病毒的发现特点和定义课件

1、第一节概述病毒的发现 病毒的特点和定义 第1页，共113页。病毒的发现18代埃及王朝时代（1500年BC），浮雕刻有一条萎缩腿的祭司脊髓灰质炎。古希腊哲学家亚里斯多德早在公元前四世纪描述狂犬病症状。公元前23世纪，我国和印度都记载过天花。17世纪西欧的郁金香热花叶病毒使花瓣呈美丽的杂色。 第2页，共113页。病毒的发现此后，许多学者陆续发现了各种植物病毒、动物病毒和细菌病毒（噬菌体）。 第3页，共113页。病毒的发现人类初步认识病毒的存在，是在19世纪末期。1886年，德国的A.Mayer在荷兰发现烟草上出现深浅相间的绿色区域烟草花叶病毒。随后证实其具有传染性。1898年，荷兰学者M.W.Be

2、ijerinck独立进行了烟草花叶病病原体的研究，首次提出其病原是一种“传染性的活性液体”或称“病毒”，从此病毒学的历史被揭开。 第4页，共113页。病毒的发现1935年美国的Stanley首次提纯并结晶了烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus)TMV，认识有了大突破。接着，Bawden等进一步揭示了TMV的化学本质并不是纯蛋白，而是核蛋白。1940年德国的Kausche等首次在电镜下观察到TMV的杆状外形。 第5页，共113页。一、病毒的特点和定义 病毒的特点病毒的定义第6页，共113页。病毒的特点形体极其微小，电镜下才能观察。没有细胞构造。其主要成分是核酸和蛋白质。每一种病

3、毒只含有一种核酸(DNA或RNA)。既无产能酶系，也无蛋白质合成系统。在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白质装配的形式进行增殖。在宿主的细胞内营专性寄生。在离体的条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶。对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。第7页，共113页。病毒的定义病毒是一种生物实体，其基因组是能利用细胞的合成系统在活细胞内复制，并合成能将病毒基因组转移到其他细胞中去的特殊颗粒的核酸分子（DNA或RNA）。 第8页，共113页。第二节病毒学研究的基本方法 病毒的分离与纯化 病毒的测定 第9页，共113页。一、病毒的分离与纯化标本的采集与处理标本接种与感染表现 第10页，共

4、113页。标本的采集与处理足够量的活病毒采集标本的种类确定最适采集时间标本处理的方法：加抗菌素除菌等方法。标本处理后应立即接种，数小时内可置50%中性甘油内4保存，较长时间冻存标本最好置-20以下或干冰保存。第11页，共113页。标本接种与感染表现标本接种于何种实验宿主以及选择何种接种途径主要取决于病毒的宿主范围和组织嗜性，同时应考虑操作简单、易于培养、所产生的感染结果容易判定等要求。第12页，共113页。噬菌斑将噬菌体标本经过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透明区域，即为噬菌斑。第13页，共113页。噬菌斑(plaque)下层培养基双层培养基敏感菌+上层培

5、养基噬菌体稀释液培养噬菌斑噬菌斑敏感菌菌苔第14页，共113页。噬菌斑(plaque)概念：噬菌斑是指在宿主细菌的菌苔上，噬菌体使菌体裂解而形成的空斑。Localized areas of cellular destruction and lysis caused by virus infection are called plaques应用：1、噬菌体定量计数 2、噬菌体的鉴定第15页，共113页。空斑和蚀斑 在动物细胞培养物上的与噬菌斑类似的空斑，称为蚀斑。因为受肿瘤病毒感染。第16页，共113页。蚀斑（空斑）若动物病毒标本经过适当稀释进行接种并辅以染色处理，病毒可在培养的细胞单层上形成肉

6、眼可见的局部病损区，即蚀斑（空斑）。第17页，共113页。枯斑植物病毒接种敏感植物叶片可产生坏死斑，称为枯斑。第18页，共113页。枯斑第19页，共113页。包涵体（inclusion body）在病毒感染寄主细胞时，对被感染细胞进行染色，则可观察到细胞内有明显区别的大小不等的颗粒状结构体，这些结构体总称为包涵体。第20页，共113页。包涵体包涵体可分为两类。一类是在细胞内增殖的病毒颗粒及集落，如腹股沟淋巴肉芽病毒和天花病毒的包涵体。另一类是由于病毒感染后，在细胞产生的一种反应生成物，例如由狂犬病病毒而引起狗脑神经细胞中的包涵体。第21页，共113页。包涵体包涵体有的在细胞质中，腹股沟淋巴肉芽

7、瘤、天花、狂犬病等。有的在细胞核内，特称为核包涵体。第22页，共113页。包涵体是病毒的聚集体;是病毒的合成部位;是病毒蛋白和病毒感染有关的蛋白质第23页，共113页。病毒纯化 病毒纯化的标准病毒纯化的方法 第24页，共113页。病毒纯化的标准病毒纯化有二个标准：由于病毒是有感染性的生物体，所以纯化的病毒制备物应保持其感染性。由于病毒具有化学大分子的属性，病毒毒粒具有均一的理化性质，所以纯化的病毒制备物的毒粒大小、形态、密度、化学组成及抗原性质应具有均一性表现。第25页，共113页。病毒纯化的方法根据病毒的基本理化性质建立纯化的方法：毒粒的主要化学组成是蛋白质，鉴于病毒的高蛋白含量，故可利用蛋

8、白质提纯方法来纯化病毒，如盐析、等电点沉淀、离子交换等。第26页，共113页。毒粒是由许多大分子组成，离心时它们比细胞蛋白沉降更快，而且许多病毒都有较高的浮密度，所以超速离心技术广泛地用于病毒纯化。一般可在10000100000g的离心场中12h沉降。病毒纯化的方法第27页，共113页。病毒的测定 病毒的物理颗粒计数（电镜下直接计数）病毒的感染性测定第28页，共113页。病毒的感染性测定病毒的感染单位：能够引起宿主或宿主细胞一定特异性反应的病毒最小剂量(IU)。病毒的效价：待测样品中所含病毒的数量，通常以单位体积(ml)病毒悬液的感染单位数目来表示(IU/ml)。第29页，共113页。双层平板

9、法琼脂平板菌液+噬菌体试样+琼脂培养基培养10天计数噬菌斑噬菌斑数=试样中噬菌体数第30页，共113页。第三节毒粒的性质 毒粒的形态结构 毒粒的化学组成 第31页，共113页。一、毒粒的形态结构病毒的大小和形状毒粒的壳状结构第32页，共113页。病毒的大小和形状大小：病毒的大小常用纳米（nm、 109）来度量，病毒大小从10300nm之间，通常大小在100nm左右。绝大多数病毒是能通过细菌滤器。须用电镜才能观察到其具体形态和大小。第33页，共113页。球状球状病毒（或多面体病毒）。动物病毒多为球状。杆状杆状病毒（包括棒状或线状）。植物病毒多呈杆状。蝌蚪状蝌蚪状病毒。细菌病毒也即噬菌体多呈蝌蚪状

10、。病毒的大小和形状第34页，共113页。Fig. 1B: Sizes and Shapes of Viruses (Animal DNA Viruses) 第35页，共113页。Tobacco mosaic virus (TMV) 第36页，共113页。形状第37页，共113页。 病 毒 大 小牛痘苗病毒传染性浓泡皮炎病毒腮腺炎病毒T偶数病毒疱疹病毒大蚊病毒流感病毒烟草花叶病毒腺病毒多瘤病毒脊髓灰质炎病毒1微米第38页，共113页。典型病毒粒子的构造衣壳(capsid)核心(genome)衣壳粒(capsomere)衣壳核酸包膜（envelope）糖蛋白核衣壳(nucleocapsid)毒粒的

11、壳状结构第39页，共113页。病毒粒子的基本结构capsid coreenvelopespikenucleocapsid病毒粒子(virion)成熟的（结构完整）、具有侵染力的单个病毒，又称病毒颗粒(virus particle)。Capsomere or capsomer第40页，共113页。 三类典型形态的病毒螺旋对称的代表-烟草花叶病毒(TMV)二十面体对称的代表-腺病毒复合对称的代表-T偶数噬菌体第41页，共113页。病毒的对称性三类典型形态的病毒：廿面体对称的结构(球状) 螺旋对称的结构(杆状) 复合对称的结构(蝌蚪状) 大肠杆菌的T偶数噬菌体是由椭圆形的二十面体头部和螺旋对称的尾部

12、组合而成，是病毒中复合对称的代表。第42页，共113页。 病毒粒子的对称体系螺旋对称二十面体对称复合对称(A) Filamentous(B) Complex(C) Eicosahedral(D) EnvelopedRNA or DNAProtein Coat(Capsomers)Lipid envelope第43页，共113页。螺旋对称的病毒粒子Tobacco Mosaic Virus第44页，共113页。二十面体对称病毒粒子Adenovirus第45页，共113页。二十面体对称第46页，共113页。刺突tail pinsPhaga, bacterioohaga95nm95nmheadneck

13、tail（24环）尾丝(tail fibers)65nm第47页，共113页。有囊膜的病毒粒子Fig. 4: Virus Obtaining Its Envelope from Host Cell Membrane by Budding第48页，共113页。Transmission Electron Micrograph of HIV-1 Budding from a Host Cell 第49页，共113页。二、毒粒的化学组成病毒的核酸病毒的蛋白质其它化学成分（脂质、糖类等）第50页，共113页。一种病毒只含有一种核酸（DNA或RNA）。 植物病毒绝大多数含DNA；少数含RNA； 动物病毒一

14、部分含DNA，一部分含RNA； 细菌病毒普遍含DNA，含RNA的极少。病毒的核酸类型极为多样化： 病毒的DNA与RNA均有单链和双链： dsDNA ssDNA dsRNA ssRNA 病毒的核酸第51页，共113页。病毒DNA分子有线状和环状之分。病毒核酸有正链（）和负链（）的区分： 规定：将碱基序列与mRNA一致的核酸单链定位正链，将碱基序列与mRNA互补的核酸单链定位负链。因此，就病毒核酸链的单与双以及正和负有以下6 种类型： ()DNA大部分DNA病毒 ()RNA动物呼肠孤病毒 （）DNA 大肠杆菌X174噬菌体 （）RNA所有单链RNA病毒大部分植物病毒 （）DNA腺病毒 （）RNA

15、流感病毒 第52页，共113页。病毒的核酸 DNA，RAN之分单、双链（single strand,ss/double strand,ds）之分环状，线状之分(闭合,开放) 正负链之分第53页，共113页。病毒的蛋白质 构成病毒外壳,保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏病毒蛋白还构成了病毒组成的酶. 决定病毒感染的特异性,与易感细胞表面存在的受体具特异亲合力,促使病毒粒子的吸附 决定病毒的抗原性,并能刺激机体产生相应的抗体第54页，共113页。其它化学成分脂类糖类第55页，共113页。原核生物病毒-噬菌体植物病毒人类和脊椎动物病毒昆虫病毒第四节病毒的复制 第56页，共113页。一、病毒的

16、复制周期 一步生长曲线以适量的病毒接种于标准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附后，或高倍稀释病毒-细胞培养物，或以抗病毒抗血清处理病毒-细胞培养物以建立同步感染，然后继续培养，定时取样测定培养物中的病毒效价，并以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线，即一步生长曲线。 第57页，共113页。一步生长曲线从一步生长曲线中，可以获得病毒增殖的两个特征性数据：潜伏期和裂解量。 第58页，共113页。潜伏期和裂解量潜伏期：是毒粒吸附于细胞到受染细胞释放出子代毒粒所需的最短时间。裂解量：是每个受染细胞所产生的子代病毒的平均数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期效价之比。第59页

17、，共113页。二、病毒的增殖过程 病毒无生长过程，也不以二分裂方式繁殖，只由病毒核酸指令宿主细胞复制大量病毒核酸，继而合成大量病毒蛋白质，最后装配成大量子病毒，并自宿主细胞中释放出来。第60页，共113页。病毒的增殖过程病毒的种类繁多，增殖时不同的病毒在细节上有所不同，现以研究最清楚的噬菌体为例作重点说明，噬菌体的增殖一般可以分为五个阶段：吸附 、侵入 、增殖 、装配和释放 。原核生物病毒-噬菌体第61页，共113页。The lytic life cycle consists of the following steps: AdsorptionPenetrationReplicationMat

18、uration Release。 The Lytic Life Cycle of Lytic Bacteriophages第62页，共113页。 由于绝大多数噬菌体为蝌蚪形，现以E.coli T4为例，介绍蝌蚪形噬菌体的结构：大肠杆菌T4噬菌体构造偶数噬菌体的形态构造第63页，共113页。噬菌体(bacteriophage,phage)第64页，共113页。吸附指病毒以其特殊结构与宿主细胞表面的特异受体发生特异性结合的步骤。两者发生偶然碰撞后，尾丝的尖端与宿主细胞表面的特异受体接触（尾丝的氨基酸与受体上的羧基形成化学键），就可触发颈须把卷紧的尾丝散开，附着在受体上，从而使刺突、尾板固着于细胞表

19、面。第65页，共113页。 吸附(adsorption)吸附的机理：尾丝尖端与受体发生共价结合。第66页，共113页。吸附(adsorption)影响因素：噬菌体数量；阳离子；温度。第67页，共113页。侵入病毒或其一部分进入宿主细胞的过程。吸附后，基板从尾丝中获得一个构型刺激，促使尾鞘中的144个亚基发生复杂的移位，并缩成原长的一半，由它把尾管推出并插入到细胞壁和膜中。在这一过程中，尾管端所携带的少量溶菌酶有助于局部细胞壁中肽聚糖的溶解。核酸进入，衣壳留在细胞壁外。从吸附到侵入时间很短。 第68页，共113页。侵入(penetration)收缩的尾鞘（1/2环）第69页，共113页。The

20、bacteriophage binds to receptors on the bacterial cell wall. The bacteriophage injects its genome into the bacteriums cytoplasm Fig. 2: Penetration Fig. 1: Adsorption 第70页，共113页。双链DNA的复制: ()DNA ()DNA单链DNA的复制: +DNA DNA +DNA双链RNA的复制: RNA +RNA RNA +RNA复制: +RNA -RNA +RNA-RNA复制: -RNA +RNA -RNA 逆转录病毒单链RNA

21、的复制: +RNA (-)DNA () DNA +RNA肿瘤病毒 病毒核酸的复制第71页，共113页。左图：病毒核酸链接 入寄主核酸链右图：病毒核酸复制病毒核酸的复制第72页，共113页。病毒核酸的转录含DNA的病毒:DNA mRNA+DNA病毒:+DNA DNA mRNA含RNA病毒:RNA mRNA含+RNA病毒:+RNA -RNA mRNA含-RNA病毒:-RNA mRNA第73页，共113页。装配DNA分子的缩合；通过衣壳包裹DNA而形成头部；尾部和尾丝的其他部件独立装配完成；头、颈、尾部相结合；最后装上尾丝。 第74页，共113页。释 放当宿主细胞内大量子代噬菌体已成熟后，由于水解细

22、胞膜的脂肪酶和水解细胞壁的溶菌酶的作用，从细胞内部促进了细胞的裂解，从而实现了噬菌体的释放。 第75页，共113页。最后:大肠杆菌死亡并破裂，释放出里面的病毒，新一代病毒开始新的生命旅程 第76页，共113页。The bacteriophage genome replicates and bacteriophage components begin to be produced by way of the host bacteriums metabolic machinery. The production of bacteriophage components and enzymes pro

23、gresses .Fig. 4: Late Replication Fig. 3: Early Replication 第77页，共113页。The bacteriophage components assemble. A bacteriophage-coded enzyme breaks down the peptidoglycan in the bacterial cell wall causing osmotic lysis. Fig. 6: Release Fig. 5: Maturation 第78页，共113页。第79页，共113页。Phage T4 infecting its h

24、ost E. coli cell 第80页，共113页。第五节病毒的非增殖性感染病毒对敏感细胞的感染可分为两类：一类是增殖性感染，这类感染发生在病毒能在其内完成复制循环的允许细胞内，并以有感染性病毒子代产生为特征。第81页，共113页。病毒的非增殖性感染另一类是非增殖性感染，这类感染由于病毒或是细胞的原因，致使病毒的复制在病毒进入敏感细胞后某一阶段受阻，结果导致病毒感染的不完全循环。在此过程中，由于病毒与细胞的相互作用，虽然也可能导致细胞发生某些变化，甚至产生细胞病变，但在受染细胞内，不产生有感染性的病毒子代。 第82页，共113页。一、非增殖性感染的类型 病毒的非增殖性感染有三种类型：流产感

25、染、限制性感染和潜伏感染。流产感染限制性感染潜伏感染第83页，共113页。二、缺损病毒 有生物活性的缺损病毒包括四类：干扰缺损病毒或称干扰缺损颗粒、卫星病毒、条件缺损病毒和整合的病毒基因组。干扰缺损病毒卫星病毒条件缺损病毒整合的病毒基因组 第84页，共113页。卫星病毒指不单独存在，常伴随着其他病毒一起出现的病毒。卫星病毒因缺少作为必需的一部分病毒基因，因此它必需借助其他病毒才能增殖。典型的例子是伴随着烟草坏死病毒而出现的卫星病毒。第85页，共113页。Two primary types of bacteriophages温和噬菌体（temperate phrage）噬菌体感染细胞后，将其核酸

26、整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。烈性噬菌体（virulent phage）感染细胞后,能在寄主细胞内增殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。第86页，共113页。溶源性温和噬菌体特点： 游离态 温和噬菌体存在形式：整合态 营养态具有整合能力；具有同步复制能力；都是dsDNA;第87页，共113页。原噬菌体整合于细菌染色体或以质粒形式存在的温和噬菌体基因组称作原噬菌体。在原噬菌体阶段，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细胞染色体同步复制，并随细胞分裂传递给子代细胞。第88页，共113页。溶源性细

27、菌细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌。处于溶源性细菌细胞中的噬菌体DNA在一定条件下也可启动裂解循环，产生成熟的病毒颗粒。有自发裂解和诱发裂解。第89页，共113页。溶源性细菌溶源性反应是一种比裂解反应更有利于病毒持续和传播的病毒生存方式。第90页，共113页。溶源菌细菌的溶源性具有遗传性溶源菌对同源噬菌体具有免疫性溶源性细菌在培养中不易被查觉非溶源细胞溶源性细胞可获得一些新的生理特性复愈:溶源菌失去前噬菌体白喉杆菌白喉毒素噬菌体宿主发病第91页，共113页。植物病毒植物感染病毒后的主要症状植物病毒增殖过程植物病毒病的控制第92页，共113页。黄豆黄萎病毒花叶、

28、黄化或红化等症状植株发生矮化，丛枝或畸形等形成枯斑或坏死等症状植物感染病毒后的主要症状植物 黄 萎 病第93页，共113页。借昆虫刺吸式口器进入“侵入”方式通过伤口进入，再通过胞间连丝或输导组织迅速向其它部位扩散引起普遍感染。嫁接烟草花叶病毒植物病毒侵入宿主细胞后才能发生脱壳第94页，共113页。植物病毒病的控制转基因植物抗病毒番茄选用天然抗性品种改变耕作制度 使用刹虫剂消灭昆虫介体化学药物转基因抗病毒植物的开发第95页，共113页。 T淋巴细胞中的爱滋病毒人类脊椎动物病毒病毒感染对真核细胞的影响病毒感染对个体的影响结果病毒与癌症关系病毒感染的防治第96页，共113页。病毒感染对宿主大分子合成

29、的影响宿主细胞转录的抑制宿主细胞翻译的抑制宿主细胞DNA复制的抑制血液淋巴中的单泡病毒第97页，共113页。 被病毒感染的 T 淋巴细胞病毒对细胞结构的影响病毒对宿主细胞膜的影响病毒对细胞骨架的影响包涵体细胞凋亡第98页，共113页。电镜下的流感病毒细胞无任何明显变化细胞病变（损伤、死亡）细胞增生（恶性肿瘤）病毒感染对真核细胞的影响结果第99页，共113页。细胞遇病毒袭击而濒临死亡 （图中蓝点是病毒 ）病毒感染对个体的影响结果隐性感染疾病综合症死亡瘤形成携带者潜伏状态第100页，共113页。埃博拉病毒病毒与癌症的关系 原癌基因 （人类基因组中的正常基因）癌基因癌症物理 化学 生物因素第101页，共113页。逆转录病毒致癌机理+RNA (-)DNA () DNA +RNA肿瘤病毒 整合到宿主基因组 宿主癌基因活化 宿主癌变第102页，共113页。病毒感染的防治接种疫苗 生物制剂中药预防干扰素等流感病毒流感病毒第103页，共113页。昆虫病毒核型多角体病毒(nucl