微生物学：第七章 病毒-上

1、第七章第七章 病毒病毒 （VirusesViruses）7.1 7.1 概述（概述（Introduction)Introduction)7.2 7.2 病毒学研究的基本方法病毒学研究的基本方法7.3 7.3 毒粒的性质毒粒的性质7.4 7.4 病毒的复制病毒的复制7.5 7.5 病毒的非增殖性感染病毒的非增殖性感染7.6 7.6 病毒与宿主的相互作用病毒与宿主的相互作用7.7 7.7 亚病毒因子亚病毒因子7.8 7.8 病毒举例病毒举例7.1 7.1 概述概述一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 18841884年年，法国微生物学家，法国微生物学家查理斯查理斯尚柏朗发明了一尚柏朗发

2、明了一种细菌无法滤过的过滤器种细菌无法滤过的过滤器（尚柏朗过滤器尚柏朗过滤器，其滤孔，其滤孔孔径小于细菌的大小），孔径小于细菌的大小），他利用这一过滤器就可以他利用这一过滤器就可以将液体中存在的细菌除去。将液体中存在的细菌除去。一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 1892年年，俄国生物学家，俄国生物学家德米特里德米特里伊凡诺夫斯基伊凡诺夫斯基在研究烟草花叶病时发现，将感染了花叶病的烟在研究烟草花叶病时发现，将感染了花叶病的烟草叶的提取液用草叶的提取液用尚柏朗过滤器尚柏朗过滤器过滤后的过滤后的滤液滤液依然依然能够能够感染感染其他其他烟草。于是他烟草。于是他提出这种感染提出这种感染性

3、物质可能是性物质可能是细菌所分泌的细菌所分泌的一种一种毒素毒素。 一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 1899年，荷兰微生物学家年，荷兰微生物学家马丁马丁乌斯乌斯贝杰林克贝杰林克重复了伊凡诺重复了伊凡诺夫斯基的实验，观察到这种病夫斯基的实验，观察到这种病原只在分裂细胞中原只在分裂细胞中复制复制，没有，没有显示这种病原的颗粒形态，因显示这种病原的颗粒形态，因此他称之为此他称之为contagium vivum fluidum（可溶的活菌）并进（可溶的活菌）并进一步命名为一步命名为virus（病毒）。（病毒）。 （后来证明在细胞外是颗粒后来证明在细胞外是颗粒）一、病毒的发现及研究历程一

4、、病毒的发现及研究历程 20世纪早期，英国细菌学家世纪早期，英国细菌学家Frederick Twort发现了可以感染发现了可以感染细菌的病毒，并称之为细菌的病毒，并称之为噬菌体噬菌体。随后法裔加拿大微生物学家随后法裔加拿大微生物学家Felix dHerelle描述了噬菌体的特性：描述了噬菌体的特性：长满细菌的琼脂固体培养基上，长满细菌的琼脂固体培养基上，噬菌体导致细菌死亡而留下的噬菌体导致细菌死亡而留下的空空斑斑。通过计算空斑的数量，再乘。通过计算空斑的数量，再乘以稀释倍数就可以得出溶液中病以稀释倍数就可以得出溶液中病毒的个数，揭开了现代病毒学研毒的个数，揭开了现代病毒学研究的序幕。究的序幕。

5、 一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 1906年，哈里森发明了在淋巴液中进行组织生长的年，哈里森发明了在淋巴液中进行组织生长的方法方法 ； 1913年，年，E. Steinhardt、C. Israeli和和R. A. Lambert利用这一方法在豚鼠角膜组织中成功利用这一方法在豚鼠角膜组织中成功培养培养了了牛痘苗病毒牛痘苗病毒，突破了病毒需要体内生长的限制。，突破了病毒需要体内生长的限制。 1928年，年，H. B. Maitland和和M. C. Maitland利用母利用母鸡肾脏悬液对牛痘苗病毒进行了培养。他们的方法鸡肾脏悬液对牛痘苗病毒进行了培养。他们的方法在在1950年

6、代得以广泛应用于年代得以广泛应用于脊髓灰质炎病毒疫苗脊髓灰质炎病毒疫苗的的大规模生产。大规模生产。一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 1935年，美国生物化学家和病毒学家温德尔年，美国生物化学家和病毒学家温德尔梅雷迪思梅雷迪思斯坦斯坦利得到利得到烟草花叶病毒晶体烟草花叶病毒晶体，将病毒成功地分离为，将病毒成功地分离为蛋白质部分蛋白质部分和和RNA部分部分（1946年的诺贝尔化学奖）。年的诺贝尔化学奖）。 1941年，年， Bernal和和Fankuchen拍摄拍摄到第一个被结晶的病毒。到第一个被结晶的病毒。 1955年，通过分析病毒的衍射照片，罗莎琳年，通过分析病毒的衍射照片，罗

7、莎琳富兰克林揭示富兰克林揭示了病毒的了病毒的整体结构整体结构。同年，。同年，Heinz Fraenkel-Conrat和罗布和罗布利利威廉姆斯发现将分离纯化的烟草花叶病毒威廉姆斯发现将分离纯化的烟草花叶病毒RNA和衣壳蛋和衣壳蛋白混合在一起后，可以白混合在一起后，可以重新组装重新组装成具有成具有感染感染性的病毒，这也性的病毒，这也揭示了这一简单的机制很可能就是病毒在它们的宿主细胞内揭示了这一简单的机制很可能就是病毒在它们的宿主细胞内的组装过程。的组装过程。一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 20世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，大多数能够世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，大多数能

8、够感染动物、植物或细菌的病毒在这数十年间被发现。感染动物、植物或细菌的病毒在这数十年间被发现。 1957年，马动脉炎病毒和导致牛病毒性腹泻的病毒被年，马动脉炎病毒和导致牛病毒性腹泻的病毒被发现；发现； 1963年，发现了年，发现了乙型肝炎病毒乙型肝炎病毒； 1965年，霍华德年，霍华德马丁马丁特明发现并描述了第一种特明发现并描述了第一种逆转录逆转录病毒病毒； 1970年鉴定出逆转录酶。年鉴定出逆转录酶。 1983年，法国吕克年，法国吕克蒙塔尼耶等首次分离得到蒙塔尼耶等首次分离得到艾滋病毒艾滋病毒（HIV）。二、病毒的特点和定义二、病毒的特点和定义 病毒是由蛋白质和核酸构成的一类具有病毒是由蛋白

9、质和核酸构成的一类具有化学大分子属性和生物体基本特征，又化学大分子属性和生物体基本特征，又具有细胞外感染性颗粒和细胞内繁殖性具有细胞外感染性颗粒和细胞内繁殖性基因形式的十分独特的生物类群。基因形式的十分独特的生物类群。超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的生物实体内寄生的生物实体1 .1 .病毒的特点：病毒的特点：7.1 概述概述形态极其形态极其微小微小, ,必须在电镜下才能观察必须在电镜下才能观察, ,一一般都具滤过性般都具滤过性; ; 无细胞构造无细胞构造，故称，故称“分子生物分子生物”；其主要成分仅是其主要成分仅是核酸核酸和和蛋白质蛋白质两种两种

10、; ;每一种病毒只含每一种病毒只含一种核酸一种核酸, ,不是不是DNADNA就是就是RNA;RNA;核酸可以以核酸可以以单链或双链单链或双链形式存在；形式存在；既无产能酶系既无产能酶系, ,也无蛋白合成系统也无蛋白合成系统; ;利用宿主细胞设备进行增殖利用宿主细胞设备进行增殖, ,不存在个体不存在个体生长和二均分裂等细胞繁殖方式生长和二均分裂等细胞繁殖方式; ;在宿主在宿主活活细胞内营专性寄生细胞内营专性寄生- -基因水平的基因水平的寄生寄生; ;在离体条件下在离体条件下, ,能以无生命的化学大分子能以无生命的化学大分子状态存在状态存在, ,并可形成结晶并可形成结晶; ;对一般抗生素不敏感对一

11、般抗生素不敏感, ,但对于干扰素敏感但对于干扰素敏感. .个体极小，可以通个体极小，可以通过过滤菌器滤菌器，形态多样。，形态多样。普通光镜下不可见，普通光镜下不可见，形态大小以形态大小以nmnm计。有计。有球状、杆状、复合型球状、杆状、复合型。病毒与单细胞微生物性质比较病毒与单细胞微生物性质比较性质性质细菌细菌立克次氏体立克次氏体支原体支原体衣原体衣原体病毒病毒直径大于直径大于300nm+-a在无生命培养基上生长在无生命培养基上生长+-+-双分裂双分裂+-含有含有DNA和和RNA+-核酸感染性核酸感染性-+b核糖体核糖体+-代谢代谢+-对抗生素敏感对抗生素敏感+-ca, Mimivirus达达

12、800 nm；b, 一部分病毒；一部分病毒；c, 利福平利福平可抑制痘病毒复制可抑制痘病毒复制, 由一个或数个由一个或数个RNA或或DNA分子构成的感染性因子，分子构成的感染性因子，通常（非必须）覆盖由一种或数种蛋白质构成的通常（非必须）覆盖由一种或数种蛋白质构成的外壳，有的外壳还有更复杂的膜结构；这些因子外壳，有的外壳还有更复杂的膜结构；这些因子能将其核酸从一个宿主传递给另一个宿主细胞；能将其核酸从一个宿主传递给另一个宿主细胞；能利用宿主酶系统进行细胞内的复制；有些病毒能利用宿主酶系统进行细胞内的复制；有些病毒还能将其基因整合入宿主还能将其基因整合入宿主DNA，依靠这种机制，依靠这种机制，或

13、是导致持续性感染发生，或是导致细胞转化，或是导致持续性感染发生，或是导致细胞转化，肿瘤形成。肿瘤形成。 卫星病毒（卫星病毒（satellite virus）和朊病毒（）和朊病毒（prion）等是特殊感染性因子。等是特殊感染性因子。2 .病毒的定义：病毒的定义：二、二、病毒的宿主范围病毒的宿主范围- -宿主谱宿主谱 病毒几乎可以感染所有细胞型生物；病毒几乎可以感染所有细胞型生物； 病毒具有宿主特异性。病毒具有宿主特异性。 噬菌体（噬菌体（phage):phage):从原核生物中分离到从原核生物中分离到的病毒称为的病毒称为 植物病毒（植物病毒（plant viruses):plant viruse

14、s):从植物体从植物体内分离到的病毒称为内分离到的病毒称为 动物病毒（动物病毒（animal viruses)animal viruses)：从动物：从动物体内分离到的病毒称为。体内分离到的病毒称为。原生动物病毒原生动物病毒(protozoal viruses)、无脊椎动物病毒无脊椎动物病毒(invertebrate viruses) 脊椎动物病毒脊椎动物病毒(vertebrate viruses)。动物病毒动物病毒 由于历史的原因，病毒的分类和命名比较混乱。由于历史的原因，病毒的分类和命名比较混乱。三、病毒的分类与命名三、病毒的分类与命名 早期，根据感染的宿主类型及其结构进行分类。早期，根据

15、感染的宿主类型及其结构进行分类。原生动物病毒原生动物病毒(protozoal viruses)、无脊椎动物病毒无脊椎动物病毒(invertebrate viruses) 脊椎动物病毒脊椎动物病毒(vertebrate viruses)。动物病毒动物病毒亲皮性病毒亲皮性病毒向神经性病毒向神经性病毒亲内脏性病毒亲内脏性病毒亲肺性病毒亲肺性病毒.The Baltimore classification clusters viruses into families depending on their type of genome /all_by_s

16、pecies/254.html1.1.病毒的分类原则病毒的分类原则依据毒粒形态、毒粒结构、基因组、化学组成和对脂依据毒粒形态、毒粒结构、基因组、化学组成和对脂溶剂的敏感性等溶剂的敏感性等毒粒性质毒粒性质，病毒的抗原性质，以及包，病毒的抗原性质，以及包括病毒在细胞培养上的特性，对除脂溶剂外的理化因括病毒在细胞培养上的特性，对除脂溶剂外的理化因子的敏感性和流行病学特点等生物学性质进行分类。子的敏感性和流行病学特点等生物学性质进行分类。三、病毒的分类与命名三、病毒的分类与命名1966年成立国际病毒分类委员会（年成立国际病毒分类委员会（International Committee for Taxon

17、omy of Viruses, ICTV），提出了分类依据和建立了分类），提出了分类依据和建立了分类系统。系统。/2.病毒的命名规则病毒的命名规则分类系统采用目（分类系统采用目（order）、科）、科(family)、 属属(genus)、种、种(species)几个等级。在未设立病毒目的情况下，科则为最几个等级。在未设立病毒目的情况下，科则为最高的病毒分类等级，病毒高的病毒分类等级，病毒“种种”是构成一个复制系，占据是构成一个复制系，占据特定的生态环境并具有多原则分类特征的病毒。病毒特定的生态环境并具有多原则分类特征的病毒。病毒“属属”是一群具

18、有某些共同特征的种。病毒是一群具有某些共同特征的种。病毒“科科”是一群具有某是一群具有某些共同特征的属。些共同特征的属。有尾噬菌体目有尾噬菌体目 疱疹病毒目疱疹病毒目 脂毛噬菌体目脂毛噬菌体目单分子负链单分子负链RNA病毒目病毒目 套式病毒目套式病毒目微微RNARNA病毒目病毒目 芜菁黄花叶病毒目芜菁黄花叶病毒目 逆转录病毒科逆转录病毒科正反转录病毒亚科正反转录病毒亚科慢病毒属慢病毒属一、病毒的分离与纯化一、病毒的分离与纯化1.1.病毒的分离病毒的分离 标本的采集与处理标本的采集与处理 注意采集标本种类和采集时机；注意采集标本种类和采集时机； 破碎释放、低温等进行处理破碎释放、低温等进行处理.

19、 . 标本接种与感染表现标本接种与感染表现 噬菌斑、空斑、枯斑。噬菌斑、空斑、枯斑。7.2 7.2 病毒学研究的基本方法病毒学研究的基本方法噬菌斑噬菌斑空斑空斑枯斑枯斑盲传（盲传（blind passage）：第一次接种：第一次接种未出现病毒感染症状时，需要重复接种未出现病毒感染症状时，需要重复接种的操作。的操作。2.病毒的纯化病毒的纯化 纯化标准：纯化标准： 具有感染性；具有感染性；通过感染性的测定分析纯化方法和纯化制备物。 具有均一性：具有均一性：（化学大分子属性）毒粒大小、形态、密度、化学组成及抗原性质应当均一。可用超速离心、电泳、电镜或免疫学技术进行检测。 纯化方法：纯化方法： 蛋白提

20、纯（利用其高蛋白含量属性）：蛋白提纯（利用其高蛋白含量属性）：盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析及离子交换等； 离心（利用其粒子属性）：离心（利用其粒子属性）：超速离心（10-100 Kg）离心1-2小时。二、病毒的测定（二、病毒的测定（assay of virusesassay of viruses）1.1.病毒的物理颗粒计数病毒的物理颗粒计数 在电镜下直接计数。所计是有活力与无活力病毒的数量之和。在电镜下直接计数。所计是有活力与无活力病毒的数量之和。2.2.病毒的感染性测定：病毒的感染性测定：测定的是因感染所引起宿主或细胞培测定的是因感染所引起宿主或细胞培养某一特异性病理反应的病毒数

21、量。养某一特异性病理反应的病毒数量。感染单位（感染单位（IUIU）：）：引起宿主或细胞一定特异性反应的病毒最引起宿主或细胞一定特异性反应的病毒最小剂量。小剂量。病毒的效价：病毒的效价：单位体积病毒悬液的感染单位（单位体积病毒悬液的感染单位（IUIU）数目。）数目。 噬（蚀）斑测定：噬（蚀）斑测定：噬菌斑噬菌斑(plaque)(plaque)、空斑（、空斑（plaque)plaque)、枯斑枯斑(lesion)(lesion) 终点法：终点法：LDLD5050，IDID5050，TCIDTCID5050噬菌斑噬菌斑(plaque）：将：将噬菌体噬菌体标本经过标本经过适当稀释再接种细菌平板，经过一

22、定时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间培养，在细菌菌苔上可形成圆形局部透明区域，称。透明区域，称。u感染效价计算：感染效价计算：设设0.1ml的稀释度为的稀释度为10-6的病毒悬液可产生的病毒悬液可产生75个噬斑，个噬斑，则：则：PFU/ml=(75PFU/0.1ml) 106=7.5 108动物病毒动物病毒实验动物实验动物鸡胚鸡胚多种细胞培养多种细胞培养在尿囊膜在尿囊膜上形成一上形成一些白色的些白色的庖痘（感庖痘（感染造成局染造成局部组织病部组织病损）损）感染感染Development and progression of viral cytopathol

23、ogy. Human embryo skin muscle cells were infected with human cytomegalovirus and stained at selected times to demonstrate (A) uninfected cells, (B) late virus cytopathic effects (nuclear inclusions, cell enlargement), (C) cell degeneration, and (D) a focus of infected cells in a cell monolayer (i.e.

24、, a plaque), hematoxylin and eosin stain. (A, X 255; B, X 900; C, X 225; D, X 20.) 三、三、病毒的鉴定病毒的鉴定1.根据病毒感染的宿主范围及感染表现根据病毒感染的宿主范围及感染表现的鉴定的鉴定2.病毒的理化性质鉴定病毒的理化性质鉴定3.血细胞凝集性质鉴定血细胞凝集性质鉴定4.病毒的免疫学鉴定病毒的免疫学鉴定5.病毒鉴定的分子生物学方法病毒鉴定的分子生物学方法 毒粒毒粒是一团能够自主复制的遗传物质，是一团能够自主复制的遗传物质，它们被蛋白质外壳所包围，有的还具有它们被蛋白质外壳所包围，有的还具有包膜，以保护遗传物质

25、免遭环境破坏，包膜，以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。给另一个宿主细胞的载体。 毒粒的形态结构毒粒的形态结构 毒粒的化学组成毒粒的化学组成7.3 7.3 毒粒的性质毒粒的性质一、毒粒的形态结构一、毒粒的形态结构 病毒的大小和形状病毒的大小和形状 毒粒的壳体结构毒粒的壳体结构 病毒的包膜结构病毒的包膜结构 毒粒的结构类型毒粒的结构类型 1.病毒的大小和形状病毒的大小和形状各种毒粒的大小、形态差异很大各种毒粒的大小、形态差异很大2. 毒粒的壳体结构毒粒的壳体结构衣壳衣壳(capsid)核心核心(genome)衣壳

26、粒衣壳粒(capsomere)包膜包膜（envelope）螺旋对称的代表螺旋对称的代表- -烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)(TMV)二十面体对称的代表二十面体对称的代表- -腺病毒腺病毒复合对称的代表复合对称的代表-T-T偶数噬菌体偶数噬菌体 TMV: 18300 nm，含有，含有2130个同型亚基，其长度个同型亚基，其长度取决于核酸，其宽度取决取决于核酸，其宽度取决于蛋白亚基。于蛋白亚基。螺旋对称的代表螺旋对称的代表- -烟草花叶病毒烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV(tobacco mosaic virus,TMV) )二十面体对称的代表二十面体对称的代表-

27、 -腺病腺病毒毒(Adenovirus)(Adenovirus)衣壳粒总数衣壳粒总数N=10(n-1)2+2N=10(n-1)2+2刺突tail pinsPhage, bacteriophage95nm95nmheadnecktail（24环）尾丝(tail fibers)65nm 病毒粒子的对称结构类型病毒粒子的对称结构类型螺旋对称螺旋对称(A) Filamentous(B) Complex(C) Naked (D) EnvelopedRNA or DNAProtein Coat(Capsomers)Lipid envelope复合对称复合对称二十面体对称二十面体对称 一些病毒核壳外覆盖着一

28、层脂蛋一些病毒核壳外覆盖着一层脂蛋白膜称为白膜称为包膜包膜。是由细胞膜衍生来的，。是由细胞膜衍生来的，为脂双层构造。在包膜形成时，细胞为脂双层构造。在包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。 病毒的包膜糖蛋白具有多种生物病毒的包膜糖蛋白具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的。学活性，是启动病毒感染所必需的。3. 病毒的包膜结构病毒的包膜结构病毒的基本结构：病毒的基本结构：衣衣 壳壳核核 酸酸包包 膜膜刺刺 突突核衣壳核衣壳包包 膜膜(envelope)(envelope) (1)(1)概念概念：指核衣：指核衣壳外包裹的由类脂、壳外包裹的由类脂、多糖或蛋白

29、质组成多糖或蛋白质组成的一层构造较复杂的一层构造较复杂的包膜，亦称被膜的包膜，亦称被膜或外膜。或外膜。 (2)包膜的形成包膜的形成: 来源于宿主细胞膜或来源于宿主细胞膜或 核膜核膜: : 如流感病毒。如流感病毒。 在宿主细胞内合成：在宿主细胞内合成： 如痘苗病毒。如痘苗病毒。 (3)(3)包膜的特点包膜的特点: : 包膜的结构具有高度稳定性包膜的结构具有高度稳定性a.a.维系病毒体结构；维系病毒体结构；b.b.保护病毒核酸；保护病毒核酸； c.c.起始病毒感染所必需（识别）。起始病毒感染所必需（识别）。 (4)(4)包膜的功能包膜的功能: :（5)5)包膜蛋白的种类包膜蛋白的种类: :A 包膜

30、糖蛋白：包膜糖蛋白：概念：概念：主要在包膜外侧，是包膜的重要结构组成主要在包膜外侧，是包膜的重要结构组成。功能：功能：a. 引起感染的先决条件，为病毒的吸附蛋白引起感染的先决条件，为病毒的吸附蛋白。 b. 在病毒进入时发挥作用，与细胞质膜融合。在病毒进入时发挥作用，与细胞质膜融合。 c. 是病毒表面和受染细胞质膜上的特异抗原决定簇。是病毒表面和受染细胞质膜上的特异抗原决定簇。 d. 具多种生物学活性具多种生物学活性。B.基质蛋白：基质蛋白：(有些病毒无）有些病毒无）概念：位于包膜内侧的非糖基化蛋白。概念：位于包膜内侧的非糖基化蛋白。功能：功能：a.a.支撑包膜，维系病毒结构；支撑包膜，维系病毒结构； b.b.识别病毒核衣壳，联系核衣壳与病毒糖蛋白。识别病毒核衣壳，联系核衣壳与病毒糖蛋白。刺刺 突突（spikes)spikes)概念：概念：病毒包膜或病毒包膜或衣壳表面的突起物。衣壳表面的突起物。 流感病毒刺突含流感病毒刺突含N-N-乙酰乙酰神经氨酸酶（与粘膜细神经氨酸酶（与粘膜细胞上神经氨酸作用）胞上神经氨酸作用） 刺刺 突突 的的 功功 能能:a.a.可启动感染；可启动感染；b.b.可诱生免疫保护作用；可诱生免疫保护作用；c.c.可中和抗体；可中和抗体；d.d.可促使病毒从宿主细胞上释放可促使病毒从宿