微生物学基础：第三章 病毒

1、 一、病毒的发现一、病毒的发现 1886年，年，A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病发现具有传染性的烟草花叶病 1892年，年，D. Ivanovsky烟草花叶病病原体能通过细菌滤器烟草花叶病病原体能通过细菌滤器 一种能通过细菌滤器的一种能通过细菌滤器的”细菌毒素细菌毒素”或或极小的细极小的细 菌菌 18981898年，年，M W BeijerinckM W Beijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果对烟草花叶病病原体的研究结果 t 能通过细菌滤器；能通过细菌滤器； t 可被乙醇沉淀而不失去其感染性，可被乙醇沉淀而不失去其感染性， t 能在琼脂凝胶中扩散；能在琼脂凝胶中扩散； t

2、 用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活；用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活； 比细菌小的具有传染性的活的流质比细菌小的具有传染性的活的流质 1900年前后，包括口蹄疫在内的多种动植物疾病病原年前后，包括口蹄疫在内的多种动植物疾病病原 体的滤过性特性被证明体的滤过性特性被证明 filterable viruses（滤过性病毒）（滤过性病毒） viruses（病毒）（病毒） F W Twort（1915）、）、F dHerelle（1917） 分别发现细菌病毒分别发现细菌病毒 bacteriophages 噬菌体（噬菌体（phage） 1935年，年，

3、W M Stanley首次提纯并结晶了烟草花叶病毒；首次提纯并结晶了烟草花叶病毒； Bawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白；等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白； 1940年，年，Kausche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒； 1946年诺贝年诺贝 尔化学奖尔化学奖 2. 病毒的特点病毒的特点 v 个体极小，个体极小，多在多在10-300 nm之间，之间，能通过细菌滤器；能通过细菌滤器； v 没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动；没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动； v 无细胞结构，专性活细胞内寄生；无细胞结构，专性活细胞内寄生； v 对抗生素不

4、敏感，对干扰素敏感。对抗生素不敏感，对干扰素敏感。 v 只有只有DNA或或RNA一种核酸。利用寄主的细胞物质通过一种核酸。利用寄主的细胞物质通过 复制方式增殖。复制方式增殖。 v离体条件下以无生命的大分子存在，并长期保持侵染力。离体条件下以无生命的大分子存在，并长期保持侵染力。 (1) 病毒的形状病毒的形状 l 病毒粒子的形状有球形、卵圆形、砖形、杆病毒粒子的形状有球形、卵圆形、砖形、杆 状、丝状及蝌蚪状等，但以近似球形的多面体状、丝状及蝌蚪状等，但以近似球形的多面体 和杆状为主。和杆状为主。 l 动物病毒多呈球形、卵圆形或砖形。动物病毒多呈球形、卵圆形或砖形。 l 细菌病毒多为蝌蚪形，也有微

5、球形和丝状体。细菌病毒多为蝌蚪形，也有微球形和丝状体。 (2) 病毒的大小病毒的大小 多数病毒粒子的直径在多数病毒粒子的直径在100nm上下上下 最大的病毒：最大的病毒： 牛痘病毒牛痘病毒直径超过直径超过 250nm 最小的病毒最小的病毒 ：菜豆畸矮病毒：菜豆畸矮病毒911nm 病毒：细菌：真菌病毒：细菌：真菌 = 1：10：100 由脂类和多糖组成的由脂类和多糖组成的 病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是脂双层膜脂双层膜 包膜形成时，细胞包膜形成时，细胞膜蛋白膜蛋白被病毒的包膜被病毒的包膜糖蛋白糖蛋白取代取代 1. 病毒粒子的壳体结构病毒粒子的壳体结构 （1）

6、螺旋对称壳体：）螺旋对称壳体： （多见于植物病毒，如（多见于植物病毒，如 TMV） 亚基有规律地沿着中心轴亚基有规律地沿着中心轴 （核酸）（核酸）呈螺旋排列，进呈螺旋排列，进 而形成高度有序、对称的而形成高度有序、对称的 稳定结构。稳定结构。 有包膜的二十面体毒粒有包膜的二十面体毒粒 （）裸露的二十面体毒粒（）裸露的二十面体毒粒 病毒粒子为圆形，如流感病毒病毒粒子为圆形，如流感病毒 典型例子是有尾噬菌体，其壳体由头部和典型例子是有尾噬菌体，其壳体由头部和 尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈 二十面体对称，尾部呈螺旋对称。二十面体对称，尾部呈螺旋对称。 （3

7、）复合对称结构）复合对称结构 4. 病毒的化学组成病毒的化学组成 一种病毒内只有一种核酸，或一种病毒内只有一种核酸，或RNARNA，或，或DNADNA 植物植物 V V 动物动物 V V 昆虫昆虫 V V 噬菌体噬菌体 RNA(RNA(多为单链多为单链) ) 绝大多数绝大多数 部分部分 少数少数 少数少数 DNA (DNA (多为双链多为双链) ) 极少数极少数 部分部分 多数多数 多数多数 （2 2）病毒蛋白）病毒蛋白 v 构成病毒粒子外壳，保护病毒核酸免受核酸酶构成病毒粒子外壳，保护病毒核酸免受核酸酶 及其它理化因子的破坏；及其它理化因子的破坏； v 决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存

8、在决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在 的受体具特异性亲和力，促使病毒粒子的吸附；的受体具特异性亲和力，促使病毒粒子的吸附； v 决定病毒的抗原性，并能刺激机体产生相应的决定病毒的抗原性，并能刺激机体产生相应的 抗体；抗体； v 某些病毒蛋白质是一些具有特殊功能的酶，如某些病毒蛋白质是一些具有特殊功能的酶，如 噬菌体中的溶菌酶。噬菌体中的溶菌酶。 功功 能能 ： （3 3）脂）脂 类类 功能：功能：与病毒的吸附和侵入有关。一些与病毒的吸附和侵入有关。一些 有包膜的病毒去掉包膜后失去感染性。有包膜的病毒去掉包膜后失去感染性。 存在于有包膜病毒的包膜中存在于有包膜病毒的包膜中 病毒脂类病毒脂类

9、 磷磷 脂脂 胆固醇胆固醇 中性脂肪中性脂肪 （4）糖）糖 类类 功能：功能：1、与、与DNA碱基结合的葡萄糖残基对碱基结合的葡萄糖残基对 核酸酶的降解有抵抗作用。核酸酶的降解有抵抗作用。 2、与病毒的血清反应有关。、与病毒的血清反应有关。 龙胆二糖龙胆二糖 岩岩 藻藻 糖糖 半半 乳乳 糖糖 葡葡 萄萄 糖糖 主要有主要有 常以糖蛋白，糖脂的形式存在或者以糖苷键直接与碱基相连常以糖蛋白，糖脂的形式存在或者以糖苷键直接与碱基相连 氯、碘对病毒有高度的灭活作用氯、碘对病毒有高度的灭活作用 7. 病毒的增殖病毒的增殖 病毒的增殖 吸附吸附 侵入侵入 脱壳脱壳 病毒大分子合成病毒大分子合成 装配装配

10、 释放释放 尾丝尾丝 尾钉尾钉 基板基板 尾鞘尾鞘 尾髓尾髓 颈部颈部 头部头部 DNA 逆转录病毒逆转录病毒 逆转录病毒也是（）逆转录病毒也是（）RNA病毒，在病毒粒子病毒，在病毒粒子 携带的逆转录酶的作用下，先由（）携带的逆转录酶的作用下，先由（）RNA合合 成（）成（）DNA，形成（），形成（）RNA（）（） DNA中间体，再将（）中间体，再将（）RNA除去，形成单除去，形成单 链（）链（）DNA。（）。（）DNA在依赖在依赖DNA的的 DNA聚合酶催化下合成出（）聚合酶催化下合成出（）DNA，再形，再形 成双链（成双链（）DNA，（，（）DNA可以作为模可以作为模 板转录板转录mRNA

11、。 （one step growth curve） 测定噬菌体生长规律的实验曲线。测定噬菌体生长规律的实验曲线。 利用烈性噬菌体的生活周期，可在实验室条件下利用烈性噬菌体的生活周期，可在实验室条件下 获得噬菌体的生长曲线。获得噬菌体的生长曲线。 该曲线可以反映每种噬菌体的三个重要的特征参该曲线可以反映每种噬菌体的三个重要的特征参 数：噬菌体增殖中的数：噬菌体增殖中的潜伏期、裂解期、裂解量。潜伏期、裂解期、裂解量。 一一 步步 生生 长长 曲曲 线线 temperate phages or lysogenic phages 温和噬菌体的特点温和噬菌体的特点 其核酸的类型都是其核酸的类型都是dsD

12、NA 具有整合能力具有整合能力 ：核酸可整合到宿主的：核酸可整合到宿主的 细胞的核基因组具有同步复制能力细胞的核基因组具有同步复制能力 ： 随宿主细胞的核基因组的复制而同步随宿主细胞的核基因组的复制而同步 复制，并平均分布到两个子代细胞中复制，并平均分布到两个子代细胞中 去，如此代代相传去，如此代代相传 裂解方式：裂解方式： 含有温和噬菌体的细胞称为含有温和噬菌体的细胞称为溶原细溶原细 菌菌(或溶原细胞或溶原细胞)。 整合在宿主染色体上的噬菌体整合在宿主染色体上的噬菌体DNA 称为称为前噬菌体前噬菌体(或原噬菌体或原噬菌体)。 溶原细胞溶原细胞lysogenic cells 温和噬菌体及其溶原

13、化温和噬菌体及其溶原化 溶源性感染对细胞的影响：溶源性感染对细胞的影响： 其它同类噬菌体可以再次感染该细胞，但不增殖，也不导致溶其它同类噬菌体可以再次感染该细胞，但不增殖，也不导致溶 源性细菌裂解。源性细菌裂解。 免疫性是由原噬菌体产生的阻遏蛋白的可扩散性质所决定的。免疫性是由原噬菌体产生的阻遏蛋白的可扩散性质所决定的。 原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表型改变，原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表型改变， 包括溶源菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源转包括溶源菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源转 变变(lysogenic conversion)。 溶源菌中的温

14、和噬菌体基因：不影响细胞溶源菌中的温和噬菌体基因：不影响细胞 的繁殖功能，但可能引起细胞其它的变化。的繁殖功能，但可能引起细胞其它的变化。 (1)免疫性免疫性 (2)溶源转变溶源转变 噬菌体的应用噬菌体的应用 用于鉴定未知细菌用于鉴定未知细菌 用于治疗某些传染性疾病用于治疗某些传染性疾病 利用噬菌体可以检验由种子携带的植物病原菌利用噬菌体可以检验由种子携带的植物病原菌 测定辐射剂量测定辐射剂量 在分子生物学研究方面的应用在分子生物学研究方面的应用 通过对大肠杆菌噬菌体侵染过程的研究，阐明通过对大肠杆菌噬菌体侵染过程的研究，阐明 了遗传学的基本问题。了遗传学的基本问题。 是基因工程的重要载体。是

15、基因工程的重要载体。 噬菌体的防治噬菌体的防治 选育抗噬菌体的突变株选育抗噬菌体的突变株 80年代初，人类发现一种可怕的病毒性传染年代初，人类发现一种可怕的病毒性传染 病病 艾滋病（艾滋病（AIDS），即获得性免疫缺），即获得性免疫缺 陷综合病症（陷综合病症（Acquired Immure Deficiency Syndrome）。目前，全球有超过）。目前，全球有超过4000万人万人 感染，中国实际感染人数也已达感染，中国实际感染人数也已达80万以上。万以上。 艾滋病由人类免疫缺陷病毒艾滋病由人类免疫缺陷病毒HIV（human immuno-deficiency virus）引起，引起，HIV

16、病毒体呈圆球形，病毒体呈圆球形， 病毒的壳体由病毒的壳体由P18和和P24两种蛋白组成，核心含有单链两种蛋白组成，核心含有单链 RNA和逆转录酶，病毒壳体外有包膜，包膜由多糖、和逆转录酶，病毒壳体外有包膜，包膜由多糖、 脂类和蛋白质组成。脂类和蛋白质组成。 艾滋病毒的组成艾滋病毒的组成 艾滋病毒的致病性艾滋病毒的致病性 HIV病毒的寄主是病毒的寄主是T4淋巴细胞，当人体淋巴细胞，当人体 受到受到HIV的侵染后，就会引起免疫功能的侵染后，就会引起免疫功能 的丧失。的丧失。 HIV病毒外表有一层与人正常细胞表层病毒外表有一层与人正常细胞表层 类似的糖蛋白，能够迷惑机体免疫系统。类似的糖蛋白，能够迷

17、惑机体免疫系统。 此外，其表面蛋白可通过构象变化掩盖此外，其表面蛋白可通过构象变化掩盖 其与免疫细胞的结合位点，极易变异。其与免疫细胞的结合位点，极易变异。 HIV病毒通过血液和分泌物，并经粘膜病毒通过血液和分泌物，并经粘膜 表面和皮肤的破损处进入体内。表面和皮肤的破损处进入体内。 HIV不耐酸但耐碱，对热敏感，不耐酸但耐碱，对热敏感， 56 30min可使病毒中的酶破坏，可使病毒中的酶破坏，80 30min ，使病毒感染性丧失，但在室，使病毒感染性丧失，但在室 温保存温保存7天，仍保持活性。对紫外线、天，仍保持活性。对紫外线、 射线有较强抵抗力射线有较强抵抗力 艾滋病毒的抵抗力艾滋病毒的抵抗

18、力 近期来自加拿大西蒙菲沙大学的近期来自加拿大西蒙菲沙大学的Ralph Pantophlet和同事发现一种放射型根瘤菌和同事发现一种放射型根瘤菌 （Rhizobium radiobacter。 这种无害细菌表面的糖分子与这种无害细菌表面的糖分子与HIV病毒表病毒表 面的糖蛋白非常相似面的糖蛋白非常相似,可帮助激发我们的可帮助激发我们的 免疫系统识别免疫系统识别HIV表面的糖蛋白，促进机表面的糖蛋白，促进机 体免疫系统快速感知病毒的侵袭。体免疫系统快速感知病毒的侵袭。 他们希望采用将放射型根瘤菌的糖分子在他们希望采用将放射型根瘤菌的糖分子在 未来一到两年时间内开发出可用于测试的未来一到两年时间内

19、开发出可用于测试的 疫苗。疫苗。 乙肝病毒（乙肝病毒（HBV） 1963年年Blumberq在两名多次接受输在两名多次接受输 血治疗的病人血清中，发现一种异常的血治疗的病人血清中，发现一种异常的 抗体。直到抗体。直到1967年才明确这种抗原与乙年才明确这种抗原与乙 型肝炎（简称乙肝）有关，型肝炎（简称乙肝）有关，1970年年Dane 在电子显微镜下观察到在电子显微镜下观察到HBV的形态。的形态。 乙肝是世界性的传染病，全球有乙肝是世界性的传染病，全球有3亿亿 携带者，中国有携带者，中国有1.2亿携带者。亿携带者。 HBV粒子的结构粒子的结构 由三种颗粒组成由三种颗粒组成 Dane颗粒：颗粒：含

20、有包膜和核衣壳的完整病毒粒子。含有包膜和核衣壳的完整病毒粒子。 空心包膜组成的球形颗粒。空心包膜组成的球形颗粒。 少量空心包膜构成的丝状颗粒。少量空心包膜构成的丝状颗粒。 Dane颗粒具感染性颗粒具感染性 上述三种颗粒具有共同的表面抗原上述三种颗粒具有共同的表面抗原 HBsAg. DaneDane颗粒颗粒的结构的结构 由包膜由包膜(外衣壳外衣壳)和内衣壳两部分组成，完和内衣壳两部分组成，完 整的整的HBV颗粒是直径颗粒是直径42nm的球形颗粒，的球形颗粒， 包膜表面有糖蛋白。核酸为包膜表面有糖蛋白。核酸为dsDNA. 抗原复杂抗原复杂 乙肝病毒表面抗原乙肝病毒表面抗原HBsAg：包膜表面包膜表

21、面 的糖蛋白。的糖蛋白。 乙肝病毒核心抗原乙肝病毒核心抗原HBcAg：核衣壳的：核衣壳的 结构蛋白。结构蛋白。 乙肝病毒乙肝病毒e抗原抗原HBeAg：血清中存在一血清中存在一 种与核衣壳相关的可溶性抗原。种与核衣壳相关的可溶性抗原。 乙肝病毒前乙肝病毒前S1抗原抗原：简称：简称S1抗原，抗原， Pre-S1 乙肝三对半乙肝三对半 表面抗原（表面抗原（HBsAg） + + 表面抗体（表面抗体（HBsAb） e抗原（抗原（HBeAg） + e抗体（抗体（HBeAb） + 核心抗体（核心抗体（HBcAb） + + 核心抗原（核心抗原（HBcAg） 前前SI抗原（抗原（HB-PreSI-Ag） 大三阳

22、大三阳小三阳小三阳 乙肝病毒的防治乙肝病毒的防治 HBV对外界环境的抵抗力较强对外界环境的抵抗力较强,对低温对低温,干燥干燥,紫外线均有耐受性紫外线均有耐受性. 不被不被70%乙醇灭活乙醇灭活. 高压灭菌法高压灭菌法,100度加热度加热10分钟分钟,环氧乙烷等环氧乙烷等 均可灭活均可灭活,0.5%过氧乙酸过氧乙酸,5%次氯酸钠亦可用于消毒。次氯酸钠亦可用于消毒。 人工主动免疫人工主动免疫： 注射疫苗是最有效的预防方法。新生儿分别于注射疫苗是最有效的预防方法。新生儿分别于 出生时，出生后出生时，出生后1个月、个月、6个月各注射个月各注射1次，共次，共3次，可获得良好次，可获得良好 的预防效果。的

23、预防效果。 1.血源疫苗：从无症状血源疫苗：从无症状HBV携带者血清中提纯的携带者血清中提纯的HBsAg经经 甲醛灭活而成。甲醛灭活而成。 2.基因工程疫苗：利用基因工程疫苗：利用DNA重组技术，在酵母菌体内制备重组技术，在酵母菌体内制备 的只含的只含HBsAg的纯化疫苗。其优点是：不含活的病原体和病毒的纯化疫苗。其优点是：不含活的病原体和病毒 核酸，安全有效，成本低廉。核酸，安全有效，成本低廉。 3. 含前含前S1蛋白的乙肝疫苗：前两种疫苗均只含蛋白的乙肝疫苗：前两种疫苗均只含HBsAg， 当证实当证实S1蛋白能增强蛋白能增强HBsAg的免疫应答后，又生产出添加前的免疫应答后，又生产出添加前

24、 S1蛋白的酵母源性重组乙肝疫苗，它确能明显地增强免疫应答。蛋白的酵母源性重组乙肝疫苗，它确能明显地增强免疫应答。 烈性传染性烈性传染性RNARNA病毒。病毒。 主要感染牛、羊、猪等偶蹄动物，人畜共患，主要感染牛、羊、猪等偶蹄动物，人畜共患， 春季最胜，使仔猪大批死亡，成年动物感染较春季最胜，使仔猪大批死亡，成年动物感染较 少，不致死，掉膘、少奶、少毛。少，不致死，掉膘、少奶、少毛。 对日光、热、酸、碱敏感。对日光、热、酸、碱敏感。 症状：体温升高，精神不振，食欲降低，口腔、症状：体温升高，精神不振，食欲降低，口腔、 鼻吻部、蹄部产生水疱和溃烂。鼻吻部、蹄部产生水疱和溃烂。 传播：传播： 呼出

25、气体、排泄物。呼出气体、排泄物。 检疫、封锁检疫、封锁 消毒：消毒：1-2%1-2%火碱、火碱、3-5%3-5%福尔马林、福尔马林、 0.2-0.3%0.2-0.3%过氧乙酸过氧乙酸 注射疫苗注射疫苗 无食品安全问题，人感染无食品安全问题，人感染4040例，较轻。例，较轻。 对畜牧业危害远大于疯牛病。对畜牧业危害远大于疯牛病。 可用昆虫病毒防治农业害虫。可用昆虫病毒防治农业害虫。 朊病毒：朊病毒：不含核酸的毒性蛋白质分子，不含核酸的毒性蛋白质分子， 侵染动物致病，如疯牛病。侵染动物致病，如疯牛病。 卫星病毒、卫星卫星病毒、卫星RNA RNA ：存在于植物存在于植物 “真病毒真病毒”中的小型环状

26、中的小型环状RNARNA分子分子, ,不能不能 独立地复制独立地复制, , 必须伴随必须伴随“真病毒真病毒”才能才能 复制。复制。 ） 目前所知道的最小、只含目前所知道的最小、只含RNA一种成分、一种成分、 专性细胞内寄生的分子生物专性细胞内寄生的分子生物 。只在植物体中。只在植物体中 发现。发现。 马铃薯纺锤形块茎病是马铃薯纺锤形块茎病是1922年在美国发年在美国发 现的，它可使马铃薯减产现的，它可使马铃薯减产2070。1971年年 在美国工作的瑞士学者在美国工作的瑞士学者Diener在研究马铃薯在研究马铃薯 纺锤形块茎病时发现了类病毒纺锤形块茎病时发现了类病毒 马铃薯纺马铃薯纺 锤形块茎病

27、类病毒锤形块茎病类病毒 ：是一条长：是一条长50nm的棒形结的棒形结 构，是一个裸露的闭合环状构，是一个裸露的闭合环状dsRNA分子分子 朊病毒（朊病毒（PrionsPrions） 朊病毒是美国朊病毒是美国 PrusinerPrusiner 在研究羊搔痒病在研究羊搔痒病 时发现痒病的病原体。朊病毒是一种对各种理时发现痒病的病原体。朊病毒是一种对各种理 化作用具有很强抵抗力，传染性甚强，分子量化作用具有很强抵抗力，传染性甚强，分子量 在在27 00027 00030 00030 000的侵染性蛋白质因子。的侵染性蛋白质因子。 可引起人和动物的疾病有可引起人和动物的疾病有： 震颤病或库鲁病震颤病或库鲁病 克克- -雅病雅病 Gerstrmann-StrausslerGerstrmann-Straussler 综合症综合症 致死性家族失眠症致死性家族失眠症 羊瘙痒病羊瘙痒病 牛海绵脑病，俗称疯牛病牛海绵脑病，俗称疯牛病 传染性雪貂白质脑病传染性雪貂白质脑病 大耳鹿慢性消耗病大耳鹿慢性消耗病 疯牛病（疯牛病（MCDMCD：mad cow diseasemad cow di