《病毒总论》课件.ppt

医学微生物学之病毒篇 病毒学的基本性状,马伟峰公共卫生与热带医学学院微生物学系,病毒的大小与形态,病毒的结构与化学组成,概论,病毒的分类,主要内容,病毒的增殖与变异,病毒-非细胞型微生物，介于生命和非生命 之间的物质形式,自然界分布广泛存在于人、动物、植物、真菌和细菌体内，分别是动物病毒、植物病毒、真菌病毒和噬菌体，共有4000余种。根据病毒基因组核酸类型分类：DNA病毒和RNA病毒。根据病毒的传播途径、侵害部位及所致疾病，临床分类：呼吸道病毒、肠道病毒、肝炎病毒、虫媒病毒、出血热病毒、疱疹病毒、慢发病毒等。,人类传染病75由病毒引起；艾滋病、肝炎、流感等席卷全球，新现传染病如猪流感和SARS。在发展中国家，因传染病和寄生虫病死亡的人数最高，高于心血管病、癌症和呼吸系统疾病。有的病毒还与肿瘤的发生有密切关系。病毒性疾病不仅传染性强、流行广泛，且很少有特效药物。,与人类健康关系密切,与社会经济关系密切,病毒病是重要农作物和畜牧业的严重威胁，使谷物大面积减产，牲畜大批死亡。如:俄国的烟草花叶病；阿根廷的口蹄疫；英国的疯牛病；起源于亚洲的禽流感等。,病毒病由来已久,公元前二至三世纪印度和中国就存在天花，中国从公元十世纪宋真宗时代就有接种人痘预防天花的文字记载。,比英国医生琴纳发明的牛痘苗早800年!,考古学发现，3000 BC埃及孟非思壁画,病毒病由来已久,最早有记载的家畜病毒病可能是狂犬病。阿里斯多德（Aristotle）在公元前四世纪 就记述了病犬的疯狂和暴怒，通过咬啮将 病魔传给其他动物和人（常被称作恐水症）。巴斯德（Pasteur）在1884年发明了狂 犬疫苗。,1892年，俄国伊万诺夫斯基（Ivanovski）发现患花叶病叶汁，即使经过蔡氏滤器仍具 有传染性。他认为该病是由产生毒素的细菌 引起的。1898年，荷兰科学家贝杰林克(Beijerinck)发现汁液在琼脂凝胶中以适当的速度扩散，而细菌仍滞留于琼脂的表面。因此认为这种 侵染性物质要比通常的细菌小。用“病毒(Virus)”命名这种小病原体。,两人创造性的工作发现了烟草花叶病毒！,43年后（1935年），美国著名 化学家斯坦利（Stanley）用提 取酶的方法分离并提纯世界上 第一个病毒烟草花叶病毒（TMV）。TMV的结晶及其化学本质的发现是对医学和生物科学的巨大贡献，它不仅引导人们从分子水平去认识生命的本质，而且为分子病毒学 和分子生物学的诞生奠定了基础。1946年他被授予诺贝尔奖，这是 病毒学领域第一个获此殊荣的科学家。,20 世纪 50 年代初，5000 万个病例/年；1967年，1000多万病例/年；同年WHO发起了推广接种、消灭天花的运动；1977年索马里发现最后 1 例自然发生天花的病人；1978年英国发现最后 1 例实验室感染病例；1980年，世界卫生组织宣布彻底消灭天花。如今，天花病毒样本封存在美国和俄罗斯保留的试管里。消灭天花后每年节省的疫苗接种和监测费用估计为 10 亿美元,几乎是消灭天花所耗费用的 3 倍。,被消灭的病毒 天花病毒,1988年WHO与国际扶轮社和联合国儿童基金会共同发出根除脊髓灰质炎倡议。当时全世界125个国家中有几百万脊髓灰质炎患者。2000.10 西半球(包括我国)消灭了小儿麻痹症。目前脊髓灰质炎患者主要集中在印度、尼日利亚、巴基斯坦、埃及、阿富汗、尼日尔和索马里7个国家，共2000多人患病。突发公共卫生事件：发生脊髓灰质炎野病毒输入和脊髓灰质炎疫苗衍生病毒循环的疫情。,被消灭的病毒脊髓灰质炎病毒,病毒学(Virology),研究病毒本质，病毒与宿主相互作用和规律的科学，称病毒学。医学病毒学：研究病毒的结构和功能、人体抗病毒侵害的机制以及从病毒与宿主相互关系中找到预防、诊断、治疗和消灭病毒性疾病的措施，是医学微生物学的重要内容。病毒的生命活动一旦被人掌握，又可利用它来造福于人类。,什么是病毒？,病毒(Virus)：是一种非细胞形态的微生物,其基因组只含有一种类型的核酸(DNA或RNA)。病毒体内缺乏产生能量的酶系统，只能寄生在活细胞内,依靠宿主细胞提供原料和酶系统,以复制方式进行增殖。对抗生素不敏感，但对干扰素敏感。病毒体：具有一定形态结构和感染性的完整病毒颗粒。完整性感染性,病毒的基本特征,体积微小：大小约20300nm,能通过细菌滤 器，需电镜观察。结构简单：非细胞结构；核心为一种类型的核酸(DNA或RNA)；蛋白质构成外层结构。超级寄生：无完整的酶系统,无细胞器,不能进行 独立代谢;以复制方式增殖。,病毒与其他微生物的比较,病毒的大小,测量单位是纳米(nm)；观察用电镜；20300 nm不等。最大的痘苗病毒为300 nm，最小的微小病毒 为20 nm,病毒的形态,球形或近球形(多数),杆状、丝状或砖形、蝌蚪形。,痘病毒,狂犬病病毒,副黏病毒,噬菌体,疱疹病毒,腺病毒,冠状病毒,电镜下的病毒,肉眼下的病毒,噬菌斑,病毒的结构,基本结构：基因组、蛋白衣壳 特殊结构：包膜、刺突,病毒的化学组成与功能,核心(core)：化学组成:DNA或RNA,病毒基因组。多样性 基因重叠 有内含子功能:携带全部遗传信息；编码结构蛋白和非结构蛋白；决定病毒的增殖、遗传和变异。,特点：,病毒的化学组成与功能,衣壳(capsid)：包裹或镶嵌在病毒核酸之外，约占病毒体总重量的70%，由病毒基因组编码的蛋白质，可分为结构蛋白：是组成病毒体的蛋白成分 保护病毒体的核酸 决定对宿主细胞的亲嗜性 介导病毒核酸进入宿主细胞 可诱生机体的免疫应答非结构蛋白：调节蛋白、酶类等 具有酶的功能 转化宿主细胞的作用,核衣壳=衣壳核酸衣壳以壳粒蛋白为基本单位壳粒排列三种类型：,病毒的对称形式,20面体对称螺旋对称复合对称,20面体对称型,腺病毒、疱疹病毒、脊髓灰质炎病毒、小RNA病毒、乳多空病毒等,20面体对称腺病毒,螺旋对称型,只有RNA病毒具有螺旋对称,壳粒,螺旋对称型流感病毒,烟草花叶病毒、流感、副流感、麻疹、新城鸡瘟病毒,RNA,壳粒,复合对称型噬菌体,噬菌体,病毒的化学组成与功能,包膜(envelope)：包裹在某些病毒核衣壳外面的一层膜状结构，由脂质和糖蛋白构成；是病毒以出芽方式从细胞内释放时穿过核膜、胞质膜时获得的宿主细胞的膜成分。构成表面抗原，与包膜病毒的吸附和穿入有关；对干、热、酸和乙醚等脂溶剂敏感。,流感病毒包膜（电镜照片）,刺突(spike)：赋予病毒的某些特殊功能,病毒的化学组成与功能,触须(antenna)：凝聚、毒害宿主细胞等,病毒的化学组成与功能,腺病毒,病毒的增殖,病毒 缺乏完整的酶系统、无细胞器 不能独立进行代谢 必须寄生在活的易感细胞内进行增殖,病毒的复制,方式：以病毒基因为模板，借助宿主的DNA多聚酶或RNA多聚酶及原料、能量及场所，先合成互补核酸或mRNA,再经多聚酶以互补核酸为模板合成原来的基因自我复制。复制周期：进入宿主细胞基因组复制释放；分为五个连续阶段。阻断复制过程，达到防治病毒病的目的。,吸附与穿入,脱壳,生物合成,装配与释放,复制步骤,1.吸附(absorption)：静电结合:非特异、可逆的;37；Na+、Mg+、Ca+等有关；受体结合:特异、不可逆;37,决定病毒对宿主细胞的亲嗜性。几几十分钟(60)。通过病毒的包膜或无包膜病毒表面的配体位点与细胞表面的特异受体结合而吸附。,吸附:与特异性受体结合,2.穿入(penetration),胞饮无包膜病毒,膜融合包膜病毒,注入噬菌体,复制步骤,多数病毒在穿入时即脱壳;以核衣壳穿入的病毒,在溶酶体酶作用下脱壳,释放基因组核酸。痘类病毒在溶酶体酶 和脱壳酶作用下脱壳。,3.脱壳(uncoating),复制步骤,脱壳,4.生物合成(biosynthesis)：包括蛋白质的合成与核酸的复制,此阶段无完整病毒可见，也不能用血清学检测出病毒的抗原，称为隐蔽期(eclipse)。早期:复制酶,调节蛋白(封闭宿主细胞代谢，有利于病毒生物合成);晚期:基因组复制,结构蛋白。,复制步骤,复制步骤,复制的基本类型:6种 dsDNA：半保留复制 ssDNA：全保留复制(+)ssRNA(-)ssRNA 逆转录病毒dsRNA,dsDNA病毒生物合成,亲代DNA mRNA 早期蛋白（酶）（功能蛋白）子代DNA 子代mRNA 晚期蛋白（结构蛋白）子代病毒,RNA病毒的生物合成,单正链RNA=mRNA 结构和非结构蛋白 中间复制型（RNA）子代核酸单负链RNA 正链RNA 蛋白质 中间复制型（RNA）子代核酸（依赖RNA的RNA多聚酶）,逆转录病毒,病毒RNA 逆转录酶 RNA:DNA中间体 双链DNA 整合入细胞染色体 子代病毒mRNA和子代 核酸,复制步骤,5.组装(assembly)与释放(release)组装部位:胞核内、核膜上（DNA病毒）胞质内、质膜上（RNA病毒）,细胞破裂,一次性释放(无包膜病毒),出芽(包膜病毒),释放：,出芽的位置：胞质膜上会出现病毒基因编码的抗原物质,HIV 释放,出芽(包膜病毒),生长曲线,隐蔽期,对数生长期,细胞死亡期 Rise phase,一步生长曲线,病毒的异常增殖,顿挫感染：因宿主细胞条件不合适（如细胞缺乏病毒复制所需的酶、原料等），病毒虽可进入细胞但不能复制的感染过程。构成顿挫感染的宿主细胞称为非容纳细胞（non-permissive cells)。能使病毒完成正常增殖的细胞称为容纳细胞。缺陷病毒与辅助病毒：带有不完整基因组的病毒体，称为缺陷病毒（defective virus)。能够辅助缺陷病毒复制出完整病毒颗粒的病毒，成为辅助病毒。,病毒的干扰现象(interference),两种病毒感染同一细胞或机体时，常出现一种病毒 抑制另一种病毒增殖的现象,称干扰现象。,病毒A 细 胞 病毒B,干扰产生原因,干扰素interferon，IFN 第一种病毒改变了细胞表面受体结构或 细胞代谢途径；或抑制第二种病毒mRNA 的转译。,病毒干扰的临床意义,正面：可终止病毒感染，使宿主康复。如减毒活疫苗阻止毒力较强的病毒感染；毒力较弱的呼吸道病毒感染后，可在一定时间内对另一些病毒不易感。负面：疫苗病毒间的干扰，或疫苗病毒被体内原有病毒的干扰。,病毒对理化因素的抵抗力,1.物理因素对病毒的作用：温度:大多数病毒耐冷不耐热。在70（数月）或196（数年）条件下，病毒可保持其感染性。但加热60经30min或100数秒钟可使大多数病毒灭活。pH值:多数病毒在pH59范围内稳定。射线和UV:射线使核苷酸链发生致死性断裂；UV则是在病毒的多核苷酸上形成双聚体(如胸腺核苷与尿核苷)，抑制病毒DNA或RNA的复制。,2.化学因素对病毒的作用：脂溶剂：乙醚、氯仿、去氧胆酸盐等脂溶剂 可使有包膜病毒的包膜脂质溶解而灭活病毒，失去吸附能力。消毒剂：过氧乙酸、甲醛等均能使大多数病毒灭活。与细菌相比，病毒对消毒剂抵抗力强（缺乏酶类），特别是无包膜的小型病毒。,病毒对理化因素的抵抗力,病毒的变异,基因突变：病毒基因组发生碱基置换、缺失或插入引起。自发突变发生率：10-5-10-8，诱发突变（理化因素）发生率：10-3-10-5。可发生形态、抗原性、宿主范围、致病性等多种改变。主要类型：1）条件致死突变株：ts株（28-30增殖，37-40灭活）2）缺陷型干扰突变株：碱基突变使所含核酸减少，结构重排3）宿主适应性突变株：减毒活疫苗4）耐药突变株：编码酶基因改变而降低对药物的亲和力。,病毒的变异,基因重组:两种或两种以上不同的病毒感染同一宿主细胞时，有时会发生基因片段的交换。基因重配:分节段的RNA病毒，交换基因节段。不分节段基因组病毒的重组是由于核酸内切酶和连接酶的作用。可发生在活病毒间、活病毒和灭活病毒间、以及灭活病毒之间。,基因重组与重配：,表型重组：病毒成分和基因产物（非遗传物质）间相互作用，产生变异。类型：1）表型混合：抗原特性和亲嗜性改变，核酸未变。2）核壳转移：无包膜病毒发生的表型混合。3）互补：两种病毒蛋白产物相互补助不足。4）加强：混合培养，一种病毒促进另一种病毒产量提高。,病毒的变异,病毒的变异,人工定向变异：利用理化诱变法提高病毒突变率，以便在适合条件下选出所需要的突变株。方法：1）改变宿主亲嗜性；2）培育冷适应突变株和温度敏感株；3）通过基因重组获得杂交毒株。,病毒分类,分类依据：核酸类型和结构（RNA/DNA，双链/单链，线状/环状，是否分节段)病毒体形状和大小衣壳对称性包膜的有无,国际病毒分类委员会（ICTV）2004年第八次分类报告目前所有病毒分为73个科，11个亚科，289个属,三大类 DNA病毒 RNA病毒 DNA和RNA逆转录病毒,与人类和其他脊椎动物有关的病毒科,不分节段（脊髓灰质炎病毒）+RNA-V 分节段（RNA肿瘤病毒）ssRNA 不分节段（副黏病毒）RNA-V-RNA-V 分节段（正黏病毒）dsRNA-RNA-V-分节段（呼肠病毒）ssDNA-+DNA(腺相关病毒)DNA-V dsDNA-DNA(人合胞体病毒),亚病毒因子(subvirus),卫星病毒(satellites)类病毒(viroids)朊粒(prion),近年来发现的比一般病毒更小的传染因子,是RNA病毒，500-2000nt 核酸基因组有缺陷，不能独立复制，需要辅助病毒，如HDV与辅助病毒基因无同源性所致疾病与辅助病毒无关,卫星病毒,特点：,多数与植物病毒相关，少数与噬菌体或动物病毒有关。,卫星病毒,分 类：可编码自身的衣壳蛋白 需利用辅助病毒的蛋白衣壳（曾称拟病毒，virusoid),大小仅为最小病毒的120左右(200-400nt)由单股环状RNA组成，杆状结构，无衣壳。对核酸酶敏感，对热、有机溶剂抵抗。,致病机制可能是由于RNA分子直接干扰宿主细胞的核酸代谢。类病毒主要使植物致病，如马铃薯、柑橘、椰子、啤酒花。,类病毒,也称传染性蛋白粒子，不具有病毒体结构。主要成分是一种蛋白酶K抗性蛋白（PrP）分子量为2700030000，不具有任何核酸。,朊 粒,复习思考题,1、简述病毒的主要特点？2、简述病毒的结构、化学组成及其主要功能是什么？病毒和细菌有何区别？病毒的哪些结构与其致病性有关？3、病毒复制周期分几步及主要特点？,Thank You!,