環(huán)境微生物學(xué)

環(huán)境微生物學(xué)第1頁(yè)/共59頁(yè)一、病毒（Virus）（一）概念與特點(diǎn)

概念：病毒是具有特異活細(xì)胞寄生性，由核酸蛋白粒子構(gòu)成的一種分子生物；在活體外具一般大分子特征、進(jìn)入宿主細(xì)胞則具生命特征。最大的病毒—牛痘苗病毒最小的病毒—脊椎灰質(zhì)炎病毒第2頁(yè)/共59頁(yè)特點(diǎn)1．個(gè)體極小，須借助電子顯微鏡觀察，大小用納米（nm）表示。2．沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成簡(jiǎn)單。3．繁殖必須在特定活宿主細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行。脫離宿主活細(xì)胞呈分子狀態(tài)，不具任何生命特征，但可長(zhǎng)期保持侵染力。4．沒有獨(dú)立的代謝活動(dòng)（呼吸、生物合成）。5．大多數(shù)病毒由蛋白質(zhì)與核酸組成大分子，只含單一類型核酸（DNA或RNA），不同時(shí)具有RNA和DNA。6．以核酸與蛋白質(zhì)的裝配實(shí)現(xiàn)大量繁殖。7．一般對(duì)抗生素不敏感，對(duì)干擾素敏感。第3頁(yè)/共59頁(yè)（二）病毒的形態(tài)構(gòu)造１．病毒的基本成分２．病毒粒子種類３．病毒粒子構(gòu)造４．病毒的基本形狀

第4頁(yè)/共59頁(yè)1．病毒的基本成分核酸和蛋白質(zhì)組成核衣殼核酸：位于中心形成核心蛋白質(zhì)：包圍核心構(gòu)成衣殼附加結(jié)構(gòu)：復(fù)雜病毒在核衣殼外有一層包膜（含蛋白質(zhì)或糖蛋白的類脂雙層膜）覆蓋，包膜的有無是病毒特征之一第5頁(yè)/共59頁(yè)2.病毒粒子種類病毒個(gè)體又叫病毒粒子，是成熟的、完整的、有感染性的病毒顆粒，分為有封套（包膜）的病毒粒子和無封套（包膜）的病毒粒子二種。第6頁(yè)/共59頁(yè)3.病毒粒子構(gòu)造無封套(包膜)的病毒粒子

A.衣殼粒(一種對(duì)稱蛋白質(zhì)外殼,包圍著病毒的核酸基因組，由多肽組成蛋白質(zhì)亞單位)。

B.殼體：由多個(gè)衣殼粒組成。

C.核衣殼（核殼體）：是衣殼與其包圍著的核酸的總稱。有封套(包膜)的病毒粒子

A.衣殼粒

B.殼體

C.核衣殼（核殼體）

D.封套（包膜）第7頁(yè)/共59頁(yè)4.病毒的基本形狀

大多數(shù)病毒核衣殼的構(gòu)型為二種：蛋白質(zhì)亞基作螺旋式排列而呈桿狀、棒狀；蛋白質(zhì)亞基以二十面體對(duì)稱的方式排列，因此呈近似球狀。病毒的基本形態(tài)為三種：桿狀、球狀和這兩種形態(tài)結(jié)合的復(fù)合型。病毒粒子通常形成螺旋對(duì)稱、二十面體對(duì)稱和復(fù)合對(duì)稱（前二種接合）。第8頁(yè)/共59頁(yè)螺旋對(duì)稱病毒——TMV第9頁(yè)/共59頁(yè)二十面體對(duì)稱病毒——腺病毒第10頁(yè)/共59頁(yè)復(fù)合對(duì)稱病毒——噬菌體第11頁(yè)/共59頁(yè)病毒：非細(xì)胞型+專性寄生+微生物寄生在微生物中的病毒特稱噬菌體。（一）形態(tài)和大小形態(tài)多種多樣痘病毒，如天花彈狀病毒，如狂犬病副粘病毒，如腮腺炎流感病毒

噬菌體腺病毒，上呼吸道感染絲狀病毒,如病毒出血熱桿狀病毒，如煙草病毒多瘤乳頭病毒，如宮頸癌冠狀病毒非典病毒愛滋病毒球狀噬菌體直徑只有30nm最大的病毒僅

300-450×170-260nm1nm=10-9m只能用電子顯微鏡觀察（×10～18萬倍）第12頁(yè)/共59頁(yè)病毒的群體形態(tài)1.大量聚集；2.使宿主發(fā)生病變；3.用光鏡可以觀察識(shí)別的具有一定形態(tài)、構(gòu)造的“群體”。

動(dòng)、植物細(xì)胞中病毒形成——包涵體噬菌體在細(xì)菌菌落上形成——噬菌斑動(dòng)物病毒在細(xì)胞培養(yǎng)物上形成——空斑植物病毒在葉片上形成——枯斑第13頁(yè)/共59頁(yè)包涵體第14頁(yè)/共59頁(yè)噬菌斑（plaque）分枝桿菌噬菌體感染樣本內(nèi)的結(jié)核分枝桿菌復(fù)合群第15頁(yè)/共59頁(yè)空斑(plaque

)

第16頁(yè)/共59頁(yè)枯斑第17頁(yè)/共59頁(yè)（三）病毒的化學(xué)組成1.病毒核酸：每一種病毒只含單一類型的核酸。病毒的核酸與蛋白質(zhì)分離以后，核酸仍具有侵染力，說明病毒的主要遺傳物質(zhì)是DAN、RNA。

2.病毒蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)是病毒的主要成分，占95%左右，蛋白質(zhì)的主要作用：

①構(gòu)成病毒粒子外殼，保護(hù)核酸；

②具有識(shí)別能力，一定的病毒只感染一定的對(duì)象；

③具有抗原性；

④構(gòu)成病毒組成中的酶。

3.病毒的其他物質(zhì)：如脂質(zhì)，碳水化合物，多糖，以及有機(jī)陽(yáng)離子化合物如胺，無機(jī)陽(yáng)離子等。第18頁(yè)/共59頁(yè)病毒的核酸1.核酸類型：?jiǎn)捂淒NA(ssDNA)

雙鏈DNA(dsDNA)

單鏈RNA(ssRNA)

雙鏈RNA(dsRNA)2.核酸的結(jié)構(gòu)特征：粘性末端循環(huán)排列末端重復(fù)序列第19頁(yè)/共59頁(yè)病毒的蛋白1.結(jié)構(gòu)蛋白構(gòu)成一個(gè)形態(tài)成熟的有感染性的病毒顆粒所必需的蛋白質(zhì)，包括殼體蛋白、包膜蛋白和毒粒中的酶等。2.非結(jié)構(gòu)蛋白由病毒基因組編碼的，在病毒復(fù)制過程中產(chǎn)生并具有一定功能，但不結(jié)合于毒粒中的蛋白質(zhì)。第20頁(yè)/共59頁(yè)病毒粒子的結(jié)構(gòu)蛋白1.殼體蛋白：構(gòu)成病毒的殼體，保護(hù)病毒的核酸。無包膜病毒的殼體蛋白參與病毒的吸附、進(jìn)入，決定病毒的宿主嗜性，它們也是病毒的表面抗原。2.包膜蛋白：構(gòu)成病毒的包膜結(jié)構(gòu)，分為包膜糖蛋白和基質(zhì)蛋白兩類。前者是病毒的主要表面抗原，多為吸附蛋白，它們與細(xì)胞受體相互作用啟動(dòng)病毒感染發(fā)生；后者肯有支撐包膜，維持病毒結(jié)構(gòu)的作用，并在病毒芽出成熟過程中起重要作用。3.毒粒酶：來源有三，來自宿主的細(xì)胞酶；病毒本身的非結(jié)構(gòu)蛋白（聚合酶）；存在于毒粒內(nèi)的酶（毒粒酶）。功用分為兩類，一是參與病毒進(jìn)入、釋放等過程，二是參與病毒的大分子合成。第21頁(yè)/共59頁(yè)病毒＝非細(xì)胞型+專性寄生+微生物沒有細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核以及各種細(xì)胞器經(jīng)典病毒（包膜）+蛋白質(zhì)衣殼+核酸+極少量(或沒有)酶蛋白；愛滋皰疹包膜—來自寄主的細(xì)胞膜RNA或DNA逆轉(zhuǎn)錄酶蛋白非細(xì)胞型第22頁(yè)/共59頁(yè)（四）病毒類型及其繁殖方式動(dòng)物病毒：球形、卵園形、磚形植物病毒：桿狀、絲狀、球狀昆蟲病毒：多角形細(xì)菌病毒（噬菌體）：蝌蚪形、微球形、絲狀第23頁(yè)/共59頁(yè)細(xì)菌病毒（噬菌體）噬菌體是寄生細(xì)菌的病毒的總稱，源于希臘文"phagos"，是“吞噬”的意思。噬菌體具有病毒的一般特性，噬菌體大多數(shù)是專性的，只在一種細(xì)菌的特定菌株中寄生，也有些噬菌體能進(jìn)入并寄生于多種寄主。噬菌體分毒（裂）性噬菌體和溫和噬菌體。毒性噬菌體能裂解寄主細(xì)胞，通常把毒性噬菌體看作噬菌體的正常表現(xiàn)，病毒的復(fù)制也可以用毒性噬菌體入侵寄主的過程來說明。溫和噬菌體不裂解寄主細(xì)胞，與寄主細(xì)胞同步繁殖的病毒。第24頁(yè)/共59頁(yè)噬菌體的繁殖1.吸附：噬菌體與敏感的寄主細(xì)胞接觸，在寄主細(xì)胞的特異性受點(diǎn)上結(jié)合。2.侵入：噬菌體吸附在細(xì)菌細(xì)胞壁的受點(diǎn)上以后，核酸注入細(xì)菌細(xì)胞中，蛋白質(zhì)殼體留在外面。3.核酸復(fù)制：噬菌體核酸進(jìn)入寄主細(xì)胞后，操縱寄主細(xì)胞的代謝機(jī)能，大量復(fù)制噬菌體核酸，但不形成帶殼體的粒子，稱為潛育期。4.粒子成熟：寄主細(xì)胞合成噬菌體殼體,形成完整的噬菌體粒子。5.寄主細(xì)胞裂解：噬菌體粒子成熟，引起寄主細(xì)胞的裂解釋放出病毒粒子第25頁(yè)/共59頁(yè)噬菌體只侵染細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物溫和噬菌體重組并長(zhǎng)期潛伏—溶源細(xì)菌

烈性噬菌體

繁殖破裂宿主自然界細(xì)菌多數(shù)都是溶源性細(xì)菌第26頁(yè)/共59頁(yè)在一些誘導(dǎo)因子（如射線、化學(xué)誘導(dǎo)劑）作用下，溶源性細(xì)菌中的病毒核酸會(huì)脫離寄主，從而變?yōu)榱倚允删w，大量復(fù)制，分裂寄主細(xì)胞。自然狀態(tài)下溶源細(xì)菌十分穩(wěn)定，只有千分之一至百萬分之一的溶源細(xì)菌裂變，并且這類溶源細(xì)菌還對(duì)感染它們的噬菌體帶有了免疫性。溶源現(xiàn)象的生物意義是什么？自我保護(hù)機(jī)制（反間計(jì)），細(xì)菌不僅獲得了免疫特性，而且增多了自身的遺傳類型，提高了進(jìn)化程度，可謂一舉而兩得，化害為利。病毒主要是通過食物、接觸、空氣傳播的，但也可以通過飲用水傳播。溶源轉(zhuǎn)化第27頁(yè)/共59頁(yè)人類和動(dòng)物病毒

動(dòng)物病毒基因組的結(jié)構(gòu)類型多種多樣，每一種都有其獨(dú)特的復(fù)制方式和表達(dá)形式。動(dòng)物病毒分為兩類：殺死細(xì)胞病毒和非殺死細(xì)胞病毒。1.由殺死細(xì)胞病毒引起的感染：使細(xì)胞受到破壞成為死亡。如人脊髓灰質(zhì)病毒。2.由非殺細(xì)胞病毒引起的感染：狀態(tài)穩(wěn)定，不引起明顯的損傷，但持續(xù)感染。第28頁(yè)/共59頁(yè)植物病毒植物病毒的專一性不強(qiáng)，一種病毒往往能寄生于不同種的植物上。病毒侵染植物除造成外部癥狀外，在感染細(xì)胞內(nèi)形成細(xì)胞內(nèi)含體（結(jié)晶形或非結(jié)晶形）。感染病毒的植物對(duì)病毒有抵抗作用，形式如下。1.病毒的定域化：不發(fā)生全身感染，只發(fā)生局部感染。2.病毒相互作用：。

A.干擾作用：一種病毒影響他種病毒的感染。

B.防御作用：先入病毒對(duì)后入病毒侵染起防御作用。3.獲得抗性：植物感染某一病毒后，對(duì)某一種或其它種病毒具有抗性。第29頁(yè)/共59頁(yè)植物病毒感染

1.由于角質(zhì)化或臘質(zhì)化表皮和細(xì)胞壁的存在,植物病毒只能通過機(jī)械損傷的傷口進(jìn)入細(xì)胞,或者靠有吮吸式口器的昆蟲取食時(shí)帶入細(xì)胞.

2.植物病毒進(jìn)入細(xì)胞后,增殖產(chǎn)生的子代病毒或病毒核酸可通過病毒編碼的運(yùn)動(dòng)蛋白與胞間連絲的相互作用從受染細(xì)胞進(jìn)入鄰近細(xì)胞.第30頁(yè)/共59頁(yè)昆蟲病毒昆蟲病毒的結(jié)構(gòu)基本分為三類：

1.核型多角體病毒:在昆蟲細(xì)胞核內(nèi)增殖的、具有蛋白質(zhì)包涵體的桿狀病毒。

2.質(zhì)型多角體病毒：在昆蟲細(xì)胞質(zhì)內(nèi)增殖的、可形成蛋白質(zhì)包涵體的球狀病毒。

3.顆粒體病毒：具有蛋白質(zhì)包涵體，每個(gè)包涵體內(nèi)僅含一病毒粒的病毒。第31頁(yè)/共59頁(yè)病毒的感染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.2.侵入:又稱病毒內(nèi)化是病毒吸附后發(fā)生的依賴于能量的感染步驟.病毒進(jìn)入細(xì)胞的機(jī)制有幾種.a.完整病毒穿過細(xì)胞膜的移位方式;b.利用細(xì)胞的內(nèi)吞功能進(jìn)入細(xì)胞(病毒入胞);c.毒粒包膜與細(xì)胞質(zhì)膜融合,病毒內(nèi)部組分釋放到細(xì)胞質(zhì)中.3.脫殼:病毒侵入后,包膜或殼體除去而釋放出病毒核酸的過程,是病毒基因組功能表達(dá)所必需的感染事件.第32頁(yè)/共59頁(yè)？沒有獨(dú)立酶系統(tǒng)，寄生繁殖。繁殖——生物。如艾滋病毒專性寄生入侵DNA重組病毒蛋白合成新病毒裝配，釋放第33頁(yè)/共59頁(yè)病毒大分子合成合成是通過病毒基因組的表達(dá)與復(fù)制完成的，這一過程中存在著嚴(yán)格的時(shí)序性，分成三個(gè)連續(xù)的階段:

1.病毒早期基因的表達(dá);2.病毒基因組的復(fù)制;3.病毒晚期基因的表達(dá)第34頁(yè)/共59頁(yè)二、亞病毒目前所知最簡(jiǎn)單的生命形式，沒有真病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)，是只具有核酸基因組或只具有蛋白質(zhì)的分子病原體，能利用非自身編碼的酶系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)制，有侵染性，并可在寄主中引起癥狀。分為三類。類病毒：一種低相對(duì)分子質(zhì)量的RNA；擬病毒：具有核酸基因組；朊病毒：一種蛋白質(zhì)侵染顆粒。第35頁(yè)/共59頁(yè)亞病毒的基本類型名稱

基本特征

（真）病毒含有蛋白質(zhì)和核酸兩類物質(zhì)

類病毒含有具有單獨(dú)侵染性的核糖核酸（RNA）分子

擬病毒只含有不具備侵染性的RNA

朊病毒沒有核酸而有感染性的蛋白質(zhì)顆粒亞病毒第36頁(yè)/共59頁(yè)類病毒寄生于活細(xì)胞（植物體）中一類最小病原體。在結(jié)構(gòu)組成上比病毒更簡(jiǎn)單，僅是一個(gè)沒有蛋白質(zhì)外殼的游離的環(huán)狀單鏈RNA分子（暫未發(fā)現(xiàn)DNA的類病毒）。類病毒的自然形狀是特殊棍棒狀的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

在自然條件下，類病毒是嚴(yán)格的純寄生；類病毒具有高度侵染性，在感染的植物組織中，類病毒未出現(xiàn)有病毒樣的顆粒；這種小分子RNA能在敏感細(xì)胞中自我復(fù)制第37頁(yè)/共59頁(yè)擬病毒是一些必須依賴于輔助病毒的才能復(fù)制的小分子單鏈RNA或DNA片段，它被包裝在輔助病毒的殼體中，本身對(duì)于輔助病毒的復(fù)制不是必需的，且它與輔助病毒的基因無明顯的同源性。

擬病毒和病毒利用寄主細(xì)胞的能量、原料及酶一樣，可以認(rèn)為擬病毒是寄生于輔助病毒的小分子寄生物第38頁(yè)/共59頁(yè)朊病毒只含蛋白質(zhì)外殼不含核酸的病毒。是一類能引起哺乳動(dòng)物亞急性海綿樣腦病的病原因子。朊病毒是眾多假說之一，它的本質(zhì)并未完全明確，可作為未分類的病原因子。第39頁(yè)/共59頁(yè)朊病毒提出之前，曾經(jīng)有許多不同的名稱，如非尋常病毒、慢病毒、傳染性大腦樣變等，大量實(shí)驗(yàn)研究表明，它是一組至今不能查到任何核酸，對(duì)各種理化作用具有很強(qiáng)抵抗力，傳染性極強(qiáng)，分子量在2.7萬～3萬的蛋白質(zhì)顆粒，它是能在人和動(dòng)物中引起可傳染性腦病(TSE)的一個(gè)特殊的病因。

朊病毒已經(jīng)超出了經(jīng)典病毒學(xué)的生物學(xué)概念，研究表明，蛋白質(zhì)在特定條件下發(fā)生突變或構(gòu)型上的變化，由良性變?yōu)閻盒?，即變?yōu)榫哂袀魅拘缘牡鞍踪|(zhì)顆粒，這一觀點(diǎn)向傳統(tǒng)觀點(diǎn)提出了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。第40頁(yè)/共59頁(yè)

朊病毒是唯一缺乏核酸的傳染性因子，用轉(zhuǎn)基因技術(shù)在地鼠身上試驗(yàn)證明，只要一個(gè)氨基