第四章 病毒和亞病毒 第一節(jié) 病毒（1）

1、微生物學浙江工業(yè)大學生物技術系裘娟萍裘娟萍 鐘衛(wèi)鴻鐘衛(wèi)鴻 邱樂泉邱樂泉 汪琨汪琨病毒和亞病毒病毒和亞病毒 第一節(jié)第一節(jié) 病毒病毒 病毒（病毒（Virus）是在是在19世紀末才被世紀末才被發(fā)現的一類微小病原體。發(fā)現的一類微小病原體。一、病毒的發(fā)現和研究歷史一、病毒的發(fā)現和研究歷史 早在早在1566年就有了關于瘋狗咬人致病，年就有了關于瘋狗咬人致病，即即狂犬病狂犬病的記載并發(fā)現它能夠傳染給其它許的記載并發(fā)現它能夠傳染給其它許多動物。多動物。 另一種病毒病另一種病毒病軟疣軟疣的報告，這張的報告，這張1841年年的手繪圖就是一個證據。的手繪圖就是一個證據。 第一個記載的植物病毒病當屬第一個記載的植物病

2、毒病當屬郁金香郁金香碎色花病碎色花病，至今荷蘭阿姆斯特丹的博物館，至今荷蘭阿姆斯特丹的博物館還保存著一張還保存著一張1619年荷蘭畫家的一幅得病的年荷蘭畫家的一幅得病的郁金香靜物畫。郁金香靜物畫。 一枚得病的郁金香球莖竟能一枚得病的郁金香球莖竟能換來換來一頭牛一頭牛、一頭豬或羊一頭豬或羊，甚至，甚至成噸的成噸的谷物谷物或上千磅的或上千磅的奶酪奶酪。 1886年，年，A. Mayer 發(fā)現具有傳染性的發(fā)現具有傳染性的煙草花葉病煙草花葉病1892年，年，D. Ivanovsky煙草花葉病病原體能通過細菌濾器：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一種能通過細菌濾器的”細菌毒素細菌毒

3、素”或或極小的細菌極小的細菌1898年，年，M W M W BeijerinckBeijerinck對煙草花葉病病原體的研究結果：對煙草花葉病病原體的研究結果：t 能通過細菌濾器；能通過細菌濾器；t 可被乙醇沉淀而不失去其感染性，可被乙醇沉淀而不失去其感染性，t 能在瓊脂凝膠中擴散；能在瓊脂凝膠中擴散；t 用培養(yǎng)細菌的方法不能被培養(yǎng)出來，推測只能在植物活細胞中生活；用培養(yǎng)細菌的方法不能被培養(yǎng)出來，推測只能在植物活細胞中生活； 一百多年以來，煙草花葉病毒在病毒學發(fā)展史一百多年以來，煙草花葉病毒在病毒學發(fā)展史乃至遺傳學、生物化學以及當代基因工程中起到了乃至遺傳學、生物化學以及當代基因工程中起到了里

4、程碑里程碑的作用。的作用。極大地豐富了現代生物學極大地豐富了現代生物學（微生物學、分子生物學、（微生物學、分子生物學、分子遺傳學）分子遺傳學）的理論與技術；的理論與技術；病毒學病毒學（virulogy） 研究病毒（研究病毒（virus）的本質及其與宿主的相互作的本質及其與宿主的相互作用的科學，是微生物學的重要分支學科。用的科學，是微生物學的重要分支學科。有效地控制和消滅人及有益生物的病毒病害；有效地控制和消滅人及有益生物的病毒病害；利用病毒對有害生物、特別是害蟲進行生物防治；利用病毒對有害生物、特別是害蟲進行生物防治；發(fā)展以基因工程為中心的生物高新技術產業(yè)；發(fā)展以基因工程為中心的生物高新技術產

5、業(yè)；真病毒（真病毒（EuvirusEuvirus）非非細細胞胞生生物物至少含有核酸和蛋白質兩種組分。至少含有核酸和蛋白質兩種組分。亞病毒（亞病毒（subvirussubvirus）類病毒：只含具有獨立侵染性的類病毒：只含具有獨立侵染性的RNARNA組分組分擬病毒：只含不具獨立侵染性的擬病毒：只含不具獨立侵染性的RNARNA組分組分朊病毒：只含單一蛋白質組分朊病毒：只含單一蛋白質組分二、病毒的特點和定義二、病毒的特點和定義1. 特特 點點1）不具有細胞結構，具有一般化學大分子的特征。）不具有細胞結構，具有一般化學大分子的特征。Eg. 一些簡單的病毒僅由核酸和蛋白質外殼（一些簡單的病毒僅由核酸和蛋

6、白質外殼（coat）構成，故可把它們視為核蛋白分子。構成，故可把它們視為核蛋白分子。2）一種病毒的毒粒內只含有一種核酸，）一種病毒的毒粒內只含有一種核酸，DNA或者或者RNA。朊病毒甚至僅由蛋白質構成朊病毒甚至僅由蛋白質構成3）大部分病毒沒有酶或酶系極不完全，不含催化能量）大部分病毒沒有酶或酶系極不完全，不含催化能量代謝的酶，不能進行獨立的代謝作用。代謝的酶，不能進行獨立的代謝作用。4）嚴格的活細胞內寄生，沒有自身的核糖體，沒有個）嚴格的活細胞內寄生，沒有自身的核糖體，沒有個體生長，也不進行二均分裂，必須依賴宿主細胞進行自體生長，也不進行二均分裂，必須依賴宿主細胞進行自身的核酸復制，形成子代。

7、身的核酸復制，形成子代。 病毒感染敏感宿主細胞后，病毒核酸進入細胞，通過病毒感染敏感宿主細胞后，病毒核酸進入細胞，通過其復制與表達產生子代病毒基因組和新的蛋白質，然后由其復制與表達產生子代病毒基因組和新的蛋白質，然后由這些新合成的病毒組分裝配（這些新合成的病毒組分裝配（assembly）成成子代毒粒子代毒粒，并以一定方式釋放到細胞外。病毒的這種特殊繁殖方式稱并以一定方式釋放到細胞外。病毒的這種特殊繁殖方式稱做做復制復制（replication）。）。5）個體微小，在電子顯微鏡下才能看見。）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。）對大多數抗生素不敏感，對干擾素

8、敏感。例如利福平可抑制痘病毒復制例如利福平可抑制痘病毒復制7）在離體條件下，能以無生命的生物大分子狀態(tài)存）在離體條件下，能以無生命的生物大分子狀態(tài)存在，并可長期保持其侵染活力。在，并可長期保持其侵染活力。8）有些病毒的核酸還能整合到宿主的基因組中，）有些病毒的核酸還能整合到宿主的基因組中，并誘發(fā)潛伏性感染。并誘發(fā)潛伏性感染。病毒（病毒（virus)virus)是一類由核酸和蛋白質等少數幾種是一類由核酸和蛋白質等少數幾種成分組成的超顯微成分組成的超顯微“非細胞生物非細胞生物”，其本質是，其本質是一種只含一種只含DNADNA和和RNARNA的遺傳因子。的遺傳因子。超顯微的什么是病毒？沒有細胞結構的

9、專性活細胞內寄生2. 定定 義義感染態(tài)感染態(tài)：活細胞內專性寄生（宿主體內）：活細胞內專性寄生（宿主體內）非感染態(tài)非感染態(tài)：以無生命的生物大分子狀態(tài)長期：以無生命的生物大分子狀態(tài)長期 存在，并可保持其侵染活性。存在，并可保持其侵染活性。 （離體條件下）（離體條件下）病病毒毒的的兩兩種種存存在在狀狀態(tài)態(tài)病毒幾乎可以感染所有的細胞生物，并具有宿主特異性病毒幾乎可以感染所有的細胞生物，并具有宿主特異性噬菌體（噬菌體（phage）植物病毒（植物病毒（plant viruses）動物病毒（動物病毒（animal viruses）三、病毒的宿主范圍三、病毒的宿主范圍四、病毒的形態(tài)結構和大小四、病毒的形態(tài)結構

10、和大小 （一）（一） 病毒的大小病毒的大小 絕大多數的病毒都是能通過細菌過濾器的微小顆絕大多數的病毒都是能通過細菌過濾器的微小顆粒，直徑在粒，直徑在20200nm的范圍內，必須在電鏡下觀察。的范圍內，必須在電鏡下觀察。最大病毒最大病毒d=200nm的牛痘苗病毒（的牛痘苗病毒（smallpox）；）；最小病毒之一最小病毒之一d=28nm的脊髓灰質炎病毒（的脊髓灰質炎病毒（polio virus）；）； 病毒是一類非細胞生物，故稱之為病毒是一類非細胞生物，故稱之為病毒粒病毒粒或或病毒體病毒體（virion），），有時也稱有時也稱病毒顆粒病毒顆?；蚧虿《玖Ｗ硬《玖Ｗ樱╲irus particle），

11、），專指成熟的、結構完整的和有感染性的單專指成熟的、結構完整的和有感染性的單個病毒。個病毒。（二）（二） 病毒的形態(tài)結構病毒的形態(tài)結構球形顆粒球形顆粒(或稱擬球形顆?；蚍Q擬球形顆粒)桿狀顆粒桿狀顆粒復雜形狀顆粒（如蝌蚪狀，卵形）復雜形狀顆粒（如蝌蚪狀，卵形）毒毒粒粒的的形形狀狀采用各種電鏡技術觀察病毒粒的形態(tài)結構采用各種電鏡技術觀察病毒粒的形態(tài)結構Orf virus：口瘡病毒口瘡病毒(接觸性膿皰皮炎病毒接觸性膿皰皮炎病毒)（負染技術）負染技術）Ebola virus ：埃博埃博拉病毒（正染技術）拉病毒（正染技術）Vaccinia virus 痘苗病毒痘苗病毒（投影技術）（投影技術）各種毒粒的大

12、小、形態(tài)差異很大各種毒粒的大小、形態(tài)差異很大煙草花葉病毒煙草花葉病毒細菌細菌M13噬菌體噬菌體細菌細菌T4噬菌體噬菌體大腸桿菌大腸桿菌細菌細菌f2、MS2噬菌體噬菌體脊髓灰質炎病毒脊髓灰質炎病毒牛痘病毒牛痘病毒腺病毒腺病毒衣原體衣原體人血紅細胞人血紅細胞病毒長什么樣子？病毒的基本結構衣殼（蛋白質外殼）核心（核酸）DNA：DNA病毒(如天花病毒、腺病毒等)RNA：RNA病毒(如HIV、脊髓灰質炎病毒等)只含有其中一種核酸核衣殼1. 典型病毒粒的構造典型病毒粒的構造核心（核心（core）或基因組或基因組（genome）位于病毒中心的核酸。位于病毒中心的核酸。衣殼（衣殼（capsid）：包圍在核心包

13、圍在核心周圍的蛋白質，由蛋白質亞基周圍的蛋白質，由蛋白質亞基按對稱的形式、有規(guī)律地排列按對稱的形式、有規(guī)律地排列而成，是病毒粒的主要支架結而成，是病毒粒的主要支架結構和抗原成分，有保護核酸等構和抗原成分，有保護核酸等作用。由許多在電鏡下可辨別作用。由許多在電鏡下可辨別的形態(tài)學亞單位的形態(tài)學亞單位衣殼粒衣殼粒（capsomere 或或 capsomer）所所構成。構成。有些較復雜的病毒（一般為有些較復雜的病毒（一般為動物病毒，如流感病毒、皰動物病毒，如流感病毒、皰疹病毒、狂犬病毒、水泡性疹病毒、狂犬病毒、水泡性口膜炎病毒、以及小麥叢矮口膜炎病毒、以及小麥叢矮病毒等），其核衣殼外還被病毒等），其核

14、衣殼外還被一層含蛋白質或糖蛋白的類一層含蛋白質或糖蛋白的類脂雙層膜覆蓋著，這層膜稱脂雙層膜覆蓋著，這層膜稱為為包膜（囊膜，包膜（囊膜，envelope）。囊膜上還長有很多管狀突囊膜上還長有很多管狀突起物起物刺突（刺突（spike）等等附屬物。附屬物。對對稱稱體體制制螺旋對稱螺旋對稱二十面體對稱二十面體對稱復合對稱復合對稱有包膜有包膜無包膜無包膜桿狀：煙草花葉病毒（桿狀：煙草花葉病毒（TMV）等等絲狀：大腸桿菌的絲狀：大腸桿菌的f1、fd、M13等等卷曲狀：正粘病毒（流感病毒）等卷曲狀：正粘病毒（流感病毒）等彈狀：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等彈狀：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等無包膜無包膜有包膜：

15、有包膜：皰疹病毒皰疹病毒大型：腺病毒等大型：腺病毒等小型：脊髓灰質炎病毒，小型：脊髓灰質炎病毒， X174噬菌體等噬菌體等無包膜：無包膜：大腸桿菌的大腸桿菌的T偶數噬菌體（蝌蚪狀）等偶數噬菌體（蝌蚪狀）等有包膜：有包膜：痘病毒（磚塊狀）痘病毒（磚塊狀）2. 病毒粒的對稱體制病毒粒的對稱體制 病毒粒大量聚集并使宿主細胞發(fā)生病變時，就病毒粒大量聚集并使宿主細胞發(fā)生病變時，就形成了具有一定形態(tài)、構造并能用光鏡加以觀察和形成了具有一定形態(tài)、構造并能用光鏡加以觀察和識別的特殊識別的特殊“群體群體”，稱之為，稱之為包涵體包涵體（inclusion body） 。3. 病毒的群體形態(tài)病毒的群體形態(tài)（1 1）

16、包涵體（）包涵體（inclusion bodyinclusion body） 也有在細胞質和細胞核內都存在的類型。也有在細胞質和細胞核內都存在的類型。包包涵涵體體多數位于細胞質內，具嗜酸性；多數位于細胞質內，具嗜酸性；少數位于細胞核內，具嗜堿性；少數位于細胞核內，具嗜堿性；包包涵涵體體的的類類型型是病毒的聚集體是病毒的聚集體是病毒蛋白和與病毒感染有關的蛋白是病毒蛋白和與病毒感染有關的蛋白非病毒性包涵體非病毒性包涵體大多數由動物病毒引起的包涵體，大多數由動物病毒引起的包涵體，是病毒的合成部位。是病毒的合成部位。病病毒毒包包涵涵體體的的應應用用用于病毒病的診斷用于病毒病的診斷用于生物防治用于生物防

17、治（2 2）噬菌斑（）噬菌斑（plaqueplaque） 將少量的噬菌體與大量的宿主細胞的混合液與將少量的噬菌體與大量的宿主細胞的混合液與45左右的瓊脂培養(yǎng)基在培養(yǎng)皿中充分混勻，鋪平后左右的瓊脂培養(yǎng)基在培養(yǎng)皿中充分混勻，鋪平后培養(yǎng)培養(yǎng)10小時左右，肉眼可見一個個透亮不長菌的小圓小時左右，肉眼可見一個個透亮不長菌的小圓斑，即為斑，即為噬菌斑噬菌斑（plaque），），是由噬菌體在菌苔上是由噬菌體在菌苔上形成的形成的“負菌落負菌落”。（3 3）空斑）空斑（plaque） 由動物病毒在宿主單層細胞培養(yǎng)物上形成一由動物病毒在宿主單層細胞培養(yǎng)物上形成一個與噬菌斑類似的肉眼可見的局部病損區(qū)域，稱個與噬菌斑

18、類似的肉眼可見的局部病損區(qū)域，稱之為之為蝕斑蝕斑或稱或稱空斑空斑（plaque）。）。 Dulbecco和和Vogt于于1953年發(fā)明了單層動物細年發(fā)明了單層動物細胞上的病毒空斑計數法，可進行有活性的動物病胞上的病毒空斑計數法，可進行有活性的動物病毒粒子的計數。毒粒子的計數。 由植物病毒在植物葉片上形成的局部壞死由植物病毒在植物葉片上形成的局部壞死斑，稱之為斑，稱之為枯斑枯斑（lesion，病斑）。病斑）。（4 4）枯斑）枯斑（ lesion ）（三）（三） 噬菌體的形態(tài)噬菌體的形態(tài)噬菌體的六種主要形態(tài)噬菌體的六種主要形態(tài)A型型dsDNA蝌蚪狀蝌蚪狀收縮性尾收縮性尾B型型dsDNA蝌蚪狀蝌蚪狀

19、非收縮性長尾非收縮性長尾C型型dsDNA蝌蚪狀蝌蚪狀非收縮性短尾非收縮性短尾D型型ssDNA球狀球狀無尾無尾大頂衣殼粒大頂衣殼粒E型型ssRNA球狀球狀無尾無尾小頂衣殼粒小頂衣殼粒F型型ssDNA絲狀絲狀無頭尾無頭尾五、五、3類典型形態(tài)的病毒及其代表類典型形態(tài)的病毒及其代表1. 螺旋對稱的代表螺旋對稱的代表煙草花葉病毒煙草花葉病毒 煙草花葉病毒煙草花葉病毒簡稱簡稱TMV（tobaco mosaic virus），是一種植物病毒，在病毒學發(fā)展史上有其是一種植物病毒，在病毒學發(fā)展史上有其獨特的地位。它是發(fā)現最早、研究最深入和了解最獨特的地位。它是發(fā)現最早、研究最深入和了解最清楚的一種病毒。清楚的一

20、種病毒。直接影響烤煙的產量和質量直接影響烤煙的產量和質量感病植物癥狀：感病植物癥狀： 花葉、葉片輕度扭曲，花葉、葉片輕度扭曲，當天氣干燥和炎熱的當天氣干燥和炎熱的時候，下部葉容易受到花葉燒傷時候，下部葉容易受到花葉燒傷。早期感病植株。早期感病植株還表同矮化癥狀。還表同矮化癥狀。 由由6390個核苷酸構成，每個核苷酸構成，每3個核苷酸與一個蛋白質亞基相個核苷酸與一個蛋白質亞基相結合結合衣殼含衣殼含2130個皮鞋狀的蛋白亞基個皮鞋狀的蛋白亞基5 ssRNA95衣殼蛋白衣殼蛋白煙草花葉病毒的形態(tài)和結構煙草花葉病毒的形態(tài)和結構2. 二十面體對稱的代表二十面體對稱的代表腺病毒腺病毒 腺病毒腺病毒（Ade

21、novirus）是一類動物病毒，是一類動物病毒，于于1953年首次從手術切除的小兒扁桃體中分離年首次從手術切除的小兒扁桃體中分離到。到。 主要侵染呼吸道、眼結膜和淋巴組織，是急主要侵染呼吸道、眼結膜和淋巴組織，是急性咽炎、咽結膜炎、流行性角膜結膜炎和病毒性性咽炎、咽結膜炎、流行性角膜結膜炎和病毒性肺炎等的病原體。肺炎等的病原體。有有12個角、個角、20個面、個面、30條棱。條棱。衣殼由衣殼由252個個衣殼粒衣殼粒組成，包括組成，包括核心核心是由是由36500bp（堿基對）的堿基對）的線狀雙鏈線狀雙鏈DNA（dsDNA）構成。構成。六鄰體（六鄰體（hexon）的衣殼粒的衣殼粒240個（均勻個（均

22、勻分布在分布在20個面上）；個面上）；五鄰體（五鄰體（penton）的衣殼粒的衣殼粒12個（分布個（分布在在12個頂角上）；每個五鄰體上突出一個頂角上）；每個五鄰體上突出一根末端帶有頂球的蛋白纖維，稱為根末端帶有頂球的蛋白纖維，稱為刺突刺突（spike）。有有12個角、個角、20個面、個面、30條棱。條棱。衣殼由衣殼由252個個衣殼粒衣殼粒組成，包括組成，包括核心核心是由是由36500bp（堿基對）的堿基對）的線狀雙鏈線狀雙鏈DNA（dsDNA）構成。構成。六鄰體（六鄰體（hexon）的衣殼粒的衣殼粒240個（均勻個（均勻分布在分布在20個面上）；個面上）；五鄰體（五鄰體（penton）的衣殼

23、粒的衣殼粒12個（分布個（分布在在12個頂角上）；每個五鄰體上突出一個頂角上）；每個五鄰體上突出一根末端帶有頂球的蛋白纖維，稱為根末端帶有頂球的蛋白纖維，稱為刺突刺突（spike）。有有12個角、個角、20個面、個面、30條棱。條棱。衣殼由衣殼由252個個衣殼粒衣殼粒組成，包括組成，包括核心核心是由是由36500bp（堿基對）的堿基對）的線狀雙鏈線狀雙鏈DNA（dsDNA）構成。構成。六鄰體（六鄰體（hexon）的衣殼粒的衣殼粒240個（均勻個（均勻分布在分布在20個面上）；個面上）；五鄰體（五鄰體（penton）的衣殼粒的衣殼粒12個（分布個（分布在在12個頂角上）；每個五鄰體上突出一個頂角

24、上）；每個五鄰體上突出一根末端帶有頂球的蛋白纖維，稱為根末端帶有頂球的蛋白纖維，稱為刺突刺突（spike）。 腺病毒只能培養(yǎng)在人的組織細胞（腺病毒只能培養(yǎng)在人的組織細胞（羊膜、羊膜、HeLaHeLa或或Hep-2Hep-2細胞株等細胞株等），尤其適合長在），尤其適合長在人胎腎組織細胞人胎腎組織細胞上，并能在宿主的細胞核中進行增殖和裝配，并能使上，并能在宿主的細胞核中進行增殖和裝配，并能使宿主細胞形成包涵體。宿主細胞形成包涵體。3. 復合對稱的代表復合對稱的代表T偶數噬菌體偶數噬菌體 E.coli 的的T偶數偶數（even type）噬菌體噬菌體共有共有3種，即種，即T2、T4和和T6。它們是病

25、毒學和分子遺傳它們是病毒學和分子遺傳學基礎理論研究中的極好材料。學基礎理論研究中的極好材料。T4噬菌體由橢圓形的二十面體頭部、噬菌體由橢圓形的二十面體頭部、頸部和螺旋對稱的尾部三個部分構頸部和螺旋對稱的尾部三個部分構成，是病毒中復合對稱的代表。成，是病毒中復合對稱的代表。頭部內的核心是頭部內的核心是dsDNA頭部與尾部相連處有一構造簡單的頭部與尾部相連處有一構造簡單的頸部，由頸環(huán)和頸須構成。頸部，由頸環(huán)和頸須構成。尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾絲五部分組成。尾絲五部分組成。 T4通過尾絲吸附于宿主通過尾絲吸附于宿主E.coli 表面。吸附后，由于基板受到構表面。

26、吸附后，由于基板受到構象上的刺激，中央孔開口，釋放溶菌酶并水解部分細胞壁，接著尾象上的刺激，中央孔開口，釋放溶菌酶并水解部分細胞壁，接著尾鞘蛋白收縮，把尾管插入宿主細胞中。鞘蛋白收縮，把尾管插入宿主細胞中。六、病毒的核酸六、病毒的核酸 核酸構成了病毒的核酸構成了病毒的基因組（基因組（genome），是病毒是病毒粒中最重要的成分，具有遺傳信息的粒中最重要的成分，具有遺傳信息的載體和傳遞體載體和傳遞體的作用。的作用。是是DNA還是還是RNA；是單鏈（是單鏈（ss，single strand）結構還是雙鏈（結構還是雙鏈（ds，double strand）結構；結構；呈線狀還是環(huán)狀；呈線狀還是環(huán)狀；是閉環(huán)還是缺口環(huán)；是閉環(huán)還是缺口環(huán)；基因組是單分子、雙分子、三分子還是多分子?；蚪M是單分子、雙分子、三分子還是多分子。核酸的堿基（核酸的堿基（b b，basebase）或堿