体上构成原噬菌在此阶段它们或者整合至染色体上构成原噬菌体体(prophage) (如如噬菌体噬菌体)或者像

22、质粒存在细胞或者像质粒存在细胞质中质中(如如P1噬菌体噬菌体)。结果，这些溶源性噬菌体。结果，这些溶源性噬菌体(有时称为温暖噬菌体有时称为温暖噬菌体)随宿主染色体复制而复制，随宿主染色体复制而复制，然后分配到子细胞中。然后分配到子细胞中。 溶源性噬菌体特性溶源性噬菌体特性噬菌体进入溶源化阶段，噬菌体的基因噬菌体进入溶源化阶段，噬菌体的基因组随染色体复制而复制，而且经过一个组随染色体复制而复制，而且经过一个世代传至下一个世代。世代传至下一个世代。溶源噬菌体可从溶源阶段自发诱导，进溶源噬菌体可从溶源阶段自发诱导，进入裂解周期。入裂解周期。大多数溶源性噬菌体大多数溶源性噬菌体(有时称为温暖噬菌有时称

23、为温暖噬菌体体)以原噬菌体形状整合至染色体上随宿以原噬菌体形状整合至染色体上随宿主复制；但某些噬菌体，如主复制；但某些噬菌体，如P1噬菌体，噬菌体，却像一个质粒存在细胞质中。却像一个质粒存在细胞质中。 溶源性噬菌体生活周期溶源性噬菌体生活周期溶源性噬菌体具有特别的特性，由于它们溶源性噬菌体具有特别的特性，由于它们能携带改动宿主表型的功能性基因。称为能携带改动宿主表型的功能性基因。称为溶源性转变溶源性转变(lysogenic conversion)，溶源性，溶源性噬菌体的特性有助于细菌在寄主中存活的噬菌体的特性有助于细菌在寄主中存活的才干。才干。沙门氏菌噬菌体溶源化时改动细菌脂多糖沙门氏菌噬菌体

24、溶源化时改动细菌脂多糖(LPS)O-抗原的组分，因此改动细菌抗原的抗原的组分，因此改动细菌抗原的特性。许多细菌的毒素基因也由温暖噬菌特性。许多细菌的毒素基因也由温暖噬菌体携带，包括白喉棒杆菌体携带，包括白喉棒杆菌(Corynebacteria diphtheriae)的噬菌体携带的白喉毒素基因。的噬菌体携带的白喉毒素基因。霍乱毒素也在此类之中。霍乱毒素也在此类之中。 溶源性噬菌体特性溶源性噬菌体特性溶源细菌自发裂解和诱发裂解溶源细菌自发裂解和诱发裂解在溶源细菌中极少数在溶源细菌中极少数(约约10-6)会发生原噬菌体大会发生原噬菌体大量复制、成熟，导致寄主细胞裂解，称为溶源细量复制、成熟，导致寄

25、主细胞裂解，称为溶源细菌的自发裂解；菌的自发裂解；假设用低剂量的紫外线照射处置或其他理化方假设用低剂量的紫外线照射处置或其他理化方法处置，可以诱发溶源细胞大量溃溶，释放成熟法处置，可以诱发溶源细胞大量溃溶，释放成熟噬菌体粒子，称为诱发裂解。噬菌体粒子，称为诱发裂解。溶源细菌细胞复愈溶源细菌细胞复愈溶源细胞中的原噬菌体有时会消逝，成为非溶溶源细胞中的原噬菌体有时会消逝，成为非溶源细胞，不会裂解，称为溶源细菌细胞复愈。源细胞，不会裂解，称为溶源细菌细胞复愈。 Prophage Formation during the Lysogenic Life Cycle of a Temperate Bact

26、eriophage.The bacterium inserts its genome into the bacteriums nucleoid to become a prophage.Animation of the Lysogenic Life Cycle of a Temperate Bacteriophage1.3 植物病毒植物病毒没有专门的吸附构造，经过昆虫口器、没有专门的吸附构造，经过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。进入宿主细胞后脱去蛋白质外壳。进入宿主细胞后脱去蛋白质外壳。TMV的衣壳粒以双层盘的方式组装成的衣壳粒以双层盘的方式组装成衣壳

27、，衣壳，PH的改动、的改动、RNA的嵌入对衣壳的嵌入对衣壳的装配起关键作用。的装配起关键作用。植物感染病毒后的主要病症植物感染病毒后的主要病症植物黄萎病植物黄萎病黄豆黄萎病毒黄豆黄萎病毒如何防治如何防治?脊椎动物病毒包括脊椎动物病毒包括DNA和和RNA病毒病毒腺病毒的复制可代表腺病毒的复制可代表DNA病毒的复制病毒的复制脊髓灰质炎病毒的复制可代表脊髓灰质炎病毒的复制可代表RNA病毒的复制病毒的复制动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几种方式：种方式：无包膜的病毒，如腺病毒经过细胞裂解或部分无包膜的病毒，如腺病毒经过细胞裂解或部分破裂而释放。破裂而释放。有包膜的有包膜的DNA病毒，如疱疹病毒，以细胞质中病毒，如疱疹病毒，以细胞质中通道释放到细胞外。通道释放到细胞外。有包膜的