SectionRBacteriophagesandeukaryoticviruses

1、section r: bacteriophages and eukaryotic viruses 1. introduction to viruses what is virus? what is compound of virus? what are characters of virus? what do viruses do?discovery the virustmv（tobacco mosaic virus） 1886年，年，a. mayer 发现具有传染性的烟草花叶病；发现具有传染性的烟草花叶病； 1892年，年，d. ivanovsky 烟草花叶病病原体能通过细菌滤器烟草花叶病病

2、原体能通过细菌滤器 是一种能通过细菌滤器的是一种能通过细菌滤器的”细菌毒素细菌毒素”或或极小的细极小的细菌菌 1898年，年，m w beijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果对烟草花叶病病原体的研究结果v 能通过细菌滤器，比细菌更小；能通过细菌滤器，比细菌更小；v 可被乙醇沉淀而不失去其感染性，可被乙醇沉淀而不失去其感染性，v 能在琼脂凝胶中扩散；能在琼脂凝胶中扩散；v 用培养细菌的方法不能被培养出来，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推测只能在植物活细胞中生活 1935年，年，w m stanley首次提纯并结晶首次提纯并结晶 了烟草花叶病毒，提出了烟草花叶

3、病毒，提出tmv 由蛋白和核酸组成；由蛋白和核酸组成； bawden等证明烟草花叶病毒等证明烟草花叶病毒 的本质为核蛋白；的本质为核蛋白； 1940年，年，kausche首先用电镜观察到烟首先用电镜观察到烟 草花叶病毒颗粒草花叶病毒颗粒1946年诺贝尔年诺贝尔 化学奖化学奖how to define virus?v still no precise definition of a virusv 病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物，病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物，它的它的dna或或rna基因组被其所编码的蛋白质壳体化基因组被其所编码的蛋白质壳体化。 -（field

4、s等，等，19901990年）年）v virus particles are sub-microscopic, and can replicate only inside a host cell. ( (in our book) )非细胞生物非细胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒亚病毒类病毒：只含具侵染性的类病毒：只含具侵染性的rna组分组分卫星卫星rna：只含有不具侵染性的：只含有不具侵染性的rna组分组分朊病毒：只含蛋白质朊病毒：只含蛋白质 病毒与活细胞的差别病毒与活细胞的差别1 结构简单，无细胞结构结构简单，无细胞结构2 几乎所有的病

5、毒中都只有几乎所有的病毒中都只有dna或或rna其中一种其中一种类型的核酸类型的核酸3 在细胞外不能增殖，不能像真核生物和原核生在细胞外不能增殖，不能像真核生物和原核生物一样进行细胞分裂物一样进行细胞分裂 病毒起源的假说病毒起源的假说1 1 由原核生物在寄主细胞内进行退行性进化由原核生物在寄主细胞内进行退行性进化2 2 脱离细胞而独立的核酸演变脱离细胞而独立的核酸演变各种毒粒的大小、形态差异很各种毒粒的大小、形态差异很大大病毒的结构和组成病毒的结构和组成 genetic material: dsdna、ssdna dsrna、ssrna capsid: virus-encoded protei

6、n coat envelope: bi-layer lipoprotein, derived from host cell membranes by budding 包膜糖蛋白对病毒的组装和结构很重要，通常是寄主细胞包膜糖蛋白对病毒的组装和结构很重要，通常是寄主细胞特殊受体结合的受体配体特殊受体结合的受体配体（receptor ligand） 或反受体或反受体（antireceptor） matrix: provide contact between the nucleocapsid and envelopethe common structure of virus不同种类病毒的形态不同种类病

7、毒的形态中国公布的非典冠状病毒中国公布的非典冠状病毒照片中的蓝色部分就是照片中的蓝色部分就是h5n1禽流感病毒，禽流感病毒，下面的红色部分则是健康人体细胞，照片显下面的红色部分则是健康人体细胞，照片显示示h5n1正在攻击健康的细胞。正在攻击健康的细胞。基因组为单链负义基因组为单链负义rna 基因组为单链正义基因组为单链正义rnavirus genomes the genome of viruses is defined by its state in mature virion, and varies between virus families. 病毒基因组的多样性病毒基因组的多样性 lin

8、ear or circular，segmented or diploid, (single strand) positive sense 、 negative sense or ambi-sense (overlapping) not all virions have a complete or functional genome in the help of helper viruses (wild-type), unable replicated genome can be rescued by complementation. 1977年年sanger测定了测定了x174-dna全部全部

9、5375个核苷酸的序个核苷酸的序列；列； 1978年年fiers等测出等测出sv40dna全部全部5224对碱基序列对碱基序列 截止截止2005年年5月，月，genbank上已报道上已报道1480种病毒基因组，种病毒基因组，其中其中dsdna病毒病毒449种，种，ssdna239种，种，ssrna442种，种，dsrna68种种 截止截止2007年年12月，月，genbank上已报道上已报道2443种病毒基因组，种病毒基因组，其中其中dsdna病毒病毒572种，种，ssdna339种，种，ssrna665种种（negative-strand 110, positive-strand 555），

10、），dsrna98种，反转录病毒种，反转录病毒94种种 /genomes/static/vis.html http:/ strategiesv the replication/transcription strategies of viruses vary enormously, and depend largely on the type of genome.v dna病毒通常比病毒通常比rna病毒更依赖寄主细胞的核酸聚合酶病毒更依赖寄主细胞的核酸聚合酶v 基因组大的基因组大的dna病毒复制的独立性比基因组小的病毒复制的独立性比基因组小的d

11、na病毒病毒高高v rna病毒复制需要的病毒复制需要的rna聚合酶寄主中一般不存在，由病聚合酶寄主中一般不存在，由病毒自己编码毒自己编码v 反转录病毒编码反转录酶（依赖反转录病毒编码反转录酶（依赖rna的的dna聚合酶）经聚合酶）经dna过渡复制过渡复制rna的基因组的基因组scheme of influenza a virus replicationvirulencevirus do not exist in order to cause disease, but simply because they are able to replicate.对病毒自身而言，毒力可能降低其自身的复制能对

12、病毒自身而言，毒力可能降低其自身的复制能力（力（不利不利）或者增强病毒的传播能力（）或者增强病毒的传播能力（有利有利）病毒毒力的进化往往造成对宿主细胞破坏能力增病毒毒力的进化往往造成对宿主细胞破坏能力增强或传播力的增强强或传播力的增强 病毒的毒性机制病毒的毒性机制 对细胞代谢的损伤对细胞代谢的损伤，如与寄主细胞竞争复制必需的酶、，如与寄主细胞竞争复制必需的酶、核苷酸等核苷酸等 在细胞间的传播过程中造成细胞膜的损伤在细胞间的传播过程中造成细胞膜的损伤，如烈性噬，如烈性噬菌体使细胞裂解、疱疹病毒使细胞融合菌体使细胞裂解、疱疹病毒使细胞融合 病症对病毒在宿主间传播的重要性病症对病毒在宿主间传播的重要

13、性，如普通感冒病毒，如普通感冒病毒引起的打喷嚏、狂犬病毒引起的行为改变引起的打喷嚏、狂犬病毒引起的行为改变 躲避宿主的免疫系统躲避宿主的免疫系统，如快速突变，如快速突变 病毒抗原引起有害的免疫应答病毒抗原引起有害的免疫应答，如，如b型乙肝病毒型乙肝病毒 细胞转型和癌变细胞转型和癌变，如，如sv402. bacteriophagescharacters:v 侵染细菌的病毒侵染细菌的病毒v 遗传物质可以是遗传物质可以是dna或或rnav 基因组大小从基因组大小从2.5kb150kbv 生活周期可以简单，也可以复杂且高度受控制生活周期可以简单，也可以复杂且高度受控制v 可以整合到寄主基因组，也可以在

14、寄主基因组中转座可以整合到寄主基因组，也可以在寄主基因组中转座f w twort（1915年）、年）、f dherelle（1917年），年），分别发现细菌（分别发现细菌（shigella dysenteriae）病毒）病毒裂解性和溶原性：温和噬菌体、烈性噬菌体裂解性和溶原性：温和噬菌体、烈性噬菌体噬菌体一直作为遗传材料和模式生物，是分子噬菌体一直作为遗传材料和模式生物，是分子生物学研究的重要工具生物学研究的重要工具噬菌体在研究中的主要贡献噬菌体在研究中的主要贡献1 证明核酸是遗传物质证明核酸是遗传物质噬菌体侵染实验噬菌体侵染实验2 遗传密码子的确定遗传密码子的确定3 mrna的发现的发现4

15、转座、重叠基因等分子生物学概念转座、重叠基因等分子生物学概念吸附吸附侵入侵入早期：病毒特异性酶的合成早期：病毒特异性酶的合成病毒核酸复制病毒核酸复制病毒结构蛋白质合成病毒结构蛋白质合成装配装配释放释放病病毒毒大大分分子子合合成成以以噬菌体噬菌体为例，病毒为例，病毒的生活周期的生活周期phage m13v 基因组为基因组为正义环状单链正义环状单链dnav 病毒通过外壳蛋白与病毒通过外壳蛋白与e.coli性性纤毛识别，纤毛识别，dna注入宿主注入宿主v 宿主酶将单链基因组转变宿主酶将单链基因组转变 双链双链dna复制型复制型（rf）v rf复制起始不是由复制起始不是由 rna引发，而是由病引发，而

16、是由病 毒的核酸内切酶在（毒的核酸内切酶在（+） 链切割出切口的链切割出切口的3-oh编码蛋白的信息编码蛋白的信息location strand length gene product-401.831 + 411 ii replication protein496.831 + 112 x gene x protein843.1106 + 88 v helix destabilising protein1108.1209 + 34 vii phage assembly protein1206.1304 + 33 ix structural protein1301.1522 + 74 viii s

17、tructural protein1579.2853 + 425 iii structural protein2856.3194 + 113 vi small hydrophobic protein3196.4242 + 349 i phage assembly protein4220.5500 + 427 iv phage assembly protein phagev 基因组为基因组为48.5kb线性双链线性双链dnav 可以改造为克隆载体可以改造为克隆载体v 复制方式采用复制方式采用“滚环式滚环式”（rolling circle replication）v phage的溶原周期和裂解周期

18、的选择是表达调控研究的溶原周期和裂解周期的选择是表达调控研究的良好模式（的良好模式（cro 蛋白、蛋白、pl和和pr启动子、启动子、q蛋白、蛋白、n蛋蛋白等多种调控因子的协同作用）白等多种调控因子的协同作用）lytic versus lysogenic infection by phage 入入 genetic map of phage 入入phage developing stage immediate early stage; n & cro genes transcription from pl & prdelayed early stage; n-p required for anti

19、-termination at tl & trlate stage; q-p required phage发育途径选择调控区的基因组成发育途径选择调控区的基因组成latelatedelayed earlydelayed earlyearlyearlyhead tail pror cro tr1cii o p q s rtl2int pint xis ciii tl1n ol plciprm p recoscoscis- factortrans-factorfor replication regulation modelearl y stage;earl y stage;transcriptio

20、n c r oc r o - -p prnapolprorstop at tr 1transcription n n - -p prnapolplolstop at tl 1earlyearlycoshead tail pror cro tr1cii o p q s rtl2int pint xis ciii tl1n ol plciprm p recosearl y stageearl y stagen n - -p panti-terminationd el ayed earl y staged el ayed earl y stagecro-pnutrnutlhead tail pror

21、 cro tr1cii o p q s rtl2int pint xis ciii tl1n ol plciprm p recosd el ayed earl y stage d el ayed earl y stage cii-pci + anti-sense cro-mrnaciii-pcro-p-other controlling system for lytic way selectionc i ic i i - -p p competition with c r oc r o - -p p自然选择形成；自然选择形成；具有选择具有选择lytic趋势趋势-phagehostrnapol.

22、 binding pror-c r oc r o - -p p binding or3off prmearly stagethe purpose of phage infection e.colilysis the host of e.colic r oc r o - -p plate stage late stage transposable phagesv 在在gram-菌常发现转座噬菌体，尤其在假单胞杆菌中菌常发现转座噬菌体，尤其在假单胞杆菌中v 研究最彻底的是研究最彻底的是phage muv 与与phage 类似有裂解周期和溶原周期类似有裂解周期和溶原周期v 不同转座噬菌体基因组的复制方式不同不同转座噬菌体基因组的复制方式不同3. dna virusesv 基因组为基因组为dna（ds or ss）v 基因组较大的基因组较大的dna病毒（如疱疹病毒、腺病毒）有复病毒（如疱疹病毒、腺病毒）有复杂的生活周期，不仅调控自