非细胞结构的超微生物-病毒

1、第一节第一节 病毒的一般特征及其分类病毒的一般特征及其分类n由于人类视觉所限，故形体越小的生物就越不易被发现。因此，在生物界中，微生物的发现比动、植物迟得多；在微生物中，细菌发现得较迟，病毒更迟；在病毒中，类病毒、拟病毒、朊病毒等亚病毒的发现最迟。病毒的发现发发 现现1886年，德国农业化学家年，德国农业化学家 迈尔在荷兰迈尔在荷兰 的接种试验的接种试验 (烟草花叶病是一种传染性疾病烟草花叶病是一种传染性疾病)1892年，俄罗斯年，俄罗斯 伊万诺夫斯基伊万诺夫斯基 烟草花叶病感病因子（细菌滤器滤过性）烟草花叶病感病因子（细菌滤器滤过性）发发 现现发发 现现1935年，美国生物化学家年，美国生物

2、化学家 斯坦莱斯坦莱 烟草花叶病毒结晶烟草花叶病毒结晶病毒定义n病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只含有一种核酸；它们只能在活细胞内营专性寄生，靠其宿主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分，然后再进行装配而得以增殖；在离体条件下，它们能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。一、病毒的特点 病毒在寄主细胞外，不能独立地进行代谢和繁殖，它们是严病毒在寄主细胞外，不能独立地进行代谢和繁殖，它们是严格的寄生物，与其它生物相比有明显不同，具有其本身的特格的寄生物，与其它生物相比有明显不同，具有其本身的特点。点。 n1.形体及其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可形体及其微小

3、，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；通过细菌滤器；n2.没有细胞构造，故也称分子生物；没有细胞构造，故也称分子生物；n3.其主要成分仅有核酸和蛋白质两种；其主要成分仅有核酸和蛋白质两种；n4.每一种病毒只有一种核酸，不是每一种病毒只有一种核酸，不是DNA就是就是RNA；n5.缺乏酶系统，既无产能酶系也无蛋白质合成系统；缺乏酶系统，既无产能酶系也无蛋白质合成系统；n6.在宿主细胞的协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配在宿主细胞的协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁殖方式；殖方式；n

4、7.在宿主的活细胞内营专性寄生；在宿主的活细胞内营专性寄生；n8.在离体条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并在离体条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶；可形成结晶；n9.经提纯的病毒结晶能保持侵染力。经提纯的病毒结晶能保持侵染力。 人类传染病中，约人类传染病中，约707080%80%属于病毒病，每一种植物至少有一种病毒引起的病害。属于病毒病，每一种植物至少有一种病毒引起的病害。引起人类致病的病毒相当多，如肝炎，胆囊炎，狂犬病，爱滋病，风湿关节炎等，引起人类致病的病毒相当多，如肝炎，胆囊炎，狂犬病，爱滋病，风湿关节炎等，也有多种病毒可以致人癌症。也有多种病毒可以致人癌症。

5、n10.对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。n迄今，还未发现一种药剂或抗菌素对人、动植物体内病毒有效的药物，也没有一种迄今，还未发现一种药剂或抗菌素对人、动植物体内病毒有效的药物，也没有一种药剂能杀死细胞体内的病毒而又不伤害寄主。经提纯分离在体外的病毒结晶，用不药剂能杀死细胞体内的病毒而又不伤害寄主。经提纯分离在体外的病毒结晶，用不少的药物都可杀死，但寄主细胞内的病毒均不敏感。少的药物都可杀死，但寄主细胞内的病毒均不敏感。n干扰素干扰素（IFN）是一组具有多种功能的活性蛋白质（主要是糖蛋白），是一种由单）是一组具有多种功能的活性蛋白质（主要是糖蛋白），是一种

6、由单核细胞和淋巴细胞产生的细胞因子。它们在同种细胞上具有广谱的抗病毒、影响细核细胞和淋巴细胞产生的细胞因子。它们在同种细胞上具有广谱的抗病毒、影响细胞生长，以及分化、调节免疫功能等多种生物活性。不直接杀伤或抑制胞生长，以及分化、调节免疫功能等多种生物活性。不直接杀伤或抑制病毒病毒，而主，而主要是通过细胞表面受体作用使细胞产生抗病毒蛋白，从而抑制病毒的复制；同时还要是通过细胞表面受体作用使细胞产生抗病毒蛋白，从而抑制病毒的复制；同时还可增强自然杀伤细胞（可增强自然杀伤细胞（NK细胞）、巨噬细胞和细胞）、巨噬细胞和T淋巴细胞的活力，从而起到免疫调淋巴细胞的活力，从而起到免疫调节作用，并增强抗病毒能

7、力。节作用，并增强抗病毒能力。 二、病毒的分类n病毒的分类病毒的分类 病毒有自己单独的分类系统，其分类依据主要有：病毒的宿病毒有自己单独的分类系统，其分类依据主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸种类、病毒粒子的大小、病毒的结构、有无被膜等。主、所致疾病、核酸种类、病毒粒子的大小、病毒的结构、有无被膜等。n1.根据专性寄主分类：根据专性寄主分类：植物病毒、动物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放植物病毒、动物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒、真菌病毒。线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒、真菌病毒。n动物病毒寄生在人体和动物体内引起人和动物疾病：如流行性感冒、水动物病毒寄生在人体和

8、动物体内引起人和动物疾病：如流行性感冒、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型脑炎、脊髓灰质炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天痘、麻疹、腮腺炎、乙型脑炎、脊髓灰质炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、艾滋病等。花、艾滋病等。n植物病毒引起植物疾病：烟草花叶病、番茄丛矮病等。植物病毒引起植物疾病：烟草花叶病、番茄丛矮病等。n噬菌体寄生在细菌体内引起细菌疾病。用蓝细菌噬菌体控制水华。噬菌体寄生在细菌体内引起细菌疾病。用蓝细菌噬菌体控制水华。n2.根据核酸分类：根据核酸分类：DNA病毒和病毒和RNA病毒病毒。n类病毒类病毒n是目前已知最小的可传染的是目前已知最小的可传染的致病因子致病因子，比普通，比普通病毒病毒简单，简单，是无蛋

9、白质外壳保护的游离的共价闭合环状单链是无蛋白质外壳保护的游离的共价闭合环状单链RNA分子，分子，侵入侵入宿主细胞宿主细胞后自我复制，并使宿主致病或死亡。后自我复制，并使宿主致病或死亡。n不能像病毒那样感染不能像病毒那样感染细胞细胞，只有当植物细胞受到损伤，失，只有当植物细胞受到损伤，失去膜屏障，才能在供体植株与受体植株间传染。去膜屏障，才能在供体植株与受体植株间传染。柑桔裂皮病，黄瓜白果病，椰子死亡病等柑桔裂皮病，黄瓜白果病，椰子死亡病等 n防治的方法主要选择无感的种子和繁殖体，以及防止机械防治的方法主要选择无感的种子和繁殖体，以及防止机械传播。传播。n对类病毒的研究可能为揭示生命起源和进化、

10、生命过程的对类病毒的研究可能为揭示生命起源和进化、生命过程的实现等生命科学的重大理论问题作出贡献。实现等生命科学的重大理论问题作出贡献。 n朊病毒朊病毒n又称蛋白质侵染因子。朊病毒是一类能侵染动物并在又称蛋白质侵染因子。朊病毒是一类能侵染动物并在宿宿主主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。与一般病细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。与一般病毒不一样，它只有毒不一样，它只有蛋白质蛋白质而无核酸，但却既有感染性，而无核酸，但却既有感染性，又有遗传性，又有遗传性， n三百年前，羊搔痒症，广泛传播于欧洲和澳洲三百年前，羊搔痒症，广泛传播于欧洲和澳洲 ，1996年年春天英国蔓延的春天英国蔓延的“疯牛

11、病疯牛病”。 1997年，年，诺贝尔诺贝尔生理医学生理医学奖授予了美国生物化学家斯坦利奖授予了美国生物化学家斯坦利普鲁辛纳普鲁辛纳 。n为致死性为致死性中枢神经系统中枢神经系统的慢性退化性脑病，感染朊病毒的慢性退化性脑病，感染朊病毒后有超长的潜伏期，平均后有超长的潜伏期，平均20年，最长可达到年，最长可达到50年，发病年，发病前无法检测和诊断。朊病毒目前尚未有有效的治疗方法，前无法检测和诊断。朊病毒目前尚未有有效的治疗方法，因此属因此属“不治之症。不治之症。” n朊病毒的传播途径包括，食用动物肉骨粉饲料、牛骨粉朊病毒的传播途径包括，食用动物肉骨粉饲料、牛骨粉汤；医源性感染，如使用脑垂体生长激素

12、、促性腺激素汤；医源性感染，如使用脑垂体生长激素、促性腺激素和硬脑膜移植、角膜移植、输血等。和硬脑膜移植、角膜移植、输血等。 第二节第二节 病毒形态和结构病毒形态和结构n一一.病毒的大小和形态病毒的大小和形态n测量的单位是纳米，在电子显微镜下观察。多数病毒测量的单位是纳米，在电子显微镜下观察。多数病毒粒子的直径在粒子的直径在100nm左右。左右。n不同病毒大小差别较大。不同病毒大小差别较大。n病毒的形态主要有球形、杆形、砖形、蝌蚪形等。病毒的形态主要有球形、杆形、砖形、蝌蚪形等。有代表性的若干病毒的直径或大小牛痘病毒脊髓灰质炎病毒烟草烟草mosaicmosaic病毒病毒RNA核壳体核壳体烟草花

13、叶病病毒结构（烟草花叶病病毒结构（螺旋对称螺旋对称）烟草花叶病毒的杆状壳体由2130个壳粒螺旋排列而成，大约有130个螺旋。腺病毒粒子的三维结构腺病毒粒子的三维结构人体腺病毒负染照片人体腺病毒负染照片 腺病毒二十面体对称的模式图及负染显微照片。腺病毒结构（腺病毒结构（二十面体对称二十面体对称）大肠杆菌的大肠杆菌的T4噬菌体是由噬菌体是由椭圆形的二十面体头部和螺椭圆形的二十面体头部和螺旋对称的尾部组合而成，是旋对称的尾部组合而成，是病毒中复合对称的代表。病毒中复合对称的代表。大肠杆菌的大肠杆菌的T4噬菌体结构（噬菌体结构（复合对称型复合对称型） 登革热病毒照片登革热病毒照片艾滋病病毒艾滋病病毒水

14、生动物皮瘤中的虹色病毒Bacterial VirusesMain types of bacterial viruses.Sizes are approximate scale二.病毒的化学组成和结构n由于病毒是非细胞生物，故单个病毒个体不能称作“单细胞”，这样，就产生了病毒粒子（virion，即病毒体）的名词。n病毒粒子有时也称病毒颗粒（virusparticle），是指结构完整的、具有感染力的病毒体。n病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质。核酸位于病病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质。核酸位于病毒粒子的中心，构成了它的核心（核酸内芯）或基毒粒子的中心，构成了它的核心（核酸内芯）或基因组；蛋白质包围

15、在核心周围，构成了病毒粒子的因组；蛋白质包围在核心周围，构成了病毒粒子的衣壳衣壳。n衣壳是病毒粒子的主要支架结构和抗原成分，对核衣壳是病毒粒子的主要支架结构和抗原成分，对核酸有保护作用。衣壳是由许多在电镜下可辨别的形酸有保护作用。衣壳是由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位态学亚单位衣壳粒所构成。衣壳粒所构成。n核心和衣壳合在一起称为核衣壳，它是任何病毒核心和衣壳合在一起称为核衣壳，它是任何病毒（指（指“真病毒真病毒”）所必须具备的基本结构。）所必须具备的基本结构。n有些较复杂的病毒，在其核衣壳外还被一层由类脂有些较复杂的病毒，在其核衣壳外还被一层由类脂或脂蛋白组成的被膜包裹着。有时，被膜上还长有

16、或脂蛋白组成的被膜包裹着。有时，被膜上还长有刺突等附属物。刺突等附属物。n病毒蛋白质的功能：病毒蛋白质的功能：n保护病毒使其免受环境因素的影响。保护病毒使其免受环境因素的影响。n决定病毒感染的特异性。决定病毒感染的特异性。n使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，病毒可牢固的附着在敏感细胞上。病毒可牢固的附着在敏感细胞上。n病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。n动植物病毒核酸类型动植物病毒核酸类型ndsDNAdsDNA，ssDNAssDNA，dsRNA dsRNA ，ssss RNA RNA。病毒其核酸含量。病毒其

17、核酸含量占占1-5%1-5%不等，如感冒病毒核酸占不等，如感冒病毒核酸占1%1%，99%99%占蛋白质。占蛋白质。TMV(TobaccoTMV(Tobacco Mosaic Virus) Mosaic Virus)含核酸含核酸5%5%，含，含95%95%蛋白质。蛋白质。核酸可用物理、化学方法分离出来，分离出的核酸仍具核酸可用物理、化学方法分离出来，分离出的核酸仍具有侵染力。有侵染力。n病毒核酸的功能病毒核酸的功能n决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。 病毒粒子的模式构造n由于衣壳粒的排列组合不同，使病毒有三种对称性构型。立体对称型（主要是20

18、面体）；螺旋对称型；复合对称型。蝌蚪形噬菌体结构模式图蝌蚪形噬菌体结构模式图n噬菌体感染大肠杆菌一组噬菌体n一、病毒的繁殖过程一、病毒的繁殖过程n以大肠杆菌T系噬菌体为例。有如下四步：吸吸附、侵入、复制、聚集附、侵入、复制、聚集和释放。和释放。第三节 病毒的繁殖吸附吸附吸附是噬菌体与菌体表面受体发生特异性结合的过程，其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。n侵入：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受点上以后，核侵入：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受点上以后，核酸注入细菌细胞中，蛋白质壳体留在外面。从吸附到酸注入细菌细胞中，蛋白质壳体留在外面。从吸附到侵入，时间间隔很短，只有几秒到几分钟。侵入

19、，时间间隔很短，只有几秒到几分钟。n侵入方式侵入方式：n（1）注入（细菌病毒）注入（细菌病毒）n（2）伤口、昆虫刺吸（植物病毒）伤口、昆虫刺吸（植物病毒）n（3）吞噬（动物病毒）吞噬（动物病毒）n核酸复制：噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主核酸复制：噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，但不形成带细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。壳体的粒子，称为潜育期。n 聚集和释放聚集和释放：寄主细胞合成噬菌体壳：寄主细胞合成噬菌体壳体形成完整的噬菌体粒子。噬菌体粒子体形成完整的噬菌体粒子。噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒成熟，

20、引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子。随种类不同，一个寄主细胞释放粒子。随种类不同，一个寄主细胞释放101010001000个噬菌体粒子。个噬菌体粒子。 n二、噬菌体的类型二、噬菌体的类型v根据噬菌体与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两类：根据噬菌体与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两类：v毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phage)：能在宿主细胞内复：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。属属正常表现的噬菌体，引起裂解。正常表现的噬菌体，引起裂解。v温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)：噬菌体基因与宿：噬菌体

21、基因与宿主染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体主染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。复制，并随细菌的分裂而传代。不引不引起裂解，整合在宿主染色体上，溶原细胞，具遗传性。起裂解，整合在宿主染色体上，溶原细胞，具遗传性。温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在细菌基传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体前噬菌体(prophage)，带有前噬，带有前噬菌体基因组的

22、细菌称为菌体基因组的细菌称为溶原性细菌溶原性细菌(lysogenic bacterium).前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下脱前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力，称为的潜在能力，称为溶原性溶原性(lysogeny)。温和噬菌体可有三种存在状态：温和噬菌体可有三种存在状态：A. 游离的具有感染性的噬菌游离的具有感染性的噬菌体颗粒；体颗粒；B. 宿

23、主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；C. 前前噬菌体。噬菌体。某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这称为某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这称为溶溶原性转换原性转换(lysogenic conversion)。 温和噬菌体温和噬菌体第四节第四节 病毒的培养病毒的培养n二、病毒的培养特征二、病毒的培养特征n在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑浊的在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑浊的菌悬液变成为透明的裂解溶液。菌悬液变成为透明的裂解溶液。n在固体培养基上在固体培养基上-噬菌斑噬菌斑n一、病毒的测定：一、病毒的测定：n1

24、、病毒颗粒计数法：浓度、病毒颗粒计数法：浓度n2、间接计数法：血细胞凝集，效价、间接计数法：血细胞凝集，效价n3、病毒感染效价测定法：噬菌体、病毒感染效价测定法：噬菌体噬菌斑n将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液与液与45左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺平后培养。经数小时至铺平后培养。经数小时至10余小时后，在平板表余小时后，在平板表面布满宿主细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个面布满宿主细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个个透亮不长菌的小圆斑，这就是噬菌斑个透亮不长菌的小圆斑，这就是噬菌斑(plaque) 。

25、每一个噬菌斑一般是由一个噬菌体粒子形成的。每一个噬菌斑一般是由一个噬菌体粒子形成的。n原因原因：当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后，隔不：当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后，隔不久即释放出一群子代噬菌体，它们通过琼脂层的久即释放出一群子代噬菌体，它们通过琼脂层的扩散又侵染周围的宿主细胞，并引起它们裂解，扩散又侵染周围的宿主细胞，并引起它们裂解，如此经过多次重复，就出现了一个由无数噬菌体如此经过多次重复，就出现了一个由无数噬菌体粒子构成的群体。粒子构成的群体。n噬菌斑的形成与细菌菌落的形成有点相似，噬菌斑的形成与细菌菌落的形成有点相似，所不同的只是噬菌斑甚像一个所不同的只是噬菌斑甚像一个“负菌落负菌落”

26、。噬菌斑的形成可用于检出、分离、纯化噬噬菌斑的形成可用于检出、分离、纯化噬菌体和进行噬菌体的计数菌体和进行噬菌体的计数。噬斑噬斑荧光假单胞菌 若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测定一 噬斑形成单位噬斑形成单位(plaque forming units,pfu)n2.病毒的培养基：病毒的培养基：n病毒是专性寄生在活的敏感宿主细胞内才能生长繁殖病毒是专性寄生在活的敏感宿主细胞内才能生长繁殖的微生物。因此病毒的培养基要求苛刻，专一性强。的微生物。因此病毒的培养基要求苛刻，专一性强。n敏感细胞要求具备以下条件：敏感细胞要求具备以下条件：1.必须是活的敏感宿主或是活的敏感宿主组织细胞；必须是活的

27、敏感宿主或是活的敏感宿主组织细胞；2.能够提供病毒附着的受体；能够提供病毒附着的受体；3.敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶，敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶，病毒进入细胞就可生长繁殖。病毒进入细胞就可生长繁殖。n脊椎动物病毒的培养基脊椎动物病毒的培养基：人胚组织细胞、人组织细胞、：人胚组织细胞、人组织细胞、人肿瘤细胞、动物组织细胞、鸡鸭胚细胞、敏感动物。人肿瘤细胞、动物组织细胞、鸡鸭胚细胞、敏感动物。n植物病毒的培养基：植物病毒的培养基：与之相应的敏感植株和敏感的植与之相应的敏感植株和敏感的植物组织。物组织。n噬菌体的培养基噬菌体的培养基：相应的敏感细菌。：相应的敏

28、感细菌。n不同种类的病毒培养基是不同的。n3.病毒的培养病毒的培养n 动物病毒：动物病毒：动物接种、鸡胚接种和组织培养技术动物接种、鸡胚接种和组织培养技术n 噬菌体：噬菌体：双层琼脂法培养双层琼脂法培养n病毒的滴度病毒的滴度：能产生培养管中：能产生培养管中50%的的CPE（细胞病理效应）的最高病毒稀释（细胞病理效应）的最高病毒稀释度（即最少病毒量），称为度（即最少病毒量），称为TCLD50组织组织培养感染剂量。培养感染剂量。n若是敏感动物则用若是敏感动物则用ID50（使（使50%的敏感的敏感动物发生变化的感染剂量），或动物发生变化的感染剂量），或LD50（引起（引起50%敏感动物死亡的致死剂量）敏感动物死亡的致死剂量）表示病毒的滴度。表示病毒的滴度。第五节第五