病毒的生物学性状幻灯

1、第第2222章章病毒的基本性状病毒的基本性状Basic Characters of Virus主讲主讲 陈利玉陈利玉病毒与人类疾病关系病毒与人类疾病关系3000BC, 3000BC, 埃及埃及孟菲斯壁画中孟菲斯壁画中长老患小儿麻长老患小儿麻痹症。痹症。Child with smallpox. Note the characteristic rash. 18921892年发现第一个病毒即烟草花叶病毒年发现第一个病毒即烟草花叶病毒 滤过性致病因子滤过性致病因子 1898 1898年发现动物口蹄疫病毒年发现动物口蹄疫病毒 首次提出病毒这个名词首次提出病毒这个名词 1901 1901年发现黄热病病毒年

2、发现黄热病病毒 首次证实病毒对人有致病性首次证实病毒对人有致病性病毒病毒(virus)(virus)的发现的发现1. 1. 体积微小，结构简单，缺乏细胞结构体积微小，结构简单，缺乏细胞结构2. 2. 只含一种核酸（只含一种核酸（DNA or RNADNA or RNA）3. 3. 缺乏完整的酶和能量系统缺乏完整的酶和能量系统4. 4. 严格的活细胞内寄生严格的活细胞内寄生5. 5. 以自我复制方式进行增殖以自我复制方式进行增殖6. 6. 对抗生素不敏感，对干扰素敏感对抗生素不敏感，对干扰素敏感病毒病毒(virus)(virus)的基本特征的基本特征 病毒是一类比较原始的、有生命特病毒是一类比较

3、原始的、有生命特征的、能自我复制和专性活细胞内寄生征的、能自我复制和专性活细胞内寄生的非细胞型微生物。的非细胞型微生物。病毒病毒(virus)(virus)的定义的定义病毒引起疾病的特点病毒引起疾病的特点涉及面广：涉及面广：707080%80%的传染病由病毒引起的传染病由病毒引起传染性强、传播快：如流感病毒传染性强、传播快：如流感病毒病死率高：如狂犬病病毒病死率高：如狂犬病病毒后遗症严重：如脊灰病毒后遗症严重：如脊灰病毒持续感染：如乙肝病毒持续感染：如乙肝病毒致肿瘤：如乳头瘤病毒致肿瘤：如乳头瘤病毒致畸性：如风疹病毒致畸性：如风疹病毒与一些原因不明疾病有关与一些原因不明疾病有关新的病毒性疾病不

4、断出现新的病毒性疾病不断出现AIDSSARSAvian Flu病原体病毒！H1N1 FluH1N1 Flu 甲型H1N1流感2009.4-2010.4在全球约213个国家和地区暴发流行，导致至少1.77万人死亡。Ebola hemorrhagic feverBSEKuru diseasevCJD ScrapiePrion病毒引起疾病的特点病毒引起疾病的特点涉及面广：涉及面广：707080%80%的传染病由病毒引起的传染病由病毒引起传染性强、传播快：如流感病毒传染性强、传播快：如流感病毒病死率高：如狂犬病病毒病死率高：如狂犬病病毒后遗症严重：如脊灰病毒后遗症严重：如脊灰病毒持续感染：如乙肝病毒持

5、续感染：如乙肝病毒致肿瘤：如乳头瘤病毒致肿瘤：如乳头瘤病毒致畸性：如风疹病毒致畸性：如风疹病毒与一些原因不明疾病有关与一些原因不明疾病有关新的病毒性疾病不断出现新的病毒性疾病不断出现特效药少特效药少预防是重点预防是重点病毒的存在形式病毒的存在形式细胞外：结构形式细胞外：结构形式，即病毒体（即病毒体（virion)virion) 细胞内：基因形式细胞内：基因形式，即核酸即核酸具有一定形态结构和感染性的完整的病毒颗粒具有一定形态结构和感染性的完整的病毒颗粒 一、病毒的大小与形态一、病毒的大小与形态测量单位测量单位 nmnm(20-350nm)(20-350nm) 电镜观察电镜观察1. 1. 大小大

6、小电子显微镜：最准确电子显微镜：最准确超速离心沉淀法超速离心沉淀法超滤膜法超滤膜法其他：电离辐射或其他：电离辐射或X X射线技术射线技术测量方法：测量方法：腺病毒腺病毒乳头瘤病毒乳头瘤病毒轮状病毒轮状病毒2. 2. 形形 态态正粘病毒正粘病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒埃博拉病毒埃博拉病毒痘病毒痘病毒弹状病毒弹状病毒噬菌体噬菌体病毒的结构模式图病毒的结构模式图包包 膜（膜（envelope)envelope)核核 心心(core)(core)衣衣 壳壳 (capsid)(capsid)二、病毒的结构与化学组成二、病毒的结构与化学组成核衣壳核衣壳(nucleocapsid)(nucleocapsid

7、)包膜病毒（包膜病毒（enveloped virus)enveloped virus)裸露病毒（裸露病毒（naked virus)naked virus) 核心的化学成分核心的化学成分一种（RNA or DNA）线型、环型双链、单链正链、负链逆转录dsDNA,ssDNA,dsRNA,+ssRNA,-ssRNA,dsDNA,ssDNA,dsRNA,+ssRNA,-ssRNA,逆转录 少量功能蛋白（非结构蛋白） 核酸1. 1. 核核 心心核心的功能核心的功能是病毒的基因组是病毒的基因组, ,决定病毒的基本特性决定病毒的基本特性是病毒感染宿主细胞的物质基础是病毒感染宿主细胞的物质基础( (分子感染）

8、分子感染） 部分病毒的裸露核酸仍具有感染性部分病毒的裸露核酸仍具有感染性( (感染性核酸）感染性核酸）分类的依据：分类的依据：DNADNA病毒病毒RNARNA病毒病毒2. 2. 衣衣 壳壳化学亚单位化学亚单位（结构蛋白）（结构蛋白）形态亚单位形态亚单位衣壳：衣壳：核心外的蛋白质外壳，是核心外的蛋白质外壳，是由由壳粒壳粒 排列形成的有规则的壳样结构排列形成的有规则的壳样结构壳粒壳粒：由一种或几种由一种或几种多肽分子多肽分子形成的寡聚体形成的寡聚体capsomerecapsomere 衣壳构型衣壳构型2020面体对称型面体对称型螺旋对称型螺旋对称型 复合对称型复合对称型二十面体对称型二十面体对称型

9、icosahedral symmetry二十面体对称型二十面体对称型icosahedral symmetry二十面体对称型二十面体对称型Icosahedral AdenovirusRhinovirusRubella Virus PoliovirusCoxsackievirus Echovirus Rotavirus Herpes Simplex Virus 1 (HHV1)Herpes Simplex Virus 2 (HHV2)Varicella-Zoster Virus (HHV3) Epstein-Barr Virus (EBV) Cytomegalovirus (CMV)Icosahe

10、dralHepatitis A Virus (HAV)Hepatitis B Virus (HBV)Hepatitis C Virus (HCV)Hepatitis Delta Virus (HDV)Hepatitis E Virus (HEV) Human Immunodeficiency Virus (HIV)Human T-lymphotrophic Virus (HTLV)Papillomavirus (HPV)Western Equine Encephalitis Virus (WEEV）Yellow Fever Virus 螺旋对称型螺旋对称型(helical symmetry)核

11、酸核酸蛋白衣壳蛋白衣壳HelicalRabies Virus HantavirusInfluenza Virus (Flu Virus)Measles Virus ( Rubeola)Mumps VirusParainfluenza VirusCoronavirus Respiratory Syncytial Virus (RSV)复合对称型复合对称型(complex symmetry)POXVIRUS FAMILYBACTERIOPHAGE衣壳的功能衣壳的功能保护病毒基因组保护病毒基因组决定病毒的抗原性决定病毒的抗原性介导病毒吸附（无包膜病毒）介导病毒吸附（无包膜病毒）有毒性作用有毒性作用分

12、类的依据：立体对称型病毒分类的依据：立体对称型病毒 螺旋对称型病毒螺旋对称型病毒 复合对称型病毒复合对称型病毒3. 3. 包包 膜膜 来源来源：宿主细胞的核膜宿主细胞的核膜或浆膜或浆膜 化学成分：化学成分：脂类、多糖、蛋脂类、多糖、蛋白质（宿主细胞膜成分白质（宿主细胞膜成分+ +病病毒基因编码的糖蛋白）毒基因编码的糖蛋白） 包膜上的突起物称包膜上的突起物称包膜子包膜子粒粒或或刺突刺突(spike)(spike)包膜表面刺突包膜表面刺突 Influenza virus Influenza virusCoronavirusCoronavirus保护病毒的核衣壳保护病毒的核衣壳包膜糖蛋白包膜糖蛋白:

13、 : 介导病毒吸附介导病毒吸附 介导细胞融合介导细胞融合 介导血凝或溶血活性介导血凝或溶血活性 抗原性抗原性 分类的依据：包膜病毒分类的依据：包膜病毒 裸露病毒裸露病毒 包膜的功能包膜的功能小小 结结1.1.病毒基本结构：病毒基本结构：核衣壳核衣壳 2.2.病毒最重要的特点：一种核酸，无细胞结构病毒最重要的特点：一种核酸，无细胞结构3.3.病毒的基本化学成分：核酸病毒的基本化学成分：核酸+ +蛋白质蛋白质4.4.病毒蛋白质：病毒蛋白质： 结构蛋白：结构蛋白： 包膜蛋白包膜蛋白 衣壳蛋白衣壳蛋白 基质蛋白基质蛋白 非结构蛋白：酶类非结构蛋白：酶类 调节蛋白调节蛋白 特殊功能蛋白特殊功能蛋白go核

14、衣壳核心衣壳一种类型的核酸少量功能蛋白 壳粒（蛋白质）螺旋对称20面体立体对称复合对称包膜蛋白质多糖脂类back三、三、 病毒的增殖病毒的增殖1. 1. 增殖的条件增殖的条件： 2. 2. 增殖的方式增殖的方式：自我复制自我复制 (self replication)活细胞活细胞-严格寄生性严格寄生性敏感细胞敏感细胞-选择性（亲嗜性）选择性（亲嗜性）容纳细胞容纳细胞 (permissive cell)(permissive cell)3 3. . 复制周期复制周期(replication cycle)(replication cycle)装配成熟释放装配成熟释放吸附吸附脱壳脱壳生物合成生物合成

15、穿入穿入吸吸 附（附（absorption)absorption) 静电吸附静电吸附 病毒表面吸附蛋白病毒表面吸附蛋白 (VAP)与宿主细胞表面受体特异与宿主细胞表面受体特异性结合性结合 病毒病毒 VAP VAP 宿主细胞受体宿主细胞受体脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒 VP1VP1VP3 VP3 特异膜受体特异膜受体(IgSF)(IgSF)鼻病毒鼻病毒 VP1VP1VP3 VP3 ICAM-1 ICAM-1ECHO ECHO VP1VP1VP3 VP3 nectinnectin甲型流感病毒甲型流感病毒 HA HA 唾液酸唾液酸麻疹病毒麻疹病毒 HA HA CD46CD46EBV EBV gp33

16、0 gp330 CD21CD21HIV HIV gp120 gp120 CD4CD4和和CCR5/CXCR4CCR5/CXCR4狂犬病毒狂犬病毒 gpG gpG 乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体几种常见的病毒几种常见的病毒VAPVAP与相应的宿主细胞受体与相应的宿主细胞受体HIVHIV吸附吸附膜融合膜融合 穿入穿入(Penetration)(Penetration)穿入穿入(Penetration)(Penetration)穿入穿入(Penetration)(Penetration)HSVHSV膜融合膜融合穿入穿入(Penetration)(Penetration)胞饮胞饮from Schaechte

17、r et al, Mechanisms of Microbial Disease, 3rd ed, 1998穿入穿入(Penetration)(Penetration)胞饮胞饮穿入穿入(Penetration)(Penetration)注入注入脱脱 壳壳(uncoating)脱去蛋白质外壳，释放核酸的过程脱去蛋白质外壳，释放核酸的过程多数病毒在穿入细胞时在宿主细胞溶酶体多数病毒在穿入细胞时在宿主细胞溶酶体酶作用下，衣壳裂解，释放核酸酶作用下，衣壳裂解，释放核酸少数病毒脱壳过程较复杂：脱壳酶少数病毒脱壳过程较复杂：脱壳酶生物合成生物合成(biosynthesis)部位部位：核酸复制可在胞核或胞浆

18、内进行核酸复制可在胞核或胞浆内进行 蛋白质合成在胞浆内进行蛋白质合成在胞浆内进行过程：过程：不同核酸类型的病毒生物合成方式不同，不同核酸类型的病毒生物合成方式不同， 但均可人为地分为但均可人为地分为三个阶段：三个阶段： 病毒基因组早期基因表达病毒基因组早期基因表达 病毒基因组复制病毒基因组复制 病毒基国组晚期基因表达病毒基国组晚期基因表达dsDNA genomeTranscriptionEarly mRNATranslationEarly proteins (enzymes)Semi-conservativereplicationTranscriptionLate mRNATranslatio

19、nLate proteins(structural proteins)AssemblyRelease双链双链DNADNA病毒的生物合成病毒的生物合成(+) ssRNA genome(-) ssRNAReplicationTranslationRNA polymeraseStructural proteinViralproteinReleaseAssemblyCleavage单正链单正链RNARNA病毒的生物合成病毒的生物合成单负链单负链RNARNA病毒的生物合成病毒的生物合成(-) ssRNA(+) ssRNATranslationTranscriptionStructure proteinR

20、NAPolymeraseParainfluenza virus组装组装(assembly)核内：核内：DNA病毒（痘病毒除外）病毒（痘病毒除外）浆内：浆内：多数多数RNA病毒，痘病毒病毒，痘病毒膜上：膜上：HIVadenovirussmallpox virus成熟成熟(maturation)与与释放释放(release)裸露病毒裸露病毒：细胞溶解释放：细胞溶解释放包膜病毒包膜病毒：芽生释放芽生释放HIVHIV吸附吸附穿入穿入脱壳脱壳核酸游离核酸游离早期早期mRNAmRNA转录转录早期蛋白质转译早期蛋白质转译病毒病毒DNADNA复制复制晚期晚期mRNAmRNA转录转录晚期蛋白质合成晚期蛋白质合成

21、装配装配释放释放隐蔽期隐蔽期viral replication circleviral replication circle宿主细胞原因宿主细胞原因顿挫感染或流产感染顿挫感染或流产感染 (abortive infection)人胚肾细胞人胚肾细胞 容纳细胞容纳细胞 猴肾细胞猴肾细胞 非容纳细胞非容纳细胞腺病毒腺病毒 4.病毒的异常增殖病毒的异常增殖病毒进入病毒进入非容纳细胞非容纳细胞, ,不能进行生物合不能进行生物合成或不能组装成完整的病毒体。成或不能组装成完整的病毒体。非容纳细胞非容纳细胞（non-permissive cell):不能不能为病毒复制提供必要条件的细胞。为病毒复制提供必要条件

22、的细胞。病毒原因病毒原因缺陷病毒缺陷病毒(defective virus) 由于病毒基因不完整或基因发生改变导致由于病毒基因不完整或基因发生改变导致生物合成受阻，不能复制出完整的子代病毒颗生物合成受阻，不能复制出完整的子代病毒颗粒的病毒。又称缺陷干扰颗粒粒的病毒。又称缺陷干扰颗粒(defective interfering particle, DIP) 缺陷病毒缺陷病毒 + + 辅助病毒辅助病毒正常复制正常复制 腺病毒伴随病毒腺病毒伴随病毒腺病毒腺病毒 4.病毒的异常增殖病毒的异常增殖子代腺病毒伴随病毒子代腺病毒伴随病毒HDVHBV子代子代HDVHDV5. 病毒的干扰现象病毒的干扰现象(vir

23、al interference)概念概念： 两种病毒同时或短时先后感染同一机两种病毒同时或短时先后感染同一机体或细胞时，可发生一种病毒抑制另一种体或细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒的现象。病毒的现象。类型类型：异种病毒之间的干扰（异种）异种病毒之间的干扰（异种）同种病毒之间的干扰同种病毒之间的干扰 同种异型（同种）同种异型（同种） 同型异株（同型）同型异株（同型）自身干扰（同株）自身干扰（同株）机制：机制：干扰素干扰素第一种病毒破坏了宿主细胞表面受体或第一种病毒破坏了宿主细胞表面受体或改变了宿主细胞的代谢途径改变了宿主细胞的代谢途径DIPDIP意义：意义：阻止、中断发病或终止感染阻止、中断

24、发病或终止感染接种疫苗时应注意避免干扰现象接种疫苗时应注意避免干扰现象鉴定病毒鉴定病毒种类种类类病毒类病毒( (viroid)viroid)卫星病毒卫星病毒( (satellites)satellites)朊粒朊粒( (prionprion) )非寻常病毒致病因子非寻常病毒致病因子亚病毒亚病毒(Subvirus) 概念概念 裸露的、小分子量的、有侵染性的裸露的、小分子量的、有侵染性的RNARNA或蛋白质分子。或蛋白质分子。 类类 病病 毒毒(viroid)(viroid)是一种裸露的小是一种裸露的小RNARNA分子分子( (由由200-400200-400个核苷酸组成的环状个核苷酸组成的环状ssRNAssRNA）无蛋白衣壳和包膜无蛋白衣壳和包膜能进行自我复制（利用宿主细胞的能进行自我复制（利用宿主细胞的RNARNA聚合聚合酶酶进行复制）进行复制）均为植物病毒均为植物病毒 一类自身能编码外壳蛋白一类自身能编码外壳蛋白另一类不能编码外壳蛋白，称卫星另一类不能编码外壳蛋白，称卫星RNA(RNA(曾称拟曾称拟病毒病毒) )卫卫 星星 病病 毒毒( (satellites)satellites) 基因