环境微生物-病毒课件.ppt
2023/3/28,1,第二章 病 毒 非细胞结构的超微生物,2023/3/28,2,六界学说王大耜 非细胞结构病毒界 原核生物（细菌、放线菌、蓝藻）原核生物界 具 细 原生动物、真核藻类真核原生生物界 胞 真核生物 酵母菌、霉菌真菌界 结 微型后生动物动物界 构 低、高等植物植物界,生 物,2023/3/28,3,本章学习目标,1.掌握病毒的形态特征及病毒的化学组成和结构；2.掌握病毒的主要特点，了解病毒的分类和命名；3.了解亚病毒的特点和新兴病毒出现的原因；4.掌握病毒的增殖过程；5.了解两种类型的噬菌体：毒（烈）性噬菌体、温和噬菌体；6.了解病毒的培养特征、培养方法以及环境因子对病毒的影响。,2023/3/28,4,具体学习内容,第一节 病毒的形态和结构病毒的形态大小病毒的化学组成和结构；第二节 病毒的特征及分类病毒的特点病毒的分类第三节 亚病毒和新兴病毒 第四节 病毒的增殖病毒的增殖过程病毒的溶原性第五节 病毒的培养和计数病毒的培养特征病毒的培养基病毒的培养第六节 环境因子对病毒的影响和病毒的存活,2023/3/28,5,第一节 病毒的形态与结构,一、病毒的形态和大小病毒的形状多样，依种类不同而不同动物病毒球状、卵圆形、砖形植物病毒杆状、丝状噬菌体蝌蚪状、丝状,2023/3/28,6,流感病毒,H5N1:高致病性禽流感病毒。属于RNA病毒，流感病毒颗粒外腊由两型表面糖蛋白覆盖，一型为植物血凝素（即H），一型为神经氨酸酶（即N），H又分15个亚型，N分9个亚型。,7,2023/3/28,7,2023/3/28,采用各种电镜技术观察毒粒的形态结构图,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）,Vaccinia virus 痘苗病毒在病毒中体积最大，光学显微镜下勉强可见。,2023/3/28,8,“非典型肺炎”元凶-冠状病毒SARS,2023/3/28,9,病毒的大小常用纳米来表示（1nm=10-9m）痘病毒（Poxvirus）:100nm200nm300nm，为砖形；口蹄疫病毒(Foot and Mouth Virus):直径为22nm。,痘病毒,2023/3/28,10,有代表性的若干病毒的直径或大小,2023/3/28,11,二、病毒的化学组成和结构,1.病毒的化学组成-蛋白质+核酸-蛋白质-核酸-有些病毒具有被膜（囊膜）类脂质（磷脂、胆固醇等）多糖,2023/3/28,12,2023/3/28,13,2.病毒的结构（1）病毒的基本结构核衣壳 nucleocapsid 蛋白质衣壳+核酸内芯被膜结构 envelope 不具被膜（囊膜）的裸露病毒粒子；有被膜包围的病毒粒子,2023/3/28,14,典型的病毒粒子结构 核衣壳病毒粒子 被膜：类脂质、多糖,核心：DNA或RNA衣壳：衣壳粒蛋白,2023/3/28,15,2023/3/28,16,（2）衣壳粒的基本结构,衣壳粒（capsomere）：用电镜观察到由规则排列着的许多蛋白质亚单位小粒子构成。,2023/3/28,17,基本结构螺旋对称 helical symmetry多面体对称（20面体）icosahedral symmetry复合对称 bismmetry,2023/3/28,18,螺旋对称 helical symmetry：杆状病毒、线状病毒烟草花叶病毒、流感病毒、狂犬病毒,19,2023/3/28,19,2023/3/28,烟草花叶病毒(TMV)-螺旋对称,衣壳,衣壳蛋白：占95%，2130个衣壳粒,核心RNA：占5%,TMV是一种RNA病毒，专门感染植物，尤其是烟草及其他茄科植物，使叶上出现花叶症状，生长陷于不良状态，叶常呈畸形。已知最耐热的植物病毒，在未经稀释的汁液中，其致死温度为93，而在干叶中，加热至120维持30分钟，病毒仍有侵染力。,TMV病毒,2023/3/28,20,多面体对称（20面体）icosahedral symmetry：球状 病毒、卵圆形病毒由至少60个衣壳粒组成20面体腺病毒（Adenovirus）、疱疹病毒、脊髓灰质炎病毒、禽流感病毒,安徽师范大学环境科学学院,21,2023/3/28,安徽师范大学环境科学学院,21,2023/3/28,腺病毒(ADENOVIRUS)-20面体立体对称1953年发现是一群分布十分广泛的DNA病毒能引起人类呼吸道、胃肠道、泌尿系及眼的疾病。少数对动物有致癌作用。,形状：二十面体腺质体致病性：消化道炎症等,12个顶角20个面30个边,衣壳：252个衣壳粒 12个五邻体，240个六邻体核心：线状,2023/3/28,22,复合对称 bismmetry头部：多面体对称 尾部：螺旋对称少数病毒壳体为复合对称结构有尾噬菌体 tailed phage：大肠杆菌T系噬菌体,头部尾部,椭圆形 20面体衣壳粒 212个内含DNA和中心蛋白,螺旋对称衣壳粒 144个注射核酸的通道（尾鞘）,蝌蚪状,安徽师范大学环境科学学院,23,2023/3/28,安徽师范大学环境科学学院,23,2023/3/28,七种毒性的大肠杆菌噬菌体T1T7的总称（T为type的缩写）。在完全偶然的情况下发现其中的T2、T4、T6三种噬菌体在性质和形态方面有许多相似之处，所以把它们称为T偶数噬菌体。此后又进一步证明，这些噬菌体的DNA分子有许多部分相同。,与此相应地把T1、T3、T5、T7称为T奇数噬菌体，T3和T7的DNA仅稍有相同部分，较之T偶数噬菌体，它们相似性较少。,2023/3/28,24,25,2023/3/28,25,2023/3/28,病毒的蛋白质分类病毒蛋白质根据其是否存在于毒粒中分为：结构蛋白和非结构蛋白结构蛋白是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，包括壳体蛋白、包膜蛋白和存在于毒粒中的酶等；非结构蛋白指在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于毒粒中的蛋白质。,26,2023/3/28,26,2023/3/28,病毒结构蛋白的主要生理功能构成蛋白质外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其它理化因子的破坏；决定病毒感染的特异性，与宿主细胞表面存在的受体具特异性亲和力，促使病毒粒子的吸附和入侵。,27,2023/3/28,27,2023/3/28,病毒的核酸动物病毒的核酸一部分是DNA，一部分是RNA；大多数植物病毒的核酸为RNA，少数为DNA；噬菌体的核酸大多数为DNA，少数为RNA；RNA病毒多数是单链，极少数为双链；DNA病毒多数为双链，少数单链。病毒核酸功能：遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力,RNA病毒,2023/3/28,28,2023/3/28,29,第二节 病毒的特征和分类,一、病毒的特点1.体积极小，形态多样 0.2m，用纳米（nm）来衡量2.无细胞结构，大多数由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等结构。,2023/3/28,30,3.专性寄生无合成蛋白质的机构核糖体；无合成细胞物质和繁殖所必备的酶系统；不具独立的代谢能力，必须专性寄生在活的敏感宿主细胞内，依靠宿主细胞合成病毒的化学组成，繁殖新个体。4.只有一种核酸（DNA或RNA）DNA病毒（大多数为双链DNA）RNA病毒（大多数为单链RNA）,2023/3/28,31,病毒的分类病毒有单独的分类系统，分类依据：病毒的宿主、所致疾病、核酸种类、病毒粒子的大小、病毒的结构、有无被膜等。根据病毒专性宿主的不同进行分类：动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒（噬藻类体）、真菌病毒（噬真菌体）按照所致的疾病进行分类：烟草花叶病毒、流感病毒按核酸分类，可把病毒分为：DNA病毒和RNA病毒,二、病毒的分类和命名,2023/3/28,32,病毒的命名 病毒的命名没有明确规定以所引起的疾病命名痘病毒、疱疹病毒以其形态特点命名冠状病毒：形状像帽子弹状病毒（狂犬病毒）：形状像子弹（杆状）,冠状病毒,弹状病毒,33,以发现地命名科萨奇病毒（在美国科萨奇小镇最早被分离）一种肠病毒（enteroviruses），分为AB两类，妊娠期感染可引起非麻痹性脊髓灰质炎性病变，并致胎儿宫内感染和致畸。以发现人者姓名命名Epstein-Barr病毒,科萨奇病毒,感染科萨奇病毒症状,2023/3/28,34,第三节 亚病毒和新兴病毒,一些新的病毒类型出现，是一些比病毒更小的不明致病因子。结构比病毒更简单(亚病毒)有的只有一段核酸而无蛋白质外壳-类病毒；有的甚至无任何遗传物质存在-朊病毒。,2023/3/28,35,一类寄生于高等生物细胞中最小的病原体；与病毒类似，营严格专性寄生；化学组成和结构比病毒更简单，仅有一段单链RNA,长约50-70nm，呈游离的棒状结构，无蛋白质衣壳。1971年发现第一种类病毒马铃薯纺锤块茎类病毒；目前对类病毒的结构、组成、复制的机理等方面积累的知识还不多，发现的多种类病毒都是以植物为宿主。,类病毒（Viroid）,2023/3/28,36,又称类类病毒、壳内类病毒、卫星病毒等一类包裹在病毒体中的有缺陷的类病毒，具有环状单链RNA；感染对象不是细胞，而是病毒；被拟病毒感染的病毒称为辅助病毒；拟病毒必须通过辅助病毒的帮助才能复制，拟病毒又会 对辅助病毒的感染和复制起作用；拟病毒的侵染对象是植物病毒，近年来在乙型、丁型肝 炎病毒中也有发现；最早在植物绒毛烟斑驳病毒中发现。,拟病毒（Virusoids）,2023/3/28,37,拟病毒,2023/3/28,38,即普立昂（Prion），Proteinaceous infectious particle 一词的 缩写，意为“蛋白质性质的感染颗粒”；1982年，美国病毒学家Prusiner发现羊搔痒病致病因子为一种蛋白质，是一种不含核酸的微蛋白颗粒。能自行增殖；变异后耐100高温。形态为杆状颗粒，直径25nm，长 100-200nm，成丛排列；侵染动物，prion diseasesScrapie:sheep 羊搔痒病BSE(bovine spongiform encephalopathy):cows疯牛病CJD(Creutzfeld-Jacob Disease):human库鲁病、克-雅氏病,朊病毒（Virino）,39,2023/3/28,39,2023/3/28,中心法则指出遗传信息不能由蛋白质转移到蛋白质或核酸之中The central dogma of molecular biology deals with the detailed residue-by-residue transfer of sequential information.It states that such information cannot be transferred from protein to either protein or nucleic acid.）换句话说，遗传信息传到蛋白质之后，不能回流到核酸之中。遗传信息的标准流程“DNA 制造 RNA，RNA 制造蛋白质，蛋白质反过来协助前两项流程，并协助 DNA 自我复制”，或者更简单的“DNA RNA 蛋白质”。所以整个过程可以分为三大步骤：转录、翻译和DNA复制。朊病毒是中心法则现时已知的唯一例外。,40,2023/3/28,40,2023/3/28,中心法则理由1：RNA核苷酸比 DNA核苷酸更容易合成，DNA可能是从RNA进化 来的，比RNA更稳定，其作为遗传力的保管员 的作用要胜过RNA。如逆转录病毒，它仍携 带遗传信息；理由2：新近发现RNA具 有酶的功能，称酢酶。进化的结果蛋白质完全 担负起了催化的功能。如朊病毒也能携带信息。,2023/3/28,41,新兴病毒,2023/3/28,42,第四节 病毒的增殖,一、病毒的增殖过程 病毒必须专性寄生在活的敏感宿主细胞内，依靠宿主的合成机构，进行自身的核酸复制和蛋白质合成。各类病毒的增殖过程基本相似，以E.coli T系列噬菌体为例（烈性噬菌体），可分成五步：吸附侵入增殖（复制）成熟（装配）裂解和释放,43,2023/3/28,43,2023/3/28,1 吸附 adsorption，attachment 吸附噬菌体与细菌表面受体发生特异性结合的过程其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性位点过程随机碰撞、尾丝散开、固着,2023/3/28,44,2.侵入过程：尾丝展开、释放溶菌酶、水解细菌细胞壁、尾丝尾鞘收 缩、DNA注入、小孔被修复,2023/3/28,45,3.增殖（复制）过程：细菌自身的DNA被破坏，噬菌体借助于细菌的合成机构（核糖体、mRNA、tRNA、酶等），噬菌体进行自身的核酸复制和蛋白质合成。,46,2023/3/28,安徽师范大学环境科学学院,46,2023/3/28,DNA分子的缩合,通过衣壳包裹DNA而形成头部,尾丝和尾部其它部件独立装配完成,头部与尾部相结合,装上尾丝,4 成熟（装配）maturity，assembly,2023/3/28,47,5.裂解和释放宿主细胞裂解和成熟噬菌体粒子的释放，101000个（平均为300个）；释放出的新的病毒粒子又可去感染新的宿主细胞。,2023/3/28,48,二、毒（烈）性噬菌体和温和噬菌体毒（烈）性噬菌体侵入宿主细胞后立即引起宿主细胞破裂的噬菌体。（E.coli T系列噬菌体）温和噬菌体侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主染色体一起同步复制，不引起宿主细胞裂解的噬菌体。,2023/3/28,49,2023/3/28,50,含有温和噬菌体的宿主细胞称为溶原细胞。在溶原细胞内的温和噬菌体核酸，称为原噬菌体（前噬菌体 prophage）。溶原性具有遗传性，温和噬菌体一旦发生变异（自发或诱发），会转化成毒性噬菌体，引起细菌裂解。应用：温和噬菌体的核酸从宿主染色体上脱离时，会携带部分宿主的基因。基因工程中，用温和噬菌体进行基因转移。,2023/3/28,51,第五节 病毒的培养和计数,一、病毒的培养基特点 病毒专性寄生的习性，培养较困难。须提供活的敏感细胞 须能提供病毒附着的受体，不对侵入的病毒核酸进行破坏（没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶）。限制性核酸内切酶识别DNA的特异序列，并在识别位点或其周围切割双链DNA的一类内切酶。,2023/3/28,52,不同种类的病毒培养基不同噬菌体的培养基相应的敏感细菌植物病毒的培养基与之相应的敏感植株和敏感的植物组织细胞脊椎动物病毒的培养基动物组织细胞、鸡鸭胚细胞、人胚组织细胞、人肿瘤细胞、敏感动物。乙型脑炎-猪肾细胞,2023/3/28,53,二、病毒（噬菌体）的培养特征,（一）在液体培养基中 接种敏感细菌 细菌均匀分布，培养基浑浊 接种噬菌体 敏感细菌被感染后裂解，培养基溶液透明,2023/3/28,54,（二）在琼脂固体培养基中将少量噬菌体与大量宿主细胞混合，将混合液与45左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺平后培养。经数小时-10余小时后，在平板表面布满宿主细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个个透亮不长菌的小圆斑，这就是噬菌斑(plaque)。,2023/3/28,55,接种噬菌体敏感细菌 形成细菌菌落 接种噬菌体 反复增殖感染 细菌被裂解形成空斑（噬菌斑，plaque）宿主细菌菌落上出现空斑（噬菌斑）每一个噬菌斑一般由一个噬菌体粒子形成。,2023/3/28,56,2023/3/28,57,2023/3/28,58,动物病毒的培养动物接种鸡胚接种组织培养植物病毒的培养 噬菌体的培养双层琼脂法,三、病毒的培养,2023/3/28,59,2023/3/28,60,2023/3/28,61,第六节 病毒对物理、化学因素的抵抗力及在污水处理中的去除效果,2023/3/28,62,物理因素温度：高温和低温光：紫外辐射、可见光 干燥化学因素各种化学因子，会对病毒产生影响；抗菌物质由于病毒的非细胞结构，一般情况下作用于细胞结构的抗生素对病毒无效。,2023/3/28,63,一、物理因素温度高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤；蛋白质的变性作用阻碍病毒吸附到宿主细胞上，削弱了病毒的感染力。在宿主细胞外的病毒，大多数在55-65范围内不到1h灭活。低温不会灭活病毒，通常在-75 保存病毒。天花病毒在鸡胚膜中冰冻15年仍能存活。,2023/3/28,64,光和其它辐射紫外辐射：有灭活作用灭活的部位是病毒的核酸，形成胸腺嘧啶二聚体（T-T二聚体（TT dimer），在相邻的胸腺嘧啶直接形成共价键。可见光在氧气和染料（美兰、中性红）存在条件下，大多数肠道病毒对可见光很敏感而被杀死，称为“光灭活作用”。染料附着在病毒的核酸上，能催化光氧化作用，引起病毒灭活。离子辐射X射线、r射线,2023/3/28,65,干燥控制环境中病毒的重要因素空气湿度和土壤水分较低时，会加速病毒的灭活。在土壤中，水分含量低于10时，病毒会迅速灭活。,2023/3/28,66,二、化学因素体内灭活抗体抗原：入侵的病毒抗体：机体产生的特异蛋白干扰素机体产生的一种糖蛋白，进而诱导宿主产生抗病毒蛋白。体外灭活破坏蛋白质：酚、低离子强度（低渗缓冲溶液）破坏核酸：甲醛、亚硝酸、氨对蛋白质和核酸均有作用：氯（次氯酸、漂白粉、二氧化氯）影响脂质被膜：醚、氯仿、去氧胆酸钠、（十二烷基硫酸钠）可用上述脂溶剂鉴别病毒有无被膜,2023/3/28,67,三、抗菌物质 一般情况下，由于病毒的非细胞结构，作用于细胞结构的抗生素对病毒无效。特例链霉菌、青霉菌等产生一些抗菌物质，影响某些病毒存活；藻类产生的代谢物，如丙烯酸和多酚，可使病毒灭活；枯草杆菌、绿脓杆菌、大肠杆菌等具有可分解病毒蛋白衣壳的酶，使病毒灭活。,2023/3/28,68,四、病毒在环境中的存活,、水体 温度是影响病毒存活的重要因素，病毒类型不同，抵抗力不同。、土壤 土壤的基本理化特性土壤温度、湿度、土壤类型，孔隙度，酸碱度，有机质含量等、空气干燥程度、湿度、温度、光、紫外辐射等影响,2023/3/28,69,污水处理的不同程度，对病毒的去除效果也不同。一级处理：病毒处理率很低，最多30%二级处理：90-99%三级（深度）处理：混凝、沉淀、过滤、消毒（加氯、臭氧）病毒进一步减少,五、病毒在污水处理中的去除效果,2023/3/28,70,复习思考题,1什么是病毒?2病毒的一般大小如何？3试解释以下名词，并图示其间的关系：病毒粒 子，核心，衣壳，衣壳粒，核衣壳，被膜，刺突。4病毒粒子有哪几种对称方式？每种对称方式又有几类特殊的外形？试各举一例。5什么是病毒的噬菌班？6什么是烈性噬菌体？简述其裂解性生活史。7什么是温和噬菌体、溶源菌？,2023/3/28,71,视频欣赏：病毒,2023/3/28,72,
