微生物学课件4.ppt

教学思想 师者：“传道、授业、解惑也”教学是思想和方法论的传授教学理念 教无定式 教学要体现以学生为主，尊重学生，才能得到尊重,第三章病毒和亚病毒,第一节 病毒,病毒（Virus）是在19世纪末才被发现的一类微小病原体。,一、人类对病毒的认识和研究历史,1886年，A.Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病,结果：烟草花叶病病原体能通过细菌滤器；结果：一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”或极小的细菌,伊万诺夫斯基,1892年，D.Ivanovsky对烟草花叶病病原体进行了研究,1898年，荷兰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；,近30年来新增病毒表,2004年是禽流感,自1967年以来，新传染病便以每年12例的“惊人速度”出现。2007年世界卫生报告构建安全未来：21世纪全球公共卫生安全,极大地丰富了现代生物学（微生物学、分子生物学、分子遗传学）的理论与技术；,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。,有效地控制和消灭人及有益生物的病毒病害；利用病毒对有害生物、特别是害虫进行生物防治；发展以基因工程为中心的生物高新技术产业；,真病毒（Euvirus）,非细胞生物,至少含有核酸和蛋白质两种组分。,亚病毒（subvirus）,类病毒：只含具有独立侵染性的RNA组分,拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分,朊病毒：只含单一蛋白质组分,二、病毒的特点和定义,1.特 点,1）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征。,E.g.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。,2）一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，DNA或者RNA。,朊病毒甚至仅由蛋白质构成,3）大部分病毒没有酶或酶系极不完全，不含催化能量代谢的酶，不能进行独立的代谢作用。,4）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，必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制，形成子代。,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）。,5）个体微小，在电子显微镜下才能看见。,6）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。,例如利福平可抑制痘病毒复制,7）在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可长期保持其侵染活力。,8）有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。,病毒（virus)是一类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。,超显微的,什么是病毒？,没有细胞结构的,专性活细胞内寄生,2.定 义,感染态：活细胞内专性寄生（宿主体内）,非感染态：以无生命的生物大分子状态长期 存在，并可保持其侵染活性。（离体条件下）,病毒的两种存在状态,病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性,噬菌体（phage）植物病毒（plant viruses）动物病毒（animal viruses）,三、病毒的宿主范围,四、病毒的形态结构和大小（一）病毒的大小,绝大多数的病毒都是能通过细菌过滤器的微小颗粒，直径在20200nm的范围内，必须在电镜下观察。,最大病毒d=200nm的牛痘苗病毒（smallpox）；最小病毒之一d=28nm的脊髓灰质炎病毒（polio virus）；,病毒是一类非细胞生物，故称之为病毒粒或病毒体（virion），有时也称病毒颗粒或病毒粒子（virus particle），专指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。,（二）病毒的形态结构,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）,毒粒的形状,采用各种电镜技术观察病毒粒的形态结构,Orf virus：口疮病毒(接触性脓疱皮炎病毒)（负染技术）,Ebola virus：埃博拉病毒（正染技术）,Vaccinia virus 痘苗病毒（投影技术）,各种毒粒的大小、形态差异很大,烟草花叶病毒,细菌M13噬菌体,细菌T4噬菌体,大肠杆菌,细菌f2、MS2噬菌体,脊髓灰质炎病毒,牛痘病毒,腺病毒,衣原体,人血红细胞,病毒长什么样子？,病毒的基本结构,衣壳（蛋白质外壳）,核心（核酸）,DNA：DNA病毒(如天花病毒、腺病毒等),RNA：RNA病毒(如HIV、脊髓灰质炎病毒等),只含有其中一种核酸,核衣壳,1.典型病毒粒的构造,核心（core）或基因组（genome）位于病毒中心的核酸。,衣壳（capsid）：包围在核心周围的蛋白质，由蛋白质亚基按对称的形式、有规律地排列而成，是病毒粒的主要支架结构和抗原成分，有保护核酸等作用。由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位衣壳粒（capsomere 或 capsomer）所构成。,包膜：有些较复杂的病毒（一般为动物病毒，如流感病毒、疱疹病毒、狂犬病毒、水泡性口膜炎病毒、以及小麦丛矮病毒等），其核衣壳外还被一层含蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜覆盖着，这层膜称为包膜（囊膜，envelope）。,刺突（spike）：囊膜上长有很多管状突起物等附属物。,对称体制,螺旋对称,二十面体对称,复合对称,有包膜,无包膜,杆状：烟草花叶病毒（TMV）等,丝状：大肠杆菌的f1、fd、M13等,卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等,弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等,无包膜,有包膜：疱疹病毒,大型：腺病毒等,小型：脊髓灰质炎病毒，X174噬菌体等,无包膜：大肠杆菌的T偶数噬菌体（蝌蚪状）等,有包膜：痘病毒（砖块状）,2.病毒粒的对称体制,皮鞋状的亚基有规律地沿着中心轴（RNA）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。,螺旋对称壳体：,裸露的螺旋毒粒,有包膜的螺旋毒粒,衣壳,核酸,核酸,衣壳粒,衣壳粒,包膜,刺突,是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。,二十面体对称壳体：,裸露的二十面体毒粒,有包膜的二十面体毒粒,衣壳,核酸,包膜,刺突,若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedral symmetry）结构。,具有双对称结构的典型例子是有尾噬菌体（tailed phage）,其壳体由头部和尾部组成。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。,头部,尾管,刺突,基板,尾丝,尾鞘,颈环,复合对称壳体：,Vaccinia virus 痘苗病毒（有包膜）在病毒中体积最大，在光学显微镜下勉强可见。,有尾噬菌体（无包膜）,病毒粒大量聚集并使宿主细胞发生病变时，就形成了具有一定形态、构造并能用光镜加以观察和识别的特殊“群体”，称之为包涵体（inclusion body）。,3.病毒的群体形态,（1）包涵体（inclusion body）,也有在细胞质和细胞核内都存在的类型。,包涵体,多数位于细胞质内，具嗜酸性；,少数位于细胞核内，具嗜碱性；,包涵体的类型,是病毒的聚集体,是病毒蛋白和与病毒感染有关的蛋白,非病毒性包涵体,大多数由动物病毒引起的包涵体，是病毒的合成部位。,病毒包涵体的应用,用于病毒病的诊断,用于生物防治,细菌我们可以通过培养的方式观察，病毒是不是也可以这样？,问 题？,（2）噬菌斑（plaque）,将少量的噬菌体与大量的宿主细胞的混合液与45左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺平后培养10小时左右，肉眼可见一个个透亮不长菌的小圆斑，即为噬菌斑（plaque），是由噬菌体在菌苔上形成的“负菌落”。,（3）空斑（plaque）,由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成一个与噬菌斑类似的肉眼可见的局部病损区域，称之为蚀斑或称空斑（plaque）。,Dulbecco和Vogt于1953年发明了单层动物细胞上的病毒空斑计数法，可进行有活性的动物病毒粒子的计数。,由植物病毒在植物叶片上形成的局部坏死斑，称之为枯斑（lesion，病斑）。,（4）枯斑（lesion）,（三）噬菌体的形态,噬菌体的六种主要形态,五、3类典型形态的病毒及其代表,1.螺旋对称的代表烟草花叶病毒,烟草花叶病毒简称TMV（tobaco mosaic virus），是一种植物病毒，在病毒学发展史上有其独特的地位。它是发现最早、研究最深入和了解最清楚的一种病毒。,直接影响烤烟的产量和质量,感病植物症状：花叶、叶片轻度扭曲，当天气干燥和炎热的时候，下部叶容易受到花叶烧伤。早期感病植株还表同矮化症状。,由6390个核苷酸构成，每3个核苷酸与一个蛋白质亚基相结合,衣壳含2130个皮鞋状的蛋白亚基,5 ssRNA,95衣壳蛋白,烟草花叶病毒的形态和结构,2.二十面体对称的代表腺病毒,腺病毒（Adenovirus）是一类动物病毒，于1953年首次从手术切除的小儿扁桃体中分离到。,主要侵染呼吸道、眼结膜和淋巴组织，是急性咽炎、咽结膜炎、流行性角膜结膜炎和病毒性肺炎等的病原体。,核心是由36500bp（碱基对）的线状双链DNA（dsDNA）构成。,六邻体（hexon）的衣壳粒240个（均匀分布在20个面上）；五邻体（penton）的衣壳粒12个（分布在12个顶角上）；每个五邻体上突出一根末端带有顶球的蛋白纤维，称为刺突（spike）。,有12个角、20个面、30条棱。衣壳由252个衣壳粒组成，包括,腺病毒只能培养在人的组织细胞（羊膜、HeLa或Hep-2细胞株等），尤其适合长在人胎肾组织细胞上，并能在宿主的细胞核中进行增殖和装配，并能使宿主细胞形成包涵体。,3.复合对称的代表T偶数噬菌体,E.coli 的T偶数（even type）噬菌体共有3种，即T2、T4和T6。它们是病毒学和分子遗传学基础理论研究中的极好材料。,T4噬菌体由椭圆形的二十面体头部、颈部和螺旋对称的尾部三部分构成，是病毒中复合对称的代表。,头部内的核心是dsDNA,头部与尾部相连处有一构造简单的颈部，由颈环和颈须构成。,尾部由尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝五部分组成。,T4通过尾丝吸附于宿主E.coli 表面。吸附后，由于基板受到构象上的刺激，中央孔开口，释放溶菌酶并水解部分细胞壁，接着尾鞘蛋白收缩，把尾管插入宿主细胞中。,六、病毒的核酸,核酸构成了病毒的基因组（genome），是病毒粒中最重要的成分，具有遗传信息的载体和传递体的作用。,是DNA还是RNA；是单链（ss，single strand）结构还是双链（ds，double strand）结构；呈线状还是环状；是闭环还是缺口环；基因组是单分子、双分子、三分子还是多分子。核酸的碱基（b，base）或碱基对（base pair，bp）数，以及核苷酸序列等。,病毒核酸的类型可从以下几点来区分：,病毒核酸的种类是病毒系统分类中最可靠的分子基础,七、4类病毒及其繁殖方式（一）原核生物的病毒噬菌体 1.噬菌体的繁殖,噬菌体和一切病毒粒并不存在个体的生长过程，只有其两种基本成分（核酸和蛋白质）的合成和装配，即：,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）。,病毒的特点：,严格细胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖。,毒粒,宿主细胞,有繁殖性的病毒基因组,具有感染性的毒粒消失,病毒基因组复制、表达,病毒核酸和蛋白质,装配形成具有感染性的毒粒,释放至细胞外,原料；能量；生物合成场所；,噬菌体的繁殖一般分为5个阶段，即吸附 侵入 增殖（复制与生物合成）成熟（装配）裂解（释放）,凡在短时间内能连续完成以上5个阶段而实现其繁殖的噬菌体，称为烈性噬菌体（virulent phage）；反之，进入菌体后并不进行增殖或引起溶菌的则称之为温和噬菌体（temperate phage）。,烈性噬菌体所经历的繁殖过程，称为裂解性周期（lytic cycle）或增殖性周期（productive cycle）。,病毒粒,敏感细胞,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,现以 E.coli 的T偶数噬菌体为代表加以介绍,吸附（adsorption）,病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力。,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。,病毒吸附蛋白是能够特异性地识别细胞受体并与之结合的毒粒表面的结构蛋白分子，亦称做反受体（antireceptor）。,有包膜病毒的VAP为包膜糖蛋白,无包膜毒粒的VAP往往是核壳的组成部分,（1）病毒吸附蛋白（viral attachment protein,VAP）,E.g.T偶数噬菌体的尾丝蛋白，流感病毒包膜表面的血凝素糖蛋白等。,病毒的细胞受体亦称病毒受体，系指能被病毒吸附蛋白特异性地识别，并与之结合介导病毒进入细胞，启动感染发生的细胞表面组分。,现在已知病毒受体是细胞的功能性物质，为细胞正常生长代谢所必需，而非病毒专一性的成份。,（2）细胞受体,E.g.单纯疱疹病毒的受体是硫酸乙酰肝素，狂犬病毒(Rabies virus)的受体是细胞表面的乙酰胆碱受体。,分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体,吸附作用受许多内外因素的影响,噬菌体的数量 由于每一宿主细胞表面的特异受体有限，因此所能吸附噬菌体的数目也有一个限量。,每一敏感细胞所能吸附的相应噬菌体的数量，就称感染复数（m.o.i，multiplicity of infection）。,辅助因子 色氨酸可促进T4的尾丝摆脱颈须的束缚，有促吸附作用；生物素可促进产谷氨酸细菌噬菌体的吸附作用。,阳离子 Ca2+、Mg2+和Ba2+等阳离子对吸附有促进作用；Al3+、Fe3+和Cr3+等阳离子则可引起失活。,温度 在生长最适温度范围内最有利于吸附。利用某些理化因子对吸附的促进作用和抑制作用，在发酵工业中对防止噬菌体的污染有一定的意义。,pH值 在中性时有利于吸附，在pH5和pH10时不易吸附。,侵入又称病毒内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤。,侵入（penetration）,有伸缩尾的T偶数噬菌体：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，是细胞壁产生小孔；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；,尾丝吸附,刺突固着,尾鞘收缩,尾管穿入,DNA注入,脱壳是病毒侵入后，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，仅有核酸病毒及结合蛋白进入细胞，壳体留在细胞外。,病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜隐期。,病毒基因组的表达与复制存在着强烈的时序性,病毒基因组进入胞内,宿主细胞的代谢发生改变,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。,增殖（replication）,早期（early,immediate early）,次早期（delayed early）,晚期（late）,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）。,成熟（maturation）,至此，一个个成熟的大小相等的噬菌体粒子就装配完成了。,DNA分子的缩合,通过衣壳包裹DNA而形成头部,尾丝和尾部的其他部件独立装配完成,头部与尾部相结合,最后装上尾丝,主要步骤有：,T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程,包括4个完全独立的亚装配途径：头部的装配；无尾丝的尾部装配；尾部与头部自发结合；单独装配的尾丝与前已装配好的颗粒相连。,裂解（lysis）,当宿主细胞内的大量子代噬菌体已成熟后，由于水解细胞膜的脂肪酶和水解细胞壁的溶菌酶的作用，从细胞内部促进了细胞的裂解，从而实现了噬菌体的释放。,大量噬菌体吸附于同一宿主细胞表面并释放众多的溶菌酶，最终因外在的原因而导致细胞裂解的现象称之为自外裂解（lysis from without）。,平均每一个宿主细胞裂解后所产生的子代噬菌体数称作裂解量（burst size）。,自外裂解是不能产生子代噬菌体的裂解方式。,吸附,侵入,早期：病毒特异性酶的合成,病毒核酸复制,病毒结构蛋白质合成,装配,释放,病毒大分子合成,T4 噬菌体的生命旅程,噢，一只倒霉的大肠杆菌遇了细菌病毒T4噬菌体！,病毒马上抓住猎物不放，但是大肠杆菌体积是病毒的1000倍。病毒怎么办呢？,请看：病毒的蛋白质外壳发挥作用，将病毒的核酸物质注入大肠杆菌体内，请注意病毒的外壳最后会被弃在寄主体外。,左图：病毒核酸链接入到寄主核酸链中右图：病毒核酸链指挥大量复制自己,病毒的核酸链（蓝色部分）经过一系列作用，接入寄主的核酸链（橙色部分）中，进而控制寄主的生命活动。利用寄主本身的营养物质复制出成千上万的病毒核酸，同时新产生的病毒核酸链（黄色部分）又指挥寄主的细胞，利用寄主的营养物质大量地生产病毒外壳蛋白质，最后把外壳与病毒核酸一起装配成完整的新病毒。,最后:大肠杆菌死亡并破裂，释放出里面的病毒，新一代病毒开始新的生命旅程,随着时间的推移，细菌的数量变得越来越少，这是因为它们被细菌病毒杀死了，这种现象也称为“溶菌”现象。,原理：,你能否设计一实验来测定一试样中噬菌体的数量？,在涂布有敏感宿主细胞的固体培养基表面，若接种上相应噬菌体的稀释液，则在菌苔上形成一个具有一定形状、大小、边缘和透明度噬菌斑（负菌落）。,2.噬菌体效价的测定,噬菌体的鉴定指标，纯种分离和计数。,效价（titre titer）：表示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数（plaque-forming unit，pfu）或感染中心数（infective centre）。,较常用且较精确的测定效价的方法称为双层平板法（two layer plating method）,培养液和宿主细胞,计数管中完整宿主细胞数（定时取样对活细胞计数）,噬菌体数=原细胞数 活细胞数,试样+宿主细胞+琼脂培养基,低倍镜下计数噬菌斑,双层平板法,底层平板（2琼脂培养基10mL）,上层平板,上层培养基（1琼脂培养基5mL）,宿主菌悬液（对数期菌液0.2mL）,噬菌体试样（合适稀释液0.1mL）,混匀,37,10余h,计数噬菌斑,双层平板法的优点？,双层平板法主要有以下几个优点：加了底层培养基后，可使原来底面不平的玻璃皿的缺陷得到了弥补；所形成全部噬菌体斑都接近处于同一平面上，因此不仅每一噬菌斑的大小接近、边缘清晰，而且不致发生上下噬菌斑的重叠现象；因上层培养基中琼脂较稀，故形成的噬菌斑较大，更有利于计数。,3.一步生长曲线（one step growth curve）,定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称作一步生长曲线或一级生长曲线（one-step growth curve）。,反映每种噬菌体的三个最重要的特性参数潜伏期（latentphase）裂解期（risephase）裂解量（burstsize）,指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。,（1）潜伏期（latentphase）,整段潜伏期中没有一个成熟的噬菌体粒子从细胞中释放出来,潜伏期又可分两段：,隐晦期（eclipsephase）指在潜伏期前期人为地（用氯仿）裂解细胞，裂解液仍无侵染性的一段时间。,细胞内正处于复制噬菌体核酸和合成其蛋白质衣壳的阶段,胞内累积期（intracellularaccumulationphase）又称潜伏后期，在隐晦期后，如人为地裂解细胞，其裂解液出现侵染性的一段时间。,噬菌体开始装配的时期，在电镜下可观察到已初步装配好的噬菌体粒子。,（2）裂解期（risephase）,紧接在潜伏期后的一段宿主细胞迅速裂解、溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。,（3）平稳期（plateau）,指感染后的宿主已全部裂解，溶液中噬菌体效价达到最高点后的时期。,1、用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞；2、数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬菌体）；3、将上述混合物大量稀释，终止抗血清的作用和防止新释放 的噬菌体感染其它细胞；4、保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌体含量 进行计数）；5、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；,一步生长曲线绘制的实验步骤,噬菌体侵染宿主细胞后是否都导致宿主细胞裂解？,温和噬菌体侵入相应宿主细胞后，由于前者的基因组整合到后者的基因组上，并随后者的复制而进行同步复制，因此，这种温和噬菌体的侵入并不引起宿主细胞裂解，此即称溶源性或溶源现象。,4.溶源性（lysogeny）,凡吸附并侵入细胞后，噬菌体的DNA只整合在宿主的核染色体组上，并可长期随宿主DNA的复制而进行同步复制，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解的噬菌体，称温和噬菌体（temperatephage）或溶源噬菌体（lysogenicphage）。,（1）溶源噬菌体（lysogenicphage）,当温和噬菌体侵入其敏感宿主的细胞后，前者的核酸可整合到后者的核基因组（genome，即核染色体）上，这种处于整合态的噬菌体核酸，称作前噬菌体（prophage）。,（2）前噬菌体（prophage）,游离态指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子；整合态指已整合在宿主基因组上的前噬菌体（prophage）状态；营养态指前噬菌体经外界理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制、合成和装配的状态。,（3）温和噬菌体的三种存在形式,温和噬菌体的种类很多，常见的有E.coli的、Mu-1、P1和P2噬菌体等。,噬菌体的溶源性反应,进入宿主后线状基因组依靠粘性末端环化,噬菌体的的溶源性反应,通过特定位点整合（切离）细菌染色体,凡能引起溶源性的噬菌体即称温和噬菌体，而其宿主就称溶源菌（lysogen或lysogenic bacteria）。溶源菌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胞。,（4）溶源菌（lysogen或lysogenic bacteria）,（5）溶源菌的显著特性,溶原性是溶源菌的一个极稳定的遗传特性,自发裂解（spontaneous lysis）,诱导（induction）,免疫性（immunity）,复愈,溶源转变（lysogenicconversion）,溶源菌,非溶源细胞,少数噬菌体可自发或诱发裂解宿主细胞变成烈性噬菌体,对同源噬菌体,温和噬菌体的溶源性反应：,整合于细菌染色体或以质粒形成存在的温和噬菌体基因组称做原噬菌体（prophage）,在原噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞。,细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌（lysogenic bacteria）,溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，进入裂解循环,（6）溶源菌的识别,少量溶源菌与大量的敏感性指示菌相混合,与琼脂培养基混匀后倒一个平板，经培养后溶源菌就一一长成菌落。,遇溶源菌裂解后所释放的温和噬菌体会发生裂解循环者,形成了一个个中央有溶源菌的小菌落，四周有透明圈围着的这种独特噬菌斑。,植物病毒大多为ssRNA病毒，基本形态为杆状、丝状和球状（二十面体），一般无包膜。,植物病毒对宿主的专一性通常较差。Eg.TMV可侵染十余科、百余种草本和木本植物。,（二）植物病毒,植物患病毒病后，主要出现三类症状：因叶绿体被破坏或不能合成新的叶绿素，而引起花叶、黄化或红化等症状；植株发生矮化、丛枝或畸形等；形成枯斑或坏死等症状。,水稻矮缩病,黄瓜花叶病毒（CMV）在番茄上引起的蕨叶症,植物病毒一般无特殊吸附结构，只能以被动方式侵入，通过因人为地或自然的机械损伤所形成的微伤口进入细胞；或者靠携带有病毒的媒介，主要靠是有刺吸式口器的昆虫（蚜虫、叶蝉和飞虱等半翅目昆虫）取食将病毒带入细胞。,植物病毒一旦进入细胞后，增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动蛋白（movement protein）与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞而实现病毒粒的扩散和传播。,与噬菌体不同的是，植物病毒必须在侵入宿主细胞后才脱去蛋白质衣壳（或加上包膜），这一过程称为脱壳（encoating 或 uncoating）。,植物病毒在其核酸复制和衣壳蛋白合成的基础上，即可进行病毒粒装配。,1986年，Powell Abel等报道，通过转TBSV基因植物基因工程技术将烟草花叶病毒（TMV）外壳蛋白基因（Coat Protein，CP）转化烟草，获得高表达外壳蛋白的转基因烟草植株。这些转基因烟草表现出对TMV侵染的抗性。,转基因烟草对黄瓜花叶病毒（CMV）的抗性左：对照；右：转基因烟草,这一工作首次证明，表达病毒外壳蛋白的转基因植物可获得基因工程保护作用，由此确立了抗病毒植物基因工程这一新领域。自此以后，人们不断分离来源于病毒等的基因，设计并试验了许多不同的策略以研究通过植物基因工程技术获得抗病毒工程植物，为植物病毒病的防治开辟了一条崭新的途径。,抗病毒转黄瓜花叶病毒（CMV）CP基因辣椒田间试验结果,上：转基因辣椒下：对照,植物病毒载体的研究开展得较晚，1984年才诞生了第一例由植物副逆转录病毒花椰菜花叶病毒（CaMV）构建的载体，但是植物病毒载体具有很多优点，例如短时间内可以生产大量成本低廉的外源蛋白，满足医药及工业用蛋白日益增加的需求，因此1984年之后，人们尝试了多种植物病毒载体。近年来也逐步利用植物病毒载体做为探针，去研究植物和植物病原基因的表达调控、编码产物的功能以及植物与病原的相互作用。,在人类、哺乳动物、禽类、两栖类、爬行类和鱼类等各种脊椎动物中，广泛存在着相应的病毒。与人类健康有关的病毒超过300种，与其他脊椎动物有关的病毒超过900种。,（三）人类和脊椎动物病毒,1.常见的病毒病,流行性感冒肝炎麻疹腮腺炎脊髓灰质炎疱疹流行性乙型脑炎狂犬病艾滋病等,乙肝病毒表面抗原的三维结构模式图,乙型肝炎病毒,这组数据告诉我们什么？中国约有1.2亿人乙型肝炎病毒携带者，其中乙肝患者有3000万。中华医学会发布中国乙肝患者认知现状研究报告2005年02月,天花病人,痘病毒对人体的侵害,狂犬病毒,流感病毒,艾滋病病毒,人类病毒病中，最严重的是称之为“世纪瘟疫”或“黄色妖魔”获得性免疫缺陷综合症（acquired immune deficiency syndrome，AIDS），即艾滋病。,自艾滋病发现至今的20年中，已经约有5600万人感染，其中1900万人死亡。目前全球感染者达3600万人，非洲和亚洲尤为严重。,引起艾滋病的病毒称人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）。,HIV病毒的复制是一个很复杂的过程,2.肿瘤,在人类的恶性肿瘤中，约有1520%是由于病毒的感染而诱发的。,1933年理查德毕肖普（Richard Bishope）发现了第一个DNA肿瘤病毒即兔乳头瘤病毒。,1953年路德维克 格罗斯（Ludwik Gross）等分离到一种能引起多类组织（腮腺、肾、骨、乳腺）发生肿瘤的病毒，称之为多瘤病毒。这种多瘤病毒不仅可引起小鼠和田鼠患肿瘤，还可引起兔、海猪、黄鼠狼等动物患肿瘤。,SV40是实验室常用作研究分子病毒学的重要工具，它是在用猴肾细胞培养制备脊髓灰质炎疫苗时发现的。,1960年又从猴肾细胞中找到一种猴空泡病毒40（SV40）。,研究表明，至少有3种病毒与人类肿瘤的密切关系。肝炎病毒（HBV、HCV）与肝细胞癌；爱泼斯坦巴尔病毒（EBV）与伯基特（Burkitt）淋巴瘤、鼻咽癌；人乳头瘤病毒（HPV）与宫颈癌。,肿瘤病毒最显著的特征：,是能够象溶原性噬菌体一样把病毒 自身核酸整合到宿主细胞染色体DNA上。转化细胞生长速率增加，染色体发生改 变，细胞表面分子产生变化，能够无限 制分裂，丧失了正常细胞的生长接触抑 制特性。,1980年曾发现人类嗜T细胞病毒（HTLV）与人类某些淋巴细胞性白血病的关系，使人类肿瘤病毒病因学获得巨大突破。,白血病患者血液中的癌细胞（三个颜色深的）,埃博拉病毒,病毒与癌症的关系,原癌基因（人类基因组中的正常基因）,癌基因,禽、畜等动物的病毒病普遍且危害严重。,E.g.猪瘟、牛瘟、口蹄疫、马传染性病毒病、兔的乳头状瘤、鸡瘟、鸡新城疫和劳氏肉瘤等。,鸡新城疫,兔病毒性出血症,世界上已证实的人畜共患病约有200种，其中较重要的有89种，病毒病27种。,人畜共患病（zoonosis）人类和脊椎动物之间自然传播的疾病和感染。,E.g.流行性乙型脑炎、口蹄疫、西部马脑炎、委内瑞拉马脑炎、狂犬病、禽流感等。,禽流感（Avian influenza）是由A型流感病毒引起的一种禽类感染或疾病综合症，极易在禽鸟间散播，可引致家禽大量死亡，对家禽业带来不可估量的破坏。,1997年，香港发生全世界第一宗人类受H5N1型禽流感感染病例，原本只影响鸡的病毒亦令人类患病。受影响的人数为18人，其中6人死亡。,口蹄疫是由口蹄疫病毒感染引起的偶蹄动物共患的急性、热性、接触性传染病，最易感染的动物是黄牛、水牛、猪、羊、鹿等。,患口蹄疫的动物会出现发热、跛行和在皮肤与皮肤黏膜上出现泡状斑疹等症状。人一旦受到口蹄疫病毒传染，经过218天的潜伏期后突然发病，表现为发烧，口腔干热，唇、齿龈、舌边、颊部、咽部潮红，出现水疱（手指尖、手掌、脚趾），同时伴有头痛、恶心、呕吐或腹泻。,复旦大学生命科学院、上海农科院畜牧所、浙江农科院病毒所和中国农科院兰州兽医所，经过18年潜心攻关，已成功研制出抗口蹄疫基因工程疫苗 抗猪O型口蹄疫基因工程疫苗,脊椎动物病毒的种类很多，根据其核酸类型可分为 dsDNA 和 ssDNA 病毒以及 dsRNA 和 ssRNA 病毒，其衣壳外有的有包膜，有的无包膜。,3.脊椎动物病毒核酸的类型,（1）吸附（刺突）（2）侵入（胞饮、胞膜溶入细胞膜或特异受体的转移）（3）脱壳（4）增殖（核酸复制和衣壳蛋白的生物合成）（5）成熟（装配）（6）释放（形成大量有侵染力的子代病毒）,4.人类和脊椎动物病毒的增殖过程,大多数动物病毒无吸附结构的分化，少数病毒E.g.流感病毒在其包膜表面长有柱状或蘑菇状的刺突，可吸附在宿主细胞表面的粘蛋白受体上；腺病毒则可通过五邻体上的刺突行使吸附功能。,病毒刺突与寄主细胞上受体的特异结合过程示意图：,完整病毒穿过细胞膜的移位方式；,细胞的内吞功能；,毒粒包膜与细胞质 膜的融合；,人类和脊椎动物病毒的入侵方式,（一）脊椎动物病毒繁殖,1.吸附:病毒通过刺突与细胞受体特异结合吸附到寄主细胞上,2.侵入:病毒被吞噬到囊泡中,囊膜破裂,病毒核酸被释放到细胞质。,3.生物合成:在病毒基因控制下,细胞合成新病毒的基本成分，核酸、衣壳粒蛋白和刺突蛋白。,4.成熟装配:刺突蛋白整合到形成病毒囊膜的细胞膜中,核酸和衣颗粒蛋白装配成核衣壳。,5.释放:有囊膜病毒以出芽方式离开细胞膜,携带着含刺突的囊膜。成熟的病毒粒子具侵染性。,动物病毒出芽释放过程示意图：,已知的昆虫病毒有1671种，其中80以上都是农、林业中常见的鳞翅目害虫的病原体，因此是害虫生物防治中的的巨大资源库。,（四）昆虫病毒,多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成光镜下呈多角形的包涵体，称为多角体（polyhedron）。,多角体在细胞核或细胞质内形成，成分为碱溶性结晶蛋白，其内包裹着数目不等的病毒粒。,功能是保护病毒粒免受外界不良环境的破环。,包涵体,多角体,昆虫病毒的种类主要有3种,核型多角体病毒（nuclear polyhedrosis virus，NPV）,这是一类在昆虫细胞核内增殖的、具有蛋白质包涵体的杆状病毒，数量最多。,图1，核型多角体图2，杆状病毒粒子,质型多角体病毒（cytoplasmic polyhedrosis virus，CPV）,这是一类在昆虫细胞质内增殖的、可形成蛋白质包涵体的球状病毒。,颗粒体病毒（granulosis virus，GV）,这是一类具有蛋白质包涵体，而每个包涵体内通常仅含一个病毒粒的昆虫杆状病毒。病毒核酸为dsDNA。,专一性高,毒力大,后效长,使用方便,对人畜安全,无公害,缺点危害经济动物,昆虫病毒做为生物农药优点：,昆虫病毒生产过程,斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂：一种核型多角体病毒（NPV）,八、新显病毒（emerging virus)“emerge”的英文原意是“出现”的意思，新显病毒是指那些以往局部低水平感染的病毒或具有种间屏障的病毒，将其寄主范围扩大到了别的物种，引起了大范围的人类传染性疾病。如埃博拉病毒、拉沙病毒、艾滋病毒等。最近出现的SARS病毒、禽流感病毒等就属于这一类。它们引发的传染病对人类的健康与生命带来严重威胁，必须引起我们高度重视。,新显病毒产生的原因：1）与人类对环境的破坏有关。2）与现代交通、旅游发展和人类大规模地迁居有关。3）病毒基因的突变，改变了宿主范围或致病力。4）与人和动物的密切接触有关,第二节 亚病毒（subvirus）,凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中一种的分子病原体，称为亚病毒（subvirus），包括类病毒、拟病毒和朊病毒 3 类。,一、类病毒（Viroid）,类病毒（viroid）是一类只含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病原体。,目前只在植物体中发现，所含核酸为裸露的环状ssRNA，其二级结构象一段末端封闭的短dsRNA分子。,1971年在美国工作的瑞士学者T.O.Diener在马铃薯纺锤形块茎病（potatospindletuberdisease，PSTD）中发现一条比一般病毒分子更小的10S的区带，他称它为马铃薯纺锤形块茎病类病毒（potatospindletuberviroid，PSTV），它可使马铃薯减产2070。,马铃薯纺锤块茎病的病原体,长50nm棒状RNA分子,179核苷酸半体180核苷酸半体,RNA由,组成,两半体间有7成碱基以氢键方 v式结合共形成122个碱基对,类病毒的发现，是生命科学中的一个重大事件。,对生物学家来说，类病毒的发现为他们探索生命起源提供了一个新的低层次上的好对象；,对分子生物学家来说，类病毒是研究最重要生物大分子的结构与功能的绝好材料；,对病理学家来说，类病毒的发现，为他们揭开人类和动、植物的各种传染性疑难杂症的病因带来了新的希望；,对哲学家来说，类病毒的发现，为他们长期以来有关生命本质的认识将带来革命性的影响。,拟病毒（virusoids）又称类类病毒（viroid-like）、壳内类病毒或病毒卫星（satellite），是指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。,拟病毒极其微小，一般仅由裸露的RNA（300400个核苷酸）或DNA所组成。,二、拟病毒（Virusoid）,被拟病毒“寄生”的真病毒又称辅助病毒（helper virus），拟病毒则成了它的“卫星”。,拟病毒的复制必须依赖辅助病毒的协助，同时，拟病毒也可干扰辅助病毒的复制和减轻其对宿主的病害，这可用于生物防治中。,拟病毒首次于1981年在绒毛烟（Nicotiana velutina）的斑驳病毒（velvet tobacco mottle virus，VTMoV）中分离到。VTMoV是一种二十面体病毒，其核心中含有大分子线状ssRNA（RNA-1）、环状ssRNA（RNA-2）和线状ssRNA（RNA-3）,后两者为拟病毒。实验证明，只有当RNA-1（辅助病毒）与RNA-2或RNA-3（拟病毒）合在一起时才能感染宿主。,植物病毒中的拟病毒E.g.苜蓿暂时性条斑病毒（LTSV）、莨菪斑驳病毒