第一篇第1章 病毒

1、第一章第一章 非细胞结构的超微生物非细胞结构的超微生物 病病 毒毒了解病毒的形态、化学组成、结构和病了解病毒的形态、化学组成、结构和病毒的繁殖、培养。毒的繁殖、培养。了解病毒对环境因素的抵抗力及在污水了解病毒对环境因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果。处理过程中的去除效果。在微生物家族中比较特殊的是病毒。它们的个体实在太在微生物家族中比较特殊的是病毒。它们的个体实在太小，只有在电子显微镜下放大几万倍，才显露原形。与小，只有在电子显微镜下放大几万倍，才显露原形。与其他微生物不同，病毒没有细胞结构，只能在寄主细胞其他微生物不同，病毒没有细胞结构，只能在寄主细胞内繁殖。进入内繁殖。进入“病毒户口

2、簿病毒户口簿”的大约有的大约有28002800种。病毒与种。病毒与人类关系极为密切，病毒能引起人类、动植物、昆虫的人类关系极为密切，病毒能引起人类、动植物、昆虫的多种疾病，像艾滋病、肝炎等。目前人类还没找到一种多种疾病，像艾滋病、肝炎等。目前人类还没找到一种对病毒有直接治疗效果的药说。当然，病毒并不全对病毒有直接治疗效果的药说。当然，病毒并不全“坏坏”，它们在分子生物学领域中的应用、在病虫害防，它们在分子生物学领域中的应用、在病虫害防治中的作用正被人类所认识治中的作用正被人类所认识。病毒学（病毒学（virulogyvirulogy）发展史）发展史十九世纪末，动植物病毒性传染病致病因子的认识；十

3、九世纪末，动植物病毒性传染病致病因子的认识；19351935年，年，StanleyStanley分离提纯了分离提纯了TMV(TMV(烟草花叶病毒烟草花叶病毒) )结晶结晶(Nobel Prize)(Nobel Prize)；BawdenBawden提示了提示了TMVTMV实质是核蛋白；实质是核蛋白；19401940年，年，KauscheKausche用电镜看到了用电镜看到了TMVTMV的杆状外形；的杆状外形；19521952年，年，KersheyKershey 和和ChaseChase噬菌体传物质是噬菌体传物质是DNADNA；19551955年，年，FranenkelFranenkelConr

4、atConrat 完成病毒拆开实验；完成病毒拆开实验；Cncnc-micro19601960年，年，AndererAnderer弄清了弄清了TMVTMV外壳蛋白亚基外壳蛋白亚基aaaa排序；排序；19651965年，年，SpiegelmaSpiegelma首次在细胞外复制首次在细胞外复制 E.colyE.coly噬菌体；噬菌体；19701970年，年，BaltimoreBaltimore和和 TeminTemin发现反转录酶发现反转录酶1 1；以后相继发现了亚病毒、朊病毒、拟病毒，并相继测以后相继发现了亚病毒、朊病毒、拟病毒，并相继测出各类病毒核酸一级结构；出各类病毒核酸一级结构；随后相继完成

5、了几种病毒基因组的测序并将完成所有随后相继完成了几种病毒基因组的测序并将完成所有病毒测序。病毒测序。病病 毒毒 的的 研研 究究 方方 法法电子显微镜法电子显微镜法( (利用负染法利用负染法) )分级过滤法分级过滤法超速离心法沉降法超速离心法沉降法电泳法电泳法X X射线晶体衍射射线晶体衍射烟草花叶病毒烟草花叶病毒TMVTMVTobacco Mosaic VirusTobacco Mosaic Virus(TEM x376,200)(TEM x207,480)T4T4噬菌体噬菌体T4 T4 BacteriophageBacteriophage (TEM x390,000)(TEM x390,00

6、0)Polio Virus (TEM x350,000)Polio Virus (TEM x350,000)ListeriaListeria sp. sp. BacteriophageBacteriophage of the of the BacteriumBacterium流感病毒流感病毒Influenza A Virus (TEM Influenza A Virus (TEM x240,980)x240,980)被病毒感染的被病毒感染的T T淋巴细胞淋巴细胞Human T-lymphocyte Virus Human T-lymphocyte Virus Attacking a T-lym

7、phocyteAttacking a T-lymphocyte T T淋巴细胞中的爱滋病毒淋巴细胞中的爱滋病毒HIV Infection in Human HIV Infection in Human Lymph TissueLymph Tissue 血液淋巴细胞中的单疱病毒血液淋巴细胞中的单疱病毒Herpes Simplex Virus (TEM Herpes Simplex Virus (TEM x169,920)x169,920)大豆黄萎病毒大豆黄萎病毒Cowpea Cowpea ChloroticChlorotic Mottle Virus Mottle Virus (TEM x326

8、,040)(TEM x326,040)第一节第一节 病毒的一般特征及病毒的一般特征及其分类其分类一、病毒的特点一、病毒的特点二、病毒的分类二、病毒的分类宿主：动物、植物、细菌宿主：动物、植物、细菌等等核酸：核酸：DNADNA或或RNARNA所致疾病、大小、结构、所致疾病、大小、结构、被膜被膜病病 毒毒 的的 特特 征征形态极其微小，必须在电镜下才能观察，一形态极其微小，必须在电镜下才能观察，一般都具过滤性；般都具过滤性；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；其主要成分仅是核酸和蛋白质两种；其主要成分仅是核酸和蛋白质两种；每一种病毒只含一种核酸，不是每一种病毒只含一种核酸，

9、不是DNADNA就是就是RNARNA；既无产能酶系，也无蛋白合成系统；既无产能酶系，也无蛋白合成系统；利用宿主细胞设备进行增殖利用宿主细胞设备进行增殖, ,不存在个体生长和不存在个体生长和二均分裂等细胞繁殖方式；二均分裂等细胞繁殖方式；在宿主活细胞内营专性寄生；在宿主活细胞内营专性寄生；在离体条件下在离体条件下, ,能以无生命的化学大分子状态存能以无生命的化学大分子状态存在在, ,并可行成结晶；并可行成结晶；对一般抗生素不敏感对一般抗生素不敏感, ,但对于干扰素敏感。但对于干扰素敏感。A virus can have either DNA or RNA but never both !最大的病

10、毒与最小的病毒最大的病毒与最小的病毒天花病毒天花病毒200200300nm300nm脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒口蹄疫病毒口蹄疫病毒10nm10nm病毒的大小和组成第二节第二节 病毒的形态和结构病毒的形态和结构一、一、病毒的形态和大病毒的形态和大小病毒的形体微小，小病毒的形体微小，只能以只能以nmnm计量，一计量，一般为般为 10 300 nm10 300 nm。 病病 毒毒 大大 小小牛痘苗病毒传染性浓泡皮炎病毒腮腺炎病毒T偶数病毒疱疹病毒大蚊病毒流感病毒烟草花叶病毒腺病毒多瘤病毒脊髓灰质炎病毒1m病毒的形态: 病毒的形态结构 病毒粒子的对称体质病毒粒子的对称体质螺旋对称二十面体对称复合对称

11、RNA or DNALipid envelopeProtein Coat(Capsomers) 三三 类类 典典 型型 形形 态态 的的 病病 毒毒螺旋对称的代表螺旋对称的代表- -烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)(TMV)二十面体对称的代表二十面体对称的代表- -腺病毒腺病毒复合对称的代表复合对称的代表-T-T偶数噬菌体偶数噬菌体螺旋对称的代表螺旋对称的代表- -烟草花叶病毒烟草花叶病毒( (tobao mosaicvirus,TMV) )二十面体对称的代表二十面体对称的代表: :腺病毒腺病毒(Adenovirus)衣壳粒总数衣壳粒总数N=10(n-1)N=10(n-1)2 2+2+2；

12、n n为每条边的衣壳粒数为每条边的衣壳粒数复合对称的代表：复合对称的代表：T T噬菌体噬菌体 ( (T Bacteriophage ) ) T T噬菌体结构模式图噬菌体结构模式图 蛋白质、核酸、类脂质、多糖蛋白质、核酸、类脂质、多糖蛋白质蛋白质衣壳粒衣壳粒衣壳衣壳核酸核酸 内芯内芯类脂质类脂质+ +多糖多糖 被膜（囊膜）被膜（囊膜）核衣壳核衣壳病毒颗粒病毒颗粒病毒颗粒病毒颗粒第三节第三节 病毒的化学组成和结构病毒的化学组成和结构病毒的蛋白质病毒的蛋白质构成病毒外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化构成病毒外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏；因子的破坏；决定病毒感染的特异性，与易感

13、细胞表面存在的受体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亲合力具特异亲合力, ,促使病毒粒子的吸附；促使病毒粒子的吸附；决定病毒的抗原性决定病毒的抗原性, ,并能刺激机体产生相应的抗体；并能刺激机体产生相应的抗体；病毒蛋白还构成了病毒组成的酶。病毒蛋白还构成了病毒组成的酶。病毒的核酸病毒的核酸DNADNA，RANRAN之分；之分；单双链（单双链（single single strsnd,ssstrsnd,ss/double /double strand,dsstrand,ds）之分；）之分；环状，线状之分环状，线状之分( (闭合，开放闭合，开放) )；正负链之分；正负链之分；基因

14、组是单分子、双分子、三分子、多分子。基因组是单分子、双分子、三分子、多分子。病毒的基因第四节第四节 病毒的繁殖病毒的繁殖一、烈性噬菌体的繁殖一、烈性噬菌体的繁殖吸附吸附侵入侵入复制与聚集复制与聚集裂解和释放裂解和释放吸附吸附 ( (adsorption) )吸附的机理：尾丝尖端与吸附的机理：尾丝尖端与受体发生共价结合；受体发生共价结合；影响因素：噬菌体数量、影响因素：噬菌体数量、阳离子、阳离子、 辅助因子、温度辅助因子、温度等。等。侵入侵入( (penetration) ) T T 噬菌体的尾部借助尾丝固着噬菌体的尾部借助尾丝固着在细菌细胞壁上，尾部的酶水解细在细菌细胞壁上，尾部的酶水解细胞壁

15、上的肽聚糖形成小孔，尾鞘消胞壁上的肽聚糖形成小孔，尾鞘消耗耗ATPATP获得能量收缩将尾髓压入宿获得能量收缩将尾髓压入宿主细胞内，尾髓将头部的主细胞内，尾髓将头部的DNADNA注入注入宿主细胞内，蛋白质外壳留在细胞宿主细胞内，蛋白质外壳留在细胞外。外。 噬菌体的核酸进入宿主细胞后，借用宿主细胞的噬菌体的核酸进入宿主细胞后，借用宿主细胞的合成机构如核糖体合成机构如核糖体mRNAmRNA、tRNAtRNA、ATPATP及酶等复制核及酶等复制核酸，进而合成噬菌体蛋白，核酸和蛋白质聚集合成新酸，进而合成噬菌体蛋白，核酸和蛋白质聚集合成新的噬菌体，即装配。的噬菌体，即装配。 在这个过程中，宿主细胞内的核

16、在这个过程中，宿主细胞内的核酸不能按自身的遗传特征复制和合成蛋白质。酸不能按自身的遗传特征复制和合成蛋白质。复制复制( (replication) )和装配和装配( (assembly) ) 噬菌体的水解酶水解宿主细胞壁，宿主死亡并噬菌体的水解酶水解宿主细胞壁，宿主死亡并破裂，释放出里面的病毒，新一代病毒开始新的破裂，释放出里面的病毒，新一代病毒开始新的生命旅程。生命旅程。裂解裂解( (lyticlytic) )和释放和释放(release)(release)二、温和性噬菌体的溶原性二、温和性噬菌体的溶原性毒毒( (烈烈) )性噬菌体：侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂性噬菌体：侵入宿主细胞后

17、，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体。是正常表现的噬菌体。解的噬菌体。是正常表现的噬菌体。温和噬菌体：侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿温和噬菌体：侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，和宿主核酸同步复制，宿主细胞不裂解继主染色体上，和宿主核酸同步复制，宿主细胞不裂解继续生长。续生长。前噬菌体前噬菌体( (prophageprophage) )：整合在细菌基因组中的噬菌体基因：整合在细菌基因组中的噬菌体基因组；溶原性细菌组；溶原性细菌( (lysogeniclysogenic bacterium) bacterium)：带有前噬菌体基因：带有前噬菌体基因组的细菌。组的细菌。温和噬菌体可有

18、三种存在状态：温和噬菌体可有三种存在状态：A. A. 游离的具有感染性游离的具有感染性的噬菌体颗粒；的噬菌体颗粒；B. B. 宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；体核酸；C. C. 前噬菌体。前噬菌体。前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱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，产生成熟噬导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌菌体，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，称为体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力，称为 溶原性溶原性( (l

19、ysogenylysogeny) )。某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这称为称为溶原性转换溶原性转换( (lysogeniclysogenic conversion) conversion)。温和噬菌体侵染宿主温和噬菌体侵染宿主病毒的溶原性病毒的溶原性动物病毒感染的结果动物病毒感染的结果一、病毒的培养特征一、病毒的培养特征 液体液体: : 透明的裂解溶液；透明的裂解溶液； 固体固体: : 空斑空斑( (噬菌斑噬菌斑) )二、病毒的培养基二、病毒的培养基 要求苛刻；要求苛刻； 专一性强专一性强三、病毒的培养三、病毒的培养第五节第五节 病毒

20、的培养病毒的培养噬菌斑试验噬菌斑试验(Plaque Assay)(Plaque Assay) 若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测定若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测定一定体积内的噬斑形成单位一定体积内的噬斑形成单位( (plaque forming units,pfu) )数数目，即噬菌体的数目。目，即噬菌体的数目。噬菌斑噬菌斑噬斑噬斑荧光假单胞菌荧光假单胞菌亚病毒亚病毒 类病毒类病毒 拟病毒拟病毒 朊病毒朊病毒 类病毒类病毒( (Viroid) )为裸露的单链为裸露的单链RNARNA，营专性细胞内寄生的最小分子生物。，营专性细胞内寄生的最小分子生物。RNARNA为闭合环状

21、，形似棒状。为闭合环状，形似棒状。核酸分子量约为核酸分子量约为100,000100,000道尔顿，道尔顿，350350个核苷酸。个核苷酸。借宿主细胞内依赖借宿主细胞内依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶聚合酶以非对称模型复制。以非对称模型复制。较耐热，较耐热，9090下仍存活。下仍存活。主要感染植物，可通过种子传播。主要感染植物，可通过种子传播。亚病毒拟病毒拟病毒( (Virusoids) )为包裹在植物病毒衣壳内的单链环状为包裹在植物病毒衣壳内的单链环状RNARNA分子分子. .如：如：绒绒毛烟斑驳病毒（毛烟斑驳病毒（VTMoVVTMoV）；）；辅助病毒辅助病毒RNA-1;RNA-1;拟病

22、毒拟病毒RNA-2RNA-2；二者单独接种二者单独接种, ,都不能感染和复制都不能感染和复制, ,合在一起才可以感染合在一起才可以感染和复制；和复制；借助宿主细胞内依赖于借助宿主细胞内依赖于RNA RNA 的的RNARNA聚合酶以滚环方式聚合酶以滚环方式进行复制。进行复制。亚病毒朊病毒朊病毒( (Prion) )一类能侵染动物的并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性一类能侵染动物的并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质，亦称蛋白质感染因子的疏水蛋白质，亦称蛋白质感染因子(prion protein (prion protein PrPPrP) )。可引起中枢神经系统退化性紊乱疾病，如可引起

23、中枢神经系统退化性紊乱疾病，如: :克雅氏综合症克雅氏综合症(Creatzfeldt-Jokob disease)(Creatzfeldt-Jokob disease)；库鲁病库鲁病(Kura disease)(Kura disease)；羊瘙痒症羊瘙痒症( (ScrapieScrapie) )；致死性家族失眠症；致死性家族失眠症；疯牛病。疯牛病。亚病毒羊瘙痒病羊瘙痒病PrPPrPC C与与PrPPrPSCSC的的三维结构三维结构折叠折叠病毒、类病毒、朊病毒的区别病毒、类病毒、朊病毒的区别蛋白质蛋白质( (衣壳衣壳) )核酸核酸感染性感染性病毒病毒有有有有有或无有或无类病毒类病毒无无有有有有朊

24、病毒朊病毒有有无无有有第六节第六节 病毒与人类的关系病毒与人类的关系在发酵工业中，噬菌体感染菌体后会使发酵周期明显在发酵工业中，噬菌体感染菌体后会使发酵周期明显延长，发酵产物形成缓慢或不形成，造成经济损失；延长，发酵产物形成缓慢或不形成，造成经济损失；某些植物病毒能够感染经济植物，造成植株死亡或减某些植物病毒能够感染经济植物，造成植株死亡或减产，如烟草花叶病毒、黄豆黄萎病毒等；产，如烟草花叶病毒、黄豆黄萎病毒等；引起家畜的疾病，如疯牛病、口蹄疫等，导致家畜死引起家畜的疾病，如疯牛病、口蹄疫等，导致家畜死亡；亡；病毒能够引起人类疾病和癌症，如流感病毒、乙肝病病毒能够引起人类疾病和癌症，如流感病毒

25、、乙肝病毒、毒、HIVHIV病毒等。病毒等。病毒可以作为基因工程的载体，将特定的病毒可以作为基因工程的载体，将特定的DNADNA片段导片段导入目的生物中；入目的生物中；昆虫病毒可用作生物农药，具有专一性强、效果好、昆虫病毒可用作生物农药，具有专一性强、效果好、后效长、对人畜安全、无公害等优点；后效长、对人畜安全、无公害等优点；噬藻体可以用来防治海洋赤潮和湖泊水华；噬藻体可以用来防治海洋赤潮和湖泊水华；噬菌体可以用来治疗某些由真菌引起的疾病；噬菌体可以用来治疗某些由真菌引起的疾病；某些植物病毒可以用作除草剂；某些植物病毒可以用作除草剂；可以利用病毒来生产疫苗和干扰素。可以利用病毒来生产疫苗和干扰

26、素。口蹄疫口蹄疫斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂一种核型多角体病毒（一种核型多角体病毒（NPVNPV）第七节第七节 病毒对物理、化学因素的抵抗力及在病毒对物理、化学因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果污水处理过程中的去除效果一、病毒对物理因素的抵抗力一、病毒对物理因素的抵抗力二、病毒对化学因素的抵抗力二、病毒对化学因素的抵抗力三、病毒对抗菌物质的抵抗力三、病毒对抗菌物质的抵抗力四、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除效果四、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除效果一、病毒对物理因素的抵抗力一、病毒对物理因素的抵抗力 温度温度 高温能使病毒的核酸和蛋白质衣壳变性，蛋白质变性能阻碍高温能使病毒的核酸和蛋白质衣壳变性，蛋白质变性能阻碍病毒吸附到宿主细胞上，削弱病毒感染力。病毒吸附到宿主细胞上，削弱病毒感染力。低温不会灭活病毒，通常在低温不会灭活病毒，通常在-75-75保存病毒。保存病毒。光及其他辐射光及其他辐射紫外辐射、可见光、紫外辐射、可见光、X X射线、射线、 射线等都有灭活病毒的作用。射线等都有灭活病毒的作用。干燥干燥干燥是控制环境中病毒的重要因素。干燥是控制环境中病毒的重要因素。二、病毒对化学因素的抵抗力二、病毒对化学因素的抵抗力体内灭活体内灭活 体内灭活的化学物质有抗体和干扰素体内灭活的