第二章病毒的基本特征

1、第二章 病毒的基本特征,第一节 病毒概述 第二节 病毒的形态结构与理化性状 第三节 病毒培养和增殖 第四节 病毒的遗传与变异 第五节 理化因素对病毒的影响 第六节 病毒的感染 第七节 病毒的分类 第八节 病毒病的实验室诊断,一、病毒的含义 病毒是一类比较原始的、有生命特征的、能够自我复制和严格细胞内寄生的非细胞微生物,病毒与其它生物的比较,个体极其微小 无细胞结构 只含一种核酸 缺乏独立代谢能力 繁殖方式为依靠自身核酸复制 大多对抗生素不敏感，而对干扰素敏感 某些病毒可整合到宿主DNA上，引起潜伏感染 某些病毒能够形成包涵体或引起细胞病变,公元前14世纪古埃及长老石刻象显示了小儿麻痹后遗症，这

2、可能是病毒感染的第一个史载记录,三、病毒学的发展,Rabies (狂犬病) Endemic in Europe by AD 16-17,关于植物病毒病害的记载 荷兰郁金香杂色病(1576,牛痘接种防治天花-古代接种术(1796,1.对病毒的早期认识-利用疫苗对病毒病的防治,Martinus Beijerinick (1851-1931) 证明在经过可吸附细菌的琼脂扩散后, 这种侵染物仍可导致烟草花叶病。他将此侵染物称为“侵染性活液”, 并也采用了“Virus”一词,John Enders(1897-1985) 1949年在体外培养的细胞中获得脊髓灰质炎病毒, 1954年获得诺贝尔奖。 Aaro

3、n Klug(1926-) 1962年提出了烟草花叶病毒病毒的柱状结构, 1982年获得诺贝尔奖。 David Baltimore (1938-) 1970年在提纯的罗斯肉瘤病毒粒子中发现了逆转录酶，证明遗传信息可以由RNA反向产生DNA。1975年获得诺贝尔奖,2.现代病毒学的发展历程,Michael J. Bishop(1936-） 1976年发现正常细胞中存在罗斯肉瘤病毒致瘤基因的对应基因, 1989年获诺贝尔奖。 Phillip A. Sharp (1944 -), 1977年发现腺病毒基因组中存在基因剪切现象(gene splicing),1993年获诺贝尔奖。 Fred Sange

4、r(1918-) 1977年建立了DNA序列分析方法, 并对X174噬菌体的单链DNA序列进行了测定。因此获得诺贝尔奖,Gallo & Montagnier 1983年分离到一种与爱滋病有关的逆转录病毒。 R. Beachy 1986年利用烟草花叶病毒外壳蛋白基因转化植物, 获得抗TMV侵染的基因工程植株。这一研究为抗病毒动植物基因工程奠定了基础。 Stanley B Prusiner(1942-) 发现朊病毒(Prions)，1997年获诺贝尔奖,四、研究病毒的意义,几乎能感染所有的细胞型生物，危害严重； 了解病毒的特性，为疫苗的研制打下良好基础,一、病毒的大小与形态 测量病毒的单位为nm，

5、大小在20-300nm之间。 病毒形态多数呈球状或近似球状，少数为杆状、丝状或子弹状，痘病毒呈砖块状，噬菌体大多数呈蝌蚪状,第 二 节 病毒的形态结构与性状,病毒子（Virion) ：结构完整、功能齐全的病毒颗粒。 （一）病毒的结构组成 核酸基因组和衣壳(capsid)。 囊膜(envelope):围绕核衣壳的一层包膜。 纤突(spike):包膜突起，主要由糖蛋白组成,二、病毒的结构组成与特征,病毒体结构模式,纤突,包膜,核心,衣壳,壳粒,核衣壳,二、病毒的衣壳类型,1、螺旋对称的病毒壳体 2、二十面体对称的病毒壳体 3、复合对称的病毒壳体,螺旋对称型,廿面体对称型,复合对称型,三、病毒的化学

6、组成,1、核酸 1）种类：DNA、RNA 存在形式：单链与双链；正链与负链，分节 作用：携带全部遗传信息 特点：有内含子、ORF可重叠 2）表示病毒核酸大小的方法 相对分子质量；碱基数 3）病毒核酸的结构特征 分段基因组；帽子和poly(A）尾巴结构；感染性核酸等,结构蛋白 非结构蛋白 功能： 保护核酸； 与易感宿主细胞受体结合； 良好的抗原，可激发机体发生免疫应答,2、蛋白质,3.脂质,病毒体的脂质主要存在于囊膜中，主要来源于宿主细胞膜系统。 含脂质的病毒对乙醚或其它有机溶剂敏感，处理后可使病毒失去感染性或感染性降低，而无囊膜病毒对乙醚有抵抗力,4.糖类,病毒囊膜含有糖蛋白，由病毒的基因组编

7、码，但糖分子与宿主细胞有关。 与宿主细胞表面受体结合（吸附）、刺激机体产生中和抗体,一、病毒培养的宿主系统 1、动物,第三节 病毒的培养和增殖,动物接种途径和方法 1.皮内接种 2.皮下接种 3.肌肉接种 4.静脉接种 5.腹腔接种,2、鸡胚接种,不同病毒的接种途径,痘病毒和疱疹病毒，1013日龄,流感、新城疫、传支等，911日龄,鹦鹉热衣原体和立克次氏体等，68日龄,正黏病毒和副黏病毒， 1011日龄,病毒的收获,绒毛尿囊膜接种,尿囊膜接种,卵黄囊接种,羊膜腔接种,收获尿囊液,3、细胞培养,1）细胞培养增殖病毒的优点 生理特性一致，培养条件易于控制； 无个体差异，对病毒易感性相等； 可观察病

8、毒的繁殖特征； 可进行病毒纯化和定量； 可提高病毒的产量,2）常用的培养细胞,原代细胞：直接利用新鲜动物组织经胰酶消化、分散，获得单个细胞，如CEF。 二倍体细胞：将长成单层的原代细胞消化分散成单个细胞，继续培养传代，其染色体数与原代细胞一样，保持其二倍染色体数目的单型细胞。 传代细胞：能在体外持续增殖传代的细胞系，大多数由癌细胞或二倍体细胞突变而成。 如HeLa细胞和BHK-21等,3）细胞培养方法 单层细胞培养法：用胰酶将剪碎的组织或传代细胞分散成单个细胞，接种到培养瓶或培养板上，让细胞贴壁生长，静置培养或转瓶培养。 悬浮细胞培养法：通过振荡或转动装置使细胞始终分散悬浮于培养液内的培养方法

9、。 微载体培养：通过搅拌悬浮在培养液内，使微小细胞在载体表面繁殖成单层。兼有单层和悬浮细胞培养的优点,二、 病毒在培养细胞中的增殖效应,1.细胞病变效应(cytopathic effect，CPE)：由病毒引起的细胞病变。常见的细胞形态学变化为细胞变圆、坏死、溶解或脱落,CPE,正常细胞,病变细胞,2、包涵体：某些病毒能使感染细胞形成在光镜下可见的小体，称为包涵体,三、病毒的定量测定蚀斑法,将适当浓度的病毒悬液加入单层细胞培养中，当病毒吸附细胞后，再覆盖一层加有中性红的融化琼脂。病毒在细胞内复制后产生局限性病灶，病变区不染色而显示为蚀斑(plaque)。 蚀斑是由一个感染性病毒体复制形成的，类

10、似于细菌的菌落，称为蚀斑形成单位（PFU）。 病毒悬液中的感染性病毒量以每毫升中PFU的数量来表示,感染复数（moi):以起始病毒感染的每个细胞所需病毒颗粒数目（PFU/cell)。 病毒的一步生长曲线:潜伏期、裂解期、衰退期,四、病毒的增殖过程,从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制，最后释放出来，称为一个复制周期。 人和动物病毒的复制周期主要包括吸附、穿入脱壳、生物合成、组装成熟和释放五个连续 步骤,四、病毒的增殖过程,一、吸附,吸附(adsorption)分两个阶段： 静电吸附：病毒体与细胞接触，进行静电结合。非特异性、可逆。 特异性受体吸附：病毒体表面位点与宿主细胞膜上相应的受体结合。

11、是决定病毒感染的真正开始,二、穿入脱壳,1、以膜融合方式穿入脱壳 如副黏病毒、疱疹病毒等。 2、在内吞小体脱壳 如AIV。 3、在核膜脱壳 如腺病毒 4、有的病毒表面位点与细胞受体结合后，由酶类协助病毒核酸进入宿主细胞内，如噬菌体,Penetration of an Enveloped Virus by Fusion of Its Envelope with the Host Cell Membrane,The entire virus is placed in an endocytic vesicle,Viral capsid proteins interact with the host

12、cell membrane allowing viral nucleic acid to enter the host cell,Penetration of a Naked Virus by Endocytosis,Penetration of a Naked Virus by Endocytosis, step-3. the entire virus is placed in an endocytic vesicle,三、生物合成,双股DNA病毒 单股DNA病毒 单正股RNA病毒 单负股RNA病毒 逆转录病毒 双股RNA病毒,吸附,穿入,脱壳,早期蛋白,晚期蛋白,装配,DNA复制,核酸游离

13、,成熟,释放,五、组装与释放,Release of influenza virus,HIV budding from human lymph tissue (TEM x133,335,ATTACHMENT,PENETRATION,HOST FUNCTIONS,ASSEMBLY (MATURATION,Transcription,REPLICATION,RELEASE,UNCOATING,Translation,MULTIPLICATION,第四节 病毒的变异,一、基因突变 病毒基因组中核酸碱基顺序的变化。 自然突变：产生频率为10-510-8 ； 诱导突变：各种物理、化学诱变剂可提高突变率。

14、实际意义：形成突变株,1、缺损干扰突变株：病毒基因不完整或发生改变，自身不能复制，只有在亲本病毒存在时才能增殖出完整的病毒子，并对亲本病毒的复制具有干扰作用。 2、条件致死突变株：指病毒突变后在特定条件下能增殖，而在另一种条件下不能增殖的病毒。 如TS突变株（脊髓灰质炎病毒减毒活疫苗,3、宿主范围突变株：病毒基因组的改变影响了其对宿主细胞的吸附或相互作用。 例如狂犬病毒突变株适应在兔脑内增殖，由“街毒”变为“固定毒。 4、耐药突变株：酶基因的突变降低了对药物的亲和力或作用,二、基因重组,当两种有亲缘关系的不同病毒感染同一宿主细胞时，它们的遗传物质发生交换，结果产生不同于亲代的可遗传的子代,1.

15、分子内重组：两种不同病毒核苷酸片段的交换。 DNA病毒、RNA病毒、不同科病毒、病毒与宿主细胞基因组之间均可发生分子内重组,2、基因重配（reassortment）分节段病毒基因组之间核苷酸片段的交换,3、复活：同一毒株的具不同程度致死性突变的若干病毒颗粒同时感染某一细胞而产生具有感染性病毒的现象,活病毒与灭活病毒之间（交叉复活,4、基因整合,病毒基因组与宿主细胞基因组的重组过程。 1、温和噬菌体的溶源性反应 2、动物病毒的整合感染 实际意义：病毒基因变异、宿主细胞转化、肿瘤发生,1、补偿作用：一种病毒为另一种病毒提供本身不能合成，但又是必需的基因产物，使其在混合感染的细胞内得以繁殖。 主要表

16、现为耐药性，抗原性等改变，基因并未改变，改变的生物学性状不能遗传。 1)辅助病毒与缺陷病毒之间 2)活病毒与死病毒之间 3)两个不同的缺陷病毒之间,三、病毒的非遗传性变异,2、表型混合：一种病毒的核酸被另一种病毒核酸所编码的蛋白衣壳包裹,表型混合的子代病毒，遗传性未发生改变，但具有一些依赖于蛋白的表型特征； 第二代的表型由病毒的基因组来决定,四、病毒遗传变异的意义,致病机制中的应用 在病毒病诊断、预防和治疗中的应用 在基因工程中的应用 在基础理论研究中的应用,第五节 理化因素对病毒的影响,一、物理因素 1、干燥：病毒对干燥的抵抗力强。 2、温度 高温：高温易将病毒杀死。 低温：病毒对低温有较强

17、的抵抗力。 3、射线：电离辐射和非电离辐射均可使病毒灭活。 4、PH：5-9稳定,二、化学因素 1、酸碱类消毒剂：病毒有效的杀灭剂； 2、甲醛：灭活病毒； 3、脂溶剂：区分病毒有无囊膜 4、蛋白溶剂：提取核酸 5、甘油：保护剂,第六节 病毒的感染,持续性感染：病毒在宿主体内持续存在较长时间，甚至持续终生者。病毒在体内持续存在期间，机体可表现症状，也可不出现症状而成为危险的传染源，也可引起慢性进行性疾病,持续性感染的类型,潜伏感染：经急性或隐性感染后，病毒基因组存在于一定组织或细胞内，但并不能产生有感染性的病毒体。在某些条件下病毒被激活而急性发作，病毒仅在临床出现间歇性急性发作时才被检出。在非发

18、作期，用一般常规法不能分离出病毒。 例如，单纯疱疹病毒型感染,慢性感染：经显性或隐性感染后，病毒并未完全清除，可持续存在于血液或组织中并不断排出体外，病程长达数月至数十年。患者可表现轻微或无临床症状。 如乙型肝炎病毒（HBV）、巨细胞病毒（CMV）等常形成慢性感染,慢病毒感染：病毒感染后潜伏期很长可达数月、数年甚至数十年之久。此时机体无症状，也分离不出病毒。一旦发病出现慢性进行性疾病，最终常为致死性感染。 如：AIDS、羊瘙痒病、人克雅病、库鲁病（Kuru）等。库鲁病是朊病毒感染机体后，经过长达数十年的潜伏期后，引起的一种进行性小脑退行性疾病,持续性感染的机制,1、病毒基因组的整合； 2、病毒

19、存在于受保护的部位或发生突变，因而逃避宿主免疫； 3、某些病毒的抗原性太弱，机体难以产生免疫应答将其彻底清除； 4、DI颗粒的产生； 5、干扰素产生能力低下； 6、机体免疫力低，无力完全清除病毒，导致病毒在体内长期存留,第七节 病毒的分类,The International Committee on Taxonomy of Viruses,形态学:大小、 形状、 有无囊膜等； 理化性质：分子量、热稳定性、离子稳定性； 基因组：RNA, DNA , 分段等； 大分子成分和复制类型,类型 分类特点 病毒科名 DNA病毒 双链DNA、有囊膜 痘病毒科 疱疹病毒科 双链DNA、无囊膜 腺病毒科 乳多空病毒科 单链DNA、无囊膜 细小病毒科,DNA 病毒,类型 分类特点 病毒科名 RNA病毒 双链RNA、分节、无囊膜 呼肠病毒科 双RNA病毒科 单负链RNA、不分节、有囊膜 副粘病毒科 弹状病毒科 单负单RNA、分节、有囊膜 正粘病毒科 布尼亚病毒科 沙粒病毒科 单正链RNA、不分节、无囊膜 小RNA病毒科 杯状病毒科 星状病毒科 单正链RNA、不分节、有囊膜 冠状病毒科 黄病毒科 披膜病毒科,RNA病毒,类型 分类特点 病毒科名 逆转录病毒 双链DNA、不分节、有囊