环境工程微生物学第一章 病毒.ppt

1、,第一章 病 毒,Virus,Virus,Virus,Virus,可能有病毒引起的一些人类癌症,主讲内容,1、病毒的概念、特征及分类 2、病毒的形态结构 3、病毒的增殖 4、理化因素对病毒感染的影响、病毒的防治 6、亚病毒 7、病毒在污水处理过程中的去除效果,人类HIV病毒,病毒(virus),病毒的概念及其基本特征 病毒的形态构造和化学组分 各类病毒及其繁殖方式, ,病毒的概念 病毒是一类超显微的、结构极简单的、专性活细胞寄生的、在活体外能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性的非细胞生物。,没有细胞构造,故也称分子生物;,形态极其微小,0.2um以下，必须在电镜下才能观察,一般都

2、 具过滤性;,其主要成分仅是核酸和蛋白质两种;,每一种病毒只含一种核酸,不是DNA就是RNA;,既无产能酶系,也无蛋白合成系统;,病毒特征,利用宿主细胞设备进行增殖,不存在个体生长 和二均分裂等细胞繁殖方式;,在宿主活细胞内营专性寄生;,在离体条件下,能以无生命的化学大分子状态 存在,并可行成结晶;,对一般抗生素不敏感,但对于干扰素敏感.,病毒特征,病毒的分类,按专性宿主分：动物病毒、植物病毒、细菌病毒、放线菌病毒、藻类病毒、真菌病毒 按核酸类型分：DNA病毒和RNA病毒 病毒定义的延伸：类病毒和朊病毒,类病毒和朊病毒,类病毒是环状单链RNA分子，不编码蛋白质，完全依赖于宿主编码的酶系统进行复

3、制，是已知的的最小的病原体，其细胞外形式与细胞内形式相同，没有蛋白质衣壳； 朊病毒的胞外形式是蛋白质，不含有编码蛋白质的核酸。如疯牛病毒,病毒的大小 病毒的化学组分 病毒的形态结构 三类典型形态的病毒,病毒的形态构造和化学组分,病毒的大小 病毒粒子体积微小，常用纳米（nm)测量，一般0.2um（200nm)以下，必须在电子显微镜下方可见。,病 毒 大 小,牛痘苗病毒,传染性浓泡皮炎病毒,腮腺炎病毒,T偶数病毒,疱疹病毒,大蚊病毒,流感病毒,烟草花叶病毒,腺病毒,多瘤病毒,脊髓灰质炎病毒,1微米,病毒的蛋白质,构成病毒外壳,保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏,病毒蛋白还构成了病毒组成的酶

4、.,决定病毒感染的特异性,与易感细胞表面存在的受体具特异亲合力,促使病毒粒子的吸附,决定病毒的抗原性,并能刺激机体产生相应的抗体,病毒的化学组成,病毒的核酸,DNA,RAN之分,单双链（single strand,ss/double strands,ds）之分,环状,线状之分(闭合,开放),正负链之分碱基排列顺序与mRNA相同者为正链,基因组是单分子、双分子、三分子、多分子,可把病毒分为6类：DNA、 RNA、+DNA、+RNA、 -DNA、-RNA,其它化学成分,脂类：磷酯、胆固醇以双分子层的形式存在于包膜中。 糖类：糖脂、糖蛋白的形式存在于包膜表面，决定病毒的抗原性,典型病毒粒子的构造病毒

5、粒子的对称性病毒的群体形态和和,病毒形态和结构,包涵体(inclusion body),噬菌斑(plaque),空斑(plaque),枯斑(lesion),典型病毒粒子的构造和,衣壳(capsid),核心(genome),衣壳粒(capsomere),衣壳,核酸,包膜（envelope）,糖蛋白,核衣壳(nucleocapsid),蛋白或糖蛋白突出结构刺突,HIV病毒,核糖核酸,逆转录酶,P24衣壳蛋白,脂双层膜,GP120包膜糖蛋白,P14内膜蛋白,GP41包膜糖蛋白,病毒粒子的对称性,螺旋对称,二十面体对称，立方体对称,复合对称,(A) Filamentous (B) Complex (C

6、) Eicosahedral (D) Enveloped,RNA or DNA,Protein Coat (Capsomers),Lipid envelope,烟草花叶病毒,噬菌体,腺病毒,三类典型形态的病毒,二十面体对称的代表-腺病毒,复合对称的代表-T偶数噬菌体,螺旋对称的代表-烟草花叶病毒(TMV),二十面体对称的代表-腺病毒(Adenovirus),衣壳粒总数N=10(n-1)2+2,n为每条边的衣壳粒数,螺旋对称的代表-烟草花叶病毒(tobao mosaicvirus,TMV),2130个衣壳粒逆时针方向排列成130圈螺旋，平均每3圈螺旋49个衣壳粒，螺距2.3nm,衣壳全长300n

7、m。单链RNA以螺旋方式盘绕在衣壳内侧的沟内，每个衣壳粒的凹处结合3个核苷酸，每圈49个核苷酸。,复合对称的代表大肠杆菌T4 噬菌体,头部,颈环,尾鞘（24圈螺旋）,基板,刺突6,尾丝6,包涵体（inclusion body）,寄主细胞内形成的结构特殊、有一定染色性、在光学显微镜下可见病毒的聚集体;,是病毒的加工厂;,是多角体蛋白，不同于病毒蛋白和寄主细胞蛋白，不易被蛋白酶水解，稳定，可保持活性几年到几十年。,从细胞中移出可感染其他细胞，可保护病毒粒子,病毒的群落形态之,可做生物杀虫剂,天花病毒,狂犬病毒,噬菌斑(plaque),下层培养基,双层培养基,敏感菌+上层培养基,噬菌体稀释液,培养,

8、噬菌斑,噬菌斑,敏感菌菌苔,空斑和病斑,在动物细胞培养物上的与噬菌斑类似的空斑,称为病斑.因为受肿瘤病毒感染.,枯斑,病毒的一般增殖过程,病毒的繁殖过程,原核生物病毒-噬菌体,人类和脊椎动物病毒,各类病毒及其繁殖方式,原核生物病毒-噬菌体,噬菌体的增殖,溶源性,噬菌体 (bacteriophage,phage),1、吸附(adsorption),吸附的机理：尾丝尖端与寄主细胞表面特异受体发生互补结合。,吸附(adsorption),影响因素：噬菌体数量；温度、离子浓度、pH、阳离子； 辅助因子。,2、侵入(penetration),收缩的尾鞘（12环）,噬菌体溶菌酶溶解细胞壁中的肽聚糖，使细胞

9、产生小孔，利于病毒的核酸注入细菌中。,噬菌体的吸附和侵染图,3、合成,合成过程中基因表达的特点,病毒核酸的复制,病毒核酸的转录,增殖,遗传中心法则,基因（DNA) mRNA 蛋白质,自我复制,转录,翻译,逆转录,左图：病毒核酸链接 入寄主核酸链 右图：病毒核酸复制,病毒核酸的复制,4、装配 装配就是将分别合成的病毒核酸和蛋白质组装成完整的病毒粒子的过程。,噬菌体各元件的装配,5、释放 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,噬菌体的侵染、复制和释放,溶源性,温和噬菌体特点：,游离态 温和噬菌体存在形式：整合态 营养态,具有整合能力；,具有同步复制能力；,都是dsDNA

10、;,Cncnc-micro,溶源性：温和性噬菌体侵入到宿主细菌细胞后，其DNA可整合到宿主细胞的染色体上，并与宿主细胞染色体DNA同步复制，但不合成自己的蛋白质壳体，宿主细胞不裂解而能继续生长繁殖 。,溶源菌,细菌的溶源性具有遗传性,溶源菌对同源噬菌体具有免疫性,溶源性细菌在培养中不易被查觉,非溶源细胞,自发裂解和诱导裂解：有少数噬菌体可自发或 诱发裂解宿主细胞变成烈性噬菌体,溶源性细胞可获得一些新的生理特性溶源转变,复愈:溶源菌,白喉杆菌,白喉毒素,T淋巴细胞中的爱滋病毒,人类脊椎动物病毒,病毒与癌症关系,病毒感染的防治,动物病毒的增殖过程,动物感染病毒后的4种结果,细胞遇病毒袭击而濒临死亡

11、 （图中蓝点是病毒 ）,隐性感染,疾病综合症,死亡,瘤形成,携带者,潜伏状态,动物病毒的增殖过程,动物病毒的增殖过程与噬菌体相似，但在一些细节上有所不同。大多数动物病毒无吸附结构，少数病毒如流感病毒在其包膜表面长有刺突，可吸附在宿主细胞表面的粘蛋白受体上。病毒感染时，首先是病毒表面的吸附蛋白与敏感宿主细胞表面特异的受体结合，病毒的核壳体或整个病毒粒子侵入细胞。此过程不象噬菌体感染原核生物时，壳体蛋白留在细胞外面。动物病毒基因组和壳体的分离发生在细胞内，称脱壳（uncoating）。然后病毒基因组在细胞核或在细胞质中，进行病毒大分子的生物合成，包括病毒核酸的复制和转录，合成病毒的结构蛋白和非结构

12、蛋白，最后装配成子代病毒。若是无包膜的病毒、装配成熟的核壳体就是子代病毒体。若是有包膜的病毒，核壳体还要在细胞内，或通过与细胞膜的相互作用获得包膜才能成熟为子代病毒体。,埃博拉病毒,病毒与癌症的关系,2、原癌基因 （人类基因组中的正常基因）,癌基因,1、病毒携带癌基因侵染寄主细胞发生癌变,逆转录病毒致癌机理,+RNA (-)DNA () DNA +RNA肿瘤病毒,Cncnc-micro,HIV,HIV感染的过程 ：a:HIV与CD4分子作用，HIV进入CD4细胞；b:HIV被膜和宿主细胞被膜融合，核粒进入。,HIV的有关特性及传布,HIV病毒呈球形，直径100120nm。病毒核心内含有RNA和

13、酶（逆转录酶、整合酶、蛋白酶）。病毒壳体由两种蛋白组成，核心蛋白（P24）和核壳蛋白(P17)。病毒壳体外包围着包膜，包膜系双层脂质蛋白膜，其中嵌有gp41和gp120两种糖蛋白分别组成刺突和跨膜蛋白。 当HIV病毒进入寄主细胞后，其逆转录酶利用病毒的RNA作为模板，逆转录相应的DNA分子。然后DNA转移到细胞核，并整合到染色体上，以此作为病毒复制的基地。HIV病毒的寄主细胞通常是T淋巴细胞，这种白细胞在调节免疫系统上起主要作用，一旦受到HIV病毒的侵染和破坏，就会引起人体免疫功能的丧失。 HIV病毒主要通过血液和分泌物（精液、乳汁等），并经粘膜表面和皮肤的破损处进入体内。传播方式包括性生活、

14、输血和使用血制品。患艾滋病的母亲也可通过胎盘或乳汁传给胎儿。,SARS病毒结构,SARS病毒颗粒模型,细胞中SARS病毒,SARS病毒颗粒,禽流感病毒,病毒对物理、化学因素的抵抗力,1、病毒对物理因素的抵抗力 温度：病毒不耐高温耐低温 光及辐射：紫外辐射可使病毒灭活；日光对肠道病毒有灭活作用。 干燥：病毒在潮湿环境中比在干燥环境中存活的时间长。,2、病毒对化学因素的抵抗力 体内灭活：抗原和干扰素 体外灭活：酚、氧化剂、强酸强碱、醚、氯仿等化学试剂。,病毒感染的防治,接种疫苗,生物制剂,中药预防,干扰素等,流感病毒,流感病毒,天津华力达公司生产干扰素a-2b的现场,控制SARS非典冠状病毒防治方

15、案，仅供医务人员参考： 1）将-2b干扰素注射针剂加入适量注射用水滴鼻、口腔喷雾，或者使用医用超声雾化吸入装置直接肺部吸入。 2）必要时肌肉或皮下注射100万国际单位-2b干扰素。,类病毒(Viroid),拟病毒(Virusoid),朊病毒(Prion),Cncnc-micro,类病毒(Viroid)无蛋白质外壳，仅有一条裸露的核酸,马铃薯纺锤块茎病的病原体,长50nm棒状RNA分子,179核苷酸半体 180核苷酸半体,RNA由,组成,两半体间有7成碱基以氢键方 v式结合共形成122个碱基对,Virus and Viroid Diseases of Potato,拟病毒(virusoids)（

16、卫星病毒）,Cncnc-micro,在绒毛烟、苜蓿、茛菪和地下三叶草上发现的4种新病毒 ：,这些病毒的蛋白质衣壳内含有2种分子：,一种为分子量1.5 x 106的线状RNA1,一种为分子量为105 的类似于类病毒的环状RNA2。此RNA2与类病毒有相似的理化特性和二级结构，又与卫星RNA(Satellite RNA)有相同的生物学特性。此RNA分子称为拟病毒(Virusoid),拟病毒与类病毒的区别：单独侵入寄主后，拟病毒无感染性，而类病毒具有感染性；与卫星RNA的区别在于结构不同 具有核酸基因，但必须依赖辅助病毒进行复制，与其辅助病毒没有核酸序列同源性。,朊病毒(prion,virino),

17、疯牛病(海绵状脑病),一种感 染性蛋白粒子致病因子称朊病毒,PrPc已被克隆,空间结构由a_螺旋构成,朊病毒可由a_螺旋(PrPc) 变成b_折叠(PrPsc),PrPsc为致病型蛋白粒子,PrPsc在神经细胞内沉积,朊病毒的三维结构,朊病毒(prion,virino),PrPsc,克病最初病例养殖场主,克病潜伏期可达数十年,克病可通过血液传染,PrPc,PrPC 与PrPSC的分子结构转换 模式图,正常,致病,朊蛋白的构型转换,PrPC：正常型蛋白 PrPSC：致病型蛋白,7、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的驱除效果,1）病毒在环境中的存活 土壤中 空气中 水中 2）病毒在污水处理过程

18、中的去除效果 一级预处理：去除30% 二级生物处理：去除90-99% 三级处理：深度处理，氯气和臭氧使病毒的灭活,思考题,1、病毒与细胞生物的主要区别是什么？ 2、病毒的大小范围？试述病毒的主要化学组成、构造及其功能。 3、什么叫烈性噬菌体？简述其裂解性生活史。 4、如何用实验证明溶源性细菌？ 56、亚病毒各有何特点？你如何理解亚病毒发现的重大意义？ 7、病毒对人类等有何影响？讨论如何防治病毒危害。,谢谢各位,病毒学(virulogy)发展史,十九世纪末，动植物病毒性传染病致病因子的认识,1935年，Stanley分离提纯了TMV结晶(nobel prize),Bawden提示了TMV实质是核蛋白,1940年，Kausche用电镜看到了TMV的杆状外形,1952年Kershey 和Chase噬菌体传物质是DNA,1955年，Franenkel-conrat 完成病毒拆开实验,1960年，Anderer弄清了TMV外壳蛋白亚基aa排序,1965年，Spiegelma首次在细胞外复制 E.coly噬菌体,1970年，Baltimore和 Temin发现反转录酶1,以后相继发现了亚