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微生物幻灯片第3章

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    • 1、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

      2、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 syn

      3、drome),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(

      4、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 ge

      5、nome(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

      6、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 b

      7、ody): 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

      8、,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。,

      9、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

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