病毒和朊病毒课件

病毒和朊病毒

一、病毒的發現和研究歷史1886年，A.Mayer發現具有傳染性的煙草花葉病；1892年，D.Ivanovsky:煙草花葉病病原體能通過細菌濾器：一種能通過細菌濾器的”細菌毒素”或極小的細菌1898年，MWBeijerinck對煙草花葉病病原體的研究結果：

能通過細菌濾器；可被乙醇沉澱而不失去其感染性，能在瓊脂凝膠中擴散；用培養細菌的方法不能被培養出來，推測只能在植物活細胞中生活；比細菌小的具有傳染性的活的流質（contagiumvivumfluidum）1900年前後，包括口蹄疫（footandmouthdisease）在內的多種動植物疾病病原體的濾過性特性被證明。filterableviruses（濾過性病毒）viruses（病毒）1935年，WMStanley首次提純並結晶了煙草花葉病毒；

Bawden等證明煙草花葉病毒的本質為核蛋白；1940年，Kausche首先用電鏡觀察到煙草花葉病毒顆粒；禽流感病毒正在侵染細胞（2007年）病毒學（Virology）：研究病毒（virus）的本質及其與宿主的相互作用的科學。例如一些簡單的病毒僅由核酸和蛋白質外殼（coat）構成，故可把它們視為核蛋白分子。二、病毒的特點和定義特點1）不具有細胞結構，具有一般化學大分子的特徵。2）一種病毒的毒粒內只含有一種核酸，DNA或者RNA。3）沒有催化能量代謝的酶或酶系極不完全，不能進行獨立的代謝作用。4）嚴格的活細胞內寄生，必須依賴宿主細胞進行自身的核酸複製，形成子代。5）個體微小，在電子顯微鏡下才能看見。6）對大多數抗生素不敏感，對干擾素敏感。單細胞微生物與病毒性質的比較aDNA病毒和RNA病毒中的一部分;b利福平可抑制痘病毒複製病毒的個體特點形體極其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察，一般都可通過細菌濾器；無細胞構造；主要成分僅為核酸和蛋白質；每一種病毒只含一種核酸，DNA或RNA；無產能酶系，也無蛋白質合成系統；不存在個體的生長；細胞內專性寄生；在離體條件下，以無生命的大分子存在。病毒的定義迄今仍無一個科學而嚴謹的定義病毒為具有獨立於其宿主進化史的絕對細胞內寄生物，它的DNA或RNA基因組被其所編碼的蛋白質殼體化（encapsidation）。-------------（Fields等，1990年）非細胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白質二種組分亞病毒類病毒：只含具侵染性的RNA組分衛星RNA：只含有不具侵染性的RNA組分朊病毒（普列昂）：只含蛋白質三、病毒的宿主範圍及其多樣性病毒幾乎可以感染所有的細胞生物，並具有宿主特異性噬菌體（phage）植物病毒（plantviruses）動物病毒（animalviruses）-形態：最小：細小病毒（20nm）最大：痘病毒（300nm）最長：線狀病毒（800-900nm,最長：14000nm）核酸類型：DNA/RNA；單鏈/雙鏈/部分單鏈；線狀/環狀。病毒的多樣性四、病毒的培養和純化1、病毒的培養噬菌體細菌培養物培養液營養瓊脂平板細菌培養液變清亮細菌平板成為殘跡平板二元培養物法噬菌體經過適當稀釋再接種細菌平板，培養後在菌苔上可形成圓形局部透明區域，即噬菌斑(plague)如同對細菌計數一樣，形成的噬菌斑也可用於對噬菌體的數目進行估算。動物病毒的培養：1、實驗動物2、雞胚3、多種細胞培養免疫缺陷動物(SCID小鼠）對病毒感染無免疫排斥可接入人的免疫細胞等，使之具有人的免疫功能，用於研究HIV、皰疹病毒等與免疫系統的相互關係SCID：severecombinedimmunodeficient雞胚的構造和病毒培養羊膜腔尿囊腔卵黃囊尿囊絨膜單純皰疹病毒痘病毒勞氏肉瘤病毒流感病毒腮腺炎病毒單純皰疹病毒流感病毒腮腺炎病毒新城疫病毒鳥類腺病毒1、病毒的培養若標本經過適當稀釋進行接種並輔以染色處理，病毒可在培養的細胞單層上形成肉眼可見的局部病損區域，即蝕斑（plaque）或稱空斑。大多數動物病毒感染敏感細胞培養層能引起其顯微表現的改變，即致細胞病變效應（cytopathiceffect,CPE），例如細胞聚集成團、腫大、圓縮、脫落，細胞融合形成多核細胞，細胞內出現包涵體（inclusionbody），乃至細胞裂解等。

細胞培養層植物病毒的培養植物病毒敏感植物葉片產生壞死斑，或稱枯斑

蛋白質提純方法（鹽析、等電點沉澱、有機溶劑沉澱、凝膠層析、離子交換等）2、病毒純化標準純化的病毒應保持感染性病毒是有感染性的生物體病毒具有化學大分子的屬性純化的病毒應具有理化性質均一性方法主要化學組成為蛋白質具有一定的大小、形狀和密度差速離心梯度離心（超速離心）四、毒粒的性質毒粒（病毒顆粒）：病毒的細胞外顆粒形式，也是病毒的感染性形式。一團能夠自主複製的遺傳物質蛋白質外殼

包膜1、毒粒的形態病毒的大小和形狀個體小，必需在電鏡下觀察；不同病毒的毒粒大小差別很大；形狀：球形（或稱擬球形顆粒）

杆狀

等少數幾類。

複雜形狀（如蝌蚪狀，卵形）

採用各種電鏡技術觀察毒粒的形態結構Orfvirus：口瘡病毒(接觸性膿皰皮炎病毒)（負染技術）Ebolavirus：埃博拉病毒（正染技術）Vacciniavirus痘病毒（投影技術）2、毒粒的殼體結構殼體或衣殼（capsid）：包圍著病毒核酸的蛋白質外殼殼體結構類型螺旋對稱二十面體對稱雙對稱螺旋對稱殼體：亞基有規律地沿著中心軸（核酸）呈螺旋排列，進而形成高度有序、對稱的穩定結構。例：煙草花葉病毒二十面體對稱殼體：蛋白質亞基圍繞具立方對稱的正多面體的角或邊排列，進而形成一個封閉的蛋白質的鞘。若以一定數目的亞基排列成具有一定表面積的立方對稱實體，以二十面體容積為最大，能包裝更多的病毒核酸，所以病毒殼體多取二十面體對稱（icosahedralsymmetry）結構。具有雙對稱結構的典型例子是有尾噬菌體（tailedphage）,其殼體由頭部和尾部組成。包裝有病毒核酸的頭部通常呈二十面體對稱，尾部呈螺旋對稱。雙對稱結構/複雜對稱：3、病毒的包膜結構蛋白質殼體+核酸（核心），又稱核衣殼。核殼體（nucleocapsid）：裸露毒粒（nakedvirion）：僅由核衣殼構成的病毒顆粒包膜（envelope）：核衣殼外的一層脂蛋白膜，由宿主細胞膜衍生而來作用：保護病毒核殼；啟動病毒感染；病毒包膜的基本結構與生物膜相似，是脂雙層膜。在包膜形成時，細胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。刺突（spike）：包膜或核衣殼上的突起。有包膜的二十面體毒粒；裸露的二十面體毒粒有包膜的螺旋毒粒裸露的螺旋毒粒；複雜對稱的病毒Vacciniavirus痘病毒在病毒中體積最大，在光學顯微鏡下勉強可見。有尾噬菌體ii.病毒粒子的基本形態球狀、杆狀和複合狀的無包膜病毒煙草花葉病毒P2噬菌體T2噬菌體脊髓灰質炎病毒病毒粒子的基本形態包膜病毒皰疹病毒流感病毒腺病毒HIV病毒人類免疫缺陷病毒（HumanImmunodeficiencyVirus），它會造成人類免疫系統的缺陷。1981年，此病毒在美國首次發現。它是一種感染人類免疫系統細胞的慢病毒（Lentivirus），屬反轉錄病毒的一種。至今無有效療法的致命性傳染病。該病毒破壞人體的免疫能力，導致免疫系統的失去抵抗力，從而導致各種疾病及癌症得以在人體內生存，發展到最後，導致愛滋病（獲得性免疫缺陷綜合征）。2008年諾貝爾獎德國科學家哈拉爾德·楚爾·豪森因發現人乳突淋瘤病毒引發子宮頸癌獲此殊榮；

兩名法國科學家弗朗索瓦絲·巴爾－西諾西和呂克·蒙塔尼因發現人類免疫缺陷病毒獲此殊榮。SARS病毒為冠狀病毒五、毒粒的化學組成毒粒（化學組成）核酸；蛋白質；脂類；碳水化合物；基本化學組成1、病毒的核酸

核酸是病毒的遺傳物質；一種病毒的毒粒只含有一種核酸：DNA或是RNA；病毒核酸單鏈DNA（ssDNA）；雙鏈DNA（dsDNA）；單鏈RNA（ssRNA）；雙鏈RNA（dsRNA）；2、病毒的蛋白質病毒蛋白質結構蛋白非結構蛋白病毒基因組編碼的，在病毒複製過程中產生並具有一定功能，但並不結合於毒粒中的蛋白質。構成一個形態成熟的有感染性的病毒顆粒所必需的蛋白質。殼體蛋白；包膜蛋白；存在於毒粒中的酶；參與病毒的入侵或複製（如逆轉錄酶等）；保護作用啟動感染（決定感染的特異性）六、病毒的複製病毒感染敏感宿主細胞後，病毒核酸進入細胞，通過其複製與表達產生子代病毒基因組和新的蛋白質，然後由這些新合成的病毒組分裝配（assembly）成子代毒粒，並以一定方式釋放到細胞外。病毒的這種特殊繁殖方式稱做複製（replication）。1）感染宿主細胞；

2）病毒核酸複製與表達；

3）產生子代病毒基因組和新的蛋白質；

4）組分裝配（assembly）成子代毒粒；

5）釋放到細胞外；

6）重複上述過程；病毒的複製過程（複製週期）2、病毒感染的起始1）吸附：毒粒敏感細胞隨機碰撞而接觸（靜電引力或氫鍵）可逆吸附，無特異性（非細胞顆粒也可吸附）病毒表面蛋白與細胞受體的結合特異性，不可逆吸附，啟動病毒感染的第一階段吸附於大腸桿菌上的噬菌體2）侵入：侵入又稱病毒內化，一個病毒吸附後幾乎立即發生，是一個依賴於能量的感染步驟。不同的病毒-宿主系統的病毒侵入機制不同有尾噬菌體的侵入方式：注射方式將噬菌體核酸注入細胞通過尾部刺突固著於細胞；尾部的酶水解細胞壁，產生小孔；尾鞘收縮，核酸通過中空的尾管壓入胞內；吸附尾釘固著尾鞘收縮尾管穿入DNA注入存在於毒粒中的酶動物病毒的侵入方式：①病毒穿過細胞膜的移位方式；③細胞的內吞功能；②毒粒包膜與細胞質膜的融合；植物病毒的侵入方式：

通過機械損傷所形成的微傷口進入細胞；或者靠攜帶有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆蟲取食將病毒帶入細胞。

植物病毒一旦進入細胞後，增殖產生的子代病毒或病毒核酸可通過病毒編碼的運動蛋白（movementprotein）與胞間連絲的相互作用從受染細胞進入鄰近細胞。3）脫殼：脫殼是病毒侵入後，病毒的包膜和/或殼體除去而放出病毒核酸的過程。T-偶數噬菌體脫殼與侵入是一起發生的動物病毒存在不同的結構類型和不同的侵入方式，其脫殼過程也較複雜。病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，進入潛隱期。3、病毒大分子的合成病毒基因組進入胞內

病毒利用宿主的生物合成能力，使病毒核酸表達和複製，產生大量的病毒蛋白質和核酸。病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成dsDNAvirus(classI):

與寄主基因組相同的方式產生mRNA和複製DNA。ssDNAvirus(classII):

先合成一條雙鏈DNA，這條雙鏈DNA指導DNA複製與mRNA合成。ssRNA(+)virus(classIV):

可直接作為mRNA使用。ssRNA(-)virus(classV):

以此為範本合成mRNA反轉錄病毒(classVI):

屬RNA病毒，通過反轉錄產生雙鏈DNA中間媒介，再以此指導mRNA與病毒基因組的合成dsRNAvirus(classIII):

以其中一條鏈為範本合成mRNAVirusesinClassVII

(dsDNA)通過一條RNA中間體來合成DNA，需要反轉錄酶。但與I類病毒以相同方式產生mRNA.病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成特異性酶蛋白及蛋白質外殼的合成4、病毒的裝配與釋放新合成的毒粒結構組分組裝成完整的病毒顆粒，稱做病毒的裝配，亦稱成熟（maturation）或形態發生（morphogenesis）。成熟的子代病毒顆粒依一定途徑釋放到細胞外病毒的釋放標誌病毒複製週期結束七、朊病毒Prions蛋白質感染性因數，其胞外形式只含有蛋白質而無核酸（可以引起同種或異種蛋白質構象改變而致病或功能改變）。可引起動物腦部疾病bovinespongiformencepha’lopathy(madcowdesease)牛海綿狀腦病(瘋牛病)HumanKuruHumanCretzfeldt-JakobDisease(CJD)人的庫魯病(kuru)、克雅氏病(CreutzfeldtJakobdisease,CJD)等羊搔癢症(scrapie)牛海綿狀腦病(spongiformencephalopathy)瘋牛病最先在澳大利亞的殖民國新幾內亞發現的，開始是人有此症狀，後來發現此病與牛有關，經研究病因是牛海綿狀腦病的發作，病程一般為14天至6個月，其神經症狀可分為三個類型。：1.最常見的是精神狀態的改變，如恐懼、暴怒和神經質。

2.3％的病例出現姿勢和運動異常，通常為後肢共濟失調、顫抖和倒下。

3.90％的病例有感覺異常，表現多樣，但最明顯的是觸覺和聽覺減退。

大部分患牛（87％）出現的臨診症狀可分為以上三種。這與中樞神經系統的彌漫性病變相一致。

朊病毒致病機理Neuronalcellsproducenormalprionprotein(PrPc)incell.Abnormallyfoldedprionprotein(PrPsc)cancatalyzerefoldingofPrPctoPrPsc.

PrPsc

isproteaseresistant,insoluble,andformsaggregatesinneuralcells.Thiseventuallyleadstodestructionofneuraltissuesandneurologicalsymptoms.其致病作用是由於動物體內正常的蛋白質PrPc改變折疊狀態為PrPsc所致，而這二種蛋白質的一級結構並沒有改變。Prusiner(1982)提出羊搔癢病因子是一種蛋白質侵染顆粒（proteinaceousinfectiousparticle），並將之稱做Prion或Virino。——朊病毒1997年，StanleyB.Prusiner榮獲諾貝爾獎朊病毒不僅