《微生物学》课件病毒的形态与构造2

1、废水无机化过程微生物的演变替代水体自净微生物类群演变细菌藻类溶解氧原生动物Non-cellular life forms-Viruses病毒 病 真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分非细胞生物 类病毒：只含有独立侵染性的RNA组分 亚病毒 拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分 朊病毒：只含单一蛋白质组分 一、病毒的特点形体极其微小；可通过细菌滤器没有细胞构造，称为分子生物；主要成分为蛋白质和核酸（DNA或RNA）；既无产能酶系也无蛋白质合成系统；在活细胞内营专性寄生，在离体条件下以无生命的生物大分子状态存在，可长期保持其侵染活力；对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；有些病毒的核酸可整合到宿主

2、的基因组中，并诱发潜伏性感染。Types of Viral Genomes（基因组）动物病毒：多为线状的dsDNA和ssRNA植物病毒：多为ssRNA噬菌体：多为线状的dsDNAClassification of virusesAccording to hosts viruses infect:Bacterial viruses (Bacteriophage or 噬菌体）Animal viruses (well studied)Plant viruses (less studied)According to nucleic acid structures:DNA viruses (ss DN

3、A, ds DNA)RNA viruses (ss RNA, ds RNA)RNA DNA viruses (ss RNA, ds DNA)二、典型病毒粒子的构造 核心：由DNA或RNA组成 核衣壳（基本构造） 衣壳：由衣壳粒蛋白组成 包膜（envelope）：类脂双层膜， 非基本构造 含蛋白质或糖蛋白 刺突（spike）病毒粒子三、Virus Symmetry（对称体制）Helical symmetry（螺旋对称）：Tobacco mosaic virus (TMV).Icosahedron（二十面体对称）：The most efficient arrangement for subunit

4、s in a closed shell（Adenovirus).Complex viruses（复合对称）：T4 bacteriophage1、Helical symmetry-Tobacco Mosaic Virus2、Icosahedral virus-Adenovirus3、Complex viruses-Bacterial phage-T4Bacterial Viruses（一）球状（小顶衣壳粒）球状（大顶衣壳粒）丝状蝌蚪状Bacterial Viruses（二）球状（小顶衣壳粒）球状（大顶衣壳粒）丝状四、Virus multiplication（繁殖）Attachment (adso

5、rption) 吸附Penetration (injection) 侵入 Early steps in replication Nucleic acid replication Replication 增殖 Synthesis of protein subunits Assembly and packaging 装配 Release 释放（裂解）五、病毒的群体形态包涵体（inclusion body）：具有一定形态、构造并能用光镜观察和识别的特殊群体。空斑（plaque）：动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成。枯斑（lesion）：植物病毒在植物叶片上形成。噬菌斑（ plaque） 一个噬菌斑是

6、由一个噬菌体粒子形成；噬菌体效价：每mL试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位数（pfu）或感染中心数。双层平板法 底层平板：2%琼脂培养基78ml双层平板法 上层培养基：1%琼脂培养基3ml 上层平板 宿主菌悬液：对数期菌液0.2ml 噬菌体试样：合适稀释液0.1ml混匀优点弥补培养皿底部不平的缺陷；所有噬菌斑大小一致、边缘清晰、无重叠现象；因上层培养基琼脂较稀，噬菌斑形态较大，特征明显。成斑率：同一样品根据噬菌斑计算出来的效价与用电镜直接计数得到的效价之比。噬菌体成斑率50%动植物病毒成斑率一般为10%六、One step growth curve of virus mu

7、ltiplication（一步生长曲线）定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线三个时期潜伏期（latent phase）隐晦期（eclipse phase）胞内累积期（intracellular accumulation phase）裂解期（rise phase）平稳期（plateau）裂解量（burst size）感染复数（m.o.i, multiplicity of infection）自外裂解（lysis from without）七、溶源性（Lysogeny）溶源性：噬菌体（温和噬菌体 temperate phage）侵入宿主细胞后，基因组整合到宿主的基因组上，并随宿主的复制而进行同步复

8、制，不裂解宿主细胞（溶源菌 lysogen） 。溶源菌溶源菌：指核染色体组上整合有前噬菌体并能正常生长繁殖而不被裂解的细菌（或其他微生物）。前噬菌体：整合到宿主核染色体组上的噬菌体核酸。温和噬菌体烈性噬菌体与温和噬菌体生活史的比较温和噬菌体的三态整合态营养态游离态 温和噬菌体的表示方法E.coli K12 ( )：表示一株带有前噬菌体的大肠杆菌K12溶源菌株烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较吸附侵入增殖成熟裂解整合同步复制自发或诱导多次循环裂解性循环溶源性循环Lamda phage（噬菌体）Temperate phage（温和噬菌体）Lytic（裂解）pathwayLysogenic（溶源）p

9、athwayHost E. coli64 nm head，150 nm tail，23 nm fiberA linear double stranded DNA molecule with 12bp single strand 5 protruding ends-sticky ends-cos sitesCirculized formGenetic and molecular map of Lamda phageLysogenic Pathway of LambdaThe Integration of lambda DNA into the host chromosomeLytic Pathw

10、ay of Lambda DNA damage is caused by UV, X-ray, Chemicals etc.溶源菌特点特性裂解性免疫性复愈性溶源转变溶源菌的检验方法八、噬菌体与发酵工业噬菌体污染的判断与检查发酵液变清发酵周期延长发酵产物难以形成Why？预防噬菌体污染的措施决不使用可疑菌种溶源菌不纯菌种消灭噬菌体净化环境控制活菌体排放加强发酵系统的灭菌选育和使用抗噬菌体菌株定期轮换使用不同噬菌体谱系的生产菌种 依据？ 专一性药物防治：金属螯合剂、抗菌素、表面活性剂等 抑制吸附、侵入、增殖污染噬菌体后的补救措施尽快提取产品使用药物抑制改用抗噬菌体生产菌株九、噬菌体在基因工程中的应用

11、运用DNA的体外操纵技术，把病毒改造成不同外源基因的优良载体，把任何动物、植物或微生物的目的基因导入到合适的受体系统中，从而获得具有新性状的“工程细胞”或“工程菌”。E.coli Lamda phage： 必要基因 dsDNA 非必要基因：可被外源基因取代。 载有外源遗传因子的重组Lamda phage，侵入宿主细胞后，可整合到宿主核基因组上，进行同步复制和表达。十、亚病毒类病毒拟病毒朊病毒1、类病毒（Viroid）一类只含RNA一种成分、专性活细胞内寄生的分子生物。只在植物体中发现 1971年瑞士学者T.D.Diener发现马铃薯纺锤形块茎病类病毒PSTD，棒形，ssRNA，闭合环状。2、拟

12、病毒（Virusoid）又称类类病毒、壳内类病毒或病毒卫星，是一类包裹在真病毒粒子（辅助病毒）中的有缺陷的类病毒。极其微小，一般仅由裸露的RNA（300400核苷酸）或DNA组成。1981年Randles等在绒毛烟斑驳病毒VTM0V中发现一种类似类病毒的环状ssRNA分子及其线状形式。丁型肝炎病毒-拟病毒（含ssRNA），宿主即辅助病毒-乙型肝炎病毒HBV拟病毒可干扰辅助病毒的复制和减轻其对宿主的病害，可用于生物防治？3、朊病毒（Prion）又称“普列昂”或蛋白质侵染因子，是一类不含核酸的传染性蛋白质分子。1982年美国的S.B.Prusiner发现羊瘙痒病的病原体是一种蛋白质，称朊病毒，杆状

13、颗粒，呈丛状排列，直径25nm，长100200nm。至今发现与哺乳动物脑部相关的10余种疾病都是由朊病毒引起，如羊瘙痒病、牛海绵状脑病、疯牛病、人的克-雅氏病CJ（早老性痴呆病）、库鲁病（震颤病）等。“朊病毒”引起的疾病 18世纪 冰岛 羊瘙痒病1920s H.Creutzfieldt 人 C J 病（克雅氏综合症） A.Jacob 1950s 巴布亚新几内亚 Kuru病 Gajdusek1980s 英国 疯牛病病程很慢，都有神经系统退行性症状;脑部出现淀粉样沉淀， 形成海绵状空斑。特 点 普列昂概念的提出，引起轩然大波。 许多人问：没有核酸，这个病原物如何增殖？如何复制本身的遗传信息？ 许多

14、人怀疑：可能还是存在核酸，只是未能检测出来。DNA DNARNA蛋白质中 心 法 则随着研究的深入，得到更多打破传统观念的结果： （1）寻找Prnp基因 编码普列昂蛋白（PrP）的基因，不但在染病动物脑中存在，亦在正常动物脑中找到，而且表达得一样多。分别把 Prnp 基因在正常和染病小鼠中的表达产物称为PrP c正常小鼠PrP sc得病小鼠 看来， PrP 蛋白不是病鼠才有。而且，PrP sc 的出现不是调节基因起作用的结果。（2）普列昂蛋白（PrP c）在正常动物脑中的功能是什么？ 找不到答案。 切除 PrP 基因的遗传工程小鼠（PrP%）,看不出病症，似乎一切正常，亦能正常生育。（3）Pr

15、P%小鼠作出贡献 把染病小鼠的脑提取物接种给PrP% 小鼠，后者不染病。同样的脑提取物，接种给普通小鼠 PrP+/+，后者被染病。看来， PrP c 的存在是染病的必要前提染病小鼠脑提取物PrP%小鼠PrP+/+ 小鼠（4）对 PrP c 和PrP sc 两种蛋白质做结构分析。 都是由 208 个氨基酸残基组成的疏水性很强糖蛋白。 氨基酸序列 RNA剪辑 翻译后修饰均无差别（5）最后，终于找到差别 PrP c 和 PrP sc 在高级结构上有巨大差别 PrP c PrP sc 螺旋 40 21 折叠 3 54% PrP c PrP c (上) PrP sc(下) （6）PrP c 和 PrP

16、sc 在高级结构上的差别, 在细胞内的行为和代谢特征上也反映出来。 PrP c PrP sc 胞内定位 细胞表面 胞质内蛋白酶水解 水解完全 局部水解（7）综合上面得到的结果，提出一个理论设想： 瘙痒病的发生是因为 PrP sc 的入侵，把脑细胞中原来就有的 PrP c “带坏”，使 PrP c 重新折叠，形成新的高级结构，变成了 PrP sc 。 增多的 PrP sc 形成淀粉样斑，造成脑细胞破坏，出现空斑。（8）什么叫 PrP sc 把 PrP c “带坏”？实际上是： 蛋白质大分子与蛋白质大分子之间的相互作用。(b)接着，初始和新形成的瘙痒病粒子就攻击另外的两个正常的 PrP 分子；(a

17、)瘙痒病 PrP的一个分子(红色)和正常的 PrP 分子(褐色)相接触并以某种方式展开而形成瘙痒病构型时； (c)后者反过来又去攻击其他正常分子，以此方式连续进行下去直至瘙痒病 PrP 积累到危害量。细胞质核瘙痒病 PrP正常 PrP原有的PrP分子转化了的PrP分子生物大分子之间的相互作用包括：蛋白质与核酸、蛋白质大分子与蛋白质大分子之间的相互作用十一、病毒与人类健康呼吸道病毒呼吸道病毒是指一大类能侵犯呼吸道引起呼吸道局部病变或仅以呼吸道为入侵门户，主要引起呼吸道外组织器官病变的病毒。据统计，90%以上的急性呼吸道感染由该类病毒引起。呼吸道病毒的分类正粘病毒科 流感病毒副粘病毒科 副流感病毒

18、、呼吸道合胞病毒、 麻疹病毒、腮腺炎病毒其他病毒科 腺病毒、风疹病毒、鼻病毒、冠 状病毒、呼肠病毒流行性感冒（ Influenza ）“流行性感冒”（ Influenza ）是英国人john huzxam在1743年创造的字，他依据意大利语中用来描述这个疾病起源的片语“un infuenza di freddo”，即“寒冷的影响 ”。它主要发生在深秋、冬天和早春季节。每年都有数以百万计的人群受到感染。流感与感冒的比较 症状感冒 流感发烧少见常见（3940oC）头痛少见常见全身不适较轻严重，可持续数周流涕常见较不常见，量少喉咙疼痛常见较不常见呕吐、腹泻少见常见流行性感冒病毒（influenza

19、virus）流行性感冒病毒，简称流感病毒，有甲、乙、丙三型，其中，甲型流感病毒是反复流行最为频繁和引起流感全球流行的重要病原体。流感病毒的电镜照片流感病毒的表面结构血凝素（HA）柱状，为三聚体，它基本上以相同的间距覆盖了病毒的全部表面 神经氨酸酶（NA）四个亚单位组成的四聚体，并不平均分布在病毒表面，而是聚合成群。 流感病毒的内部结构核衣壳病毒分片段的RNA，结合有核糖核蛋白（RNP）以及与复制和转录有关的三种依赖RNA的RNA多聚酶蛋白。呈螺旋对称。基质蛋白（M蛋白）覆盖在核衣壳外面，M蛋白抗原性稳定，也具有型特异性。包膜来自宿主细胞的脂质双层膜。12435678PB2PB1RNPRNAM2

20、M1NAHA分节段的（-） SSRNAPA RNA多聚酶核糖核蛋白（RNP）流感病毒的生活史病毒侵入遗传物质的释放病毒的复制与病毒蛋白的合成病毒的装配出芽 流感病毒复制过程示意图流感病毒的分型根据RNP和M蛋白抗原性分：甲、乙、丙三型甲型根据HA和NA抗原性不同，再区分为若干亚型（H1H15、N1N9）乙型、丙型至今未发现亚型致病性传染源-病人或病毒携带者致病机理-病毒不入血病毒-呼吸道-毒素样物质进入血液全身中毒症状局部粘膜上皮炎症认识禽 流 感什 么 是 禽 流 感？是 一 种 由 病 毒 引 发 的 高 致 病 性 家 禽 疾 病会 感 染 其 他 各 种 飞 禽家 禽 如 鸡 和 火

21、鸡 最容 易 受 感 染人 类 如 何 受 到 感 染？通 过 同 病 鸟 近 距 离 接 触 如 吸 入 它 们 粪 便 中 的 微 粒人 类 很 少 受 禽 流 感 感 染根 据 世 界 卫 生 组 织，至 今 没 有 证 据 显 示禽 流 感 会 在 人 类 间相 互 传 染患 者 会 出 现 哪 些 症 状？发 烧、咳 嗽、肌 肉 酸 痛、流 鼻 涕 和 喉 咙 痛有 些 患 者 会 出 现 眼 睛发 炎 和 呼 吸 困 难患 者 在 患 病 后 期也 可 能 出 现 肺 炎 或其 他 并 发 症禽 流 感 可 以 治 愈 吗？抗 病 毒 药 物 “达 菲” (Tamiflu) 似 乎

22、 对 禽 流 感 具 有 疗 效进 一 步 的 测 试 尚 在进 行 中，有 待 证 实人 类 感 染 禽 流 感 的 案 例 香 港 (1997 年)H5N1 病 毒 感 染 鸡 只 和 人 类首 次 发 生 禽 流 感 透 过 家 禽 传 染 给 人18 人 受 感 染 入 院，6 人 死 亡150 万 只 鸡 被 捕 杀病 毒 主 要 由 家 禽 传 给 人 类；人 传 人 病 例 属 罕 见 荷 兰 (2003 年)荷 兰 有 多 名 家 禽 农 场 工 人 和 其 家 人 从 家 禽 中 爆 发 的 禽 流 感 感 染 到 H7N7 病 毒超 过 80 人 感 染 H7N7 病 毒，

23、1 人 死 亡2004 年 爆 发 的 禽 流 感飞 禽 当 中：截 至 2004 年 2 月 4 日，证 实 家 禽 中 爆 发 H5N1 禽 流 感 病 毒 的 地 区 包 括：柬 埔 寨、中 国、香 港（发 生 在 一 种 移 居 猎 鹰 中）、印 尼、日 本、寮 国、韩 国、泰 国 和 越 南人 类 当 中：越 南 和 泰 国 有 发 生 人 类 感 染 H5N1 病 毒 事 件，有 人 因 染 病 而 死 亡。患上禽流感的鸡有什么症状？突 然 死 亡无 精 打 采 和 食 欲 不 振头 部、眼 皮、冠 部、垂 肉 和 脚 部 肿 胀垂 肉 和 冠 部 变 成 紫 色流 鼻 涕咳 嗽 和 打 喷 嚏腹 泻Size of virusesThe size of virusesShape of VirionsDNA virusesRNA virusesStructure of Virions（病毒粒子）烟草花叶病毒腺病毒噬菌体疱疹病毒Infection process of T4 phage增 殖装 配噬菌体 的 生 活 史 吸附增殖组装侵染裂解狂犬病毒的包涵体：内基氏小体天花病毒的包涵体：顾氏小体狂犬病毒包涵体（Negri body）巨细胞病毒包涵体Plaques（空斑）