食品微生物课件2章

食品微生物学刘书亮2.4

非细胞生物——病毒病毒的形态结构及其主要类群噬菌体食品微生物学刘书亮2.4.1

病毒的形态结构及其主要类群一、病毒的定义及基本特点二、病毒的形状和大小三、病毒的结构与化学组成四、病毒的主要类群五、亚病毒的化学组成病毒的研究历史食品微生物学刘书亮1886，A．Mayer发现具有传染性的烟草花叶病；1892，D．Ivanovsky烟草花叶病病原体能通过细菌滤器：一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”或极小的细菌；

1898，M

W

Beijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果：能通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用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活比细菌小的具有传染性的活的流质1935，W

M

Stanley

首次提纯并结晶了烟草花叶病毒1940，Kausche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；1952年，Hershey和Chase利用同位素证实噬菌体的遗传物质是DNA，将人类带入病毒的分子生物学阶段。食品微生物学刘书亮1900年前后，包括口蹄疫在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明滤过性病毒（filterable

viruses）→viruses（病毒）F

W

Twort（1915年）、F

d’Herelle（1917），分别发现细菌病毒Bacteriophages→phage（噬菌体）病毒学（virulogy）：研究病毒（virus）的本质及其与宿主的相互作用的科学，是微生物学的重要分支学科。极大地丰富了现代生物学（微生物学、分子生物学、分子遗传学）的理论与技术；有效地控制和消灭人及有益生物的病毒病害；利用病毒对有害生物、特别是害虫进行生物防治；发展以基因工程为中心的生物高新技术产业；食品微生物学刘书亮病毒的定义及基本特点迄今仍无一个科学而严谨的定义1、定义病毒（Virus）是一类比细菌更小，能通过细菌滤器,仅含一种类型核酸（DNA或RNA），只能在活细胞内营专性寄生的超显微的非细胞生物;在离体条件下,它们以无生命的化学大分子状态存在.非细胞生物亚病毒类病毒：只含具侵染性的RNA组分卫星RNA：只含有不具侵染性的RNA组分朊病毒：只含蛋白质食品微生物学刘书亮病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分食品微生物学刘书亮2）一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，DNA或者RNA。极不完全，不含催化能量代谢3）大部分病毒没有酶或酶系的酶，不能进行独立的代谢作用。4）严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体，没有个体生长，也不进行二均分裂，必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制，形成子代。5）个体微小，在电子显微镜下才能看见。6）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。1）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳（coat）构成，故可把它们视为核蛋白分子。朊病毒甚至仅由蛋白质构成2、病毒的基本特点表 单细胞微生物与病毒性质的比较a

DNA病毒和RNA病毒中的一部分;b

利福平可抑制痘病毒复制性质

细菌

立克次氏体

支原体

衣原体

病毒直径大于300nm+

+

±

±

-在无生命培养基生长+

-

±

-

-专性活细胞内寄生-

+

±

+

+双分裂+

+

+

+

-含有DNA和RNA+

+

+

+

-核酸感染性-

-

-

-

+a核糖体+

+

+

+

-产能代谢+

+

+

+

-细胞膜+

+

+

+

-对抗生素的敏感+

+

+

+

-b对干扰素的敏感-

-

-

-

+食品微生物学刘书亮病毒的形态和大小1、形态球状或多面体；人、动物病毒多为球状。杆状（包括棒状或线状）；植物病毒多呈杆状。蝌蚪状；噬菌体多呈蝌蚪状。

2、大小病毒的大小常用纳米（nm）来度量，病毒大小从10--400nm之间，通常大小在100nm左右。病毒大多数能通过细菌过滤器。食品微生物学刘书亮病毒结构和化学组成病毒粒子（Virion）:一个结构完整、功能齐全而有感染性的成熟病毒颗粒。衣壳核酸包膜刺突核衣壳病毒的基本结构食品微生物学刘书亮病毒的蛋白质衣壳和核酸（核心）构成的复合物（nucleocapsid）裸露毒粒包膜毒粒食品微生物学刘书亮

1、毒粒的壳体结构壳体或衣壳（capsid）：包围着病毒核酸的蛋白质外壳，由衣壳粒按对称的

形式、有规律地排列而成，是病毒毒粒的基本结构。壳体结构类型螺旋对称壳体二十面体对称壳体复合对称结构衣壳粒：一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位螺旋对称壳体：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

称的稳定结构。裸露的螺旋毒粒代表：TMV并非所有螺旋对称衣壳都像TMV衣壳一样是刚直的，流感病毒的RNA就包围在薄的、柔软易弯曲的螺旋壳体内，其衣壳折叠在一起，外有包膜。有包膜的螺旋毒粒流感病毒二十面体对称壳体病毒代表：腺病毒五邻体六邻体二十面体衣壳在形成时通常是由五边形衣壳粒（五邻体）和六边形衣壳粒（六邻体）组成的30条棱衣壳有20个等边三角形面，12个顶角。包括12个五邻体（分布在12个顶角上的衣壳粒）和240个六邻体（分布在棱上和面上的非顶角衣壳粒）。核心为线状双链DNA(dsDNA)，核酸分子以高度卷曲的状态存在于衣壳内。若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，故壳体多呈二十面体对称结构。裸露的二十面体毒粒有包膜的二十面体毒粒（参见P74）其壳体由头部和尾部组成。通常头部呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。线状dsDNA折叠盘绕于头部的核心。复合对称衣壳病毒代表：大肠杆菌的T偶数噬菌体头尾髓颈环尾鞘尾丝刺突基板2、病毒的包膜结构包膜（envelope）：有些病毒核衣壳被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(或核膜)衍生而来的。有维系毒粒结构，保护病毒核壳的作用。特别是病毒的包膜糖蛋白，具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的。包膜病毒刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。食品微~物学刘书亮2、病毒的包膜结构毒粒的化学组成毒粒核酸；蛋白质；脂类；碳水化合物；基本化学组成病毒颗粒在化学上表现为核蛋白食品微生物学刘书亮1、病毒的核酸

核酸是病毒的遗传物质；

一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA；病毒核酸单链DNA（ss

DNA）；双链DNA（ds

DNA）；单链RNA（ss

RNA）；双链RNA（ds

RNA）；正（+）RNA——mRNA序列相同负（-）RNA——mRNA序列互补食品微生物学刘书亮动物病毒这4种类型都有；植物病毒通常含有ssRNA；噬菌体通常为ds

DNA，但也有一些噬菌体为ss

DNA或ss

RNA。核酸功能储存病毒的遗传信息控制病毒的遗传变异控制病毒的增殖控制病毒对宿主的感染性食品微生物学刘书亮2、病毒的蛋白质病毒蛋白质结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于毒粒中的蛋白质。构成一个形态成熟的有感染性的毒粒所必需的蛋白壳体蛋白包膜蛋白毒粒酶2、病毒的蛋白质病毒结构蛋白的主要生理功能：构成蛋白质外壳，保护病毒核酸不破坏；决定病毒感染的特异性，3）决定病毒的抗原性，4）构成毒粒酶，或参与病毒对宿主细胞的入侵（如T4噬菌体的溶菌酶等），或参与病毒复制过程中所需要病毒大分子的合成（如逆转录酶等）；一般来说，病毒是不具酶或酶系极不完全的，所以一旦离开宿主就不能独立进行代谢和繁殖。3

病毒的脂类和糖类脂类：磷脂、胆固醇和中性脂肪，存在于包膜。糖类：葡萄糖、龙胆二糖、岩藻糖、半乳糖等，糖蛋白形式存在。食品微生物学刘书亮4）病毒的包涵体包涵体：细胞被病毒感染后，常在细胞 内形成一种光学显微镜下可见的小体。由毒粒、病毒亚基、基质蛋白组成。多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞核内和细胞质都存在的类型。食品微生物学刘书亮病毒的主要类群病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性噬菌体（phage）:侵染细菌、放线菌等原核微生物的病毒植物病毒（plant

viruses）动物病毒（animal

viruses）昆虫病毒（

insect

viruses

）侵染其它微生物的病毒，如真菌病毒、藻类病毒、原生动物病毒食品微生物学刘书亮分类系统：1996，ICTV，7大类62科。dsDNA；ssDNA；逆转录DNA和RNA；dsRNA；（+）ssRNA；（-）ssRNA；亚病毒因子；病毒的分类依据病毒的形态、毒粒结构、基因组、复制、化学组成、毒粒性质、病毒抗原性质和生物学特性。食品微生物学刘书亮亚病毒的化学组成凡在核酸、蛋白质两种成分中只含有一种的分子病毒体，称为亚病毒。（一）类病毒(Viroid)

是一个裸露的闭合环状ssRNA分子，它能感染寄主细胞并在其中自我复制使寄主产生病症。无mRNA活性，无蛋白质衣壳。（二）拟病毒（virusoids）：存在于植物“真病毒”的颗粒中的小的环状RNA分子。“卫星RNA”。不

能独立复制，必须依赖辅助病毒的协助。食品微生物学（三）朊病毒(Prion&Virion)刘书亮1.定义：一类不含核酸的侵染性蛋白质分子，通常称为PrP(prion

protein)2.致病性：引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病羊瘙痒病牛海绵状脑病（疯牛病）库鲁氏病克雅氏病格-史氏综合症3.

朊病毒致病的可能机制推测其致病机制是：prp存在两种类型，即在患病组织中的prpsc（致病型）和正常脑组织与患病组织中都存在的prpc（细胞型）。两种蛋白的一级结构相同，但二级结构有很大差异，细胞型prp对蛋白酶敏感，无聚集能力，而致病型prp对蛋白酶有一定抗性，且可聚集成纤维状组织。动物体内如果未被朊病毒感染，通常细胞型prp不会自发转变为致病型prp，而当被朊病毒感染后，患者体内的细胞型

prp会发生构象转变而成为致病型prp。朊病毒感染会导致多拷贝的朊病毒蛋白质的产生，是否违背“中心法则”？朊病毒的发现与思考1）蛋白质是否可以作为遗传物质？prion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？2）蛋白质折叠与功能的关系，是否存在折叠密码？食品微生物学刘书亮噬菌体1、噬菌体形态2、噬菌体的生长周期食品微生物学刘书亮噬菌体形态噬菌体有许多类型。有20面体；复合对称结构。基因组是DNA或RNA；单链(ss)或双链(ds)，环状或线状。已知的大部分噬菌体的遗传物质是

dsDNA。某些噬菌体非常小，如大肠杆菌ssRNA噬菌体MS2，只含有４个蛋白的基因组；而其他的大噬菌体如

T4噬菌体，约135个不同的蛋白。食品微~物学刘书亮复合体(complex)20面体(icosahedron)丝状(filamentous)以大肠杆菌T4噬菌体为例头部：廿面体对称结构，由蛋白质衣壳构成，内含DNA。颈部：薄盘状，附颈须。尾鞘：长95nm,衣壳粒螺旋对称；可伸缩。尾髓:中空，DNA可由此进入细胞。基板:六角形盘状物，其上有刺突、尾丝。刺突:有吸附功能。尾丝:有识别吸附功能。大肠杆菌T4噬菌体构造蝌蚪形噬菌体的构造（前面已讲）食品微生物学刘书亮Electron

Micrograph

of

Coliphage

T4Caption:--

T4

bacteriophage(DNA

virus).病毒的复制病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达，产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称复制（replication）吸附(absorption)侵入(penetration)复制(replication)装配(assembly)释放(release)病毒复制周期噬菌体的生长周期食品微生物学刘书亮噬菌体的生长周期噬菌体感染细菌后可产生两种后果：–噬菌体增殖而引起细菌裂解；–噬菌体不增殖而使细菌建立带噬菌体基因的溶原状态（Lysogenic

State）。1．烈性噬菌体（Virulent

phage）凡能在敏感细菌中增殖使之裂解的噬菌体，称为烈性噬菌体。烈性噬菌体的繁殖被认为是噬菌体的正常表现。这种噬菌体在敏感细菌内的复制过程与一般病毒相似。食品微生物学刘书亮※噬菌体生长的测定——一步生长曲线（one

step

growth

curve）实验方法:1、对数期生长的敏感细菌悬浮液与适量的噬菌体混合;2、数分钟吸附后，混合液中加入一定量的该噬菌体的抗血清，以中和尚未吸附的噬菌体。3、再高倍稀释。4、培养后定时取样，将含噬菌体的样品与敏感细菌混合，在平板上培养，计算噬菌斑数。病毒的滴度（titer），又称效价，是指每毫升样品中含有的侵染性病毒粒子的数量。(双层平板法测)以感染时间为横坐标，病毒滴度为纵坐标，绘制定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称为一步生长曲线。潜伏期：是从噬菌体吸附于宿主细胞表面到子代噬菌体释放所需的最短时间。包括：隐蔽（晦）期和胞内积累期。裂解量：是每个受侵染的细胞所产生的子代噬菌体的数目。两个重要参数食品微~物学刘书亮增殖过程食品微生物学刘书亮1)

吸附(附着)(adsorption

attachment)特异性受体食品微生物学刘书亮2)

侵入(Penetration)吸附尾钉固着尾鞘收缩尾管穿入DNA注入溶菌酶食微品3)

核酸复制(nucleic

acid

replication)~物学刘书亮噬菌体核酸进入宿

主细胞后，控制宿

主细胞的合成系统，然后以噬菌体核酸

中的指令合成噬菌

体所需要的核酸和

蛋白质。食品微生物学刘书亮4)

噬菌体装配(Phage

assembly)头部衣壳粒DNA衣壳尾部尾鞘噬菌体尾丝食品微生物学刘书亮5)

释放(release)裂解方式分泌方式100-300个子代噬菌体，食品微生物学刘书亮Animation

of

the

Lytic

Life

Cycle

of

a

Bacteriophage食品微生物学刘书亮在细菌培养液中细胞裂解，混浊的菌悬液变成透明的裂解溶液。在双层平板固体培养基上，稀释的噬菌体悬液引起点状感染，在感染点上进行反复的侵染过程，产生透明的空斑称为噬菌斑。※烈性噬菌体感染细菌结果食品微生物学刘书亮2、温和噬菌体和溶源性温和噬菌体：噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（附着）到宿主的核DNA上，且随宿主DNA的复制而进行同步复制，而不引起寄主细胞裂解的噬菌体。原噬菌体（或前噬菌体）：

寄主细胞内温和噬菌体的核酸。溶原性细菌：带有原噬菌体的寄主细菌。可进行正常生长繁殖,而不被裂解。溶原现象：噬菌体与细菌的这种关系．λ噬菌体：通过特定位点（att位点）以线状形式整合进大肠杆菌半乳糖操纵子和生物素操纵子之间，成为原噬菌体。PI噬菌体：对于溶源性来说，整合并非绝对需要。PI噬菌体在溶源菌中以独立的环状DNA分子存在，并与宿主染色体同步复制。整合时可在许多位点插入。温和噬菌体存在形式游离态：成熟、具侵染性的游离噬菌体粒子整合态：前噬菌体状态；营养态：前噬菌体脱离宿主核基因组，处于复制、合成和装配的状态。食品微生物学刘书亮食品微生物学刘书亮可稳定遗传：子代细菌都含有原噬菌体，均具有溶原性。可自发裂解：温和噬菌体可变成烈性噬菌体，自发裂解几率

10-2～10-5

。可诱导裂解：用化学、物理方法诱导具有“免疫性”：（另一个同类噬菌体不感染该溶源菌）可复愈：（10-5，丧失其前噬菌体，变为非溶源菌）溶源转变：由于溶原菌整合了温和噬菌体的核酸而使自己产生一些新的生理特征。溶原性细菌的特点食品微~物学刘书亮溶源性循环裂解性循环食品微~物学刘书亮溶源菌的检验方法：将少量溶源菌与大量敏感指示菌相混合，然后倒入营养琼脂平板，溶源菌生长成菌落。当溶源菌中极少数的细胞发生自发裂解释放出病毒粒子时，这些病毒粒子会感染溶源菌落周围的敏感指示菌，并反复侵染形成噬菌斑。最后形成中央是溶源菌菌落，四周为透明裂解圈的特殊菌落。2-62

溶源菌及其特殊噬菌斑食品微生物学刘书亮3、噬菌体的危害※危害：污染生产菌种，造成菌体裂解，无法累积发酵产物，发生倒罐事件，损失极其严重。主要表现：发酵周期延长；

碳源消耗缓慢；

OD值不升或下降；pH值变化大，明显上升；发酵液产气泡，粘稠，拉丝；革氏染色不均匀，菌体少，有碎片；发酵产物形成缓慢或根本不形成；用敏感菌作平板检查时，出