食品微生物学 课件 第4章 非细胞微生物

非细胞型微生物学习目标

2非细胞型微生物3非细胞型微生物4非细胞型微生物5非细胞型微生物6(1)球形病毒人、动物、真菌的病毒多为球形,其直径为20~30nm,如腺病毒、疱疹病毒、脊髓灰质炎病毒、花椰菜花叶病毒、噬菌体MS2等。(2)杆状或丝状病毒这是某些植物病毒的固有特征,如烟草花叶病毒、苜蓿花叶病毒,甜菜黄化病毒等。人和动物的某些病毒也有呈丝状的,如流感病毒、麻疹病毒、家蚕核型多角体病毒等,其丝长短不一,直径为15~22nm,长度可达70nm。(3)蝌蚪状病毒这是大部分噬菌体的典型特征。大多有一个六角形多面体的“头部”和一条细长的“尾部”,但也有一些噬菌体无尾。(4)砖形病毒这是各类痘病毒的特性。病毒粒子呈长方体状,很像砖块,是病毒中较大的一类。非细胞型微生物7(5)弹状病毒常见于狂犬病毒、动物水泡性口腔炎病毒和植物弹状病毒等。这类病毒粒子呈圆柱状,一端钝圆,另一端平齐,直径约为70nm,长度约为180nm,略似棍棒。病毒的大小及形态特征,可供鉴定病毒时参考。非细胞型微生物8非细胞型微生物91.病毒的核心病毒的核心是病毒粒子的内部中心结构。核心内有单链或双链的核酸(DNA或RNA),还有少量功能蛋白质(病毒核酸多聚酶和转录酶)。它们的共同特点是,任何一种病毒粒子核心内只含有一种类型的核酸,DNA或RNA,绝不混合含两种核酸。DNA或RNA构成病毒的基因组,包含着该病毒编码的全部遗传信息,能主导病毒的生命活动,控制病毒增殖、遗传、变异、传染致病等作用。2.病毒的衣壳病毒的衣壳是包围在病毒核心外面的一层蛋白质结构,由数目众多的蛋白质亚单位(多肽)按一定排列程序组合而成。这些亚单位称为壳粒,彼此对称排列。每一个壳粒,可由一个或几个多肽组成。衣壳的功能除能保护核心内的病毒核酸免受外界环境中不良因素(如DNA酶和RNA酶)的破坏外,还具有对宿主细胞特别的亲和力,又是该病毒的特异性抗原。非细胞型微生物103.病毒的囊膜和刺突有些病毒在衣壳外面附有一种双层膜,称为囊膜或包膜,它的主要成分是蛋白质、多糖和脂类。其成分主要来自宿主细胞,是病毒在感染宿主细胞“出芽”时从细胞膜或核膜处获得的。另外,有某些病毒,在病毒体外壳二十面体的各个顶角上有触须样纤维突起,顶端膨大,它能凝集某些动物的红细胞和毒害宿主细胞。这些突起与病毒的包膜粒一起称作刺突。病毒包膜有维系病毒粒子结构,保护病毒核衣壳的作用。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。非细胞型微生物113.病毒的囊膜和刺突用电镜观察,发现病毒的结构呈现高度对称性:立体对称、螺旋对称、复合对称及复杂对称。立体对称与螺旋对称是病毒的两种基本结构类型,复合对称是前两种对称的结合。立体对称、螺旋对称和复合对称分别相当于球形、杆状和蝌蚪状这三种形态的病毒。所有DNA病毒除痘病毒外为立体对称,RNA病毒有立体对称,也有螺旋对称,噬菌体及逆转录病毒多数呈复合对称,痘病毒属于复杂对称类型。非细胞型微生物12非细胞型微生物13非细胞型微生物141.吸附吸附是指病毒以其表面的特殊结构与宿主细胞的病毒受体发生特异性结合的过程,这是发生感染的第一步。病毒吸附蛋白(VAP)是病毒表面的结合蛋白,它能特异性识别宿主细胞上的病毒受体并与之结合。如流感病毒包膜表面的血凝素,T偶数噬菌体的尾丝蛋白。病毒受体是宿主细胞的表面成分,能够被病毒吸附蛋白特异性识别并与之结合,介导病毒侵入。如狂犬病毒的受体是细胞表面的乙酰胆碱受体,单纯疱疹病毒的受体是硫酸乙酰肝素。噬菌体以其尾丝尖端的蛋白质吸附于菌体细胞表面的特异性受体上。如T3、T4和T7噬菌体吸附的特异性受体是脂多糖;T2和T5噬菌体的受体为脂蛋白;沙门氏菌的X噬菌体吸附在细菌的鞭毛上。非细胞型微生物152.侵入与脱壳侵入是指病毒或其一部分进入宿主细胞的过程。侵入的方式因病毒或宿主细胞种类的不同而异。有伸缩尾的T偶数噬菌体吸附于宿主细胞后,尾丝收缩使尾管触及细胞壁,尾管端携带的溶菌酶溶解局部细胞壁的肽聚糖。接着通过尾鞘收缩将尾管推出并将头部核酸迅速注入细胞内,其蛋白质衣壳留在菌体外。动物病毒侵入宿主细胞有三种方式:①膜融合,病毒包膜与宿主细胞膜融合,将病毒的内部组分释放到细胞质中,如流感病毒;②利用细胞的胞吞作用,多数病毒按此方式侵入;③完整病毒穿过细胞膜的移位方式,如腺病毒。非细胞型微生物16植物病毒的侵入通常由表面伤口或咬食的昆虫口器感染,并通过胞间连丝、导管和筛管在细胞间乃至整个植株中扩散。脱壳是病毒侵入后,病毒的包膜或衣壳被除去而释放出病毒核酸的过程。脱壳的部位和方式随病毒种类的不同而异。大多数病毒在侵入时就已在宿主细胞表面完成,如T偶数噬菌体;有的病毒则需在宿主细胞内脱壳,如痘病毒需在吞噬泡中溶酶体酶的作用下部分脱壳,然后启动病毒基因部分表达出脱壳酶,在脱壳酶作用下完全脱壳。非细胞型微生物173.生物合成生物合成指病毒在宿主细胞内合成病毒蛋白质,并复制核酸的过程。此过程可分为三个连续的阶段:病毒早期基因的表达;病毒基因组的复制;病毒晚期基因的表达。(1)病毒蛋白质的合成病毒粒子在细胞内脱壳后,释放出DNA或RNA。这些DNA或RNA转入细胞核中或仍留在细胞质内。若是DNA病毒,其基因组作为模板转录成具有特定信息的RNA,即mRNA。mRNA转移到细胞的核糖体上进行转译,合成病毒蛋白质。若是RNA病毒,其RNA正链可直接作为mRNA进行蛋白质的合成。病毒早期转译的蛋白质主要是参与病毒核酸的复制及转录,以及改变或抑制宿主细胞的正常代谢的功能性蛋白质。晚期转译的蛋白质种类较多,其中主要是构成子代病毒粒的结构蛋白质。(2)病毒核酸的复制根据病毒核酸的类型不同,复制、转录方式也不同。非细胞型微生物18非细胞型微生物19(2)动物病毒的装配无包膜的动物病毒组装成核衣壳即为成熟的病毒体,有包膜的动物病毒一般在核内或细胞质内组装成核衣壳,然后以出芽形式释放时再包上宿主细胞核膜或质膜后,成为成熟病毒。非细胞型微生物205.释放释放是指病毒粒子从被感染的细胞内转移到外界的过程,主要有两种方式:破胞释放和芽生释放。(1)破胞释放无包膜病毒在细胞内装配完成后,借助自身的降解宿主细胞壁或胞膜的酶,如噬菌体的溶菌酶和脂肪酶、流感病毒包膜刺突的神经氨酸酶等裂解宿主细胞,子代病毒便一起释放到胞外,宿主细胞死亡。(2)芽生释放有包膜的病毒在宿主细胞内合成衣壳蛋白时,还合成包膜蛋白,经添加糖残基修饰成糖蛋白,转移到核膜、细胞膜上,取代宿主细胞的膜蛋白。宿主核膜或细胞膜上有该病毒特异糖蛋白的部位,便是出芽的位置。在细胞质内装配的病毒,出芽时外包上一层质膜成分。若在核内装配的病毒,出芽时包上一层核膜成分。有的先包上一层核膜成分,后又包上一层质膜成分,其包膜由两层构成,两层包膜上均带有病毒编码的特异蛋白、血凝素、神经氨酸酶等,宿主细胞并不死亡。有些病毒如巨细胞病毒,往往通过胞间连丝或细胞融合方式,从感染细胞直接进入另一正常细胞,很少释放于细胞外。非细胞型微生物21非细胞型微生物22非细胞型微生物23非细胞型微生物24非细胞型微生物25非细胞型微生物262.溶源细胞的诱发裂解用某些适量理化因子,如紫外线或各种射线,化学药物中的诱变剂、致畸剂、致癌物或抗癌物、丝裂霉素C等处理溶源菌,都能诱发溶源细胞大量裂解,释放出噬菌体的粒子。3.溶源细胞的免疫性阻遏体蛋白除能阻遏原噬菌体的基因组外,也同样能阻遏进入溶源菌的其他同型噬菌体的基因组,使其不能在该细胞内复制,因此溶源菌对同型噬菌体呈现一种特异的免疫现象。例如,含有λ原噬菌体的溶源细胞,对于λ噬菌体的毒性突变株有免疫性。即毒性突变株对非溶源宿主细胞有毒性,对溶源宿主细胞(含λ噬菌体DNA)却没有毒性。非细胞型微生物274.溶源菌的复愈溶源菌有时丢失了其中的原噬菌体,变成了非溶源细胞,这时既不发生自发裂解,也不发生诱发裂解,称为溶源细胞的复愈或非溶源化,这样的菌株称为复愈菌株。5.溶源性转换溶源菌除具有产生噬菌体的潜力和对相关噬菌体的免疫性外,有时还同时伴有某些其他性状的改变,这种其他性状的改变称为溶源性转换。非细胞型微生物28非细胞型微生物29(1)产生噬菌体的潜在能力。(2)具有抗同原噬菌体感染的“免疫性”。(3)溶源菌的复愈。(4)获得新的生理特性。上述某些特征往往会给发酵生产带来潜在危险,造成经济损失。因为在溶源(温和)菌培养物中,虽有少量游离的噬菌体存在,但并不引起同原菌株细胞裂解,故不易被人觉察。一旦溶源菌发生自我性裂解或诱发裂解,将会危害发酵菌株。因此必须采取有效手段检测出溶源菌。非细胞型微生物302.发酵工业中噬菌体受污染原因和现象利用微生物进行发酵常会遇到噬菌体的危害,如抗生素、味精、有机溶剂和酿酒发酵经常会遭到噬菌体的危害。噬菌体受污染的主要原因之一在于发酵菌种本身,几乎所有的菌种都可能是溶源性的,都有产生噬菌体的可能。一种菌可产生两种以上噬菌体的情况很多,最多的可产生八种之多。噬菌体在自然界中分布广泛,主要存在于土壤和污水中,它们的个体比细菌小数倍,可附着于尘土到处飞扬,到处侵染微生物,空气过滤系统失效或发酵中存在大量噬菌体等,也是噬菌体受到污染的原因。如果一个细胞感染一个噬菌体,在10min至1h,就能释放10个至数百个子代噬菌体,在短时间内可起溶菌作用,出现不正常发酵,甚至停止发酵,造成严重损失。因此,在发酵环境生产之前先做噬菌体检测。

非细胞型微生物31各种发酵系统在污染噬菌体后,常出现一些明显的异常现象,如碳源和氮源的消耗减慢,发酵周期延长,pH异常变化,泡沫骤增,