環(huán)境微生物學(xué)-第三章病毒

第三章病毒擬病毒：只含有不具獨(dú)立侵染性的RNA或DNA組分非細(xì)胞生物真病毒：至少含有核酸和蛋白質(zhì)兩種組分亞病毒類(lèi)病毒：只含獨(dú)立侵染性的RNA組分朊病毒：只含單一蛋白質(zhì)組分第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)發(fā)現(xiàn)1886年，德國(guó)農(nóng)業(yè)化學(xué)家邁爾在荷蘭發(fā)現(xiàn)煙草花葉病接種試驗(yàn)證明：煙草花葉病是一種傳染性疾病一、病毒的發(fā)現(xiàn)及基本特征第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)1892年，俄羅斯伊萬(wàn)諾夫斯基煙草花葉病原（細(xì)菌濾器濾過(guò)性）發(fā)現(xiàn)一、病毒的發(fā)現(xiàn)及基本特征1898年，MWBeijerinck對(duì)煙草花葉病病原體的研究結(jié)果：

能通過(guò)細(xì)菌濾器；可被乙醇沉淀而不失去其感染性，能在瓊脂凝膠中擴(kuò)散；用培養(yǎng)細(xì)菌的方法不能被培養(yǎng)出來(lái)，推測(cè)只能在活細(xì)胞中生活；比細(xì)菌小的具有傳染性的活的流質(zhì)第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)發(fā)現(xiàn)一、病毒的發(fā)現(xiàn)及基本特征1900年前后，包括口蹄疫（footandmouthdisease）在內(nèi)的多種動(dòng)植物疾病病原體的濾過(guò)性特性被證明。filterableviruses（濾過(guò)性病毒）viruses（病毒）FWTwort（1915年）、Fd’Herelle（1917年），分別發(fā)現(xiàn)細(xì)菌（Shigelladysenteriae）病毒bacteriophagesPhago：“toeat”噬菌體（phage）第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)發(fā)現(xiàn)一、病毒的發(fā)現(xiàn)及基本特征發(fā)現(xiàn)第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)一、病毒的發(fā)現(xiàn)及基本特征WMStanley1935年，WMStanley首次提純并結(jié)晶了煙草花葉病毒；

Bawden等證明煙草花葉病毒的本質(zhì)為核蛋白；1940年，Kausche首先用電鏡觀察到煙草花葉病毒顆粒；基本特征（6）在寄主外具無(wú)生命生物大分子特征，長(zhǎng)期保持侵染活力（1）沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)（2）只含有DNA或RNA（3）沒(méi)有能量代謝有關(guān)的酶系統(tǒng)（4）在特定活細(xì)胞內(nèi)寄生（5）寄主提供原料、能量和生物合成場(chǎng)所一、病毒的發(fā)現(xiàn)及基本特征第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)（7）對(duì)抗生素不敏感，對(duì)干擾素敏感（8）有的病毒核酸可整合到宿主基因組，誘發(fā)潛伏性感染表5-1單細(xì)胞微生物與病毒性質(zhì)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復(fù)制一、病毒的發(fā)現(xiàn)及基本特征第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)定義(迄今仍無(wú)一個(gè)科學(xué)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x)病毒為具有獨(dú)立于其宿主的進(jìn)化史的絕對(duì)細(xì)胞內(nèi)寄生物，它的DNA或RNA基因組被其所編碼的蛋白質(zhì)殼體化（encapsidation）。

-------------（Fields等，1990年）按專(zhuān)性宿主分類(lèi)：1.動(dòng)物病毒寄生在人體和動(dòng)物體內(nèi)，引起疾病艾滋病病毒HIV非典冠狀病毒肝炎病毒HBV引起的疾病有：流感、艾滋病、麻疹、腮腺炎、甲肝、乙肝等二、病毒的分類(lèi)第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)2.植物病毒

寄生在植物體內(nèi)，引起疾病如煙草花葉病、番茄叢矮病、馬鈴薯退化病、水稻萎縮病和小麥黑穗病等煙草花葉病毒植物病毒被病毒感染的植物3.細(xì)菌病毒－噬菌體

1917年D.Herelle在人的糞便中發(fā)現(xiàn)；環(huán)境毒理學(xué)中將其作為模式病毒；可評(píng)價(jià)水與廢水的處理效率；殺菌。噬菌體4.放線菌病毒5.藻類(lèi)病毒6.真菌病毒

至1995年，國(guó)際病毒分類(lèi)委員會(huì)所報(bào)道的已知病毒3600多種，分別屬于71個(gè)病毒科。分類(lèi)的依據(jù)包括三個(gè)方面：

1、核酸的類(lèi)型（RNA或DNA）

2、病毒基因組體系（單鏈或雙鏈）

3、病毒粒子包膜的有無(wú)二、病毒的分類(lèi)第一節(jié)病毒的特征與分類(lèi)DNA病毒細(xì)小病毒組的成員一般是ssDNA

其余病毒都是dsDNARNA病毒呼腸孤病毒組的成員是dsRNA

其余的病毒都是ssRNA注：動(dòng)物病毒以線狀的為dsDNA和ssRNA多，植物病毒以ssRNA為多，噬菌體以線狀的為dsRNA多按核酸分類(lèi)

病毒和細(xì)菌的相對(duì)大小支原體痘病毒皰疹病毒流感病毒1μ葡萄球菌細(xì)小核糖核酸病毒最大的病毒與最小的病毒天花病毒200×300nm脊髓灰質(zhì)炎病毒口蹄疫病毒10nm一、病毒的大小第二節(jié)病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)不同生物類(lèi)型細(xì)胞大小的比較動(dòng)物的模式細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞核細(xì)菌病毒一、病毒的大小第二節(jié)病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)

動(dòng)物病毒的形態(tài)有：球形、卵圓形、磚形等植物病毒的形態(tài)有：桿狀、絲狀和球狀噬菌體的形態(tài)有：蝌蚪狀和絲狀二、病毒的形態(tài)第二節(jié)病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)3、蝌蚪狀(噬菌體)

病毒的各種形態(tài)形態(tài)1、桿狀或絲狀(主要是植物病毒)2、多面體或球形(主要是動(dòng)物、真菌病毒)第二節(jié)病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)二、病毒的形態(tài)粘病毒痘病毒皰疹病毒噬菌體病毒的形態(tài)和相對(duì)大小采用各種電鏡技術(shù)觀察毒粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)Orfvirus：口瘡病毒(接觸性膿皰皮炎病毒（負(fù)染技術(shù)）Ebolavirus：埃博拉病毒（正染技術(shù)）Vacciniavirus痘苗病毒（投影技術(shù)）不同病毒的形態(tài)特征Coronavirus冠狀病毒CoronavirusLifeCycle冠狀病毒生活史Influenzavirusstructure

Influenzavirion

Influenzaviruslifecycle流感病毒SmallpoxviruslifecycleSmallpoxvirionSmallpoxvirusstructure

天花病毒FootandMouthDiseaseviruslifecycle口蹄疫病毒W(wǎng)estNileVirusWestNileVirusbirdfluvirus西尼羅河病毒HIVvirusstructure

HIVvirion

HIVlifecycleHIVandimmunecellsHIVMatrixproteinshellTransmissionelectronmicrographofHIV-1,buddingandfreeHIVbuddingfromhumanlymphtissue(TEMx133,335)

大量聚集并使宿主細(xì)胞發(fā)生病變時(shí)，就形成了具有一定形態(tài)、構(gòu)造并能用光學(xué)顯微鏡觀察和識(shí)別的特殊“群體”。如：動(dòng)植物細(xì)胞中的病毒包涵體植物病毒在植物葉片上的枯斑這類(lèi)“群體形態(tài)”有助于病毒的分離、純化、鑒別和計(jì)數(shù)等病毒的群體形態(tài)（小知識(shí)）1、化學(xué)組成

蛋白質(zhì)和核酸個(gè)體大的病毒除含蛋白質(zhì)和核酸，還含脂類(lèi)和多糖第二節(jié)病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)三、病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)病毒粒子：成熟的或結(jié)構(gòu)完整，有感染性的病毒個(gè)體。結(jié)構(gòu)裸露病毒帶封套病毒核酸殼體殼粒核酸殼粒封套核殼體

病毒的粒子的基本結(jié)構(gòu)核酸殼粒殼體核殼體封套病毒粒子第二節(jié)病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)三、病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)衣殼

組成:由一定數(shù)量的衣殼粒(由一種或幾種多肽鏈折疊而成的蛋白質(zhì)亞單位)按照一定的排列組成的病毒外殼.

是病毒的主要成分。但種類(lèi)不多，蛋白含量隨病毒種類(lèi)不同而不同(40~96%)；病毒蛋白的功能：

A、構(gòu)成病毒粒子外殼，主要起保護(hù)核酸的作用；B、決定病毒的感染的特異性等。病毒蛋白：核酸內(nèi)芯功能:決定病毒的遺傳變異和對(duì)敏感宿主細(xì)胞的感染力種類(lèi):核糖核酸(RNA)和脫氧核糖核酸(DNA)

動(dòng)物病毒多含DNA

植物病毒多含RNA

噬菌體多含DNA,少數(shù)含RNA此外，無(wú)論DNA還是RNA都有單鏈和雙鏈之分；核酸有正鏈、負(fù)鏈之分。

廿面體對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)

(球狀)

螺旋對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)

(桿狀)

復(fù)合對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)

(蝌蚪狀)典型的病毒粒子的結(jié)構(gòu)第二節(jié)病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)三、病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)腺病毒粒子的三維結(jié)構(gòu)人體腺病毒負(fù)染照片

腺病毒二十面體對(duì)稱(chēng)的模式圖及負(fù)染顯微照片。

腺病毒結(jié)構(gòu)（二十面體對(duì)稱(chēng)）第二節(jié)病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)三、病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)A.二十面對(duì)稱(chēng)

代表病毒為腺病毒（Adenovirus）二十面體腺病毒模式圖B.螺旋對(duì)稱(chēng)型

代表病毒為煙草花葉病毒（TMV）該病毒核酸外由蛋白質(zhì)衣殼包裹和保護(hù)，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，室溫下保存50年不喪失侵染力TMV模式圖引發(fā)禽流感的病毒C.復(fù)合對(duì)稱(chēng)型二十面體對(duì)稱(chēng)螺旋對(duì)稱(chēng)代表病毒為T(mén)偶數(shù)噬菌體，有3種，即T2、T4和T6T系噬菌體模式圖第三節(jié)病毒的繁殖動(dòng)物病毒、植物病毒和噬菌體的繁殖過(guò)程基本相似，此處以大腸桿菌T系噬菌體為例介紹繁殖過(guò)程有如下四步：吸附，侵入，復(fù)制，聚集與釋放吸附侵入復(fù)制裝配釋放一、病毒的繁殖1、吸附：病毒表面蛋白與細(xì)胞受體特異性結(jié)合，導(dǎo)致病毒附著于細(xì)胞表面。吸附侵入復(fù)制裝配釋放2、侵入：不同的病毒可通過(guò)不同的侵入方式進(jìn)入宿主細(xì)胞內(nèi)。如噬菌體可通過(guò)注射式，將頭部的DNA注入宿主細(xì)胞，蛋白外殼留在宿主細(xì)胞外。3、復(fù)制與聚集。病毒侵入宿主細(xì)胞后，立即引起宿主的代謝改變，病毒可借用宿主細(xì)胞的合成機(jī)構(gòu)復(fù)制核酸、蛋白質(zhì)。進(jìn)而裝配新的病毒。4、宿主細(xì)胞裂解和成熟病毒的釋放。病毒感染細(xì)胞的主要過(guò)程

病毒是非細(xì)胞生物，專(zhuān)性寄生在活的敏感宿主細(xì)胞內(nèi)1.吸附

T系噬菌體的尾部借尾絲的幫助固著在敏感細(xì)胞的細(xì)胞壁上；噬菌體與大腸桿菌相對(duì)大小吸附侵入2.侵入

尾部酶水解細(xì)胞壁的肽聚糖形成孔，尾鞘消耗ATP獲得能量而收縮將尾髓壓入大腸桿菌細(xì)胞，尾髓將頭部的DNA注入宿主細(xì)胞內(nèi)，蛋白質(zhì)外殼留在宿主細(xì)胞外。

噬菌體的注射式侵入方式3.復(fù)制與聚集裝配噬菌體的裝配4.噬菌體的釋放

噬菌體粒子成熟后，其水解酶水解宿主細(xì)胞壁而使宿主細(xì)胞裂解，噬菌體粒子被釋放，進(jìn)而重新感染新的宿主細(xì)胞。噬菌體的釋放二、病毒的溶原性毒（烈）性噬菌體

侵入宿主細(xì)胞后，能引起宿主細(xì)胞裂解的噬菌體。

第三節(jié)病毒的繁殖溫和噬菌體

侵入宿主細(xì)胞后，其核酸附著并整合在宿主染色體上，和宿主的核酸同步復(fù)制，宿主細(xì)胞不裂解而繼續(xù)生長(zhǎng)宿主DNA噬菌體DNA噬菌體DNA和宿主染色體整合病毒的溶原性反應(yīng)原噬菌體

在溶原細(xì)胞內(nèi)的溫和噬菌體核酸稱(chēng)為原噬菌體。原噬菌體隨宿主細(xì)胞分裂傳給子代細(xì)胞，子代也成為溶原細(xì)胞。溶原性是遺傳特性。原噬菌體沒(méi)有感染力，一旦脫離溶原性細(xì)菌的染色體后即恢復(fù)復(fù)制能力，形成毒性噬菌體。

溶源性細(xì)胞的特點(diǎn)：5、溶源性細(xì)菌的復(fù)愈1、溶源性——溶源性細(xì)菌穩(wěn)定的遺傳特性2、自發(fā)裂解3、誘發(fā)裂解4、具免疫性一、病毒的培養(yǎng)特征1.液體培養(yǎng)

敏感菌株接種液體培養(yǎng)基培養(yǎng)液變混濁噬菌體接種培養(yǎng)液變透明第四節(jié)病毒的培養(yǎng)2.固體培養(yǎng)基

敏感細(xì)菌感染噬菌體形成空斑噬菌斑：噬菌體病毒感染宿主細(xì)菌后，細(xì)菌菌落就一個(gè)個(gè)地裂解成一個(gè)個(gè)空斑，這些空斑就叫噬菌斑。二、病毒的培養(yǎng)基3敏感細(xì)胞具備的條件（1）活的敏感細(xì)胞（2）能提供病毒附著的受體（3）敏感細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有破壞特異性病毒的限制性核酸內(nèi)切酶第四節(jié)病毒的培養(yǎng)4、噬菌體的生長(zhǎng)的測(cè)定噬菌體生長(zhǎng)的測(cè)定——一步生長(zhǎng)曲線一步生長(zhǎng)曲線：定量描述一群菌體內(nèi)毒性噬菌體生長(zhǎng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線。感染后培養(yǎng)過(guò)程被噬菌體侵染的菌群培養(yǎng)過(guò)程定時(shí)取培養(yǎng)液與敏感菌混合平板培養(yǎng)不同取樣時(shí)間培養(yǎng)液與敏感菌混合平板培養(yǎng)產(chǎn)生的噬菌斑數(shù)量的動(dòng)態(tài)第四節(jié)病毒的培養(yǎng)病毒的滴度

指能產(chǎn)生培養(yǎng)管中的50％CPE（細(xì)胞病理效應(yīng)）的最高病毒稀釋度（最少的病毒量），稱(chēng)為T(mén)CLD50（組織培養(yǎng)感染劑量）若是敏感動(dòng)物，則用ID50（使50％敏感動(dòng)物發(fā)生變化的感染劑量）或LD50（引起50％敏感動(dòng)物死亡的致死劑量）表示病毒的滴度。一、物理因素對(duì)病毒的影響1.溫度宿主細(xì)胞外的病毒，55～65℃范圍內(nèi)1h可滅活高溫滅活病毒的機(jī)理高溫使病毒的核酸和蛋白質(zhì)均受損傷，但滅活蛋白質(zhì)更快；蛋白質(zhì)變性阻礙了病毒吸附在宿主細(xì)胞上，削弱其感染力。注：低溫不會(huì)滅活病毒第五節(jié)環(huán)境因素對(duì)病毒的影響一、物理因素對(duì)病毒的影響2.光及其他輻射（1）紫外輻射

滅活部位是病毒的核酸，使核酸中的嘧啶環(huán)受到影響。（2）可見(jiàn)光

日光對(duì)腸道病毒有滅活作用。（3）離子輻射

X射線等第五節(jié)環(huán)境因素對(duì)病毒的影響3.干燥

相對(duì)濕度（RH）病毒存活時(shí)間7％腺病毒2型8周柯薩奇病毒B32周35％腸病毒20周二、化學(xué)因素對(duì)病毒的影響1.破壞病毒蛋白質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)

酚、低滲緩沖溶液環(huán)境2.破壞核酸的化學(xué)物質(zhì)

甲醛，亞硝酸，氨3.影響病毒脂類(lèi)被膜的化學(xué)物質(zhì)

醚，十二烷基硫酸鈉，氯仿等第五節(jié)環(huán)境因素對(duì)病毒的影響二、化學(xué)因素對(duì)病毒的影響三、抗菌物質(zhì)對(duì)病毒的影響一般抗菌物質(zhì)對(duì)病毒無(wú)滅活作用第五節(jié)環(huán)境因素對(duì)病毒的影響對(duì)一般抗生素不敏感，但對(duì)干擾素敏感四、病毒在環(huán)境中的存活和在污水處理過(guò)程中的去除效果(一)病毒在環(huán)境中的存活第五節(jié)環(huán)境因素對(duì)病毒的影響1.水體中病毒的存活溫度、病毒類(lèi)型3-5℃40-90d22-25℃2.5-9d37℃5d腸道病毒滴度下降99.9%所需要的時(shí)間與溫度之間的關(guān)系四、病毒在環(huán)境中的存活和在污水處理過(guò)程中的去除效果(一)病毒在環(huán)境中的存活第五節(jié)環(huán)境因素對(duì)病毒的影響2.土壤中病毒的存活土壤的類(lèi)型、滲濾液的流速、土壤孔隙的飽和度、pH滲濾液中的陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)（陽(yáng)離子吸附病毒的能力：3>2>1）和數(shù)量、可溶性有機(jī)物和病毒的種類(lèi)第五節(jié)環(huán)境因素對(duì)病毒的影響3.空氣中病毒的存活污水噴灌、生物污水處理——病毒汽溶膠化四、病毒在環(huán)境中的存活和在污水處理過(guò)程中的去除效果(一)病毒在環(huán)境中的存活