微生物学教程 周德庆 第3章 病毒和亚病毒

nullnull第3章 病毒和亚病毒 真病毒：核酸，蛋白质 非细胞生物 类病毒：独立侵染性RNA 亚病毒 拟病毒：非独立侵染性RNA 朊病毒：单一的蛋白质null第1节 病毒概论 病毒是由核酸和蛋白质等少数几种成分组成 的超显微“非细胞生物”，其本质是一种只含DNA或 RNA的遗传因子，能以感染态和非感染态两种状态 存在。 * 病毒的发现和名称由来 1892年，俄国一植物学家研究烟草花叶病。 1896年，荷兰学者Martinus Beijerinck证明病毒的存在，并 命名这类有传染性的活体为Virus(毒素，毒液）。null* 病毒的起源 假说1：病毒是最早出现的生物。核酸不断复杂化直至成为 细胞，而较简单的DNA和RNA 在进化的路上落在 了后面，学会了寄生方式，最后成为病毒。 假说2：病毒是从几十亿年前一些脱离开细胞的基因片段 演变而来的。经过漫长的时间，这些来自细胞的核 酸片段发展了独立生活、进行自我复制和细胞内 寄生的本领，于是它们成为了病毒。 假说3：病毒是从外层空间落到地球上的，并且还在继续落 下。null* 病毒与其他生物的关系 1、病毒使其他生物生病 人类在这个星球上继续行使主宰权的最大威胁是病毒。 2、20世纪70年代对劳氏肉瘤病毒（Rose sarcoma virus）的 研究，以及内含子的发现让人对病毒在整个生物界的作 用提出了新的观点： 病毒也许是所以各种基因的传播者。null一、病毒的形态构造和化学成分 （一）病毒的大小 最大的病毒：痘病毒（poxvirus），200 nm。 最小的病毒：脊髓灰质炎病毒（polio virus），28 nm。 （二）病毒的形态 病毒粒，病毒体，病毒粒子——virion 核心，基因组——core, genome 衣壳——capsid 衣壳粒——capsomer 囊膜——envelope核衣壳nucleocapsidnull1. 典型病毒粒子的构造nullnullnull2. 病毒粒子的对称体制 螺旋对称，20面体对称，复合对称，其他形态。null病毒的群体形态 包涵体（inclusion body）：动植物细胞中的病毒 群体，颗粒状。 噬菌斑（plaque）：在菌苔上形成的空斑。 空斑（plaque）：动物病毒在宿主单层细胞培养 物上形成的空斑。 枯斑，病斑（lesion）：植物病毒在叶片上形成。null噬菌斑null（三）3 类典型形态的病毒及其代 螺旋对称——烟草花叶病毒（tobaco mosaic virus ） 直径：15 nm 长：300 nm 核心：线状ssRNA ， 6390 核苷酸 。 衣壳：158 aa， 2130个亚基。null2. 二十面体对称——腺病毒（adenovirus） 直径：70-80 nm 核心：线状ds DNA， 36500 bp 衣壳： 12角，20面，30棱。 252个衣壳粒， 12个五邻体（spike） null3. 复合对称——T偶数噬菌体（T4）头：20面对称 宽 65 nm 长 95 nm 尾：螺旋对称 直径 8 nm 长 95 nm 核心：线状ds DNAnull（四）病毒的基因组null二、病毒的繁殖方式 病毒的繁殖一般分5个阶段： 1 吸附 2 侵入 噬菌体为20-30 min, 增殖 动物病毒为8-40 h 成熟（装配） 释放 nullnull1 吸附（adsorption, attachment） 病毒的吸附蛋白（attachment protein） 宿主细胞表面病毒的受体（recepter）有效结合 T-偶数噬菌体的吸附蛋白（VAP）——尾丝蛋白 ΦX174的吸附蛋白——五邻体顶的纤维突起（H蛋白） 宿主细胞受体：蛋白质，多糖，脂蛋白-多糖复合物。 吸附作用受许多内外因素的影响。null 2 侵入（penetration, injection） 病毒颗粒被宿主细胞吞入，病毒粒子在细胞内的脱壳。① 不具囊膜的病毒粒子的侵入方式许多动、植物病毒没有特异的吸附位点，它们是被动地由宿主细胞的吞饮作用进入细胞的。null ② 具囊膜的病毒粒子的侵入方式之一null ③具囊膜的病毒粒子的侵入方式之二null④噬菌体的侵入null3 增殖（replication） 包括（1）早期蛋白质的合成、（2）核酸的复制、 （3）病毒晚期蛋白的合成。 （1）早期蛋白质的合成 主要是一些病毒特有的酶的合成。在这阶段， 宿主的生物合成机制被改变以作为合成病毒核酸的 前导。null（2）病毒核酸的复制 依靠自身携带的核酸多聚酶。 或依靠宿主细胞的核酸多聚酶。 或对宿主细胞的核酸多聚酶进行改造。 通过双链的复制型“中间体”进行复制。 nullnullnull（3）病毒晚期蛋白质的合成 主要是病毒的结构蛋白——衣壳蛋白亚基 的合成。另外还有一些酶的合成。 null各类单链病毒核酸与mRNA的比较nullmRNA 的转录null4. 成熟（装配） 将合成的病毒各部件进行自行装配（self assembly）。 释放 破坏宿主细胞——裂解 不破坏宿主细胞——以出芽的方式 multiplicity of infection（m.o.i） 自外裂解（lysis from without）：感染复数过高而 引起宿主细胞裂解，但无子代病毒粒子生成的现象。 裂解量（burst size）：子代病毒数/宿主细胞，可以 是几个——几千个。 nullAIDS病毒粒子以出芽方式离开宿主细胞null噬菌体M13或fd离开宿主细胞的方式null噬菌体Pfl从铜绿假单胞菌中分泌出来： 兰色柱：疏水a-螺旋，与病毒DNA结合，可穿越细胞膜。 红色柱：两性螺旋，存在于细胞膜上。 绿色线：病毒ssDNA 黄色钩：连接两柱的 短肽。 null三、病毒的培养——活体培养 细菌细胞 鸡胚 昆虫细胞 其他动物细胞或组织 活的动物 四、病毒的纯化 超速离心， 沉淀（饱和硫酸铵），吸附，电泳。 尿囊绒膜 尿囊腔清蛋白 羊膜腔null五、病毒的计数 扫描电镜 病斑计数 血清学方法 生物化学方法 六、病毒的分类 宿主范围 核酸类型 对称体制，有无囊膜null 第2节 原核生物的病毒——噬菌体 一、噬菌体（phage）概述 1. 噬菌体的基本形态 球形，丝形， 复合形（蝌蚪状） 噬菌体的核酸类型 ssRNA, dsRNA, ssDNA, dsDNA null噬菌体的繁殖 5个阶段——吸附，侵入，增殖，成熟，释放。 烈性噬菌体（virulent phage）（教材P69）：凡 在短时间内能完成以上5个阶段而实现其繁殖的噬 菌体，称为烈性噬菌体。 裂解性周期（lytic cycle）：烈性噬菌体的繁殖 过程。又称为增殖性周期（productive cycle）。null4. 溶源性（lysogeny） 溶源性：温和噬菌体侵入宿主细胞后，不引起宿主细胞裂解，而是将噬菌体基因组整合到宿主基因组上，并随宿主基因组的复制而同步复制的现象。 温和噬菌体（temperate phage）：凡能引起溶源性的噬菌体即称为温和噬菌体，它有3种存在形式：（1）游离态（2）整合态（前噬菌体prophage）（3）营养态 溶源菌（lysogen, lysogenic bacteria）（教材P73）：是一类能与温和噬菌体长期共存，一般不会出现有害影响的宿主细菌。nullnull5. 噬菌体效价的测定 （噬菌体）效价（titre）：每毫升试样中所含有 的具侵染性的噬菌体粒子数，又称为噬菌斑形成单 位数（pfu）或感染中心数。 测定效价的方法：双层平板法（two layer plating method）。null噬菌斑的培养方法—— 双层平板法null6. 噬菌体的一步生长曲线null二、噬菌体举例（T4，λ） 1. T4 噬菌体 T 噬菌体是一群dsDNA，感染E.coli和相关的细 菌。是研究得最早、最详细的病毒，它们被命名为 T1——T7。 T4 噬菌体是最大的、复制机制最复杂的T 噬菌体。 null （1）基因组1.7×105 bp，dsDNA， 编码135种蛋白质，几种tRNA. 具有3000-6000bp的末端重复序列。 （2）糖基化的5-羟甲基胞嘧啶nullT4吸附到E. coli细胞上，将DNA注入细胞，核衣壳留在外面。null T4噬菌体核酸的复制nullT4噬菌体 核酸的复制nullλ 噬菌体 是研究得最透彻的一种溶源性噬菌体。 感染 E.coli。 正20面体头部直径64 nm 尾 150 nm 单一尾丝 23 nm 线性ds DNA，具12 核苷酸的粘性末端， 形成环状的DNA 有48502bp。nullnullnullnull第3节 真核生物的病毒 真核生物有核膜 病毒在细胞核内复制核酸 病毒在细胞质内复制核酸 真核生物的核糖体 只能识别加了“5’-帽子”的mRNA 只能识别单顺反子mRNA null动物病毒植物病毒null1、脊髓灰质炎病毒Polio virus +RNA 病毒 30 nm 在细胞质内复制 真核生物病毒举例（简介）null2、水泡口炎病毒 Vesicular stomatitis virus -RNA 病毒 70×175 nm 具囊膜 病毒核酸在细胞质内复制 null水泡口炎病毒（VSV）的复制null神经氨酸酶：使病毒穿透黏膜层到达细胞 凝血素: 病毒的吸附蛋白3、流感病毒 influenza virus 属于正粘病毒 具分段基因组： 8 条 –RNA 病毒核酸在细胞核内复制null 流感病毒的电镜照片流感病毒的繁殖过程 （示意图） NP: 核衣壳蛋白 BP1：RNA聚合酶null3、爱滋病毒（HIV） 属于反转录病毒（retrovirus） 基因组：2条相同+RNA RNA有5’帽，3’尾。 反转录酶 tRNA分子 HIV病毒粒子示意图 HIV基因组示意图null爱滋病病毒的整合和复制null4、埃博拉病毒（Ebola virus），马尔堡病毒（Marburg virus） 埃博拉病毒的照片这两种病毒形态十分相似，仅存在抗原性质的不同，都属于丝状病毒科（Filoviridae），它们的自然宿主至今未知。都引起人严重的出血热。1976年7月，Ebola首次在苏丹出现，同年9月再次在扎伊尔爆发。1995年5月在扎伊尔再次爆发。 1967年8月首次在德国和南斯拉夫出现，1976年又出现一次，1990年出现一次。null第4节 亚病毒 凡在核酸和蛋白质2种成分中，只含其中一种的分子病原体，称为亚病毒。 一、类病毒（Viroid）——只含RNA 目前只在植物中发现，为环状ssRNA。 二、拟病毒（Virusoid） 是一类包裹在真病毒粒子（辅助病毒）中的 DNA或RNA片段，它的复制必须依赖真病毒的协助， 同时它又能干扰真病毒的复制和减轻其对宿主的病 害。 null三、朊病毒（Prion）——蛋白侵染子 是一类不含核酸的传染性蛋白质分子，能引起宿主 体内现成的同类蛋白质分子发生与其相似的构象变 化，从而可使宿主致病。null第5节 病毒与实践 一、噬菌体与发酵工业 二、昆虫病毒用于生物防治 三、病毒在基因中的应用 用作外源基因的载体。基因治疗。 四、病毒在生物武器中的应用 天花病毒（smallpox）——作为一种可能的生物武器，没有其他微生物能比得上天花，它是终结所有噩梦的噩梦。 基因工程病毒——人类的新噩梦null第3章 病毒和亚病毒（） 第1节 病毒 一、病毒的形态构造和化学成分 （一）病毒的大小 （二）病毒的形态 （三）3 类典型形态的病毒及其代表 （四）病毒的核酸 二、病毒的繁殖方式（5个阶段） null三、病毒的培养——活体培养 四、病毒的纯化 五、病毒的计数 六、病毒的分类 宿主范围，核酸类型，对称体制，有无囊膜。 第2节 原核生物的病毒——噬菌体 一、噬菌体（phage）概述 1. 噬菌体的基本形态 噬菌体的核酸类型 null二、噬菌体举例 T4 噬菌体 T4 噬菌体是最大的、复制机制最复杂的T 噬菌体。 感染E.coli和相关的细菌。 2. λ 噬菌体 是研究得最透彻的一种溶源性噬菌体。 感染 E.coli。 null第3节 真核生物的病毒 真核生物有核膜 病毒在细胞核内复制核酸 病毒在细胞质内复制核酸 真核生物的核糖体 只能识别加了“5’-帽子”的mRNA 只能识别单顺反子mRNA null第4节 亚病毒 凡在核酸和蛋白质2种成分中，只含其中一种的分子病原体，称为亚病毒。 一、类病毒（Viroid）——只含RNA 二、拟病毒（Virusoid）——寄生于病毒中的裸露 RNA或DNA 三、朊病毒（Prion）——蛋白侵染子 第5节 病毒与实践