第四章病毒文档资料.ppt

一、病毒的发现:,第一节 病毒的概述,1892 年俄国学者伊万诺夫斯基(Ivanovski)首次发现烟草花叶病的感染因子能够通过细菌滤器，病叶汁液的滤过液能感染健康烟草发病。1898 年荷兰生物学家贝依林克(M.W.Beijrinck)进一步验证了这个结果，并发现可以用酒精将烟草花叶病的致病因子从悬液中沉淀下来而不失去其感染力，而且能够在琼脂凝胶中扩散，但用培养细菌的方法却培养不出来。贝依林克给这种致病因子起名为“病毒(Virus)”，拉丁语的原意是“毒”,1935 年美国生物学家斯坦莱(W.M.Stanley)从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，并证实该结晶具有致病力。这一事件成为分子生物学发展中的一个里程碑。斯坦莱也因此而荣获诺贝尔奖。随后鲍顿(Frederick Charles Bawden)和皮里(Norman W.Pirie)这两位英国生物化学家证明了病毒结晶含有核酸和蛋白质两种成分，而只有核酸具有感染和复制能力。,1971 年 Diener 发现了一种只含小分子量 RNA 而不含蛋白质的类病毒（viriods）,说明自然界中存在着比病毒更简单的致病因子，这一发现对病毒的定义提出了挑战。1981 年至 1983 年，又发现在四种多面体 RNA 病毒颗粒中伴随存在一种与类病毒相似的 RNA 分子，其复制和衣壳化都需要依赖于辅助病毒，被称为卫星病毒或拟病毒（virusiods）。1982 年 Prusiner 发现引起羊瘙痒病的病原体是一种分子量约 27kDa 的蛋白质（不包含核酸）称为朊病毒（prions）。现在认为病毒是一种比较原始的、有生命特征的、能自我复制和专性细胞内寄生的非细胞生物。,植株感染病毒的症状,花叶,个体极小，多在10-300 nm之间，能通过细菌过滤器;病毒没有细胞结构;化学组成简单,主要是核酸和蛋白质；只有DNA或RNA一种核酸。病毒向寄主细胞提供自己的遗传信息，通过寄主的转录、翻译和合成系统来复制病毒;严格活细胞内寄生，无核糖体和独立的酶反应系统；在离体条件下，能以大分子状态存在，并可长期保持侵染活性；对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；,二、病毒的特点:,一、病毒粒子的形状与大小,病毒的形态有球形、卵圆形、砖形、杆状、丝状及蝌蚪状等，但以近似球形的多面体和杆状为主。动物病毒多呈球形，卵圆形或砖形。细菌病毒多为蝌蚪形，也有微球形和丝状的。植物病毒多为杆状。,第二节 病毒的形态构造,（二）病毒的大小,Viruses range from 20 to 300 nm in diameter,病毒的结构示意图,二、病毒的化学组成、结构与对称性,（一）病毒的结构 核衣壳（基本构造）核心：由DNA或RNA构成病 衣壳：由许多衣壳粒蛋白构成毒 包膜（非基本结构）：由类脂或脂蛋白构成 刺突（非基本结构）,（二）病毒的对称性,病毒衣壳的衣壳粒排列具有高度对称性。螺旋对称与二十面体对称是病毒两种基本的对称类型。此外，兼有螺旋对称和二十面体对称的称为复合对称。,1螺旋对称的杆状病毒 烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus，TMV）是螺旋对称的典型代表。TMV为单链 RNA病毒，直管状、长300nm、宽15nm、内径4nm（图示），由95蛋白质与5RNA组成。,2二十面体对称或等轴对称的球状病毒 以腺病毒为代表，腺病毒为双链DNA病毒，无包膜，粗看像“球状”，直径70-80nm。但实际上，它是由20个等边三角形组成的二十面体（图示-A）。,3复合对称的蝌蚪状病毒,大肠杆菌噬菌体T4是复合对称病毒的代表。噬菌体T4也是双链DNA病毒，蝌蚪状，由二十面体对称的头与螺旋对称的尾复合构成，为复合对称（图示）。头部长95nm、宽65nm，在电镜照片中呈椭圆形二十面体，线状双链DNA位于头部的核心。尾长95nm，由尾管、尾鞘、基板、刺突与尾丝等组成，尾管是位于头部核心的DNA进入宿主细胞的通道。尾丝与刺突均有吸附功能。在头尾相连处还有颈部，由颈环和颈须构成。从颈环发出6根颈须，它的功能是裹住吸附前的尾丝。,3复合对称的蝌蚪状病毒,3、复合对称：蝌蚪形，如T4 噬菌体。,（三）病毒的化学组成 病毒的主要化学组分为核酸（DNA或 RNA）和蛋白质。有的病毒还含有脂质、糖类等其他组分。,1核酸 核酸控制病毒的遗传，它是遗传信息的载体和传递体。一种病毒只含一种核酸（DNA或RNA）。,动物病毒多数属DNA型，如天花病毒等，也有些属RNA型，如流感病毒等。植物病毒绝大多数属RNA型，少数属DNA型，如花椰菜花叶病毒。噬菌体多数属DNA型，少数属RNA型，如大肠杆菌噬菌体M13和 f2等。,2.病毒的蛋白质,病毒蛋白质的氨基酸组成与其他生物一样，但不同病毒蛋白质的氨基酸组成和含量各不相同。病毒蛋白质主要在构成病毒结构、病毒的侵染与增殖过程中发挥作用：1、结构功能 2、吸附 3、破坏宿主细胞壁与细胞膜 4、增殖,3.脂类和多糖类：较复杂的病毒如痘类病毒，在其被膜中含有脂类与多糖。脂类中磷脂占50-60%，其余则为胆固醇。多糖常以糖脂、糖蛋白形成存在。病毒所含的糖类主要以糖蛋白的形式存在于包膜的表面，决定着病毒的抗原性。,四、病毒的群体形态：（1）包含体：病毒在寄主细胞中形成的聚集体称为包含体。其中包含未装配的病毒亚基、完整的病毒体和寄主编码的蛋白质，多数为动物病毒和植物病毒所形成。包含体的特点：有特定形态，多为圆形或多角型。体积较大，光学显微镜下可见。,包含体在细胞中的形成部位：位于细胞核内如包疹病毒 位于细胞质内如狂犬病毒等 胞核内胞质都有麻疹病毒,了解研究包含体的实践意义-病毒鉴定 临床诊断依据,（2）噬菌斑：,概念：指噬菌体裂解细菌或限制被感染细菌的生长而形成的透明或浑浊的空斑。,一般有噬菌体在菌苔上形成的负菌落。,应用：1、噬菌体定量计数2、噬菌体的鉴定,（3）空斑：一些动物病毒在动物细胞或组织培养系统培养时，由于受病毒感染细胞裂解出现与噬菌斑类似的透明亮圈。如果是肿瘤病毒，细胞不是溶解，而是生长速率增加，导致受感染细胞堆积起来形成类似菌落的感染病灶。,（4）坏死斑（枯斑）：植物病毒在叶片等植物组织上形成的一个个褪绿或坏死的斑块。,五、病毒的分类,根据寄主不同划分为5种病毒根据化学成分不同划分为2种病毒根据对寄主的影响程度划分为2种病毒,根据寄主不同划分为5种病毒,动物病毒：人类病毒（300余种）脊椎动物病毒（931种）昆虫病毒（1671种）植物病毒：600余种真菌病毒：100余种细菌病毒：2850余种拟病毒：,根据化学成分划分为2种病毒,真病毒亚病毒 类病毒：裸露的闭合环状的RNA分子 拟病毒：植物真病毒中的小的环状的RNA分子 朊病毒：具有侵染力的蛋白质颗粒,根据对寄主的影响程度划分为2种病毒,温和性的病毒：病毒的基因组可以与寄主基因组同时复制，并且可以形成一种溶原化状态，从而不导致细胞死亡。烈性病毒：感染后能杀死细胞的病毒,第三节 病毒的繁殖 以噬菌体为例,病毒的繁殖方式与细胞生物不同。病毒缺乏增殖所需要的酶系，只能在感染的细胞内利用宿主细胞提供的能量、原料和场所完成病毒的复制。无论是动物病毒、植物病毒或细菌病毒，其繁殖过程虽不完全相同，但基本相似。一般可分为吸附、侵入（脱壳）、生物合成、装配与释放等五个连续步骤。,吸附侵入复制组装释放,（一）吸附：吸附是指病毒通过其表面结构与宿主细胞的病毒受体特异性结合，导致病毒附着于细胞表面的过程。病毒体与细胞的最初结合是可逆的。病毒表面的吸附蛋白能与细胞表面的受体之间发生化学键结合，使得病毒不可逆地吸附于细胞表面。,吸附,吸附的机理：尾丝尖端与受体发生共价结合。,2、侵入过程：尾丝展开、释放溶菌酶、尾丝尾鞘收缩、DNA注入,动物病毒借助胞饮作用或直接穿过膜，植物病毒则通过伤口或昆虫刺吸传染,3、复制与合成,(1)核酸复制,核酸复制核酸转录蛋白质合成,DNA病毒(poxvirus)的复制,(2)核酸转录(3)蛋白质合成,4、装配,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,噬菌体的组装,成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程。没有包膜的病毒合成溶解细胞的酶，引起内裂解。有包膜的病毒以下图方式进行：,5、释放,包膜病毒的包膜装配,二、一步生长曲线（one-step growth curve）利用烈性噬菌体的生活周期,可以在实验室条件下获得噬菌体的生长曲线。这种用来测定噬菌体侵染和成熟病毒体释放的时间间隔,并用以估计每个被侵染的细胞释放出来的新的噬菌体粒子的数量的生长曲线称为一步生长曲线。,高浓度敏感细菌 适量噬菌体,相混合一定时间(5min),除去游离噬菌体,进行高倍稀释,培养,定时取样测定噬菌体数,2测定噬菌体一步生长曲线,将低剂量的噬菌体悬液加入敏感细菌的培养液中,使得一个病毒体与10-100个细菌细胞相混合。经过短时间的培养使噬菌体吸附在细菌上,再用抗体或稀释除去未吸附上的噬菌体。用新鲜培养液把经过上述处理的细菌悬液高倍稀释，以免发生第二次吸附和感染。培养后定时取样,将含有噬菌体的样品与敏感细菌培养物混合培养,计算每个样品在培养基平板表面产生的噬菌斑数目。以培养时间为横坐标,噬菌斑为纵坐标,可以绘出一步生长曲线。,潜伏期：裂解期：平稳期：,潜伏期:从噬菌体吸附菌细胞至菌细胞释出新噬菌体的最短时间。裂解 期（rise phasse)宿主裂解，噬菌体数不断增加的时期。平稳期(plateau phase)宿主全部裂解，噬菌体达最高点后的时期。裂解量(Burst phase)每个被感染细菌释放新的噬菌体的平均数。,进行一步生长曲线的测定，能了解噬菌体在菌体内的最短潜伏期，和平均收获量，还可测知理化因素的变化对噬菌体感染循环的时间和对每个被感染噬菌体释放噬菌体的影响。,裂解量,三、温和噬菌体（temperate phages or lysogenic phages）感染宿主细胞后不引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体称为温和噬菌体。,温和噬菌体的特点1.其核酸的类型都是 dsDNA;2.具有整合能力；3.具有同步复制能力。,溶源性(lysogeny)-温和噬菌体侵染敏感细菌后不裂解它们，而与细菌共存的特性。,温和噬菌体的三种存在形式：游离态 整合态 营养态,溶原细胞:含有温和嗜菌体的细胞称为溶原细菌(或溶原细胞)。可进行正常生长繁殖,而不被裂解。前噬菌体:整合在宿主染色体上的噬菌体DNA。,溶原细菌的特点：可以自发的消除噬菌体DNA可以自发或人工诱发变为烈性噬菌体溶原细胞可失去噬菌体的核酸后复愈 溶原细菌对同源噬菌体的感染具有免疫性 某些溶原细菌可以合成特殊的代谢产物,如白喉杆菌只有在被噬菌体感染形成溶原细菌后才能产生白喉毒素。局限性转导,温和噬菌体及其溶原化,溶原细菌的检出：敏感指示菌：遇到溶原细菌所释放的溶原性噬菌体会发生裂解的细菌少量溶原细菌大量敏感指示菌倒平板 培养，中央有溶原细菌，四周有透明噬菌斑,溶源性菌株的检验：,方法：在合适的培养基中培养待测菌样在对数期进行紫外线照射，诱导原噬菌体复制进一步培养过滤培养物，去处活菌体滤液与指示菌混合、倒平板（或将滤液加到敏感性指示菌的液体培养物中）观察是否有噬菌斑出现（或使菌液变清）.,敏感性指示菌遇溶源菌裂解后所释放的温和噬菌体会裂解性生活周期的非溶源性菌株，这些菌株可以从自然界或菌种库中获得。,烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较：,吸附,侵入,增殖,成熟,裂解,整合,同步复制,自发或诱导,多次循环,裂解性循环,溶原性循环,