病毒和亚病毒专家讲座

病毒和亚病毒VirusesandSubviruses微生物学第4章

病毒和亚病毒第1页类病毒Viroid拟病毒Virusoid朊病毒Prion最少含核酸和蛋白质二种组分只含蛋白质只含侵染性RNA组分只含不具侵染性RNA组分真病毒

Euviruses亚病毒Subviruses非细胞生物non-cellularorganisms病毒和亚病毒第2页病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几个成份组成超显微“非细胞生物”，其本质是一个只含有DNA或RNA遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。Chapter4—1–病毒（Viruses）病毒和亚病毒第3页一、病毒发觉

（Thediscoveryofviruses）

1886年，A.Mayer：烟草花叶病；1892年，D.Ivanovsky：烟草花叶病病原体能经过细菌滤器；1898年，MWBeijerinck：烟草花叶病病原体能经过细菌滤器；可被乙醇沉淀而不失去其感染性；能在琼脂凝胶中扩散；不能用培养细菌方法培养；病毒和亚病毒第4页19前后，口蹄疫等各种动植物疾病病原体滤过性特征被证实；1915，FWTwort；1917年，FHerelle：发觉细菌病毒；1935年，WMStanley：提纯并结晶烟草花叶病毒；Bawden等：证实烟草花叶病毒本质为核蛋白；1940年，Kansche，观察到烟草花叶病毒颗粒；病毒和亚病毒第5页不含有细胞结构，含有普通化学大分子特征；一个病毒只含一个核酸，DNA或者RNA；无产能、蛋白质和核酸合成酶系，必须依赖宿主细胞进行蛋白质和核酸合成，再装配形成子代；个体微小，在电子显微镜下才能观察；对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。二、病毒主要特点

（Generalfeaturesofviruses）离体条件下，以有感染性无生命生物大分子形式存在；病毒和亚病毒第6页三、病毒类型（Typesofviruses）1、依据核酸类型（basedonnucleicacid）DNA病毒DNAvirusesRNA病毒RNAviruses双链DNA和单链DNA病毒单链RNA和双链RNA病毒病毒和亚病毒第7页2、依据宿主（basedonhost）噬菌体（phage）植物病毒（plantviruses）动物病毒（animalviruses）细菌细胞（bacteriacell）植物细胞（plantcell）动物细胞（animalcell）病毒和亚病毒第8页个体小，直径普通在100nm左右；四、病毒形态结构和成份1、病毒大小和形状（sizeandshape）最大：动物痘病毒（poxviruses）；D≈200nm；最长：丝状病毒（Filoviridae）；L≈790-14,000nm；最小：植物联体病毒（Geminiviruses）；D≈18-20nm病毒和亚病毒第9页病毒形状大致可分为：球状、杆状和复杂形状3种。病毒和亚病毒第10页病毒形态（Virusshapes）病毒和亚病毒第11页把病毒个体称为病毒粒子、病毒颗粒或毒粒，指成熟、完整、有感染性单个病毒。一团能够自主复制遗传物质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给另一个宿主细胞载体。蛋白质外壳包膜2、毒粒结构（structureofvirusparticle）病毒和亚病毒第12页衣壳capsid核衣壳nucleocapsid关键core包膜envelop毒粒virusparticle核酸nucleicacid衣壳粒capsomere病毒和亚病毒第13页（1）衣壳（capsid）衣壳结构类型螺旋对称壳体二十面体对称壳体双对称结构包围着病毒核酸蛋白质外壳，由蛋白质亚基(衣壳粒，capsomere)按对称形式、有规律地排列而成。病毒和亚病毒第14页螺旋对称壳体：亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称稳定结构。螺旋对称壳体helicalsymmetry病毒和亚病毒第15页二十面体对称壳体：蛋白质亚基围绕具立方对称正多面体角或边排列，进而形成一个封闭蛋白质鞘。腺病毒二十面体对称壳体icosahedralsymmetry病毒和亚病毒第16页有尾噬菌体（tailedphage）壳体由头部和尾部组成。包装有病毒核酸头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。双对称结构Bisymmetry病毒和亚病毒第17页

仅由核衣壳组成病毒称作裸露病毒（nakedvirus）。有些病毒核衣壳包裹着一层脂蛋白膜，它是病毒以出芽方式成熟时，由细胞膜衍生而来，有维系毒粒结构，保护病毒核壳作用。病毒包膜糖蛋白含有各种生物学活性，是开启病毒感染所必需。有包膜病毒（envelopedvirus）（2）包膜（envelop）病毒和亚病毒第18页裸露二十面体毒粒；裸露螺旋毒粒；有包膜二十面体毒粒；有包膜螺旋毒粒；不一样病毒毒粒结构复杂程度有很大区分；有些病毒，如有尾噬菌体、痘病毒等结构更为复杂，不包含在这些结构类型之内。（3）毒粒结构类型（typesofvirusparticle）病毒和亚病毒第19页有包膜二十面体毒粒裸露二十面体毒粒病毒和亚病毒第20页裸露螺旋毒粒有包膜螺旋毒粒病毒和亚病毒第21页complexviruses痘苗病毒（vacciniavirus）在病毒中体积最大，在光学显微镜下勉强可见。有尾噬菌体病毒和亚病毒第22页毒粒virusparticle碳水化合物（carbohydrate）病毒颗粒在化学上表现为核蛋白3、毒粒化学组成（chemicalcomposition）核酸（nucleicacid）蛋白质（protein）脂类（lipid）基本化学组成病毒和亚病毒第23页核酸是病毒遗传物质；一个病毒毒粒只含有一个核酸：DNA或RNA；核酸存在状态能够是双链或单链、线状或环状。病毒核酸单链DNA（ssDNA）：线状或环状双链DNA（dsDNA）：线状或环状单链RNA（ssRNA）：线状双链RNA（dsRNA）：线状（1）病毒核酸（nucleicacidofvirus）病毒和亚病毒第24页（2）病毒蛋白质（proteinofvirus）病毒蛋白质结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码，在病毒复制过程中产生并含有一定功效，但并不结合于毒粒中蛋白质。组成一个形态成熟有感染性病毒颗粒所必需蛋白质。壳体蛋白、包膜蛋白、存在于毒粒中酶。病毒和亚病毒第25页病毒粒子无法用光学显微镜观察，但当它们大量聚集并使宿主细胞发生病变时，就形成了含有一定形态、结构并能用光镜甚至肉眼观察和识别特殊群体，如包涵体（inclusionbody）、噬菌斑（plaque）、空斑（plaque）、枯斑（lesion）。4、病毒群体形态病毒和亚病毒第26页五、病毒繁殖（Multiplication）病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，经过其复制与表示产生子代病毒基因组和新蛋白质，然后由这些新合成病毒组分装配成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。病毒和亚病毒第27页噬菌体繁殖普通分为5个阶段：吸附；侵入；增殖；装配；释放；1、烈性噬菌体增殖周期

（productivecycle）凡是能在短时间内连续完成以上5个阶段而实现其繁殖噬菌体，称为烈性噬菌体（virulentphage），反之称为温和噬菌体（temperatephage）。烈性噬菌体繁殖过程也叫裂解性周期（lyticcycle）。病毒和亚病毒第28页（1）吸附（adsorption，attachment）毒粒敏感细胞随机碰撞而接触无特异性，可逆病毒表面蛋白与细胞受体结合特异性，不可逆病毒和亚病毒第29页（2）侵入（penetration，injection）有尾噬菌体以注射方式使噬菌体核酸侵入细胞：尾丝收缩；基板使尾鞘蛋白亚基移位、收缩；尾管插入细胞并释放溶菌酶；头部核酸经过尾管进入细胞。病毒和亚病毒第30页（3）增殖（replication）包含核酸和蛋白质生物合成：噬菌体以核酸中遗传信息向宿主细胞发出指令并提供“蓝图”，使宿主细胞代谢系统按严密时序性转向合成噬菌体组分。病毒和亚病毒第31页T4噬菌体时序性生物合成病毒和亚病毒第32页（4）装配（maturity）新合成毒粒结构组分组装成完整病毒颗粒，称做病毒装配，亦称成熟。病毒和亚病毒第33页（5）释放（release）当宿主细胞内大量子代噬菌体成熟后，因为脂肪酶和溶菌酶等作用，细胞裂解，子代噬菌体释放。病毒和亚病毒第34页病毒和亚病毒第35页2、噬菌体效价（titer）

效价：每毫升试样中所含有含有侵染性噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位数（plaque-formingunit，pfu）。测定效价惯用双层平板法（twolayerplatingmethod）。病毒和亚病毒第36页3、一步生长曲线（onestepgrowthcurve）定量描述烈性噬菌体生长规律试验曲线称为一步生长曲线。一步生长曲线反应了每种噬菌体3个最主要特征参数：潜伏期（latentphase）、裂解期（risephase）和裂解量（burstsize）。病毒和亚病毒第37页自病毒在受染细胞内消失到细胞内出现新感染性病毒时间为为隐蔽期（eclipsephase）。潜伏后期，胞内出现了感染性病毒，为胞内积累期（intracellularaccumulationphase）。（1）潜伏期（latentphase）病毒和亚病毒第38页（2）裂解期（risephase）病毒粒子只有个体装配而没有个体生长，再加上宿主细胞裂解突发性，理论上裂解期是瞬时出现，但实际上因为群体细胞中各个细胞裂解并不一样时，所以出现了较长裂解期。病毒和亚病毒第39页（3）平稳期（plateau）指感染后宿主细胞已全部裂解，溶液中噬菌体效价到达最高点时期。平均每一宿主细胞裂解后产生子代噬菌体数称为裂解量（burstsize）。病毒和亚病毒第40页温和噬菌体（temperatephage）侵入对应宿主细胞后，基因组整合到宿主基因组上，并随宿主复制而进行同时复制，所以，这种温和噬菌体侵入并不引发宿主细胞裂解，称为溶源性或溶源现象。4、温和噬菌体溶源性反应（lysogenyoftemperatephage）病毒和亚病毒第41页温和噬菌体生活史病毒和亚病毒第42页二元培养物法六、病毒培养和纯化

（Culturingandpurification）1、培养（culturing）噬菌体细菌培养物培养液营养琼脂平板细菌培养液变清亮细菌平板成为残迹平板病毒和亚病毒第43页出现病变出现痘疱细胞聚集、出现空斑动物病毒试验动物鸡胚各种细胞培养病毒和亚病毒第44页植物病毒敏感植物叶片产生坏死斑，或称枯斑病毒和亚病毒第45页（1）标准（standards）纯化病毒制备物应保持其感染性病毒是有感染性生物体病毒含有化学大分子属性纯化病毒制备物理化性质应含有均一性2、病毒纯化（purification）病毒和亚病毒第46页蛋白质提纯方法盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等（2）方法（methods）主要化学组成为蛋白质含有一定大小、形状和密度差速离心梯度离心病毒和亚病毒第47页Chapter4—2–亚病毒（Subvirus）凡在核酸和蛋白质两种成份中，只含其中之一分子病原体，称为亚病毒，包含类病毒（Viroid）、拟病毒（Virusoid）和朊病毒（Prion）3类。病毒和亚病毒第48页一、类病毒（Viroid）类病毒是当今所知道最小、只含RNA一个成份及专性细胞内寄生分子生物。1971年首次报道，引发马铃薯纺锤形块茎病。病毒和亚病毒第49页二、拟病毒（Virusoid）拟病毒又称类类病毒或病毒病毒，它是一些必须依赖辅助病毒才能复制小分子单链RNA片段，它被包装在辅助病毒壳体中，本身对于辅助病毒复制不是必需，而且它与辅助病毒基因组无显著同源性。病毒和亚病毒第50页三、朊病毒（Prion）朊病毒又称“普列昂”或蛋白质侵染因子。据当前所知，朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制小分子无免疫性疏水蛋白质。朊病毒在电子显微镜下呈杆状颗粒，直径25nm，长100～200nm。杆状颗粒不单独存在，总是呈丛状排列，每丛大小和形状不一，多时可含100个。病毒和亚病毒第51页Chapter4—3–病毒与实践噬菌体与发酵工业昆虫病毒与生物防治病毒与基因工程病毒和亚病毒第52页发酵液受噬菌体污染实例

丙酮丁醇连续发酵异常时，发酵停顿，不产生气泡，醪液上层澄清，呈暗黑色，出现睡眠症。正常发酵12-18小时，丙酮产量可达200mg/L，异常发酵时到达相同水平则需36-42小时，丁醇量也偏低，醪液蒸馏效率低于正常10-20%。

红霉素发酵液