《微生物学》教学课件：03 病毒和亚病毒

1、第三章 病毒和亚病毒,生物工程系,动物病毒的类型,细小病毒,乳多孔病毒,腺病毒,虹彩病毒,噬肝DNA病毒,痘病毒,苞疹病毒,动物病毒的类型,微小RNA病毒,呼肠病毒,被膜病毒,弹状病毒,正粘病毒,布尼亚病毒,冠状病毒,沙砾病毒,反转录病毒,副粘病毒,Aids图片,感染过程,T细胞表面的Aids病毒,Aids病毒电镜照片,四、病毒的形态结构和大小 （一） 病毒的大小,绝大多数的病毒都是能通过细菌过滤器的微小颗粒，直径在20200nm的范围内，必须在电镜下观察。,最大病毒d=450nm的牛痘苗病毒（smallpox）； 最小病毒之一d=28nm的脊髓灰质炎病毒（polio virus）；,第三章

2、病毒与亚病毒,概述,病毒的性质,病毒的繁殖方式复制,特殊形态的病毒亚病毒,病毒与实践,第一节 概述,一、病毒的发现和研究历史,1886年，A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病；,1892年，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年，M W Beijerinck对烟草花叶病病原体进行系统研究：,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（contagium vivum fluidum）,重型天花

3、,一、病毒的发现和研究历史,第一节 概述,1900年前后，包括口蹄疫（foot and mouth disease）在内的 多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。,filterable viruses（滤过性病毒）,viruses（病毒）,Twort F W （1915年）、Herelle F d （1917年），分别发现 细菌（Shigella dysenteriae）病毒,bacteriophages,Phago：“to eat”,噬菌体（phage）,1935年，Stanley W M首次提纯并结晶了烟草花叶病毒； Bawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白； 1940年，Kausc

4、he首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；,一、病毒的发现和研究历史,第一节 概述,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；,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。,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；,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。,二、病毒的特点和定义,第一节 概述,1. 特点,1）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征。,2）一种病毒的

5、毒粒内只含有一种核酸，DNA或者RNA。,3）大部分病毒没有酶或酶系极不完全，不含催化能量代谢 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。,朊病毒甚至仅由蛋白质构成,第一节 概述,1. 特点,二、病毒的特点和定义,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。,超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体,第一节 概

6、述,1. 特点,二、病毒的特点和定义,表7-1 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,第一节 概述,2. 定义,二、病毒的特点和定义,迄今仍无一个科学而严谨的定义,病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一类含DNA或RNA的特殊遗传因子。,非细胞生物,（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分,亚病毒,类病毒：只含具独立侵染性的RNA组分,卫星RNA：只含有与侵染无关的RNA组分,朊病毒：只含蛋白质,拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分,卫星病毒：与真病毒伴生的缺陷病毒,三、病毒的宿主范围及其类群,第一

7、节 概述,病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性,细菌 噬菌体（phage）,植物 植物病毒（plant viruses）,动物 动物病毒（animal viruses）,人类和脊椎动物病毒,昆虫病毒,四、病毒的培养和纯化,第一节 概述,同微生物学其他学科分支一样，病毒学的进步完全得益于 研究方法和技术手段的发展。,通过病毒的分离与纯化获得纯化的、有感染性的病毒制备物 是病毒学研究和实践的基本技术。,1、病毒的培养,病毒的培养：二元培养物法,四、病毒的培养和纯化,1、病毒的培养,噬菌体,细菌培养物,培养液,营养琼脂平板,细菌培养液变清亮,细菌平板成为残迹平板,若是噬菌体标本经过适当稀

8、释再接种细菌平板， 经过一定时间培养，在细菌菌苔上可形成圆形局 部透明区域，即噬菌斑（plague）。 如同对细菌计数一样，形成的噬菌斑也可用于对 噬菌体的数目进行估算。,四、病毒的培养和纯化,1、病毒的培养,动物病毒,实验动物,鸡胚,多种细胞培养,四、病毒的培养和纯化,1、病毒的培养,若标本经过适当稀释进行接 种并辅以染色处理，病毒可 在培养的细胞单层上形成肉 眼可见的局部病损区域，即 蚀斑（plaque）或称空斑。,大多数动物病毒感染敏感细胞 培养能引起其显微表现的改变 ，即产生致细胞病变效应 （cytopathic effect,CPE），例如 细胞聚集成团、肿大、圆缩、脱落，细胞融合形

9、成多核细胞，细胞内出现包涵体（inclusion body），乃至细胞裂解。,四、病毒的培养和纯化,1、病毒的培养,植物病毒,敏感植物叶片,产生坏死斑，或称枯斑,蛋白质提纯方法 （盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等）,四、病毒的培养和纯化,2、 病毒纯化,标准,纯化的病毒制备物应保持其感染性,病毒是有感染性的生物体,病毒具有化学大分子的属性,纯化的病毒制备物的理化性质应具有均一性,方法,主要化学组成为蛋白质,具有一定的大小、形状和密度,差速离心,梯度离心 （超速离心）,第二节 病毒的性质,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

10、具有细胞内的繁殖性基因 形式的独特生物类群。,病毒粒（Viron）：,一团能够自主复制的遗传物质,保护遗传物质免遭环境破坏，并作为将遗传物质从一个宿主细胞传递给另一个宿主细胞的载体。,蛋白质外壳,包膜,又称病毒颗粒、毒粒等。专指成熟的、结构完整的、有感染性的单个病毒。是病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式。,第二节 病毒的性质,一、病毒的形态结构,1. 病毒的大小和形状,个体小，必需在电镜下观察(20-200nm)；,不同病毒的毒粒大小差别很大(17400)；,毒粒的形状大致可分球形颗粒(或称拟球形颗粒)、杆状颗粒和复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）等少数几类。,采用各种电镜技术观察毒粒的形

11、态结构,Orf virus：口疮病毒(接触性脓疱皮炎病毒)（负染技术）,Ebola virus ：埃博拉病毒（正染技术）,Vaccinia virus 痘苗病毒 （投影技术）,各种毒粒的大小、形态差异很大,烟草花叶病毒,细菌M13噬菌体,细菌T4噬菌体,大肠杆菌,细菌f2、MS2噬菌体,脊髓灰质炎病毒,牛痘病毒,腺病毒,衣原体,人血红细胞,第二节 病毒的性质,一、病毒的形态结构,2. 病毒的壳体结构,壳体或衣壳（capsid）：,包围着病毒核酸的蛋白质外壳，由蛋白质亚基按对称的形式、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 双对称（复合对称）结构,

12、衣壳粒(Capsome/Capsomer),病毒长什么样子？,病毒的基本结构,衣壳（蛋白质外壳）,核心（核酸）,DNA：DNA病毒 (如天花病毒、腺病毒等),RNA：RNA病毒 (如HIV、脊髓灰质炎病毒等),只含有其中一种核酸,核衣壳,1. 典型病毒粒的构造,对称体制,螺旋对称,二十面体对称,复合对称,无包膜,有包膜,杆状：烟草花叶病毒（TMV）等,丝状：大肠杆菌的f1、fd、M13等,卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等,弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等,无包膜,有包膜：疱疹病毒,大型：腺病毒等,小型：脊髓灰质炎病毒， X174噬菌体等,无包膜：大肠杆菌的T偶数噬菌体（蝌蚪状）等,有包膜：痘病

13、毒（砖块状）,2. 病毒粒的对称体制,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。,二十面体对称壳体： 蛋白质亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。,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，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedral symmetry）结构。,有12个角、20个面、30条棱。 衣壳由252个衣壳粒组成，包括,核心是由36500bp（碱基对）的线状双链DNA（dsDNA）构成。,六邻体（hexon）的衣壳粒240个（均匀分布在20个

14、面上）； 五邻体（penton）的衣壳粒12个（分布在12个顶角上）；每个五邻体上突出一根末端带有顶球的蛋白纤维，称为刺突（spike）。,具有双对称结构的典型例子是有尾噬菌体（tailed phage）,其壳体由头部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。,双对称结构：,第二节 病毒的性质,一、病毒的形态结构,3. 病毒的包膜结构,病毒的蛋白质壳体和病毒核酸（核心）构成的复合物。,核衣壳（nucleocapsid）：,仅由核衣壳构成的病毒颗粒,裸露毒粒（naked virion）：,如烟草花叶病毒、脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）等一些简单的病毒的毒粒。,包

15、膜（envelope）：,（有些）病毒核衣壳外包裹着的一层脂蛋白膜。它是病毒以出芽（budding）方式成熟时，由细胞膜衍生而来的。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。,有包膜的病毒,一、病毒的形态结构,3、 病毒的包膜结构,一、毒粒的形态结构,3、 病毒的包膜结构,病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是脂双层膜。 在包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。 刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。,第二节 病毒的性质,一、病毒的形态结构,4. 毒粒的结构类型,四种主要结构类型,裸露的二十面体毒粒 裸露的螺旋毒粒 有包膜的

16、二十面体毒粒 有包膜的螺旋毒粒,有些病毒，如有尾噬菌体、痘病毒等结构更为复杂，不能包括在这些结构类型之内。,不同病毒的毒粒结构复杂程度有很大的区别,裸露的二十面体毒粒,有包膜的二十面体毒粒,裸露的螺旋毒粒,有包膜的螺旋毒粒,complex viruses,Vaccinia virus 痘苗病毒 在病毒中体积最大，在光学显微镜下勉强可见。,有尾噬菌体,第二节 毒粒的性质,二、病毒的化学组成,毒粒 （化学组成）,核酸 蛋白质 脂类 碳水化合物 其它组成,基本化学组成,病毒颗粒在化学上表现为核蛋白,二、毒粒的化学组成,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

17、,病毒核酸,单链DNA（ss DNA） 双链DNA（ds DNA） 单链RNA（ss RNA） 双链RNA（ds RNA）,二、毒粒的化学组成,1、 病毒的核酸,单链病毒核酸可按照它的极性（polarity）或意义（sense）进行分类。,有某些病毒的RNA是双意（ambisense），即部分为正极性、部分为负极性。,二、毒粒的化学组成,1、 病毒的核酸,不同病毒的核酸均可能具有各自不同的结构特征,动物病毒以线状的dsDNA和ssRNA为多，植物病毒以线状ssRNA为主，噬菌体以线状的dsDNA居多。,二、毒粒的化学组成,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

18、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病毒颗粒所必需的蛋白质,壳体蛋白； 包膜蛋白； 存在于毒粒中的酶；,2、病毒的蛋白质,二、毒粒的化学组成,2、病毒的蛋白质,病毒结构蛋白的主要生理功能：,1）构成蛋白质外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其它理化 因子的破坏；,2）决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在的受体具 特异性亲和力，促使病毒粒子的吸附和入侵；,3）决定病毒的抗原性，能刺激机体产生相应的抗体；,4）构成病毒酶，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

19、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。,二、毒粒的化学组成,3、病毒的脂类,有包膜病毒：包膜中脂类化合物 来自细胞,磷脂 5060%,胆固醇,具有宿主细胞特异性,注：少数无包膜病毒的毒粒中也发现有脂类的存在,具感染性的毒粒消失,第三节 病毒的复制,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,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；,繁殖过程：,第三节 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，

20、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),一、病毒的复制周期,复制周期（replicative circle）或称复制循环：,自病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从感染细胞释放到细胞 外的病毒复制过程。, 吸附； 侵入； 脱壳； 病毒大分子的合成，包括病毒基因组的表达与复制； 装配与释放；,第三节 病毒的复制,第三节 病毒的复制,二、病毒感染的起始,1. 吸附,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，

21、不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段,二、病毒感染的起始,1. 吸附,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德华力。,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。,二、病毒感染的起始,分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体,1. 吸附,二、病毒感染的起始,动物宿主细胞及细菌表面病毒受体的存在可 通过生化、遗传等实验证明， 但至今仍未发现植物病毒的细胞受体存在。,1. 吸附,吸附作用受许多内外因素的影响,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

22、胞所能吸附的相应噬菌体的数量，就称感染复数（m.o.i，multiplicity of infection）。,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。,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。,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。,pH值 在中性时有利于吸附， 在pH5和pH10时不易吸附。,二、病毒感染的起始,定义：又称病毒内化，是一个病毒吸附后几乎立即发生的

23、、依赖于能量的感染步骤。,机制：不同的病毒-宿主系统的病毒侵入机制不同,2. 侵入,二、病毒感染的起始,有尾噬菌体：,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；,吸附,尾钉固着,尾鞘收缩,尾管穿入,DNA注入,如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多 小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现 象称为自外裂解（lysis from without）。,尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔；,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；,2. 侵入,二、病毒感染的起始,动物病毒：, 裸露病毒穿过细胞膜的移位方式；, 毒粒包膜与细

24、胞质 膜的融合；,2. 侵入, 细胞的内吞功能；,二、病毒感染的起始,植物病毒：,2. 侵入,通过因人为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，主要靠是有吮吸式口器的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（movement protein）与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞。,二、病毒感染的起始,定义：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。,T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的,动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式， 其脱壳过程也较复杂。,病毒的毒粒消失，失去原有的感染性

25、。,脱壳是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件,3. 脱壳,二、病毒感染的起始,3. 脱壳,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。,4. 增殖,第三节 病毒的复制,三、病毒大分子的合成,早期（early, immediate early）,次早期（delayed early）,晚期（late）,三、病毒大分子的合成,病毒生物合成的第一步 是病毒mRNA的合成,病毒复制所需要的病毒 特异性酶蛋白及蛋白质 外壳的合成,（5种核酸，6条途径）,第三节 病毒的复制,四

26、、病毒的装配与释放,又称成熟(maturation)或形态发生(morphogenesis) 新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒的过程,5. 装配,T4噬菌体的装配是一个极 为复杂的自我装配的过程,四、病毒的装配与释放,烟草花叶病毒的装配： RNA穿过螺旋的中心孔并在生长端形成 一个可移动的环。,成熟的子代病毒颗粒依一定途径释放到细胞外的过程,病毒的释放标志病毒复制周期结束,6. 裂解（释放）,大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放,四、病毒的装配与释放,四、病毒的装配与释放,丝（杆）噬菌体（如M13或fd）不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式 不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装。,注意一

27、点：病毒的装配与释放有时是同步进行的,四、病毒的装配与释放,有包膜病毒的装配与释放有时 也是同时完成的,四、病毒的装配与释放,有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核芽出 或细胞质膜芽出的过程中裹上包膜而形成 包膜病毒,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,脱壳,第三节 病毒的复制,五、一步生长曲线（one step growth curve）,1939年，Max Delbruck & Emory Ellis：,E. coli / bacteriopage,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（

28、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；,该实验标志着分子病毒学、分子生物学和分子遗传学的建立 Max Delbruck因此荣获1969年Nobel Prize,以适量的病毒接种于标准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附后，离心除去未吸附的病毒，或以抗病毒抗血清处理病毒细胞培养物以建立同步感染，然后继续培养并定时取样测定培养物中的病毒效价，并以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵

29、坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线，即一步生长曲线。,效价：每毫升试样中所含有的具有侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位数。,成斑率：同一样品根据噬菌斑计算出来的效价与用电镜计算出来的效价之比。,五、一步生长曲线,The total number of complete virions,The total number of free virions,噬菌体复制（繁殖）的三个阶段： 1. 潜伏期：从病毒核酸浸入宿主细胞后至第一个成熟病毒粒子形成前的一段时间 2. 裂解期：宿主细胞迅速裂解，细胞外（溶液中）病毒粒子急剧增多的一段时间 3. 平稳期：感染后的宿主细胞已全部裂解，溶液中病毒数量达到

30、最高时的一段时间,裂解量：每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目。其值等于潜伏期受染细胞的数目除稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。,五、一步生长曲线,一步生长曲线是研究病毒复制的一个经典试验，最初是为研究噬菌体的复制而建立，以后推广到动物病毒和植物病毒的复制研究中。,不同病毒的潜伏期长短不同，噬菌体以分钟计，动物病毒和植物病毒以小时或天计。,潜伏期,噬菌体的裂解量一般为几十到上百个，植物病毒和动物病毒可达数百乃至上万个。,裂解量,五、一步生长曲线,在潜伏期的前一段，受染细胞内检测不到感染 性病毒，后一阶段，感染性病毒在受染细胞内 的数量急剧增

31、加。 自病毒在受染细胞内消失到细胞内出现新的感 染性病毒的时间为隐蔽期。,隐蔽期病毒在细胞内存在的动力学曲线呈线性函数，而非指数关系，从而证明子代病毒颗粒是由新合成的病毒基因组与蛋白质经装配成熟。,不同病毒的隐蔽期长短不同， 例如，DNA动物病毒的隐蔽期为520小时， RNA动物病毒为210小时。,第三节 病毒的复制,六、溶源性,烈性噬菌体(Virulent phage),凡在短时间内能连续完成病毒复制的五个阶段而实现其繁殖的噬菌体,温和噬菌体(Temperate phage),裂解性周期(Lytic cycle),溶源性周期(Lysogenic cycle),感染宿主细胞后能在细胞内正常复制

32、并最终杀死细胞，形成裂解循环（lytic cycle）。,感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生。,六、溶源性,温和噬菌体的溶源性反应：,温和噬菌体感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生。,这一现象称做溶源性（lysogeny）现象,在大多数情况下，温和噬菌体的基因组都整合于宿主染色体中（如噬菌体），亦有少数是以质粒形成存在（如P1噬菌体）。,第三节 病毒的复制,温和噬菌体的溶源性反应：,整合于细菌染色体或以质粒形式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

33、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（lysogenic bacteria）,溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，进入裂解循环,六、溶源性,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,六、溶源性,溶源性感染对细胞的影响：,被温和噬菌体感染后形成的溶源性细菌具有“免疫性”，即其它同类噬菌体 虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致溶源性细菌裂解。 免疫性是由原噬菌体产生的阻遏蛋白的可扩散性质所决定的。,溶源性细菌有时还能获得一些新的生理特性，

34、例如白喉杆菌只有在含有特定 类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病。 原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括 溶源菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源转变 (lysogenic conversion)。,溶源菌中的温和噬菌体基因组通常不影响细胞的繁殖功能 ，但它们可能引起其他的细胞变化。,(1)免疫性,(2)溶源转变,六、溶源性,第四节 亚病毒,定义：凡在核酸和蛋白质两种成分中只含其中之一的分子病原体。,种类：,类病毒(Viroid),拟病毒(Virusoid),朊病毒(Prion),(Ruan),一、类病毒（Viroid）,类病毒（viroid）是一类只

35、含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病原体。,目前只在植物体中发现，所含核酸为 裸露的环状ssRNA， 其二级结构象一段末端封闭的短dsRNA分子。,1971年在美国工作的瑞士学者T. O. Diener在马铃薯纺锤形块茎病（potatospindletuberdisease，PSTD）中发现一条比一般病毒分子更小的10S的区带，他称它为 马铃薯纺锤形块茎病类病毒 （potatospindletuberviroid，PSTV），它可使马铃薯减产2070。,类病毒的发现，是生命科学中的一个重大事件。,对生物学家来说，类病毒的发现为他们探索生命起源提供了一个新的低层次上的好对象；,对分子生物

36、学家来说，类病毒是研究最重要生物大分子的结构与功能的绝好材料；,对病理学家来说，类病毒的发现，为他们揭开人类和动、植物的各种传染性疑难杂症的病因带来了新的希望；,对哲学家来说，类病毒的发现，为他们长期以来有关生命本质的认识将带来革命性的影响。,拟病毒（virusoids）又称类类病毒（viroid-like）、壳内类病毒或病毒卫星（satellite），是指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。,拟病毒极其微小，一般仅由裸露的RNA（300400个核苷酸）或DNA所组成。,二、拟病毒（Virusoid）,被拟病毒“寄生”的真病毒又称辅助病毒 （helper virus），拟病毒则成了它的“卫星

37、”。,拟病毒的复制必须依赖辅助病毒的协助，同时，拟病毒也可干扰辅助病毒的复制和减轻其对宿主的病害，这可用于生物防治中。,拟病毒首次于1981年在绒毛烟（Nicotiana velutina）的斑驳病毒（velvet tobacco mottle virus，VTMoV）中分离到。 VTMoV是一种二十面体病毒，其核心中含有大分子线状ssRNA（RNA-1）、环状ssRNA（RNA-2）和线状ssRNA（RNA-3）,后两者为拟病毒。实验证明，只有当RNA-1（辅助病毒）与RNA-2或RNA-3（拟病毒）合在一起时才能感染宿主。,植物病毒中的拟病毒 Eg.苜蓿暂时性条斑病毒（LTSV）、 莨菪斑

38、驳病毒（SNMV）、 地下三叶草斑驳病毒（SCMoV）。,动物病毒中的拟病毒 Eg.丁型肝炎病毒（hepatitis D virus）, 它的宿主是乙型肝炎病毒（HBV）,有助于探索核酸的结构与功能。,拟病毒是一种低分子量的侵染性核酸分子，因而易于进行细致的化学组分和结构分析；通过拟病毒与类病毒的结构与功能的比较，对核酸的结构与功能可能会得到更深入的了解。,有助于探索拟病毒与辅助病毒（RNA-1）间的相互关系。,拟病毒必须依靠辅助病毒的存在才能复制，而辅助病毒的复制却不需要拟病毒的存在。拟病毒的存在可以影响辅助病毒的产量和改变辅助病毒在宿主上的症状及反应的程度。,利用拟病毒这类低分子RNA来组

39、建新的弱毒疫苗。,拟病毒又可称类类病毒，它与普通类病毒的差异在于它的侵染对象不是高等植物或动物，而是小小的植物病毒。根据拟病毒的存在可影响辅助病毒的产量和改变辅助病毒在宿主上的症状和反应程度的原理，有可能用它来人工组建具有防病功能的弱化疫苗。,对拟病毒的深入研究，也有助于进一步探索病毒的本质和生命起源等重大生物学理论问题。,拟病毒的研究的意义,三、朊病毒（Prion）,朊病毒（prion，virino）又称“普列昂”或蛋白质侵染因子（prion，是protein infection的缩写），是一类不含核酸的传染性蛋白质分子，因能引起宿主体内现成同类蛋白质分子发生与其相似构象变化，从而可使宿主致

40、病。,link1,人的库鲁病(kuru)、 克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等,羊搔痒症(scrapie),牛海绵状脑病 (spongiformencephalopathy),朊病毒是一类小型蛋白质颗粒，约由250个氨基酸组成，大小仅为最小病毒的1，而且毒性很强。,朊病毒与真病毒的主要区别 呈淀粉样颗粒状 无免疫原性 无核酸成分 由宿主细胞内的基因编码 抗逆性强，能耐杀菌剂（甲醛） 和高温（经120130处理4h后仍具感染性）,朊病毒的发病机制,正常的蛋白质：PrP c 异常的蛋白质：PrP sc,存在于宿主细胞内的一些正常形式的细胞朊蛋白（PrPc）受

41、到致病朊蛋白（PrPsc）的影响而发生相应的构象变化，发生了错误的折叠后变成了PrPsc，从而使宿主致病。,PrPc和PrPsc均来源于宿主中同一编码基因，并具有相同的氨基酸序列，所不同的是二者空间三维结构。,对 PrP c 和PrP sc 两种蛋白质做结构分析。 都是由相同的208 个氨基酸残基组成的疏 水性很强糖蛋白。,PrP sc 的入侵，把 脑细胞中原来就有 的 PrP c “带坏”,正常：PrP c 异常： PrP sc,PrP c 和 PrP sc 在高级 结构上有巨大差别,脑组织样品中的淀粉样蛋白斑,免疫荧光技术观察到的病原粒子,第五节 病毒与实践,病毒与实践的关系极其密切。 由病毒引起的宿主病害既可使人类健康、畜牧业、栽培业和发酵工业等带来不利的影响，又可利用它们进行生物防治； 利用病毒进行疫苗生产和作遗传工程中的外源基因载体，直接或间接地为人类创造出巨大的经济效益、社会效益和生态效益。,一、噬菌体与发酵工业,噬菌体由于其独特的生物学特性，在人类的生产实践和理论研究中都很有价值。,1.用于鉴定未知细菌,噬菌体对宿主具有高度专一性，可用于细菌菌种的分类鉴定，可用于临床诊断和流行病学调查。,2.用于临床治疗,噬菌体制剂,3.植物病原菌,噬菌