非細胞結構的超微生物病毒

1、非細胞結構的超微生物病毒第一節(jié)第一節(jié) 病毒的一般特征及其分類病毒的一般特征及其分類n病毒定義病毒定義n病毒是一類超顯微的非細胞生物，每一種病毒只含有一種病毒是一類超顯微的非細胞生物，每一種病毒只含有一種核酸；它們只能在活細胞內(nèi)營專性寄生，靠其宿主代謝系核酸；它們只能在活細胞內(nèi)營專性寄生，靠其宿主代謝系統(tǒng)的協(xié)助來復制核酸、合成蛋白質(zhì)等組分，然后再進行裝統(tǒng)的協(xié)助來復制核酸、合成蛋白質(zhì)等組分，然后再進行裝配得以增殖；在離體條件下，它們能以無生命的化學大分配得以增殖；在離體條件下，它們能以無生命的化學大分子狀態(tài)長期存在并保持其侵染活性。子狀態(tài)長期存在并保持其侵染活性。一、病毒的特點一、病毒的特點n形體

2、極其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察，可通過細菌濾形體極其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察，可通過細菌濾器；器；n沒有細胞構造，故也稱分子生物；沒有細胞構造，故也稱分子生物；n其主要成分僅有核酸和蛋白質(zhì)兩種；其主要成分僅有核酸和蛋白質(zhì)兩種；n每一種病毒只有一種核酸，不是每一種病毒只有一種核酸，不是DNA就是就是RNA；n既無產(chǎn)能酶系也無蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)（核糖體）；既無產(chǎn)能酶系也無蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)（核糖體）；n在宿主細胞協(xié)助下，通過核酸復制和核酸蛋白裝配的形式在宿主細胞協(xié)助下，通過核酸復制和核酸蛋白裝配的形式增殖，不存在個體生長和二分裂法繁殖方式；增殖，不存在個體生長和二分裂法繁殖方式；n在宿主的活

3、細胞內(nèi)營專性寄生；在宿主的活細胞內(nèi)營專性寄生；n離體條件下，以無生命的化學大分子狀態(tài)存在，并可形成結晶；離體條件下，以無生命的化學大分子狀態(tài)存在，并可形成結晶；n經(jīng)提純的病毒結晶能保持侵染力。經(jīng)提純的病毒結晶能保持侵染力。n人類傳染病中，約70-80%屬病毒病，每一種植物至少有一種病毒引起的病害。n引起人類疾病病毒如流行性感冒、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型腦炎、膽囊炎、狂犬病、脊髓灰質(zhì)炎、風濕關節(jié)炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、愛滋病、“非典” 、甲型流感等，也有多種病毒可以致人癌癥。n植物病毒引起植物疾病，煙草花葉病、番茄叢矮病等。n噬菌體寄生在細菌體內(nèi)引起細菌疾病。用藍細菌噬菌體控制水華。n對一

4、般抗生素不敏感，但對干擾素敏感。對一般抗生素不敏感，但對干擾素敏感。n迄今，還未發(fā)現(xiàn)一種藥劑或抗菌素對人、動植物體內(nèi)病毒有效的藥物，也沒有一種藥劑能殺死細胞體內(nèi)的病毒而又不傷害寄主。經(jīng)提純分離在體外的病毒結晶，用不少的藥物都可殺死，但寄主細胞內(nèi)的病毒不敏感。二、病毒的分類二、病毒的分類n國際病毒分類委員會國際病毒分類委員會ICTV將病毒分為將病毒分為3個目，個目，73個科，個科，11個亞科，個亞科，289個屬，個屬，1950個種（個種（2005.7）。）。n根據(jù)專性寄主分類：根據(jù)專性寄主分類：n植物病毒、動物病毒、細菌病毒（噬菌體）、放線菌病毒（噬放植物病毒、動物病毒、細菌病毒（噬菌體）、放線

5、菌病毒（噬放線菌體）、藻類病毒、真菌病毒。線菌體）、藻類病毒、真菌病毒。n根據(jù)核酸分類：根據(jù)核酸分類：nDNA病毒和病毒和RNA病毒。病毒。E. Johnson洛杉磯湖人隊球星，1991年被檢查出為HIV病毒陽性。兩個月時，因兩個月時，因輸血染上艾滋輸血染上艾滋病的男孩。病的男孩。三、類病毒和朊病毒三、類病毒和朊病毒n類病毒類病毒n馬鈴薯紡錘形塊莖病是馬鈴薯紡錘形塊莖病是1922年在美國發(fā)現(xiàn)的，它可使馬鈴薯減年在美國發(fā)現(xiàn)的，它可使馬鈴薯減產(chǎn)產(chǎn)2070。n19671971年在美國工作的瑞士學者年在美國工作的瑞士學者T. O. Diener發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，患患PSTD的塊莖抽提物經(jīng)超離心和凝膠電泳后，

6、出現(xiàn)了一條的塊莖抽提物經(jīng)超離心和凝膠電泳后，出現(xiàn)了一條比一般病毒分子更小的區(qū)帶，而健康的塊莖卻沒有。經(jīng)一系比一般病毒分子更小的區(qū)帶，而健康的塊莖卻沒有。經(jīng)一系列試驗后，證明它是一個沒有衣殼包裹長列試驗后，證明它是一個沒有衣殼包裹長50nm棒狀的棒狀的RNA分子，稱為馬鈴薯紡錘形塊莖病類病毒。分子，稱為馬鈴薯紡錘形塊莖病類病毒。n從此，一類新的病原體從此，一類新的病原體類病毒就被廣泛承認并進行了類病毒就被廣泛承認并進行了深入的研究。之后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的類病毒有番茄簇頂病、柑深入的研究。之后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)的類病毒有番茄簇頂病、柑橘裂皮病、菊花矮化病、菊花褪綠斑駁病、黃瓜白果病、橘裂皮病、菊花矮化病、菊花褪綠斑

7、駁病、黃瓜白果病、椰子死亡病和酒花矮化病等的類病毒。椰子死亡病和酒花矮化病等的類病毒。朊病毒朊病毒n朊病毒又稱朊病毒又稱“普列昂普列昂”或蛋白質(zhì)侵染因子（或蛋白質(zhì)侵染因子（prion），是一類），是一類能侵染動物并在宿主細胞內(nèi)復制的小分子無免疫性的疏水蛋能侵染動物并在宿主細胞內(nèi)復制的小分子無免疫性的疏水蛋白質(zhì)。白質(zhì)。n羊搔癢病是綿羊和山羊的一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退化性紊亂疾病，具羊搔癢病是綿羊和山羊的一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退化性紊亂疾病，具有脫毛、皮膚搔癢、失去平衡和后肢麻痹等癥狀。其病原是經(jīng)過有脫毛、皮膚搔癢、失去平衡和后肢麻痹等癥狀。其病原是經(jīng)過近兩個世紀的研究仍未解決的一個謎。近兩個世紀的研究仍未解

8、決的一個謎。n1982年，美國年，美國S.B. Prusiner發(fā)現(xiàn)羊搔癢病的病原發(fā)現(xiàn)羊搔癢病的病原是一種蛋白質(zhì)，稱為朊病毒。是一種蛋白質(zhì)，稱為朊病毒。n朊病毒在電子顯微鏡下呈桿狀顆粒，直徑朊病毒在電子顯微鏡下呈桿狀顆粒，直徑25nm，長，長100200nm。桿狀顆粒不單獨存在，總是呈叢狀排列，。桿狀顆粒不單獨存在，總是呈叢狀排列，每叢大小和形狀不一，多時可含每叢大小和形狀不一，多時可含100個。個。普魯西納1942年5月28日生。 1968年獲美國賓夕法尼亞大學醫(yī)學院博士學位。1984年起任加利福尼亞大學神經(jīng)學、病毒學教授。第二節(jié)第二節(jié) 病毒形態(tài)和結構病毒形態(tài)和結構n一、病毒的形態(tài)和大小一、

9、病毒的形態(tài)和大小n測量的單位是納米，多數(shù)病毒粒子直徑在測量的單位是納米，多數(shù)病毒粒子直徑在10300nm之間。之間。n病毒的形態(tài)主要有球形、桿形、磚形等、蝌蚪形等。病毒的形態(tài)主要有球形、桿形、磚形等、蝌蚪形等。不同病毒大小差別較大。不同病毒大小差別較大。有代表性的若干病毒的直徑或大小牛痘病毒脊髓灰質(zhì)炎病毒煙草煙草mosaicmosaic病毒病毒 登革熱病毒照片登革熱病毒照片艾滋病病毒艾滋病病毒艾滋病毒艾滋病毒侵入輔助侵入輔助性性T細胞細胞冠狀病毒冠狀病毒水生動物皮瘤中的虹色病毒二、病毒的化學組成及結構二、病毒的化學組成及結構n由于病毒是非細胞生物，單個病毒個體不能稱作由于病毒是非細胞生物，單個

10、病毒個體不能稱作“單細胞單細胞”，這樣，就產(chǎn)生了病毒粒子（這樣，就產(chǎn)生了病毒粒子（virion）的名詞。）的名詞。n病毒粒子有時也稱病毒顆粒（病毒粒子有時也稱病毒顆粒（virus particle），是指成熟），是指成熟的、結構完整的單個病毒。的、結構完整的單個病毒。（一）病毒的化學組成（一）病毒的化學組成n病毒的化學組成由蛋白質(zhì)和核酸，有的還含類脂病毒的化學組成由蛋白質(zhì)和核酸，有的還含類脂質(zhì)和多糖。質(zhì)和多糖。n核酸位于病毒粒子的中心，構成了它的核心（核酸內(nèi)芯）或基因組；蛋白核酸位于病毒粒子的中心，構成了它的核心（核酸內(nèi)芯）或基因組；蛋白質(zhì)包圍在核心周圍，構成了病毒粒子的衣殼。質(zhì)包圍在核心周圍

11、，構成了病毒粒子的衣殼。n衣殼是病毒粒子的主要支架結構和抗原成分，對核酸有保護作用。衣殼是由許多在衣殼是病毒粒子的主要支架結構和抗原成分，對核酸有保護作用。衣殼是由許多在電鏡下可辨別的形態(tài)學亞單位電鏡下可辨別的形態(tài)學亞單位衣殼粒所構成。衣殼粒所構成。n核心和衣殼合在一起稱為核衣殼，它是任何病毒（真病毒）所必須具備的基本結構。核心和衣殼合在一起稱為核衣殼，它是任何病毒（真病毒）所必須具備的基本結構。n有些較復雜的病毒，在其核衣殼外還被一層由類脂或脂蛋白組成的被有些較復雜的病毒，在其核衣殼外還被一層由類脂或脂蛋白組成的被膜包裹著。有時，被膜上還長有刺突等附屬物。膜包裹著。有時，被膜上還長有刺突等附

12、屬物。（二）病毒的結構（二）病毒的結構n蛋白質(zhì)的功能：蛋白質(zhì)的功能：n保護病毒使其免受環(huán)境因素的影響；保護病毒使其免受環(huán)境因素的影響；n決定病毒感染的特異性；決定病毒感染的特異性；n使病毒與敏感細胞表面特定部位有特異親和力，病毒可牢固的使病毒與敏感細胞表面特定部位有特異親和力，病毒可牢固的附著在敏感細胞上；附著在敏感細胞上；n病毒蛋白質(zhì)還有致病性、毒力和抗原性。病毒蛋白質(zhì)還有致病性、毒力和抗原性。n動植物病毒核酸類型動植物病毒核酸類型ndsDNAdsDNA，ssDNAssDNA，dsRNA dsRNA ，ssRNAssRNA。病毒核酸含量占。病毒核酸含量占1-5%1-5%不等，不等，如感冒病毒

13、核酸占如感冒病毒核酸占1%1%，蛋白質(zhì)占，蛋白質(zhì)占99% 99% 。TMVTMV核酸占核酸占5%5%，蛋白質(zhì)占，蛋白質(zhì)占95%95%。n核酸可用物理、化學方法分離出來，分離出的核酸仍具有侵染力。核酸可用物理、化學方法分離出來，分離出的核酸仍具有侵染力。n核酸的功能核酸的功能n決定病毒遺傳、變異和對敏感宿主細胞的感染力。決定病毒遺傳、變異和對敏感宿主細胞的感染力。 病毒粒子的模式構造n由于衣殼粒排列組合不同，使病毒有三種對稱性構型。由于衣殼粒排列組合不同，使病毒有三種對稱性構型。n立體對稱型（主要是立體對稱型（主要是20面體）；螺旋對稱型；復合對稱型。面體）；螺旋對稱型；復合對稱型。Helica

14、l viruses resemble long rods that may be rigid or flexible. Surrounding the nucleic acid, their capsid is a hollow cylinder with a helical structure. An example of a helical virus that is a rigid rod is the tobacco mosaic virus Helical virusesThe capsid of most polyhedral viruses is in the shape of

15、a regular polyhedron with 20 triangular faces and 12 corners. The capsomeres of each face form an equilateral triangle. An example of a polyhedral virus in the shape of an icosahedron is the adenovirus. Another icosahedral virus is the poliovirus. Polyhedral viruses Some viruses, particularly bacter

16、ial viruses, have very complicated structures and are called complex viruses. Examples of complex viruses are poxviruses, which do not contain clearly identifiable capsids but have several coats around the nucleic acid. Certain bacteriophages have capsids to which additional structures are attached.

17、 Complex viruses噬菌體n一、病毒的繁殖過程一、病毒的繁殖過程n以大腸桿菌以大腸桿菌T系噬菌體為例。系噬菌體為例。n吸附吸附n侵入侵入n復制與聚集復制與聚集n釋放釋放第三節(jié)第三節(jié) 病毒的繁殖病毒的繁殖吸附吸附吸附是噬菌體與細菌表面受吸附是噬菌體與細菌表面受體發(fā)生特異性結合的過程，體發(fā)生特異性結合的過程，其特異性取決于噬菌體蛋白其特異性取決于噬菌體蛋白與宿主菌表面受體分子結構與宿主菌表面受體分子結構的互補性。的互補性。n侵入侵入n噬菌體吸附在細菌細胞壁的受體上以后，核酸注入細菌細胞中，蛋噬菌體吸附在細菌細胞壁的受體上以后，核酸注入細菌細胞中，蛋白質(zhì)殼體留在外面。從吸附到侵入，時間間

18、隔很短，只有幾秒到幾白質(zhì)殼體留在外面。從吸附到侵入，時間間隔很短，只有幾秒到幾分鐘。分鐘。n復制和聚集復制和聚集n噬菌體核酸進入寄主細胞后，操縱寄主細胞的代謝機能，大量復制噬菌體核酸進入寄主細胞后，操縱寄主細胞的代謝機能，大量復制噬菌體核酸，但不形成帶殼體的粒子，稱為潛育期。寄主細胞合成噬菌體核酸，但不形成帶殼體的粒子，稱為潛育期。寄主細胞合成噬菌體殼體形成完整的噬菌體粒子。噬菌體殼體形成完整的噬菌體粒子。n釋放釋放n噬菌體粒子成熟，引起寄主細胞的裂解釋放出病毒粒子。隨種類不同，一噬菌體粒子成熟，引起寄主細胞的裂解釋放出病毒粒子。隨種類不同，一個寄主細胞釋放個寄主細胞釋放10101000100

19、0個噬菌體粒子。個噬菌體粒子。 v根據(jù)噬菌體與宿主菌的相互關系，噬菌體可分為兩類：v毒性噬菌體毒性噬菌體(virulent phage)(virulent phage)：能在宿主細胞內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌。v溫和噬菌體溫和噬菌體(temperate phage)(temperate phage)：噬菌體基因與宿主染色體整合，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細菌DNA復制，并隨細菌的分裂而傳代。二、噬菌體的溶原性二、噬菌體的溶原性溫和噬菌體的基因組能與宿主菌基因組整合，并隨細菌分裂傳至子代細菌的基因組中，不引起細菌裂解。整合在細菌基因組中的噬菌體基因組稱為前噬菌體前噬

20、菌體(prophage)，帶有前噬菌體基因組的細菌稱為溶原性細菌溶原性細菌(lysogenic bacterium)。前噬菌體偶爾可自發(fā)地或在某些理化和生物因素的誘導下脫離宿主菌基因組而進入溶菌周期，產(chǎn)生成熟噬菌體，導致細菌裂解。溫和噬菌體這種產(chǎn)生成熟噬菌體顆粒和溶解宿主菌的潛在能力，稱為溶原性溶原性(lysogeny)。溫和噬菌體可有三種存在狀態(tài)：A. 游離的具有感染性的噬菌體顆粒；B. 宿主菌胞質(zhì)內(nèi)類似質(zhì)粒形式的噬菌體核酸；C. 前噬菌體。某些前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(fā)生改變，這稱為溶原性轉(zhuǎn)換溶原性轉(zhuǎn)換(lysogenic conversion)。 溫和噬菌體溫和噬菌體第四節(jié)第四節(jié)

21、病毒的測定與培養(yǎng)病毒的測定與培養(yǎng)n一、病毒的測定一、病毒的測定n樣品中的病毒數(shù)量可用顆粒計數(shù)法、間接計數(shù)法或樣品中的病毒數(shù)量可用顆粒計數(shù)法、間接計數(shù)法或感染效價法進行測定。感染效價法進行測定。n（一）病毒顆粒計算法（一）病毒顆粒計算法n用電子顯微鏡計數(shù)。用電子顯微鏡計數(shù)。n（二）間接計數(shù)法（二）間接計數(shù)法n用血細胞凝集試驗計數(shù)是分別將紅細胞與一系列用血細胞凝集試驗計數(shù)是分別將紅細胞與一系列10倍稀倍稀釋的病毒樣品混合，觀察結果。以能引起血細胞凝集的釋的病毒樣品混合，觀察結果。以能引起血細胞凝集的最高稀釋倍數(shù)為病毒的效價。最高稀釋倍數(shù)為病毒的效價。n（三）病毒感染效價測定法（三）病毒感染效價測定

22、法n測定法與病毒培養(yǎng)方法基本相同測定法與病毒培養(yǎng)方法基本相同.n二、病毒的培養(yǎng)特征二、病毒的培養(yǎng)特征n（一）病毒在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征（一）病毒在液體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征n在細菌培養(yǎng)液中，細菌被噬菌體感染，細胞裂解，渾濁的菌懸液在細菌培養(yǎng)液中，細菌被噬菌體感染，細胞裂解，渾濁的菌懸液變成為透明的裂解溶液。變成為透明的裂解溶液。n在固體培養(yǎng)基上在固體培養(yǎng)基上-噬菌斑噬菌斑n將少量噬菌體與大量宿主細胞混合后，將此混合液與將少量噬菌體與大量宿主細胞混合后，將此混合液與45左右的瓊脂培養(yǎng)基在培養(yǎng)皿中充分混勻，鋪平后培左右的瓊脂培養(yǎng)基在培養(yǎng)皿中充分混勻，鋪平后培養(yǎng)。經(jīng)數(shù)小時至養(yǎng)。經(jīng)數(shù)小時至10余小時后，

23、在平板表面布滿宿主細胞余小時后，在平板表面布滿宿主細胞的菌苔上，可以用肉眼看到一個個透亮不長菌的小圓斑，的菌苔上，可以用肉眼看到一個個透亮不長菌的小圓斑，就是噬菌斑就是噬菌斑(plaque) 。每一個噬菌斑一般是由一個噬菌體。每一個噬菌斑一般是由一個噬菌體粒子形成的。粒子形成的。n（一）病毒在固體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征（一）病毒在固體培養(yǎng)基中的培養(yǎng)特征n當一個噬菌體侵染一個敏感細胞后，不久即釋放出一群子代噬當一個噬菌體侵染一個敏感細胞后，不久即釋放出一群子代噬菌體，它們通過瓊脂層擴散又侵染周圍的宿主細胞，并引起它菌體，它們通過瓊脂層擴散又侵染周圍的宿主細胞，并引起它們裂解，如此多次重復，就出現(xiàn)了一

24、個由無數(shù)噬菌體粒子構成們裂解，如此多次重復，就出現(xiàn)了一個由無數(shù)噬菌體粒子構成的群體的群體噬菌斑。噬菌斑。n噬菌斑的形成與細菌菌落的形成有點相似，所不同的只是噬菌噬菌斑的形成與細菌菌落的形成有點相似，所不同的只是噬菌斑更像一個斑更像一個“負菌落負菌落”。n噬菌斑的形成可用于檢出、分離、純化噬菌體和進行噬菌體的噬菌斑的形成可用于檢出、分離、純化噬菌體和進行噬菌體的計數(shù)。計數(shù)。噬菌斑噬菌斑熒光假單胞菌熒光假單胞菌Quantification of virusesnPlaque assay technique for quantification of bacterial viruses. 若將噬菌體

25、按一定倍數(shù)稀釋，通過噬斑計數(shù)，可測定若將噬菌體按一定倍數(shù)稀釋，通過噬斑計數(shù)，可測定- 噬斑形噬斑形成單位成單位(plaque forming units，pfu)n三、病毒的培養(yǎng)基三、病毒的培養(yǎng)基n敏感細胞要求具備條件：敏感細胞要求具備條件：n必須是活的敏感宿主或是活的敏感宿主組織細胞；必須是活的敏感宿主或是活的敏感宿主組織細胞；n能夠提供病毒附著的受體；能夠提供病毒附著的受體；n敏感細胞內(nèi)沒有破壞特異性病毒的限制性核酸內(nèi)切酶，病敏感細胞內(nèi)沒有破壞特異性病毒的限制性核酸內(nèi)切酶，病毒進入細胞就可生長繁殖。毒進入細胞就可生長繁殖。n脊椎動物病毒的培養(yǎng)基：人胚組織細胞、人組織細胞、人腫瘤細脊椎動物病毒的培養(yǎng)基：人胚組織細胞、人組織細胞、人腫瘤細胞、動物組織細胞、雞鴨胚細胞、敏感動物。胞、動物組織細胞、雞鴨胚細胞、敏感動物。n植物病毒的培養(yǎng)基：與之相應的敏感植株和敏感的植物組織。植物病毒的培養(yǎng)基：與之相應的敏感植株和敏感的植物組織。n噬菌體的培養(yǎng)基：相應的敏感細菌。噬菌體的培養(yǎng)基：相應的敏感細菌。n不同種類的病毒培養(yǎng)基是不同的。n四、病毒的培