第三章-病毒和亞病毒

第三章病毒和亞病毒

了解病毒的特點(diǎn)和定義；病毒的結(jié)構(gòu)、病毒大小、化學(xué)組成、病毒的寄主和種類以及病毒的群體形態(tài)特征。掌握病毒的一般增殖過程。掌握噬菌體、烈性噬菌體、溫和噬菌體、溶源噬菌體的概念，認(rèn)識和掌握噬菌體的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和功能；烈性噬菌體的增殖與溶菌；溫和噬菌體與溶源性細(xì)菌的特點(diǎn)；噬菌體的效價(jià)和一步生長曲線；噬菌體的危害與防治措施。了解什么是亞病毒？亞病毒包括的類病毒、擬病毒、朊病毒等的特性。

非細(xì)胞生物（真）病毒：至少含有核酸和蛋白質(zhì)兩種組分亞病毒類病毒：只含具單獨(dú)侵染性的RNA組分?jǐn)M病毒：只含不具侵染性的RNA組分朊病毒：只含蛋白質(zhì)一種組分一、概述(一）什么是病毒？病毒是超顯微的，無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，專性活細(xì)胞內(nèi)寄生，在活細(xì)胞外具一般化學(xué)大分子特征，一旦進(jìn)入宿主細(xì)胞又具有生命特征。(二)特點(diǎn)：1、形體十分微小，能通過細(xì)菌濾器，電鏡可見；2、無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，分子生物，由核酸和蛋白組成，且一種病毒僅含一種類型核酸；3、專性活細(xì)胞內(nèi)寄生，有宿主專一性，無獨(dú)立代謝酶系，依賴宿主自身復(fù)制；4、對抗生素不敏感，對干擾素敏感。(三)種類1、微生物病毒：侵染細(xì)菌、放線菌等原核微生物的病毒，通常稱為噬菌體。2、植物病毒：3、脊椎動物病毒：4、昆蟲病毒：二、形態(tài)大小(一)大小個體極小，能通過細(xì)菌濾器，必須通過電鏡觀察，測量單位為nm,多在100nm左右。(二)形態(tài)1、個體形態(tài)——病毒粒子的形態(tài)病毒粒子是指成熟的、結(jié)構(gòu)完整的和有感染性的單個病毒。一般為球狀、棒桿狀、蝌蚪狀和線狀等多種形態(tài)。人、動物和真菌的病毒大多呈球狀，少數(shù)為彈狀或磚狀。植物病毒和昆蟲病毒則多數(shù)為線狀和桿狀，少數(shù)為球狀。噬菌體，部分呈蝌蚪狀，部分線狀或球狀。2、群體形態(tài)(1)包涵體包涵體是病毒感染細(xì)胞后，宿主細(xì)胞內(nèi)形成的一種在光學(xué)顯微鏡下可見的蛋白質(zhì)小體。多為圓形、卵圓形或不定形，在細(xì)胞中呈現(xiàn)的大小數(shù)量不一，多數(shù)位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)（質(zhì)型多角體），少數(shù)位于細(xì)胞核內(nèi)（核型多角體），也有的在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)都存在。應(yīng)用：a.用于病毒病的輔助診斷；b.用于生物防治。(2)噬菌斑1)什么是噬菌斑？當(dāng)一個噬菌體感染一個敏感細(xì)胞后，隔不久即釋放出一群子代噬菌體，在固體培養(yǎng)基中，它們通過瓊脂層的擴(kuò)散又侵染周圍的宿主細(xì)胞，并引起它們的裂解，如此經(jīng)過多次重復(fù)，就出現(xiàn)了一個由無數(shù)噬菌體粒子構(gòu)成的群體—噬菌斑，它是透亮不長菌的小圓斑，每一個噬菌斑是由一個噬菌體粒子形成的。2)噬菌斑的應(yīng)用：a.作為噬菌體的鑒定指標(biāo)。b.用于純種分離。c.計(jì)數(shù)——噬菌體效價(jià)的測定

效價(jià)表示每毫升試樣中所含有的侵染性的噬菌體粒子數(shù)，也即噬菌斑形成單位(pfu)。噬菌斑×稀釋倍數(shù)噬菌體效價(jià)=

裂解液毫升數(shù)三、病毒的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成(一)病毒粒子的構(gòu)造與化學(xué)組成1、化學(xué)組成多數(shù)病毒只含蛋白質(zhì)和核酸兩種成分。少數(shù)大型病毒還含有脂類和糖類。(1)核酸功能：遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)。1）核酸種類：病毒只含一類核酸——DNA或RNA。含DNA的病毒稱為DNA病毒，含RNA的病毒稱為RNA病毒。2）單鏈（ss）和雙鏈（ds）：RNA病毒多數(shù)是單鏈，極少數(shù)為雙鏈，DNA病毒多數(shù)為雙鏈，少數(shù)為單鏈。3）線狀和環(huán)狀：

4）正鏈和負(fù)鏈凡堿基排列順序與mRNA相同的單鏈DNA或RNA，稱（+）DNA鏈或（+）RNA鏈，凡堿基排列順序與mRNA互補(bǔ)的單鏈DNA和RNA，稱（-）DNA

鏈或（-）RNA鏈。正鏈（+）核酸具有侵染性，負(fù)鏈（-）沒有侵染性。5）核酸分段現(xiàn)象：每個節(jié)段都有自己獨(dú)特的核苷酸序列，分別轉(zhuǎn)錄一種蛋白質(zhì)。6）核酸含量：隨病毒種類而異，通常在1%～50%之間。(2)蛋白質(zhì)病毒的主要組成部分，其作用是構(gòu)成病毒粒子外殼，保護(hù)病毒核酸免受核酸酶及其它因子破壞；決定病毒感染的特異性；決定抗原性。(3)其它：類脂或脂蛋白，大多數(shù)存在于包膜中。2、病毒粒子的構(gòu)造核心：由DNA或RNA構(gòu)成核衣殼（基本構(gòu)造）病毒粒子衣殼：由蛋白質(zhì)構(gòu)成包膜（非基本構(gòu)造）：由類脂或脂蛋白構(gòu)成（二）病毒粒子的基本結(jié)構(gòu)類型1、螺旋對稱型—TMV

呈直桿狀，中空，核酸為ssRNA,其蛋白質(zhì)衣殼由呈皮鞋狀的衣殼粒一個緊挨一個一逆時(shí)針方向螺旋排列而成，而病毒RNA則位于衣殼粒內(nèi)側(cè)螺旋狀溝中，以距軸中心4nm處以相等的螺距盤繞于蛋白質(zhì)外殼中，每三個核苷酸與一個蛋白質(zhì)亞基（衣殼粒）相結(jié)合，結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定。2、二十面體對稱—腺病毒外形呈典型的二十面體，在其十二個頂角上是稱作五鄰體的衣殼粒，每個五鄰體上有刺突，在二十個面上分布的則是稱作六鄰體的衣殼粒。3、復(fù)合對稱—T偶數(shù)噬菌體呈蝌蚪狀，由頭部、頸部和尾部三個部分組成。頭部呈二十面體對稱，尾部呈螺旋對稱，頭部內(nèi)的核心是線狀dsDNA；頸部由頸環(huán)和頸須構(gòu)成；尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾絲五部分組成。四、病毒的繁殖（以烈性噬菌體為例）1、吸附噬菌體尾絲散開，固著于特異性受點(diǎn)上。吸附作用受噬菌體數(shù)量、陽離子、輔助因子、pH值溫度等因素影響。感染復(fù)數(shù)m.o.i：指每一敏感細(xì)胞所能吸附的相應(yīng)噬菌體的數(shù)量，若超過m.o.i的外源噬菌體吸附就會引起宿主細(xì)胞裂解即自外裂解，從而不能產(chǎn)生子代噬菌體。2、侵入尾鞘收縮，尾管推出并插入到細(xì)胞壁和膜中，頭部的核酸注入到宿主細(xì)胞中，而蛋白質(zhì)衣殼留在細(xì)胞壁外。3、增殖增殖過程包括核酸的復(fù)制和蛋白質(zhì)的生物合成。注入細(xì)胞的核酸操縱宿主細(xì)胞代謝機(jī)構(gòu)，以寄主個體及細(xì)胞降解物和培養(yǎng)基介質(zhì)為原料，大量復(fù)制噬菌體核酸，并合成蛋白質(zhì)外殼。增殖過程中基因表達(dá)特點(diǎn)基因表達(dá)有先有后基因表達(dá)的順序?yàn)?早期表達(dá);次早期表達(dá);核酸復(fù)制;晚期表達(dá)前一次表達(dá)產(chǎn)物是后一次表達(dá)的mRNA聚合酶晚期表達(dá)的結(jié)果是合成了各種裝配蛋白(另外還有溶菌酶)（1）早期：進(jìn)行早期轉(zhuǎn)錄而合成早期mRNA，并進(jìn)行早期轉(zhuǎn)譯產(chǎn)生早期蛋白。（2）次早期：進(jìn)行次早期轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生次早期mRNA，進(jìn)而進(jìn)行次早期轉(zhuǎn)譯，產(chǎn)生多種次早期蛋白。（3）晚期：進(jìn)行晚期轉(zhuǎn)錄，產(chǎn)生晚期mRNA，再經(jīng)晚期轉(zhuǎn)譯后形成晚期蛋白即噬菌體的頭部蛋白，尾部蛋白，各種裝配蛋白和溶菌酶等。4、成熟（裝配）寄主細(xì)胞合成噬菌體殼體(T4噬菌體包括頭部、尾部),并組裝成完整的噬菌體粒子。5、裂解（釋放）子代噬菌體成熟后，脂肪酶和溶菌酶促進(jìn)宿主細(xì)胞裂解，從而釋放出大量子代噬菌體。（⊙）五、烈性噬菌體增殖規(guī)律——一步生長曲線定量描述烈性噬菌體生長規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線稱作一步生長曲線或一級生長曲線。潛伏期latentphase

從噬菌體吸附細(xì)菌細(xì)胞至細(xì)菌細(xì)胞釋放出新的噬菌體的最短時(shí)間。裂解期risephase

從被感染的第一個細(xì)胞裂解至最后一個細(xì)胞裂解完畢所經(jīng)歷的時(shí)間。平穩(wěn)期plateau

指被感染的宿主已全部裂解，溶液中噬菌體數(shù)達(dá)到最高點(diǎn)后的時(shí)期。裂解量burstsize

每個被感染的細(xì)菌釋放新的噬菌體的平均數(shù)離心術(shù)抗病毒血清培養(yǎng)定時(shí)取樣測噬菌斑數(shù)以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以噬菌斑數(shù)為縱坐標(biāo)，繪出的曲線為一步生長曲線。噬菌體增殖規(guī)律的描述方法六、噬菌體與宿主關(guān)系（一）裂解性循環(huán)——烈性噬菌體所經(jīng)歷的繁殖過程。烈性噬菌體：凡在短時(shí)間內(nèi)能連續(xù)完成吸附、侵入、增殖、成熟、裂解這五個階段而實(shí)現(xiàn)其繁殖的噬菌體，稱為烈性噬菌體。烈性噬菌體所經(jīng)歷的繁殖過程稱為裂解性生活周期或增殖性生活周期。（二）溶源性循環(huán)——噬菌體附著或整合在宿主染色體上，一道復(fù)制。溫和性噬菌體：噬菌體侵染宿主后，并不增殖，裂解，而與宿主DNA結(jié)合，隨宿主DNA復(fù)制而復(fù)制，此時(shí)細(xì)胞中找不到形態(tài)上可見的噬菌體，這種噬菌體稱為溫和性噬菌體或溶源噬菌體。含有溫和性噬菌體的細(xì)菌稱為溶源性細(xì)菌。1、溫和噬菌體的特點(diǎn)(1)核酸類型都是dsDNA；(2)具有整合能力，處于整合態(tài)的噬菌體核酸稱為前噬菌體；(3)具有同步復(fù)制能力；2、溫和性噬菌體存在狀態(tài)(1)游離態(tài)：指已成熟釋放并有侵染性的噬菌體粒子。(2)整合態(tài)：指整合在宿主核染色體上處于前噬菌體的狀態(tài)。(3)營養(yǎng)態(tài)：指前噬菌體經(jīng)外界理化因子誘導(dǎo)后，脫離宿主核基因組而處于積極復(fù)制和裝配的狀態(tài)。3、溶源性細(xì)菌特性(1)遺傳性：(2)自發(fā)裂解：原噬菌體發(fā)生大量復(fù)制的現(xiàn)象，并成熟為噬菌體粒子，導(dǎo)致寄主細(xì)菌裂解的現(xiàn)象。(3)誘發(fā)裂解：溶源菌在外界理化因子的作用下，發(fā)生高頻裂解（進(jìn)行營養(yǎng)期繁殖）的現(xiàn)象。(4)免疫性：任何溶源菌對已感染的噬菌體以外的其他噬菌體即超感染噬菌體都具有抵制能力。(5)復(fù)愈（消失溶源性）：溶源細(xì)胞中的原噬菌體消失，變成為非溶源細(xì)胞。(6)溶源轉(zhuǎn)變：指少數(shù)溶源菌由于整合了溫和噬菌體的前噬菌體而使自己產(chǎn)生了除免疫性以外的新表型的現(xiàn)象。4、溶源菌的檢驗(yàn)方法——透明圈法(三)干擾現(xiàn)象兩種噬菌體感染同一細(xì)胞時(shí)，可產(chǎn)生一種病毒抑制另一種病毒復(fù)制的情況，稱為干擾現(xiàn)象。1、相互排斥如果只有一種噬菌體得以增殖，且不影響其子代噬菌體數(shù)量，就稱為相互排斥。2、抑制作用：如果被排斥的噬菌體能使增殖噬菌體的釋放量減少，則稱為抑制作用。七、噬菌體的危害、防止與應(yīng)用（一）危害1、丙酮、丁醇發(fā)酵與噬菌體污染：

發(fā)酵速度緩慢、產(chǎn)氣減少、發(fā)酵液對流也不旺盛，甚至菌數(shù)減少，逐漸使發(fā)酵停止。

2、抗生素發(fā)酵與噬菌體污染出現(xiàn)溶菌現(xiàn)象，菌體減少，培養(yǎng)液變黑，抗生素效價(jià)不上升。3、食品工業(yè)上的噬菌體污染：發(fā)酵作用就會減慢，周期明顯延長，甚至停止；發(fā)酵液變清，不積累發(fā)酵產(chǎn)物，菌體很快消失，整個發(fā)酵生產(chǎn)就被破壞。（二）防治措施1、消滅phage，杜絕其依賴生存條件。2、選育和使用抗phage菌株。3、菌種輪換使用