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1、个人简历,1983武汉大学病毒学学士1986武汉大学病毒生化硕士1997Utrecht University细胞与分子生物学博士1986-1990 中山大学医学院生物化学助教、讲师1990-1992University of California-SF研究学者1992-1997Onyx Pharmaceuticals,Inc.助理科学家1998-2000University of California-Berkeley博士后2000-2002Kosan Biosciences科学家、项目负责人2002-今BayGen,Inc.技术负责人2007-今大连理工大学教授大连理工-华昊创新药物研发中心
2、主任获广东省生物技术专项奖、卫生部郑氏学者奖、美国NIH和美国癌症学会研究奖是国家新药创制重大科技专项、863目标导向专题和科技部科技型中小企业技术创新基金等项目的负责人,主要目的,介绍病毒学的基本概念 了解病毒的形态特征 熟悉病毒的结构与功能 掌握病毒的生物学及分子生物学特征 了解病毒的感染及其预防和治疗,第十五章 病毒学(Virology),病毒的大小和形态,病毒的结构与功能,病毒的化学组成,病毒的分类,病毒的复制,Virology:the study of virus研究病毒的本质、病毒与宿主相互作用和规律的生物学科。,病毒的感染与防治,病毒的培养与检测,什么是病毒?,病毒是一类体积微小
3、、结构简单、只含有一种类型的核酸、严格细胞内寄生的、对抗生素不敏感,而对干扰素敏感的非细胞型微生物。1892年首先由俄国学者伊凡诺夫斯基在研究烟草花叶病时发现,1898年由荷兰学者Beijerinck命名。,病毒与其他微生物的比较,病毒的大小和形态,病毒体(virion):具有一定形态结构和感染性的完整病毒颗粒。大小:50250nm左右。形态:球形、杆状或丝状、砖形、子弹形、蝌蚪形等。,病毒的大小和形态,病毒的大小和形态,基本结构:nucleocapsid 辅助结构:viral envelope,病毒的结构和化学组成,壳粒,衣壳(Capsid),核心(Core),核衣壳,包膜,包膜病毒,包膜子
4、粒,病毒体结构模式图,病毒的结构与化学组成,根据壳粒排列方式不同,病毒有三种对称型 螺旋对称(helical symmetry)二十面体立体对称(icosahedral)复合对称(complex)核衣壳,病毒体,基本功能单位,感染单位,nucleocapsid,三种对称型病毒示意图,不同病毒的壳粒数目和排列不同。根据壳粒的排列方式,病毒结构有以下几种对称型:,20面体立体对称,螺旋对称,复合对称,病毒的结构与化学组成,病毒的化学组成,核酸:仅含一种核酸,DNA或RNA 形状不同(单链线性、双链环状)完整性不同(完整的、分节段的)功能:决定病毒的复制、感染及遗传变异 感染性核酸:失去衣壳裸露的仍
5、具有感染 性的病毒的核酸,病毒的化学组成,逆转录酶、蛋白水解酶、DNA多聚酶、胸腺嘧啶核苷激酶等。,蛋白质,病毒的分类,分类原则核酸的性质与结构病毒大小与形态衣壳对称性和壳粒数目有无包膜对理化因素的敏感性抗原性生物学特性(繁殖方式、宿主范围、传播途径和致病性),分类 根据核酸类型分类 1 DNA virus 2 RNA virus 根据传播方式和感染部位分类 1 呼吸道病毒 2 肠道病毒 3 肝炎病毒 4 痘类病毒 5 疱疹病毒 6 虫媒病毒 7 狂犬病毒 8 逆转录病毒,病毒的分类,亚病毒,一类比病毒还小的、结构更简单的微生物。包括类病毒和Prion。1 类病毒(viroids)仅为单股环状
6、RNA分子,由200400个核苷酸组成,可直接在宿主 细胞内增殖,引起植物疾病。2 卫星病毒(satellites)单股环状RNA,由300400个核苷酸组成,不能直接在宿主细胞内增殖,而需相应的、特异的“辅助病毒”即病毒的“病毒”,故称卫星病毒,引起植物疾病。3 朊粒(prion)为蛋白质,用侵染子蛋白(prion protein PrP)来表示,可在细胞内进行复制,病变部位无炎症及免疫反应,但均有脑组织的海绵状淀粉样病变。生物地位待定。,分子量差别显著:3400;多种形式存在:或;ss或ds;不同形式复制;病毒基因组可相互重叠,转录的前体可以多种方式拼接;与真核细胞基因结构相似,有内含子及
7、非编码区;具有感染性。,化学组成病毒核酸,结构蛋白(structural proteins):capsid,envelope protein 非结构蛋白(non-structural proteins):酶:与病毒复制有关的酶;与致病有关的酶;调控蛋白:HIV Tat,rev etc,化学组成病毒蛋白质,How to identify virion proteins,Purify virionsLyse virionsRun on SDS PAGEExcise bands,digest-get sequence and compare to database,衣壳的主要功能,衣壳的主要功能:保
8、护病毒核酸 参与感染过程 具有感染性,衣壳电镜照片,包膜的主要功能,包膜的主要功能:维护病毒体结构的完整性 与病毒入侵有关 具有抗原性,包膜电镜照片,病毒的增殖复制,virus replication cycle:吸附(Adsorption)穿入(Penetration)脱壳(Uncoating)生物合成(Biosynthesis)装配与释放(Assembly and Release),Adsorption(几分至几十分钟),融合-有包膜病毒胞饮-无包膜病毒直接穿入,Penetration、Uncoating,穿入(penetration):吸附后进入细胞内,脱壳(uncoating):脱去衣
9、壳、核酸裸露脱壳需在溶酶体酶作用下进行.,Penetration、Uncoating,6大类型:双链DNA病毒 单链DNA病毒 单正链RNA病毒 单负链RNA病毒 双链RNA病毒 逆转录病毒区域:DNA病毒 核内(除痘病毒)RNA病毒 胞质(除流感病毒及逆转录病毒),Biosynthesis(隐蔽期),合成大量病毒核酸和结构蛋白,1、DNA病毒(双链):细胞核内合成DNA,细胞质内合成病毒蛋白。,依赖DNA的RNA多聚酶,早期mRNA,转 译,早期蛋白,药物作用的靶,晚期:,解链,正链DNA负链DNA,DNA多聚酶,子代DNA,转录,晚期mRNA,晚期蛋白,病毒衣壳蛋白及其他结构蛋白,2、RN
10、A病毒(单链):多数在细胞质内合成子代RNA及病毒蛋白。,(1)正单链RNA病毒(有mRNA功能):,正单链RNA,复制,子代RNA,结构蛋白(衣壳蛋白等),非结构蛋白(依赖RNA的RNA多聚酶),双链RNA(复制中间型),药物作用的靶,(2)负单链RNA病毒(有依赖RNA的RNA多聚酶):,负单链RNA,依赖RNA的RNA多聚酶,正单链RNA(有mRNA功能),子代RNA,结构蛋白(衣壳蛋白等),双链RNA(复制中间型),药物作用的靶,解链,(3)逆转录病毒(有逆转录酶,即依赖RNA的DNA多聚酶):,单链RNA,逆转录酶,进入细胞核,整合(前病毒),子代病毒RNA,病毒mRNA,病毒蛋白质
11、,肿瘤发生,药物作用的靶,逆转录病毒复制示意图,装配与释放(assembly and release),组装形成成熟的子代病毒,并从细胞释放出来;组装部位不同,包膜成分不同;释放:细胞破裂释放;出芽,缺陷病毒 因病毒基因组不完整或基因发生改变,而不能进行正常增殖所 产生的子代病毒。辅助病毒 可以辅助缺陷病毒完成正常增殖的病毒。顿挫感染 病毒进入宿主细胞后,如细胞不能为病毒增殖提供所需要的酶、能量及必要的成分,则病毒在细胞中不能合成本身的成分,称为顿挫感染。非容纳细胞、容纳细胞。,与病毒增殖有关的异常现象,病毒的干扰现象(interference),两种病毒感染同一宿主细胞的作用,双重感染 在同
12、一组织、细胞中检测出两种以上病毒核酸;互补作用 病毒基因产物(功能或结构蛋白等)的互补作 用,能促进其中一种或两种病毒的增殖;加强作用 与干扰现象相反,一种非杀伤细胞病毒促进另外 一种病毒复制;(eg.流感病毒抑制干扰素)表型混合 具有共同特征的两种病毒,张冠李戴或互相融合(衣壳和包膜);病毒杂交 病毒基因互相交换,为出现变异株的原因之一。,病毒的培养,(一)动物接种 1、不同的病毒,易感动物不同,常用动物有:小鼠、大鼠、豚鼠、兔、猴等;2、接种的途径也有多种,可:皮下、皮内、脑内、腹腔、静脉等接种;3、病毒动物动物出现感染症状,据症状鉴定病毒或取病变组织进一步检查。,病毒的培养,(二)鸡胚培
13、养,1、接种途径有:尿囊腔、羊膜腔、卵黄囊、绒毛尿囊膜2、培养数天后,观察鸡胚情况或取培养物进一步鉴定,尿囊腔接种,羊膜腔接种,尿囊腔,羊膜腔,1、优点:(1)便于纯化病毒;(2)可直接观察细胞变化(包括细胞出现病变或转化);(3)可对病毒的复制进行基础性研究;(4)可进行空斑纯化病毒克隆;(5)可滴定病毒含量。,(三)细胞培养,2、细胞种类:(1)原代细胞:以无菌手续采动物等的组织切碎洗净后用胰蛋白酶消化得分散的单个细胞,加培养液在细胞瓶内培养所获得的单层贴壁细胞为原代细胞;原代细胞消化、重新分装并培养所得细胞为次代细胞。特点:对病毒易感性高,主要作为自标本中分离的工具。,(3)二倍体细胞:
14、在体外分裂50-100代后仍保持其二倍染色体数目的单型细胞,常用人胚肺二倍体成纤维细胞。,(2)传代细胞系:能在体外持续增殖传代的细胞系,多由癌细胞或二倍体细胞突变而成。,3、病毒在细胞内增殖的检查与鉴定,(1)观察细胞变化(cytopathic effect,CPE):CPE病毒感染细胞后引起的细胞病变。,正常成纤维细胞,单纯疱疹病毒感染 后细胞变圆等,呼吸道合胞病毒感染 后形成多核巨细胞,(2)病毒的定量测定:TCID50(50%tissue culture infective dose):将病毒进行系列稀释后行细胞培养,观察能使半数细胞培养孔或试管内的细胞发生细胞病变(CPE)时的病毒量
15、,即TCID50。,病毒的感染与致病性,1、临床约70-80%传染病是由病毒引起的;2、病毒性疾病对人类健康危害极大;3、近20年来,新病毒不断被发现,由此引发的病毒性疾病正越来越多的被人们所关注.,病毒的传播方式,1、水平传播(horizontal transmission),病毒在人群不同个体间的传播,称水平传播。,人群 人群,呼吸道、消化道皮肤粘膜、医源性,2、垂直传播(vertical transmission),病毒通过胎盘或产道,直接由亲代传给子代的方式,称垂直传播。,病毒 母体 新生儿 胎盘 显 隐 胎 受 先 流性 性 儿 染 天 产感 感 正 胎 畸 死染 染 常 儿 形 胎
16、,经产道,经血,病毒的感染类型,隐性感染 显性感染,急性感染 持续性感染,慢性感染(chronic infection)潜伏感染(latent infection),感染过程与结局,病毒微生物学检查,(一)、选择采标本的时间:1、病毒分离鉴定一般取发病初期或急性期标本;2、血清学诊断取患者早期(测IgM)和恢复期双份血液。,(二)不同病毒感染采不同标本:呼吸道感染采鼻咽分泌物;肺部感染采痰液 肠道感染采粪便;病毒血症采血液 神经系统感染采脑脊液。,标本的采集:,一、病毒感染的检查方法,标本送检:1、标本采集后应尽快送检;2、如不能及时检查,标本宜置冰壶内保存,病变组织可置于50%甘油盐水中低温
17、保存;3、标本的长期保存应置于-70低温冰箱,或-196液氮罐中。,病毒感染的快速检测 检查病毒抗原,1、免疫荧光技术:直接法:标本+荧光标记抗体荧光显微镜 间接法:标本+抗体+荧光标记二抗荧光显微镜,2、酶免疫技术:酶免疫组化法:标本+酶标抗体+酶的底物光学显微镜观察颜色变化 ELISA法:抗体或抗原(反应板)+待检抗原或抗体+酶标抗体或 抗原+底物 酶标仪测定,病毒感染的快速检测 检测抗体(多用ELISA法),IgM型抗体:有早期诊断价值;IgG型抗体:应用早期及恢复期双份血清,后者抗体效价是前者的4倍以上时,有辅助诊断价值。,病毒核酸的测定:杂交法,(一)病毒基因探针法:,1、标本,病毒
18、基因探针(标记),+,点杂交,放射自显影生物素-亲和素系统,2、Southern印迹法,标本DNA,凝胶电泳,转移至膜上,+病毒探针,分析标本中核酸情况,病毒核酸的测定:多聚酶链反应(PCR),标本,提取核酸,DNA,+耐热DNA多聚酶(Taq DNA pol.),RNA,逆转录,DNA,DNA扩增,电泳,基因片段观察,病毒感染的防治原则,一.病毒感染的药物治疗,病毒,穿入,脱壳,核酸复制、转录 及蛋白质合成,装配,吸附,释放,主要药物:核苷类药物病毒蛋白酶抑制剂生物制剂:干扰素等,1、抗病毒的特异免疫球蛋白;2、治疗性疫苗;3、细胞因子等。,二、病毒感染免疫制剂治疗,病毒感染的预防,(二)灭
19、活疫苗;,(一)减毒活疫苗(首选);,(三)、与人类病毒有交叉免疫原性 的动物病毒(减毒活疫苗);,(四)基因工程疫苗,基因工程疫苗:,获取保护性抗原的基因片段,克隆于表达载体,大量增殖表达,基因重组疫苗,纯化,我国常见的病毒疫苗,脊髓灰质炎疫苗 减毒活疫苗(人二倍体细胞、Vero细胞)麻疹疫苗 减毒活疫苗(鸡胚细胞)流行性腮腺炎疫苗 减毒活疫苗(鸡胚细胞)风疹疫苗 减毒活疫苗(人二倍体细胞)甲型肝炎疫苗 减毒活疫苗(人二倍体细胞)人用狂犬病疫苗 灭活疫苗(地鼠肾细胞)乙型脑炎疫苗 灭活疫苗(地鼠肾细胞)森林脑炎疫苗 灭活疫苗(地鼠肾细胞)乙型肝炎疫苗 基因工程疫苗(酵母菌表达),疫苗名称 疫
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