环境微生物第二章-非细胞结构的超微生物-病毒

1、12一、病毒定义n病毒是一类超显微的非细胞生物，每一病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只含有一种核酸；它们只能在活种病毒只含有一种核酸；它们只能在活细胞内营专性寄生，靠其宿主代谢系统细胞内营专性寄生，靠其宿主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分，的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分，然后再进行装配而得以增殖；在离体条然后再进行装配而得以增殖；在离体条件下，它们能以无生命的化学大分子状件下，它们能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性。态长期存在并保持其侵染活性。3二、病毒的特点 病毒在寄主细胞外，不能独立地进行代谢和繁殖，它病毒在寄主细胞外，不能独立地进行代谢和繁殖，它们是

2、严格的寄生物，与其它生物相比有明显不同，具有们是严格的寄生物，与其它生物相比有明显不同，具有其本身的特点。其本身的特点。 n1.形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；都可通过细菌滤器；n2.没有细胞构造，故也称分子生物；没有细胞构造，故也称分子生物；n3.其主要成分仅有核酸和蛋白质两种；其主要成分仅有核酸和蛋白质两种；n4.每一种病毒只有一种核酸，不是每一种病毒只有一种核酸，不是DNA就是就是RNA；4n5.既无产能酶系也无蛋白质合成系统；既无产能酶系也无蛋白质合成系统；n6.在宿主细胞的协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装

3、配在宿主细胞的协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁殖方式；殖方式；n7.在宿主的活细胞内营专性寄生；在宿主的活细胞内营专性寄生；n8.在离体条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并在离体条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶；可形成结晶；5n9.经提纯的病毒结晶能保持侵染力。经提纯的病毒结晶能保持侵染力。 人类传染病中，约7080%属于病毒病，每一种植物至少有一种病毒引起的病害。引起人类疾病的病毒相当多，如肝炎，胆囊炎，狂犬病，爱滋病，风湿关节炎等，也有多种病毒可以致人癌症。 n

4、10.对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。n迄今，还未发现一种药剂或抗菌素对人、动植物体内病毒有效的药物，也没有一种药剂能杀死细胞体内的病毒而又不伤害寄主。经提纯分离在体外的病毒结晶，用不少的药物都可杀死，但寄主细胞内的病毒均不敏感。6三、病毒的分类n1.根据专性寄主分类：根据专性寄主分类：n植物病毒、动物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌植物病毒、动物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放线菌体）、藻类病毒、真菌病毒。病毒（噬放线菌体）、藻类病毒、真菌病毒。n动物病毒寄生在人体和动物体内引起人和动物疾病：动物病毒寄生在人体和动物体内引起人和动物疾病：如流

5、行性感冒、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型脑炎、脊如流行性感冒、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型脑炎、脊髓灰质炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、爱滋病等。髓灰质炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、爱滋病等。n植物病毒引起植物疾病：烟草花叶病、番茄丛矮病等。植物病毒引起植物疾病：烟草花叶病、番茄丛矮病等。n噬菌体寄生在细菌体内引起细菌疾病。用蓝细菌噬菌噬菌体寄生在细菌体内引起细菌疾病。用蓝细菌噬菌体控制水华体控制水华。n2.根据核酸分类：根据核酸分类：DNA病毒和病毒和RNA病毒病毒。7中国为何错失非典科研的黄金机遇 8四、病毒形态结构和化学组成n1.病毒的大小和形态病毒的大小和形态n测量的单位是纳米，多数病毒粒子的直径

6、在测量的单位是纳米，多数病毒粒子的直径在100nm左右。左右。n不同病毒大小差别较大。不同病毒大小差别较大。n病毒的形态主要有球形、杆形、砖形等、蝌蚪形等。病毒的形态主要有球形、杆形、砖形等、蝌蚪形等。9有代表性的若干病毒的直径或大小10牛痘病毒脊髓灰质炎病毒11烟草烟草mosaicmosaic病毒病毒12 登革热病毒照片登革热病毒照片13艾滋病病毒艾滋病病毒14冠状病毒冠状病毒15水生动物皮瘤中的虹色病毒1617182.病毒的化学组成和结构n由于病毒是非细胞生物，故单个病毒个体不能称作由于病毒是非细胞生物，故单个病毒个体不能称作“单细胞单细胞”，这样，就产生了病毒粒子（，这样，就产生了病毒粒

7、子（virion）的）的名词。名词。n病毒粒子有时也称病毒颗粒（病毒粒子有时也称病毒颗粒（virus particle），是），是指成熟的、结构完整的单个病毒。指成熟的、结构完整的单个病毒。19n病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质。核酸位于病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白质。核酸位于病毒粒子的中心，构成了它的核心（核酸内芯）病毒粒子的中心，构成了它的核心（核酸内芯）或基因组；蛋白质包围在核心周围，构成了病毒或基因组；蛋白质包围在核心周围，构成了病毒粒子的衣壳粒子的衣壳。n衣壳是病毒粒子的主要支架结构和抗原成分，对衣壳是病毒粒子的主要支架结构和抗原成分，对核酸有保护作用。衣壳是由许多在电镜下可辨别核

8、酸有保护作用。衣壳是由许多在电镜下可辨别的形态学亚单位的形态学亚单位衣壳粒所构成。衣壳粒所构成。n核心和衣壳合在一起称为核衣壳，它是任何病毒核心和衣壳合在一起称为核衣壳，它是任何病毒（真病毒）所必须具备的基本结构。（真病毒）所必须具备的基本结构。n有些较复杂的病毒，在其核衣壳外还被一层由类有些较复杂的病毒，在其核衣壳外还被一层由类脂或脂蛋白组成的被膜包裹着。有时，被膜上还脂或脂蛋白组成的被膜包裹着。有时，被膜上还长有刺突等附属物。长有刺突等附属物。20n病毒蛋白质的功能：病毒蛋白质的功能：n保护病毒使其免受环境因素的影响；保护病毒使其免受环境因素的影响；n决定病毒感染的特异性；决定病毒感染的特

9、异性；n使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力，病毒可牢固的附着在敏感细胞上；病毒可牢固的附着在敏感细胞上；n病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。病毒蛋白质还有致病性、毒力和抗原性。21n动植物病毒核酸类型动植物病毒核酸类型ndsDNAdsDNA，ssDNAssDNA，dsRNA dsRNA ，ssss RNA RNA。病毒核酸含量占。病毒核酸含量占1-5%1-5%不不等，如感冒病毒核酸占等，如感冒病毒核酸占1%1%，蛋白质占，蛋白质占99% 99% 。TMVTMV核酸占核酸占5%5%，蛋白质占蛋白质占95% 95% 。核酸可用物理、化学方法分离出来

10、，分离出的。核酸可用物理、化学方法分离出来，分离出的核酸仍具有侵染力。核酸仍具有侵染力。n病毒核酸的功能病毒核酸的功能n决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。决定病毒遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。 22病毒粒子的模式构造2324n由于衣壳粒的排列组合不同，使病毒有三种由于衣壳粒的排列组合不同，使病毒有三种对称性构型。立体对称型（主要是对称性构型。立体对称型（主要是20面体）；面体）；螺旋对称型；复合对称型。螺旋对称型；复合对称型。25Helical viruses resemble long rods that may be rigid or flexible. Surroundi

11、ng the nucleic acid, their capsid is a hollow cylinder with a helical structure. An example of a helical virus that is a rigid rod is the tobacco mosaic virus Helical viruses26The capsid of most polyhedral viruses is in the shape of a regular polyhedron with 20 triangular faces and 12 corners. The c

12、apsomeres of each face form an equilateral triangle. An example of a polyhedral virus in the shape of an icosahedron is the adenovirus. Another icosahedral virus is the poliovirus. Polyhedral viruses 27Some viruses, particularly bacterial viruses, have very complicated structures and are called comp

13、lex viruses. Examples of complex viruses are poxviruses, which do not contain clearly identifiable capsids but have several coats around the nucleic acid. Certain bacteriophages have capsids to which additional structures are attached. Complex viruses28噬菌体29n以噬菌体为例。有如以噬菌体为例。有如下四步下四步：吸附、侵入、吸附、侵入、复制、聚

14、集和释放。复制、聚集和释放。五、病毒的繁殖30吸附吸附吸附是噬菌体与细菌表面吸附是噬菌体与细菌表面受体发生特异性结合的过受体发生特异性结合的过程，其特异性取决于噬菌程，其特异性取决于噬菌体蛋白与宿主菌表面受体体蛋白与宿主菌表面受体分子结构的互补性。分子结构的互补性。3132n侵入：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受体上以侵入：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受体上以后，核酸注入细菌细胞中，蛋白质壳体留在外后，核酸注入细菌细胞中，蛋白质壳体留在外面。从吸附到侵入，时间间隔很短，只有几秒面。从吸附到侵入，时间间隔很短，只有几秒到几分钟。到几分钟。n核酸复制：噬菌体核酸进入寄主细胞后，操核酸复制：噬菌体核酸进入寄主

15、细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。33n 聚集和释放聚集和释放：寄主细胞合成噬菌体壳：寄主细胞合成噬菌体壳体形成完整的噬菌体粒子。噬菌体粒子体形成完整的噬菌体粒子。噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子。随种类不同，一个寄主细胞释放粒子。随种类不同，一个寄主细胞释放101010001000个噬菌体粒子。个噬菌体粒子。 3435v根据噬菌体与宿主菌的相互关系，噬菌体可分为两类：v毒性噬菌体毒性噬菌体(virulent phag

16、e)：能在宿主细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌。v温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)：噬菌体基因与宿主染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。噬菌体的类型噬菌体的类型36温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合，并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中，不引起细菌裂解。整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体前噬菌体(prophage)，带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌溶原性细菌(lysogenic bacterium).前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成

17、熟噬菌体，导致细菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力，称为溶原性溶原性(lysogeny)。温和噬菌体可有三种存在状态：A. 游离的具有感染性的噬菌体颗粒；B. 宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；C. 前噬菌体。某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这称为溶溶原性转换原性转换(lysogenic conversion)。 温和噬菌体温和噬菌体3738六、病毒的培养n1.病毒的培养特征病毒的培养特征n在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑浊的在细菌培养液中，细菌被噬菌体感染，细胞裂解，浑浊的菌悬液变成为透明的裂解溶液。菌悬液变成为透明的裂解溶液。n在固

18、体培养基上在固体培养基上-噬菌斑噬菌斑39噬菌斑n将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，将此混合液与液与45左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，左右的琼脂培养基在培养皿中充分混匀，铺平后培养。经数小时至铺平后培养。经数小时至10余小时后，在平板表余小时后，在平板表面布满宿主细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个面布满宿主细胞的菌苔上，可以用肉眼看到一个个透亮不长菌的小圆斑，这就是噬菌斑个透亮不长菌的小圆斑，这就是噬菌斑(plaque) 。每一个噬菌斑一般是由一个噬菌体粒子形成的。每一个噬菌斑一般是由一个噬菌体粒子形成的。40n当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后，隔不

19、久即释当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后，隔不久即释放出一群子代噬菌体，它们通过琼脂层的扩散又放出一群子代噬菌体，它们通过琼脂层的扩散又侵染周围的宿主细胞，并引起它们裂解，如此经侵染周围的宿主细胞，并引起它们裂解，如此经过多次重复，就出现了一个由无数噬菌体粒子构过多次重复，就出现了一个由无数噬菌体粒子构成的群体成的群体噬菌斑噬菌斑(plaque) 。n噬菌斑的形成与细菌菌落的形成有点相似，所不噬菌斑的形成与细菌菌落的形成有点相似，所不同的只是噬菌斑更像一个同的只是噬菌斑更像一个“负菌落负菌落”。噬菌斑的。噬菌斑的形成可用于检出、分离、纯化噬菌体和进行噬菌形成可用于检出、分离、纯化噬菌体和进行噬菌体

20、的计数体的计数。41噬菌斑噬菌斑荧光假单胞菌荧光假单胞菌42 若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测定一 噬斑形成单位噬斑形成单位(plaque forming units,pfu)43n2.病毒的培养基：病毒的培养基：n病毒是专性寄生在活的敏感宿主细胞内才能生长繁殖病毒是专性寄生在活的敏感宿主细胞内才能生长繁殖的微生物。因此病毒的培养基要求苛刻，专一性强。的微生物。因此病毒的培养基要求苛刻，专一性强。n敏感细胞要求具备以下条件：敏感细胞要求具备以下条件：1.必须是活的敏感宿主或是活的敏感宿主组织细胞；必须是活的敏感宿主或是活的敏感宿主组织细胞；2.能够提供病毒附着的受体；能够提供病毒附

21、着的受体；3.敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶，敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶，病毒进入细胞就可生长繁殖。病毒进入细胞就可生长繁殖。44n脊椎动物病毒的培养基：人胚组织细胞、人组织细胞、脊椎动物病毒的培养基：人胚组织细胞、人组织细胞、人肿瘤细胞、动物组织细胞、鸡鸭胚细胞、敏感动物。人肿瘤细胞、动物组织细胞、鸡鸭胚细胞、敏感动物。n植物病毒的培养基：与之相应的敏感植株和敏感的植植物病毒的培养基：与之相应的敏感植株和敏感的植物组织。物组织。n噬菌体的培养基：相应的敏感细菌。噬菌体的培养基：相应的敏感细菌。n不同种类的病毒培养基是不同的。45n3.病毒的培养病毒的培养n 动物病毒：动物病毒：动物接种、鸡胚接种和组织培养技术动物接种、鸡胚接种和组织培养技术n 噬菌体：噬菌体：双层琼脂法培养双层琼脂法培养4647七、病毒对物理化学因素的抵抗力481.温度n在宿主细胞外的病毒大多数在在宿主细胞外的病毒大多数在55-65范围内范围内不到不到1h灭活。灭活。n高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤，蛋白高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤，蛋白质的变性作用阻碍了病毒吸附到宿主细胞上，质的变性作用阻碍了病毒吸附到宿主细胞上，削弱了病毒的感染力。削弱了病毒的感染力。n低温不会灭活病毒，通常在低温不会灭活病毒，通常在-75 保存病毒。保存病毒。492.光和其它