第三章病毒和亚病毒2015

1、第三章第三章 病毒和亚病毒因子病毒和亚病毒因子教学目标教学目标掌握病毒的定义及其特性；掌握噬菌体繁殖方式（重难点）；熟悉病毒的形态、构造及其化学成分；熟悉亚病毒因子的种类与生物学特性；了解病毒在工农业生产中的应用。教学内容教学内容第一节 概述病毒的定义及其特性；病毒大小及其形态；病毒的化学成分病毒的分类第二节 噬菌体第三节 亚病毒因子第一节第一节 概概 述述一、病毒的定义和特性一、病毒的定义和特性 1 1 定义定义 一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一类含DNA或RNA的特殊遗传物质。Field Field 等（等（19901990年）：年）： 病毒为具有独立

2、于宿主的进化史的绝病毒为具有独立于宿主的进化史的绝对对细胞内寄生物细胞内寄生物，它的，它的DNADNA或或RNARNA基因组基因组被其编码的蛋白质被其编码的蛋白质壳体化壳体化。 是一类既具有是一类既具有化学大分子化学大分子属性，又具属性，又具有有生物体生物体基本特征；既具有细胞外的基本特征；既具有细胞外的感感染性颗粒染性颗粒形式，又具有细胞内的形式，又具有细胞内的繁殖性繁殖性基因形式基因形式的独特生物类群。的独特生物类群。由一个或数个RNA或DNA分子构成的感染性因子，通常（但非必须）覆盖有由一种或数种蛋白质构成的外壳，有的外壳还有更为复杂的膜结构；这些因子能将其核酸从一个宿主细胞传递给另一个

3、宿主细胞；能利用宿主的酶系统进行细胞内的复制；有些还能将其基因组整合入宿主细胞DNA，依靠这种机制，或是导致持续性感染，或是导致细胞转化，肿瘤形成。（沈萍 版，p164）2、病毒的基本特征、病毒的基本特征形体微小（20-200nm）；没有细胞结构，称为分子生物；只含有DNA或RNA一类核酸；既无产能酶系，也无蛋白质合成系统；不以二分分裂法繁殖，只能在特定的寄主细胞内以核酸复制的方式增殖；在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并长期保持其侵染活力；它对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感 1、大小、大小二、大小和形态二、大小和形态(20-200nm)病毒粒子病毒粒子核衣壳核衣壳（基本构造基本

4、构造）核酸核酸：由：由DNA或或RNA构成构成衣壳衣壳：由衣壳粒构成：由衣壳粒构成包膜包膜（非基本构造非基本构造）：由类脂或脂蛋白构成）：由类脂或脂蛋白构成形状形状：二十面体对称、螺旋体对称、复合型：二十面体对称、螺旋体对称、复合型2、病毒粒子的构造、病毒粒子的构造 核衣壳核衣壳（nucleo-capsid）病毒主要）病毒主要由由壳体和核酸壳体和核酸二部分构成，二者统二部分构成，二者统称称核衣壳核衣壳。包膜包膜（envelope） 在壳体外层还具有一层在壳体外层还具有一层由病毒编码的封套，由病毒编码的封套，有包膜病毒粒子是以有包膜病毒粒子是以出芽的方式穿过被侵染细胞的核膜或原生出芽的方式穿过被

5、侵染细胞的核膜或原生质膜。质膜。 包膜可能含有包膜可能含有少量的糖蛋白少量的糖蛋白，例如人，例如人类免疫缺陷性病毒类免疫缺陷性病毒(HIV)，也可能含有，也可能含有大量大量的糖蛋白的糖蛋白，例如单纯疱疹病毒，例如单纯疱疹病毒(HSV)。病病毒的包膜上具有受体，它能使粒子附着并毒的包膜上具有受体，它能使粒子附着并感染宿主细胞。感染宿主细胞。病毒的对称性病毒的对称性 病毒的衣壳具有病毒的衣壳具有螺旋体对称或二十面螺旋体对称或二十面体对称体对称。螺旋体对称可以看作蛋白亚。螺旋体对称可以看作蛋白亚基通过有序的螺旋方式，排列在病毒基通过有序的螺旋方式，排列在病毒核酸周围，二十面体是一种有规则的核酸周围，

6、二十面体是一种有规则的立体结构，它由许多蛋白亚基的重复立体结构，它由许多蛋白亚基的重复聚集组成，从而形成一种类似于球形聚集组成，从而形成一种类似于球形的结构。的结构。1. Adenovirus structure二十面体对称二十面体对称螺旋对称螺旋对称3、个体形态与群体形态、个体形态与群体形态 Adenovirus Influenza virusEnterovirusTabcco mosaic virus3、病毒的化学组成、病毒的化学组成 蛋白质蛋白质核酸核酸脂质脂质碳水化合物碳水化合物其他组成其他组成1 1）病毒蛋白）病毒蛋白 结构蛋白结构蛋白 构成一个形态成熟的有感染性病毒颗粒所必须的蛋白

7、，包括壳体蛋白、包膜蛋白存在于毒粒中的酶。 非结构蛋白非结构蛋白 由病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但不结合于毒粒中的蛋白。2 2）病毒的核酸）病毒的核酸 双链DNA (dsDNA)、单链DNA (ssDNA)、双链RNA (dsRNA)、单链RNA(ssRNA)；除dsRNA外，其余有均线状和环状形式；单链核酸按照它们的极性（polarity）进行分类：+RNA、-RNA；病病毒毒双链双链DNA病毒病毒DNA和和RNA逆转录病毒逆转录病毒 DNA 病毒病毒 RNA 病毒病毒 亚亚 病病 毒毒单链单链DNA病毒病毒双链双链RNA病毒病毒裸露裸露RNA病毒病毒负单链负单链R

8、NA病毒病毒正单链正单链RNA病毒病毒类病毒类病毒拟病毒拟病毒朊病毒朊病毒病毒的分类病毒的分类按照侵染的宿主分为：按照侵染的宿主分为：（1）原核生物的病毒噬菌体）原核生物的病毒噬菌体（2）植物病毒（多为）植物病毒（多为ssRNA）（3）人类和脊椎动物病毒）人类和脊椎动物病毒（4）昆虫病毒）昆虫病毒分类系统分类系统:目、科（亚科）、属和种目、科（亚科）、属和种分类阶元构成；分类阶元构成； 3个目，其中个目，其中1个个尾病毒目尾病毒目（Caudovirales）涉及噬菌体，涉及噬菌体，2个涉及动物病毒，分别是个涉及动物病毒，分别是单负股病毒目单负股病毒目（Mononegavirales）和和套式病

9、毒目套式病毒目（Nidovirirales） 。国际病毒分类委员会国际病毒分类委员会( (International Committee on Taxonmy of Viruses, ICTV) )是国际公认的病毒分类与是国际公认的病毒分类与命名的权威机构。命名的权威机构。种种 病毒种的命名不是单纯由某一个分类特征、而是由多原病毒种的命名不是单纯由某一个分类特征、而是由多原则分类特征决定的，包括病毒的则分类特征决定的，包括病毒的基因组组成、病毒颗粒形基因组组成、病毒颗粒形态结构、生理生化特性和血清学性质态结构、生理生化特性和血清学性质等。等。属属 病毒属是一群具有某些共同特征的种组成。其属名的

10、词病毒属是一群具有某些共同特征的种组成。其属名的词尾为尾为“-virus”，但在设立一个新的病毒属时必需有一个同但在设立一个新的病毒属时必需有一个同时被承认的代表种时被承认的代表种(type species)。 n科科 病毒科是一群具有某些共同特征的属组成。病毒科是一群具有某些共同特征的属组成。科名的词尾为科名的词尾为 “-viridae”，“科科”下面可以设立或下面可以设立或不设立亚科。亚科名的词尾为不设立亚科。亚科名的词尾为“-virinae”。n目目 病毒目是一群具有某些共同特征的科组成，病毒目是一群具有某些共同特征的科组成，目名的词尾为目名的词尾为 “-virales”。病病毒毒双链双

11、链DNA病毒病毒DNA和和RNA逆转录病毒逆转录病毒 DNA 病毒病毒 RNA 病毒病毒 亚亚 病病 毒毒单链单链DNA病毒病毒双链双链RNA病毒病毒裸露裸露RNA病毒病毒负单链负单链RNA病毒病毒正单链正单链RNA病毒病毒类病毒类病毒拟病毒拟病毒朊病毒朊病毒病毒的命名与书写规则病毒的命名与书写规则病毒的命名要由公认的国际专家小组负责病毒的命名要由公认的国际专家小组负责不采用拉丁文双名法，而是英文或英语化的拉丁文，只用单名不采用拉丁文双名法，而是英文或英语化的拉丁文，只用单名目、科、属分别用拉丁文后缀目、科、属分别用拉丁文后缀“-virales”、“-viridae”及及“-virus” 如如

12、Circoviridae 环状病毒科环状病毒科 Circovirus 环状病毒属环状病毒属第二节第二节 噬菌体噬菌体(bacteriophage)(bacteriophage)一、概述噬噬菌菌体体噬菌体种类噬菌体种类主要为六种主要形态主要为六种主要形态A型，型，dsDNA，蝌蚪状，收缩性尾，蝌蚪状，收缩性尾B型，型，dsDNA，蝌蚪状，非收缩性尾，蝌蚪状，非收缩性尾C型，型，dsDNA，非收缩性尾，非收缩性尾D型，型，ssDNA，球状，无尾，大顶衣壳粒，球状，无尾，大顶衣壳粒E型，型，ssRNA，球状，无尾，小顶衣壳粒，球状，无尾，小顶衣壳粒 F型，型，ssDNA，丝状，头无尾，丝状，头无尾吸

13、附(Adsorption)穿入(Penetration)脱壳(Uncoating)生物合成(Biosynthesis)装配与释放(Assembly and Release)二、噬菌体的繁殖 吸附于大肠杆菌上的噬菌体吸附于大肠杆菌上的噬菌体 二、二、 噬菌体效价的测定噬菌体效价的测定 在菌苔上形成一个具有一定形状、大在菌苔上形成一个具有一定形状、大小、边缘和透明度的负菌落称噬菌斑。小、边缘和透明度的负菌落称噬菌斑。可用作噬菌体的鉴定指标，也可用于纯可用作噬菌体的鉴定指标，也可用于纯种分离和计数。种分离和计数。效价效价(滴度滴度Titre)-是微生物或其产物、是微生物或其产物、抗原与抗体等活性高低

14、的标志。抗原与抗体等活性高低的标志。噬菌体效价噬菌体效价-指噬菌体的浓度，即每指噬菌体的浓度，即每毫升样品含噬菌体的个数。通常是在含毫升样品含噬菌体的个数。通常是在含敏感菌的敏感菌的平板平板上形成噬菌斑进行噬菌体上形成噬菌斑进行噬菌体的计数，以每毫升中含有的噬菌斑形成的计数，以每毫升中含有的噬菌斑形成单位（单位（plaque forming unit/ml或或pfu/ml)表示其效价。表示其效价。噬菌体效价的测定噬菌体效价的测定双层平板法双层平板法三、一步生长曲线三、一步生长曲线 烈性噬菌体（virulent phage) 感染宿主细胞后，可在短时间内连续完成吸附、侵入、增殖、成熟和裂解这五个

15、阶段而实现繁殖的噬菌体。 定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。 可反映噬菌体的3个最重要参数： 潜伏期 裂解期的长短 裂解量的大小高浓度的敏感宿主菌高浓度的敏感宿主菌 适量的噬菌体适量的噬菌体培培 养养离离 心心除去过量游离噬菌体除去过量游离噬菌体高倍稀释高倍稀释混合液混合液一定时间取样一定时间取样噬菌斑测定噬菌斑测定11001010203040Eclipse phaseLatent phaseRise phasePlateau phase一步生长曲线Time(min)Plaque numberFig. One-step growth curve of T2One-step growth c

16、urveGrowth curve in host bacteria潜伏期（latentphase）指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间，故整段潜伏期中没有一个成熟的噬菌体粒子从细胞中释放出来。 不同病毒的潜伏期长短不同，噬菌体以分钟计，动物病毒和植物病毒以小时或天计。裂解期（risephase） 紧接在潜伏期后的一段宿主细胞迅速裂解、溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。噬菌体的裂解量一般为几十到上百个几十到上百个，植物病毒和动物病毒可达数百乃至上万个。 平稳期（平稳期（plateau） 指感染后的宿主已全部裂解，溶液中噬菌体效价达到最高点后的时期。 病毒的特点病毒的特

17、点：对宿主具严格专一性，只能在活细胞内繁殖。四、温和噬菌体四、温和噬菌体（temperate phage)与溶源性（与溶源性（lysogeny)吸附并侵入细胞后，噬菌体的DNA整合在宿主的染色体组上，并可随宿主DNA的复制而同步复制，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解，此即称溶源性或溶源现象。凡能引起溶源性的噬菌体即称为温和噬菌体，整合于细菌染色体的温和噬菌体基因组称为原噬菌体，细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称为溶源菌。 烈性噬菌体（如烈性噬菌体（如T4)与温和噬菌体（如与温和噬菌体（如E.coli K12的的）生活史比较：生活史比较：吸附吸附侵入侵入增殖增殖成

18、熟成熟裂解裂解整合整合同步复制同步复制自发或诱导自发或诱导多次循环多次循环裂解性循环裂解性循环溶源性循环溶源性循环溶源菌有以下特性：溶源菌有以下特性：自发裂解和诱发裂解；自发裂解和诱发裂解；溶源性转变；溶源性转变；具有抗同原噬菌体感染的具有抗同原噬菌体感染的“免疫性免疫性”溶源性细菌的复愈溶源性细菌的复愈溶源细菌自发裂解和诱发裂解 在溶源细菌中极少数(约10-6)会发生原噬菌体大量复制、成熟，导致寄主细胞裂解，这种现象称为溶源细菌的自发裂解；若用低剂量的紫外线照射处理或其他理化方法处理，能够诱发溶源细胞大量溃溶，释放成熟噬菌体粒子，这就是溶源细菌的诱发裂解。 溶源性转变（溶源性转变（lysog

19、enic conversionlysogenic conversion） 温和噬菌体在菌体细胞内温和噬菌体在菌体细胞内以前噬菌体以前噬菌体形式存在可导致宿主细胞的表型改变形式存在可导致宿主细胞的表型改变，这，这种改变与其生命周期是否完成没有直接关种改变与其生命周期是否完成没有直接关系，这种改变称为系，这种改变称为溶源性转变溶源性转变。 沙门氏菌噬菌体溶源化时改变细菌脂多糖(LPS)O抗原的组分，因此改变细菌抗原的特性。许多细菌的毒素基因也由温和噬菌体携带，包括白喉棒杆菌(Corynebacteria diphtheriae)的噬菌体携带的白喉毒素基因。霍乱毒素也在此类之中。 免疫作用： 前噬菌

20、体基因还导致溶源性细菌对同类型噬菌体的侵染具有免疫作用，阻止携带与溶源性菌体所含的前噬菌体DNA相同的噬菌体的吸附和生物合成，但这种免疫作用不能阻止溶原菌体被别种类型的温和噬菌体或烈性噬菌体所侵染。前噬菌体基因的表达可以产生一种阻遏蛋白，抑制该病毒自身在菌体内的复制作用。溶源细菌细胞复愈溶源细菌细胞复愈 溶源细胞中溶源细胞中的原噬菌体有时会消失，成为非的原噬菌体有时会消失，成为非溶源细胞，不会裂解，称为溶源溶源细胞，不会裂解，称为溶源细菌细胞复愈。细菌细胞复愈。 溶源菌的识别溶源菌的识别 将少量溶源菌少量溶源菌与大量的敏感性指示菌相混合，然后与上层琼脂培养基混匀后倒平板，经培养后溶源菌就一一长

21、成菌落。由于溶源菌在细胞分裂过程中有极少数个体会引起自发裂解，其释放的噬菌体可不断侵染溶源菌菌落周围的指示菌菌苔，于是就形成了一个个中央有溶源菌的小菌落，四周有透明圈围着的这种独特噬菌斑。 三、脊椎动物病毒自人类1898年首次发现病毒以来,已发现病毒的种类达4000多种,已知与人类健康有关的病毒超过300种，与其它脊椎动物有关的病毒超过900种。人类传染病约有70-80%是由病毒所引起。脊椎动物病毒根据其核酸类型可分为dsDNA病毒、ssDNA病毒、dsRNA病毒和ssRNA病毒；有的衣壳外含囊膜，有的不含囊膜；有的病毒囊膜外还含有刺突。 （一）脊椎动物病毒繁殖1.吸附:病毒通过刺突与细胞受体

22、特异结合吸附到寄主细胞上2.侵入:病毒被吞噬到囊泡中,囊膜破裂,病毒核酸被释放到细胞质。3.生物合成:在病毒基因控制下,细胞合成新病毒的基本成分，核酸、衣壳粒蛋白和刺突蛋白。4.成熟装配:刺突蛋白整合到形成病毒囊膜的细胞膜中,核酸和衣颗粒蛋白装配成核衣壳。5.释放:有囊膜病毒以出芽方式离开细胞膜,携带着含刺突的囊膜。成熟的病毒粒子具侵染性。病毒刺突与寄主细胞上受体的特异结合过程示意图：1）裸露病毒核酸直接穿入2）有囊膜病毒以膜融合方式进入3）有囊膜病毒以吞噬作用进入动物病毒侵入方式示意图：（二）脊椎动物病毒的持续性感染动物病毒的持续性（persistence）就是指某些病毒通过吸附、侵染进入动

23、物寄主细胞后，并不进行增殖杀死寄主细胞，而是将自身病毒DNA整合到寄主细胞染色体DNA分子上或呈类质粒状态，长期存在于寄主细胞内。以整合形式存在的病毒核酸被称作原病毒。持续性特点：1）持续性感染的动物细胞功能维持正常，甚至很多年。2）持续性病毒感染中，病毒在重新活化前没有复制，处于续存状态。3）被整合的原病毒基因的表达有时也会赋予寄主细胞新的特点。4）原病毒可以受环境因素如紫外线诱导活化，从整合的染色体上脱离下来，病毒核酸重新复制、成熟和释放。（一）类病毒（一）类病毒(Viroid)(Viroid) 是一个是一个裸露的闭合环状裸露的闭合环状RNARNA分子分子，它能，它能感染寄主细感染寄主细胞

24、胞并在其中自我复制使寄主产生病症。并在其中自我复制使寄主产生病症。（二）拟病毒（二）拟病毒 通常，病毒粒子含有核酸和蛋白质组分，包裹在通常，病毒粒子含有核酸和蛋白质组分，包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒，又称卫星病毒或真病毒粒中的有缺陷的类病毒，又称卫星病毒或类类病毒，如丁型肝炎病毒。类类病毒，如丁型肝炎病毒。第三节第三节 亚亚 病病 毒毒（三）朊病毒（三）朊病毒(Prion&Virion) Prusiner于于1982年发现，是一种对年发现，是一种对人人有侵染性的蛋白质颗粒有侵染性的蛋白质颗粒。引起羊的。引起羊的“瘙痒症瘙痒症”、牛的海绵状脑、牛的海绵状脑“疯牛症疯牛症”、人的库鲁氏病。人的库鲁氏病。甲肝病毒（一种会绕道的病毒）甲肝病毒（一种会绕道的病毒）SS(+)RNASS(+)RNA 粪口途径传播，粪口途径传播， 不引起慢性感染不引起慢性感染 一种血清型，感染后通常获得终身免疫一种血清型，感染后通常获得终身免疫 靶细胞：肝脏（靶细胞：肝脏（1 1亿个病毒颗粒亿个病毒颗粒/ML)/ML)甲肝甲肝virus Mvirus M细胞细胞 IgAIgA抗体抗体 肝脏