微生物幻灯片第3章

第三章 病毒和亚病毒,天花病毒（Variola virus）： dsDNA 公元前2-3世纪存在 ，最早记载公元860-932 公元10世纪，我国人工接种预防天花(smallpox) 1798年，英国医生E. Jenner牛痘预防天花， 1980年5月，天花消灭,病毒发现和研究历史：,流感病毒（influenza virus）: 1346-1351； 1918-1919，西班牙流感，全球1/5人口，死亡2500万人； 1957，亚洲流感，1968，香港流感，100多万人 1997，香港，禽流感,(a) Human influenza virus. Note the flexibility of the envelope and the spikes projecting from its surface (282,000). (b) Diagram of the influenza virion.,1886年，A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病；,1892年，D. Ivanovsky烟草花叶病病原体能通过细菌滤器： 一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”或极小的细菌,1898年，荷兰著名科学家 M W Beijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果：,能通过细菌滤器； 可被乙醇沉淀而不失去其感染性， 能在琼脂凝胶中扩散； 用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活；,1900年前后，包括口蹄疫（foot and mouth disease）在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。,1915年, F W Twort , 1917年F dHerelle ，分别发现细菌（Shigella dysenteriae）病毒,bacteriophages,Phago：“to eat”,噬菌体（phage）,1935年，W M Stanley首次提纯并结晶了烟草花叶病毒； Bawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白；,对病毒学研究贡献最大的2项技术 1电镜技术：1940年，Kansche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒； 2、组织培养技术：1949年，Enders 利用单层细胞培养繁殖脊髓灰质炎病毒获得成功,HIV:human immunodeficiency virus 爱滋病（AIDS）；acquired immune deficiency syndrome)，RNA，1981年，美国,埃博拉病毒(bola virus)：年，扎伊尔，-,SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome)病原体：2003 冠状病毒变种（coronavirus）,+ssRNA,H1N1 甲型流感病毒,病毒学（virulogy） ：,研究病毒（virus）的本质及其与宿主的相互作用的科学， 是微生物学的重要分支学科。,病毒的特点:,2）没有细胞结构。“分子生物”,3）一种病毒只含有一种核酸，DNA或者RNA。,4）大部分病毒没有酶系，不能进行独立的代谢作用。,5）必须依赖宿主细胞为其制备的核酸、蛋白质“元件” 的装配 实现其大量繁殖。严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖 体，没有个体生长，也不进行二均分裂。,1）形体极其微小。“滤过性”、电镜观察,7）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。,例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳（coat）构成， 故可把它们视为核蛋白分子。,朊病毒甚至仅由蛋白质构成,病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与 表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的 病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到 细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。,第一节 病 毒 virus,6）离体条件下无生命的生物大分子状态。,8）病毒核酸能整合到宿主的基因组中,例外：利福平可抑制痘病毒复制,非细胞生物,（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分,亚病毒,类病毒：只含具有独立侵染性的RNA组分 拟病毒：只含不具有独立侵染性的RNA组分 朊病毒：只含单一蛋白质组分,病毒具有宿主特异性,噬菌体（phage） 植物病毒（plant viruses） 动物病毒（animal viruses）,病毒的定义,超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体,（一）病毒的大小,一、病毒的形态构造和化学成分,超显微的：20-450 nm，最大pox virus , 450nm 最小如parvo virus, 28nm,球形颗粒(或称拟球形颗粒) 杆状颗粒 复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）,（二）病毒的形态,(三）病毒粒的结构,Capsid（衣壳）,蛋白质外壳，由蛋白质亚基按对称的形式、有规律地 排列而成，是病毒毒粒的基本结构。,Core or genome（核心或基因组）,Envelope（包膜）,核酸，是病毒毒粒的基本结构。,核衣壳外被，为含有蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜,核 衣 壳,×,Enveloped virus 包膜病毒,Naked virus 裸露病毒,如烟草花叶病毒、脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）,核衣壳nucleocapsid,（四）、病毒粒的对称体制及3类典型形态的病毒代表,对 称 体 制,二十面体对称 螺 旋 对 称 复 合 对 称,无包膜,有包膜：疱疹病毒,杆状：烟草花叶病毒 丝状：大肠杆菌fd、M13噬菌体,卷曲状：流感病毒 弹状：狂犬病毒,无包膜,有包膜,无包膜：大肠杆菌T偶数噬菌体,有包膜：痘病毒（砖块状）,小型：脊髓灰质炎病毒 X174噬菌体,大型：腺病毒,二十面体对称的代表： 腺病毒（Adenovirus）， ds DNA 蛋白质亚基围绕具立方对称的正多 面体的角或边排列，进而形成一个 封闭的蛋白质的鞘。无包膜,12个角 20个面 30条棱 252个衣壳粒 五邻体（12个） 六邻体（240个） 刺突,1、二十面体对称Icosahedral symmetry,有包膜的螺旋对称病毒粒,2、螺旋对称 Helical symmetry,螺旋对称的代表-TMV 95%衣壳蛋白和5%的单链RNA组成，衣壳含2130个皮鞋状的蛋白亚基组成。 亚基有规律地沿着中心轴呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构,复合对称的代表：T偶数噬菌体 有尾噬菌体（tailed phage）,其壳体由头部、颈部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。,ds DNA,3、复 合 对 称 Complex symmetry,Vaccinia virus 痘苗病毒在病毒中体积最大，在光学显微镜下勉强可见。有包膜的复合对称,噬菌斑(plaque): 噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，在培养细菌的平板上，可以看到一个个透明不长细菌的小圆斑，称为噬菌斑。,空斑（plaque):人工培养的单层动物细胞感染病毒后，也会形成类似噬菌斑的动物病毒群体，称为空斑。,单层动物细胞受到肿瘤病毒的感染后，会使动物细胞恶性增生， 形成类似细菌菌落的病灶，称为病斑。,烟草花叶病毒感染烟草后，在叶片上出现的一个个坏死的病灶， 称为枯斑（lesion)。,（五）、病毒粒的群体形态,包涵体(inclusion body): 病毒在宿主细胞内大量复制，形成具有一定形态、构造的群体,（六）、 病毒粒的化学成分,病毒粒 （化学成分）,核酸； 蛋白质； 脂类； 碳水化合物；,基本化学组成,病毒颗粒在化学上表现为核蛋白,病毒核酸,单链DNA（ss DNA）； 双链DNA（ds DNA）； 单链RNA（ss RNA）； 双链RNA（ds RNA）；,1、病毒的核酸,2、病毒蛋白质,结构蛋白,非结构蛋白,病毒基因组编码，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于病毒粒中的蛋白质,构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质,壳体蛋白； 包膜蛋白； 存在于毒粒中的酶；,病毒结构蛋白的主要生理功能：,1）构成蛋白质外壳,2）决定病毒感染特异性，与易感细胞表面受体具特异性亲和力,3）决定病毒的抗原性,4）构成毒粒酶，或参与病毒的入侵（如T4噬菌体的溶菌酶等），或参与病毒大分子的合成（如逆转录酶）,（一）噬菌体 phage,原核生物的病毒：噬细菌体、噬放线菌体、噬蓝细菌体,二、4类病毒及其繁殖方式,fC174 噬菌体（Bacteriophages: fC174 ） Single-Stranded DNA，Icosahedral, consisting of circular single-stranded molecule of 5386 bases,T偶数噬菌体（T-even Phages） Double-Stranded DNA，T2, T4 and T6,吸附,侵入,裂解,增殖,成熟,噬菌体的繁殖-复制,1) 吸附 Adsorption,随机碰撞而接触（静电引力或氢键）,可逆吸附，无特异性（非细胞颗粒也可吸附）,病毒表面蛋白与细胞受体的结合,特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段,不同种系的细胞具有不同病毒的细胞受体，病毒受体的细胞种系特异性决定了病毒的宿主范围。,分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体,2) 侵入Penetration,有尾噬菌体：,注射方式将噬菌体核酸注入细胞,通过尾部刺突固着于细胞； 尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔； 尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外；,吸附,尾钉固着,尾鞘收缩,尾管穿入,DNA注入,脱壳：,病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸的过程 脱壳是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件。,T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的,病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜隐期。,（3）增殖Duplication,病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。,4) 病毒的装配与释放Assembly and release,新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒，称做病毒的装配， 亦称成熟（maturation）或形态发生（morphogenesis）。,T4噬菌体的装配是一个极 为复杂的自我装配的过程,大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放,成熟的子代病毒颗粒然后依一定途径释放到细胞外,丝杆噬菌体（如M13或fd）不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式 不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装。,自外裂解（lysis from without） 如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多 小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现 象称为自外裂解（lysis from without）。,病毒的复制周期（或复制循环）,自病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从感染细胞释放到细胞 外的病毒复制过程。吸附、 侵入、 增殖（复制与生物合成）、成熟（装配）、 裂解（释放）；,2、噬菌体效价的测定,效价（titer)每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌 体粒子数，又称噬菌斑形成单位（pfu）或感染中心数,测定方法双层平板法（two layer plating method),用双层平板法测出的效价比用电镜直接记数得到的效价低。 前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是计噬菌体的总数。,3、一步生长曲线（one step growth curve）,1939年，Max Delbruck & Emory Ellis：,E. coli / bacteriopage,定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线,以适量的病毒接种于标准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附后，离心除去未吸附的病毒，或以抗病毒抗血清处理病毒细胞培养物以建立同步感染，然后继续培养并定时取样测定培养物中的病毒效价，并以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线。,3、一步生长曲线 （one step gro