(食品微生物)第一节-病毒课件

第一节病毒2023/7/27食品学院王丽七、4类病毒及其繁殖方式

（一）原核生物的病毒——噬菌体

1.噬菌体的繁殖噬菌体和一切病毒粒并不存在个体的生长过程，只有其两种基本成分（核酸和蛋白质）的合成和装配，即：2023/7/27食品学院王丽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（assembly）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做复制（replication）。2023/7/27食品学院王丽病毒的特点：严格细胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖。毒粒宿主细胞有繁殖性的病毒基因组具有感染性的毒粒消失病毒基因组复制、表达病毒核酸和蛋白质装配形成具有感染性的毒粒释放至细胞外原料；能量；生物合成场所；2023/7/27食品学院王丽噬菌体的繁殖一般分为5个阶段，即①吸附

②侵入

③增殖（复制与生物合成）

④成熟（装配）⑤裂解（释放）2023/7/27食品学院王丽凡在短时间内能连续完成以上5个阶段而实现其繁殖的噬菌体，称为烈性噬菌体（virulentphage）；反之，进入菌体后并不进行增殖或引起溶菌的则称之为温和噬菌体（temperatephage）。2023/7/27食品学院王丽烈性噬菌体所经历的繁殖过程，称为裂解性周期（lyticcycle）或增殖性周期（productivecycle）。2023/7/27食品学院王丽病毒粒敏感细胞随机碰撞而接触（静电引力或氢键）可逆吸附，无特异性（非细胞颗粒也可吸附）病毒表面蛋白与细胞受体的结合特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段现以E.coli的T偶数噬菌体为代表加以介绍①吸附（adsorption）2023/7/27食品学院王丽病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力。不同种系的细胞具有不同病毒的细胞受体，病毒受体的细胞种系特异性决定了病毒的宿主范围。links12023/7/27食品学院王丽分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体

2023/7/27食品学院王丽吸附作用受许多内外因素的影响①噬菌体的数量由于每一宿主细胞表面的特异受体有限，因此所能吸附噬菌体的数目也有一个限量。

每一敏感细胞所能吸附的相应噬菌体的数量，就称感染复数（m.o.i，multiplicityofinfection）。2023/7/27食品学院王丽③辅助因子色氨酸可促进T4的尾丝摆脱颈须的束缚，有促吸附作用；生物素可促进产谷氨酸细菌噬菌体的吸附作用。②阳离子Ca2+、Mg2+和Ba2+等阳离子对吸附有促进作用；Al3+、Fe3+和Cr3+等阳离子则可引起失活。2023/7/27食品学院王丽⑤温度在生长最适温度范围内最有利于吸附。利用某些理化因子对吸附的促进作用和抑制作用，在发酵工业中对防止噬菌体的污染有一定的意义。④pH值在中性时有利于吸附，在pH＜5和pH＞10时不易吸附。2023/7/27食品学院王丽侵入又称病毒内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤。②侵入（penetration）2023/7/27食品学院王丽有伸缩尾的T偶数噬菌体：注射方式将噬菌体核酸注入细胞通过尾部刺突固着于细胞；尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，是细胞壁产生小孔；尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外；尾丝吸附刺突固着尾鞘收缩尾管穿入DNA注入2023/7/27食品学院王丽脱壳是病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸的过程。脱壳是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件。T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的，仅有核酸病毒及结合蛋白进入细胞，壳体留在细胞外。病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜隐期。2023/7/27食品学院王丽病毒基因组的表达与复制存在着强烈的时序性病毒基因组进入胞内宿主细胞的代谢发生改变病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。③增殖（replication）2023/7/27食品学院王丽早期（early,immediateearly）次早期（delayedearly）晚期（late）2023/7/27食品学院王丽新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟（maturation）或形态发生（morphogenesis）。

④成熟（maturation）2023/7/27食品学院王丽至此，一个个成熟的大小相等的噬菌体粒子就装配完成了。DNA分子的缩合通过衣壳包裹DNA而形成头部尾丝和尾部的其他部件独立装配完成头部与尾部相结合最后装上尾丝主要步骤有：2023/7/27食品学院王丽T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程包括4个完全独立的亚装配途径：头部的装配；无尾丝的尾部装配；尾部与头部自发结合；单独装配的尾丝与前已装配好的颗粒相连。2023/7/27食品学院王丽⑤裂解（lysis）当宿主细胞内的大量子代噬菌体已成熟后，由于水解细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。2023/7/27食品学院王丽大量噬菌体吸附于同一宿主细胞表面并释放众多的溶菌酶，最终因外在的原因而导致细胞裂解的现象称之为自外裂解（lysisfromwithout）。平均每一个宿主细胞裂解后所产生的子代噬菌体数称作裂解量（burstsize）。自外裂解是不能产生子代噬菌体的裂解方式。2023/7/27食品学院王丽吸附侵入早期：病毒特异性酶的合成病毒核酸复制病毒结构蛋白质合成装配释放病毒大分子合成2023/7/27食品学院王丽T4噬菌体的生命旅程2023/7/27食品学院王丽噢，一只倒霉的大肠杆菌遇了细菌病毒T4噬菌体！病毒马上抓住猎物不放，但是大肠杆菌体积是病毒的1000倍。病毒怎么办呢？2023/7/27食品学院王丽请看：病毒的蛋白质外壳发挥作用，将病毒的核酸物质注入大肠杆菌体内，请注意病毒的外壳最后会被弃在寄主体外。2023/7/27食品学院王丽左图：病毒核酸链接入到寄主核酸链中右图：病毒核酸链指挥大量复制自己

病毒的核酸链（蓝色部分）经过一系列作用，接入寄主的核酸链（橙色部分）中，进而控制寄主的生命活动。利用寄主本身的营养物质复制出成千上万的病毒核酸，同时新产生的病毒核酸链（黄色部分）又指挥寄主的细胞，利用寄主的营养物质大量地生产病毒外壳蛋白质，最后把外壳与病毒核酸一起装配成完整的新病毒。2023/7/27食品学院王丽最后: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2023/7/27食品学院王丽随着时间的推移，细菌的数量变得越来越少，这是因为它们被细菌病毒杀死了，这种现象也称为“溶菌”现象。2023/7/27食品学院王丽在涂布有敏感宿主细胞的固体培养基表面，若接种上相应噬菌体的稀释液，则在菌苔上形成一个具有一定形状、大小、边缘和透明度噬菌斑（负菌落）。2.噬菌体效价的测定噬菌体的鉴定指标，纯种分离和计数。2023/7/27食品学院王丽效价（titretiter）：表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位数（plaque-formingunit，pfu）或感染中心数（infectivecentre）。2023/7/27食品学院王丽较常用且较精确的测定效价的方法称为双层平板法（twolayerplatingmethod）2023/7/27食品学院王丽双层平板法底层平板（2％琼脂培养基10mL）上层平板上层培养基（1％琼脂培养基5mL）宿主菌悬液（对数期菌液0.2mL）噬菌体试样（合适稀释液0.1mL）混匀37℃10余h计数噬菌斑2023/7/27食品学院王丽2023/7/27食品学院王丽双层平板法主要有以下几个优点：①加了底层培养基后，可使原来底面不平的玻璃皿的缺陷得到了弥补；②所形成全部噬菌体斑都接近处于同一平面上，因此不仅每一噬菌斑的大小接近、边缘清晰，而且不致发生上下噬菌斑的重叠现象；③因上层培养基中琼脂较稀，故形成的噬菌斑较大，更有利于计数。2023/7/27食品学院王丽3.一步生长曲线（onestepgrowthcurve）定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称作一步生长曲线或一级生长曲线（one-stepgrowthcurve）。反映每种噬菌体的三个最重要的特性参数潜伏期（latentphase）裂解期（risephase）裂解量（burstsize）2023/7/27食品学院王丽2023/7/27食品学院王丽指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。（1）潜伏期（latentphase）整段潜伏期中没有一个成熟的噬菌体粒子从细胞中释放出来2023/7/27食品学院王丽潜伏期又可分两段：①隐晦期（eclipsephase）指在潜伏期前期人为地（用氯仿）裂解细胞，裂解液仍无侵染性的一段时间。细胞内正处于复制噬菌体核酸和合成其蛋白质衣壳的阶段2023/7/27食品学院王丽②胞内累积期（intracellularaccumulationphase）又称潜伏后期，在隐晦期后，如人为地裂解细胞，其裂解液出现侵染性的一段时间。噬菌体开始装配的时期，在电镜下可观察到已初步装配好的噬菌体粒子。2023/7/27食品学院王丽（2）裂解期（risephase）紧接在潜伏期后的一段宿主细胞迅速裂解、溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。（3）平稳期（plateau）指感染后的宿主已全部裂解，溶液中噬菌体效价达到最高点后的时期。2023/7/27食品学院王丽1、用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞；2、数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬菌体）；3、将上述混合物大量稀释，终止抗血清的作用和防止新释放的噬菌体感染其它细胞；4、保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌体含量进行计数）；5、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；一步生长曲线的实验步骤2023/7/27食品学院王丽温和噬菌体侵入相应宿主细胞后，由于前者的基因组整合到后者的基因组上，并随后者的复制而进行同步复制，因此，这种温和噬菌体的侵入并不引起宿主细胞裂解，此即称溶源性或溶源现象。4.溶源性（lysogeny）2023/7/27食品学院王丽凡吸附并侵入细胞后，噬菌体的DNA只整合在宿主的核染色体组上，并可长期随宿主DNA的复制而进行同步复制，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解的噬菌体，称温和噬菌体（temperatephage）或溶源噬菌体（lysogenicphage）。（1）溶源噬菌体（lysogenicphage）2023/7/27食品学院王丽当温和噬菌体侵入其敏感宿主的细胞后，前者的核酸可整合到后者的核基因组（genome，即核染色体）上，这种处于整合态的噬菌体核酸，称作前噬菌体（prophage）。（2）前噬菌体（prophage）2023/7/27食品学院王丽①游离态指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子；②整合态指已整合在宿主基因组上的前噬菌体（prophage）状态；③营养态指前噬菌体经外界理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制、合成和装配的状态。（3）温和噬菌体的三种存在形式2023/7/27食品学院王丽温和噬菌体的种类很多，常见的有E.coli的λ、Mu-1、P1和P2噬菌体等。2023/7/27食品学院王丽λ噬菌体的的溶源性反应进入宿主后线状基因组依靠粘性末端环化2023/7/27食品学院王丽λ噬菌体的的溶源性反应通过特定位点整和（切离）细菌染色体2023/7/27食品学院王丽凡能引起溶源性的噬菌体即称温和噬菌体，而其宿主就称溶源菌（lysogen或lysogenicbacteria）。溶源菌是一类能与温和噬菌体长期共存，一般不会出现有害影响的宿主细胞。（4）溶源菌（lysogen或lysogenicbacteria）2023/7/27食品学院王丽（5）溶源菌的显著特性①溶原性是溶源菌的一个极稳定的遗传特性②自发裂解（spontaneouslysis）③诱导（induction）④免疫性（immunity）⑤

复愈⑥

溶源转变（lysogenicconversion）2023/7/27食品学院王丽温和噬菌体的溶源性反应：整合于细菌染色体或以质粒形成存在的温和噬菌体基因组称做原噬菌体（prophage）在原噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞。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（lysogenicbacteria）溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，进入裂解循环2023/7/27食品学院王丽（6）溶源菌的识别少量溶源菌与大量的敏感性指示菌相混合与琼脂培养基混匀后倒一个平板，经培养后溶源菌就一一长成菌落。遇溶源菌裂解后所释放的温和噬菌体会发生裂解循环者形成了一个个中央有溶源菌的小菌落，四周有透明圈围着的这种独特噬菌斑。2023/7/27食品学院王丽2023/7/27食品学院王丽植物病毒大多为ssRNA病毒，基本形态为杆状、丝状和球状（二十面体），一般无包膜。植物病毒对宿主的专一性通常较差。Eg.TMV可侵染十字科、百余种草本和木本植物。（二）植物病毒2023/7/27食品学院王丽植物患病毒病后，主要出现三类症状：①因叶绿体被破坏或不能合成新的叶绿素，而引起花叶、黄化或红化等症状；②植株发生矮化、丛枝或畸形等；③形成枯斑或坏死等症状。

2023/7/27食品学院王丽水稻矮缩病黄瓜花叶病毒（CMV）在番茄上引起的蕨叶症2023/7/27食品学院王丽植物病毒一般无特殊吸附结构，只能以被动方式侵入，通过因人为地或自然的机械损伤所形成的微伤口进入细胞；或者靠携带有病毒的媒介，主要靠是有刺吸式口器的昆虫（蚜虫、叶蝉和飞虱等半翅目昆虫）取食将病毒带入细胞。植物病毒一旦进入细胞后，增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动蛋白（movementprotein）与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞而实现病毒粒的扩散和传播。2023/7/27食品学院王丽与噬菌体不同的是，植物病毒必须在侵入宿主细胞后才脱去蛋白质衣壳（或加上包膜），这一过程称为脱壳（encoating或uncoating）。植物病毒在其核酸复制和衣壳蛋白合成的基础上，即可进行病毒粒装配。2023/7/27食品学院王丽1986年，PowellAbel等报道，通过转TBSV基因植物基因工程技术将烟草花叶病毒（TMV）外壳蛋白基因（CoatProtein，CP）转化烟草，获得高表达外壳蛋白的转基因烟草植株。这些转基因烟草表现出对TMV侵染的抗性。转基因烟草对黄瓜花叶病毒（CMV）的抗性左：对照；右：转基因烟草2023/7/27食品学院王丽这一工作首次证明，表达病毒外壳蛋白的转基因植物可获得基因工程保护作用，由此确立了抗病毒植物基因工程这一新领域。自此以后，人们不断分离来源于病毒等的基因，设计并试验了许多不同的策略以研究通过植物基因工程技术获得抗病毒工程植物，为植物病毒病的防治开辟了一条崭新的途径。2023/7/27食品学院王丽

抗病毒转CMVCP基因辣椒田间试验结果上：转基因辣椒下：对照2023/7/27食品学院王丽在人类、哺乳动物、禽类、两栖类、爬行类和鱼类等各种脊椎动物中，广泛存在着相应的病毒。与人类健康有关的病毒超过300种，与其他脊椎动物有关的病毒超过900种。（三）人类和脊椎动物病毒2023/7/27食品学院王丽1.常见的病毒病

Eg.流行性感冒肝炎麻疹腮腺炎脊髓灰质炎疱疹流行性乙型脑炎狂犬病艾滋病等2023/7/27食品学院王丽2.肿瘤在人类的恶性肿瘤中，约有15％~20%是由于病毒的感染而诱发的。1933年理查德·毕肖普（RichardBishope）发现了第一个DNA肿瘤病毒即兔乳头瘤病毒。2023/7/27食品学院王丽1953年路德维克·格罗斯（LudwikGross）等分离到一种能引起多类组织（腮腺、肾、骨、乳腺）发生肿瘤的病毒，称之为多瘤病毒。这种多瘤病毒不仅可引起小鼠和田鼠患肿瘤，还可引起兔、海猪、黄鼠狼等动物患肿瘤。2023/7/27食品学院王丽SV40是实验室常用作研究分子病毒学的重要工具，它是在用猴肾细胞培养制备脊髓灰质炎疫苗时发现的。1960年又从猴肾细胞中找到一种猴空泡病毒40（SV40）。2023/7/27食品学院王丽研究表明，至少有3种病毒与人类肿瘤的密切关系。肝炎病毒（HBV、HCV）与肝细胞癌；爱泼斯坦－巴尔病毒（EBV）与伯基特（Burkitt）淋巴瘤、鼻咽癌；人乳头瘤病毒（HPV）与宫颈癌。2023/7/27食品学院王丽1980年曾发现人类嗜T细胞病毒（HTLV）与人类某些淋巴细胞性白血病的关系，使人类肿瘤病毒病因学获得巨大突破。白血病患者血液中的癌细胞（三个颜色深的）2023/7/27食品学院王丽禽、畜等动物的病毒病普遍且危害严重。Eg.猪瘟、牛瘟、口蹄疫、马传染性病毒病、兔的乳头状瘤、鸡瘟、鸡新城疫和劳氏肉瘤等。2023/7/27食品学院王丽鸡新城疫兔病毒性出血症2023/7/27食品学院王丽世界上已证实的人畜共患病约有200种，其中较重要的有89种，病毒病27种。人畜共患病（zoonosis）人类和脊椎动物之间自然传播的疾病和感染。Eg.流行性乙型脑炎、口蹄疫、西部马脑炎、委内瑞拉马脑炎、狂犬病、禽流感等。2023/7/27食品学院王丽禽流感（Avianinfluenza）是由A型流感病毒引起的一种禽类感染或疾病综合症，极易在禽鸟间散播，可引致家禽大量死亡，对家禽业带来不可估量的破坏。1997年，香港发生全世界第一宗人类受H5型禽流感感染病例，原本只影响鸡的病毒亦令人类患病。受影响的人数为18人，其中6人死亡。2023/7/27食品学院王丽

口蹄疫是由口蹄疫病毒感染引起的偶蹄动物共患的急性、热性、接触性传染病，最易感染的动物是黄牛、水牛、猪、羊、鹿等。患口蹄疫的动物会出现发热、跛行和在皮肤与皮肤黏膜上出现泡状斑疹等症状。人一旦受到口蹄疫病毒传染，经过2－18天的潜伏期后突然发病，表现为发烧，口腔干热，唇、齿龈、舌边、颊部、咽部潮红，出现水疱（手指尖、手掌、脚趾），同时伴有头痛、恶心、呕吐或腹泻。2023/7/27食品学院王丽复旦大学生命科学院、上海农科院畜牧所、浙江农科院病毒所和中国农科院兰州兽医所，经过18年潜心攻关，已成功研制出抗口蹄疫基因工程疫苗———"抗猪O型口蹄疫基因工程疫苗"2023/7/27食品学院王丽脊椎动物病毒的种类很多，根据其核酸类型可分为dsDNA和ssDNA病毒以及dsRNA和ssRNA病毒，其衣壳外有的有包膜，有的无包膜。3.脊椎动物病毒核酸的类型2023/7/27食品学院王丽（1）吸附（刺突）

（2）侵入（胞饮、胞膜溶入细胞膜或特异受体的转移）

（3）脱壳

（4）增殖（核酸复制和衣壳蛋白的生物合成）

（5）成熟（装配）

（6）释放（形成大量有侵染力的子代病毒）4.人类和脊椎动物病毒的增殖过程2023/7/27食品学院王丽已知的昆虫病毒有1671种，其中80％以上都是农、林业中常见的鳞翅目害虫的病原体，因此是害虫生物防治中的的巨大资源库。（四）昆虫病毒2023/7/27食品学院王丽多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成光镜下呈多角形的包涵体，称为多角体（polyhedron）。多角体在细胞核或细胞质内形成，成分为碱溶性结晶蛋白，其内包裹着数目不等的病毒粒。功能是保护病毒粒免受外界不良环境的破环。2023/7/27食品学院王丽包涵体多角体2023/7/27食品学院王丽昆虫病毒的种类主要有3种①核型多角体病毒（nuclearpolyhedrosisvirus，NPV）这是一类在昆虫细胞核内增殖的、具有蛋白质包涵体的杆状病毒，数量最多。

2023/7/27食品学院王丽图1，核型多角体图2，杆状病毒粒子2023/7/27食品学院王丽②质型多角体病毒（cytoplasmicpolyhedrosisvirus，CPV）这是一类在昆虫细胞质内增殖的、可形成蛋白质包涵体的球状病毒。2023/7/27食品学院王丽2023/7/27食品学院王丽③颗粒体病毒（granulosisvirus，