环境微生物学课件第二章病毒

1、第一章 非细胞结构的超微生物病毒烟草mosaic病毒 登革热病毒照片冠状病毒非典病毒爱滋病毒冠状病毒 丝状病毒,如病毒出血热杆状病毒，如烟草病毒 痘病毒，如天花多瘤乳头病毒，如宫颈癌 噬菌体副粘病毒，如腮腺炎弹状病毒 ，如狂犬病腺病毒，上呼吸道感染流感病毒球状噬菌体直径只有30nm最大的病毒仅300450170260nm只能用电子显微镜观察（1018万倍） 主要内容： 病毒的一般特征及其分类 病毒的形态和结构 病毒的繁殖 病毒的培养 病毒对物理化学因素的抵抗力 病毒的危害、对策与应用病毒：19世纪末才被发现的、没有细胞结构、专性寄生 在活的敏感宿主体内的超微小微生物。病毒定义病毒是一类超显微的

2、非细胞生物，每一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。非细胞生物真病毒Euvirus亚病毒subvirus至少含核酸和蛋白质二种组分类病毒拟病毒朊病毒只含具侵染性的RNA组分含不具独立侵染性的RNA组分只含蛋白质类病毒viroid1922年在美国发现了一种严重影响马铃薯产量的马铃薯 纺锤形块茎病(Potato spindle tube disease，PSTD)。1960 年以来，在我国的黑龙江省也发现了这类病毒，造成马 铃薯减产20

3、70。1971年瑞士的T. O. Diener经过研究证实：是一种不具 蛋白质衣壳，仅有RNA组成的新病毒，称它为马铃薯纺 锤形块茎病类病毒(Potato spindle tuber viroid，PSTV)。类病毒是当今所知道的只含RNA一种核酸的最小的， 专性细胞内寄生的分子生物。目前只在植物体中发现。拟病毒Virusoid 1981年Randles等在绒毛烟草 (Nicotianavelutina)上分离到一种直径为 30nm的二十面体病毒，称为绒毛烟斑驳病毒(VTMoV，velvet tobacco mottle virus)。当他们在鉴定该病毒时，发现其基因组除含一种大分子线状ssR

4、NA (称RNA-1)外，还含有一种类似于类病毒的环状ssRNA分子(称RNA-2) 及它的线状形式(称RNA-3)。进一步研究表明，对VTMoV的RNA-1和RNA-2进行单独接种时，都 不能感染和复制，只有把两者合在一起时才可以感染和复制。因此，这种环状ssRNA分子(RNA-2)是一种类似于类病毒的新型RNA 分子，于是Haseloff等(1982)将这种包被于病毒（辅助病毒）衣壳内的 环状RNA分子称为拟病毒。又称类类病毒(viroid-like)或病毒卫星。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；羊瘙痒病是羊的一种中枢神经系统退化性紊乱疾

5、病。 表现为毛脱落，皮肤瘙痒，失去平衡和后肢麻痹等症状。 1982年美国的S.B.Prusiner发现羊搔痒病的病原体是一种 蛋白质，称朊病毒，杆状颗粒，呈丛状排列，直径25nm， 长100200nm；病毒的发现1886年，A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病；1892年，D. Ivanovsky（伊万诺夫斯基）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”或极小的细菌；1898年，M W Beijerinck对烟草花叶病病原体的进行研究。1900年前后，包括口蹄疫(foot and mouth disease)在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。F W Twort

6、(1915年)、F dHerelle(1917年)，分别发现细菌(Shigella dysenteriae)病毒。即陶尔特第赫兰尔现象。1935年，W M Stanley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；1940年，Kausche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；第一节 病毒的一般特征及其分类一、病毒的一般特征 形体极其微小（0.2um），必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；“分子生物”：没有细胞结构，大多数由蛋白质和核酸组成，有的含 有类脂质、多糖等，只有一种核酸（DNA或RNA）。既无产能酶系也无蛋白质合成系统；在宿主细胞的协助下，通

7、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殖方式；在宿主的活细胞内营专性寄生；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；对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。 由于病毒与其他微生物差别很大，具自身独有的特点，所以把它单列为一界病毒界单细胞微生物与病毒性质的比较a DNA病毒和RNA病毒中的一部分;b 利福平可抑制痘病毒复制 存在状态感染态：在宿主体内，专性寄生，具有生命的超微小生物。非感染态：宿主体外，呈现不具生命特征的大分子物质， 并长期保持感染宿主的潜在能力。 其分类依据主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸种类、 病毒粒子的大小、病毒的结构

8、、有无被膜等。 （1）根据病毒不同的专性宿主，可把病毒分为： 动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）、放线菌病毒（噬放 线菌体）、藻类病毒（噬藻类体）、真菌病毒（噬真菌体） 动物病毒寄生在人体和动物体内引起人和动物疾病：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。 植物病毒引起植物疾病：烟草花叶病、番茄丛矮病等。 噬菌体寄生在细菌体内引起细菌疾病，如用蓝细菌噬菌体控制水华。（2）按核酸分类，可把病毒分为：DNA病毒和RNA病毒。二、病毒的分类第二节 病毒的形态和结构一、病毒的形态和大小病毒的形状 廿面体对称的结构 (球状) 螺旋对称的结构 (杆

9、状) 复合对称的结构 (蝌蚪状)典型的病毒粒子的形态T-噬菌体烟草花叶病毒腺病毒流感病毒螺旋对称壳体：亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。二十面体对称壳体： 构成对称结构壳体的第二种方式是蛋白质亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedral symmetry）结构。 具有复合对称结构的典型例子是有尾噬菌体（tailed phage）,其壳体由头部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常

10、呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。病毒有五种形态：球形 ：大多数人类和动物病毒，如脊髓灰质炎病毒；丝形 ：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒；子弹形：形似子弹头，如狂犬病病毒。砖形 ：如痘病毒；蝌蚪形：如噬菌体。其中为二十面体对称; 、 为螺旋对称; 、 复合对称。数种病毒与细菌大小之比较病毒的大小：单位为nm，即10-9m支原体痘病毒疱疹病毒流感病毒1 葡萄球菌细小核糖核酸病毒天花病毒 200300nm病毒的大小常用纳米(nm)来度量，病毒大小从10300nm之间；通常大小在100nm左右。口蹄疫病毒 10nm脊髓灰质炎病毒有代表性的若干病毒的直径或大小二、病毒的化学组成和结构 成熟的、具有侵染

11、力的单个病毒颗粒常称作病毒粒子。其化学组成和结构为：由于病毒是非细胞生物，故单个病毒个体不能称作“单细胞”，这样，就产生了病毒粒子（virion）的名词。病毒粒子有时也称病毒颗粒（virus particle），是指成熟的、结构完整的单个病毒。核酸(DNA或RNA)衣壳(蛋白质)；由衣壳粒构成由蛋白质、多糖和脂类构成,上常有刺突；如流感病毒.核衣壳囊 膜(有的病毒具有)病毒结构壳 体核 酸囊 膜刺 突核衣壳病毒的粒子的基本结构病毒的主要化学组成：病毒蛋白： 主要功能： A、病毒粒子外壳，保护病毒核酸活性。B、感染的特异性。核酸：RNA或DNA RNA多为ss，DNA多为ds。脂类和糖类：是病毒

12、被膜（囊膜）的组成成分 如：痘病毒、腮病毒等。RNA核衣壳图6-5 烟草花叶病病毒结构（螺旋对称）病毒蛋白质的功能 保护病毒使其免受环境的影响决定病毒感染的特异性，使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力致病性、毒力和抗原性 病毒核酸的功能 DNA或RNA，只含其中一种核酸是病毒分类学中最可靠的分子基础病毒粒子中最重要成分：决定病毒遗传、变异和感染力 核酸类型病毒代表动物病毒植物病毒微生物病毒DNAssDNA线状细小病毒H-1等玉米条纹病毒等待发现环状待发现待发现E.Coli的M13噬菌体等dsDNA线状单纯疱疹病毒等待发现E.Coli的T系和噬菌体环状猿猴病毒40等花椰菜花叶病毒等铜绿假单胞

13、菌的PM2噬菌体等RNAssRNA线状脊髓灰质炎病毒等豆花叶病毒等E.Coli的MS2噬菌体等dsRNA环状呼肠孤病毒等玉米矮缩病毒等各种真菌病毒的噬菌体等第三节 病毒的繁殖以噬菌体为例一、病毒的繁殖过程裂性噬菌体增殖吸附、侵入、复制与装配、释放1、吸附 是指病毒以其特殊结构（吸附位点）与宿主细胞表面的特异受体（受体位点）发生特异性结合的过程。如噬菌体是以其尾丝尖端的蛋白质吸附在菌体表面的特异受体上的。 吸附具有高度专一性，即只有当吸附位点与受体位点为合适的匹配，吸附才能够发生。吸附脱壳侵入复制合成装配释放受体（脂蛋白、脂多糖、磷壁酸） 吸附是病毒感染细胞的第一步，病毒对寄主细胞的吸附有高度的

14、特异性，是吸附在寄主细胞表面的某种特定受体（细胞壁的化学成分、性菌毛等）上。受体实际上是细胞表面的一定化学组成部分，如流感病毒的受体是糖蛋白，存在于敏感动物红细胞及黏膜细胞上。脊髓灰质炎病毒的受体是脂蛋白，存在于对病毒敏感的人或猴的肠道和神经细胞表面。没有受体位点时，病毒不能吸附，也就不能感染。如果受体位点发生改变，寄主细胞就对病毒感染产生了抗性。T噬菌体的侵染复制过程2 、侵入过程：尾丝收缩、释放溶菌酶、尾丝尾鞘收缩、DNA注入 病毒或其一部分进入宿主细胞的过程称侵入。 T4噬菌体侵入E.coli 的过程是：吸附后，尾丝收缩，使尾管触及细胞壁，尾管所含酶类物质可使细胞壁产生一些小孔（尾部的酶

15、水解细胞壁的肽聚糖产生一小孔），然后尾鞘收缩，尾髓刺入细胞壁，并将核酸注入细胞内，蛋白质外壳留在细胞外。动物病毒多数通过胞饮和吞噬作用整个进入宿主细胞，被膜病毒也可通过膜融合使核衣壳进入宿主细胞，裸露的20面体病毒可直接穿入。植物病毒往往借宿主细胞受外力损伤而侵入（伤口、昆虫刺吸）。侵入方式：（1）注入（细菌病毒）、（2）伤口、昆虫刺吸（植物病毒）（3）吞噬（动物病毒）病毒侵入宿主的方式视宿主细胞性质而定。3 复制与装配噬菌体核酸进入宿主细胞后，一方面抑制宿主细胞的正常生长，一方面利用宿主细胞内的原料与合成系统，合成噬菌体的核酸和蛋白质。 装配： 就是将合成的病毒各部件组装在一起成为成熟病毒粒

16、子的过程。 主要步骤有：DNA分子的缩合通过衣壳包裹DNA而形成头部尾丝及尾部的其它部件独立装配完成头部与尾部相结合最后装上尾丝，至此，一个个成熟的形状、大小相同的噬菌体装配完成。病毒的核酸和蛋白质是分别合成的，因而需要将它们组装在一起才能成为成熟的病毒粒子。装配就是将合成的病毒各部分组装在一起成为成熟病毒粒子的过程。成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程。没有包膜的病毒合成溶解细胞的酶，引起内裂解。有包膜的病毒以下图方式进行：流感病毒中，其核衣壳迁移到细胞质膜上，在芽出穿过细胞膜的过程中裹上包膜，然后释放。释放出的病毒可再次进行新的感染。4 释放病毒的包膜结构病毒包膜的基本结构与生物膜

17、相似，是脂双层膜。在包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。二、噬菌体的溶原性 噬菌体感染细菌细胞后引起细胞的破裂，这类噬菌体称为烈性噬菌体。另一类噬菌体温和噬菌体，它感染细菌后，细菌不裂解，而能继续生长繁殖，成为溶原性细菌。 在溶原性细菌中找不到形态上可见的噬菌体粒子，侵入的温和噬菌体以其核酸附着在细胞核的一定位置上，称为原噬菌体。它与细菌的细胞核一起复制，而且随着细菌的分裂传给子细胞，使之也成为溶原性细菌。 原噬菌体不同于营养期的噬菌体，它没有感染力。但是原噬菌体一旦脱离细菌细胞核就开始复制，从而引起细菌的裂解。因此，当原噬菌体附着在细胞核上

18、时，对细菌一般无不良影响，但具有产生噬菌体的潜在能力，具有不受同源噬菌体感染的“免疫性”。1 溶原性：温和噬菌体侵入宿主细胞后产生一种新的特性，称为溶原性。2 溶原性细菌：含有原噬菌体(温和噬菌体)的细菌称为溶原性细菌。溶原性细菌基本特性：(1) 溶原性是溶原性细菌的一个极其稳定的遗传特性(2) 自发裂解(3) 诱发裂解(4) 具“免疫性”(5) 溶原转变：可获得一些新的生理特性E. coli K12 ():表示一株带有前噬菌体的大肠杆菌K12溶源菌株。噬菌体的类型毒（烈）性噬菌体：病毒粒子复制装配释放从而导致寄主细胞崩溃的噬菌体。温和噬菌体：核酸与寄主细胞核酸同步复制而不导致寄主细胞裂解的噬

19、菌体。溶源细胞：含有温和噬菌体的寄主细胞。原噬菌体（前噬菌体）：溶源细胞中的噬菌体。 开开心吧！第四节 病毒的测定与培养病毒颗粒计数 间接计数 血细胞凝集试验病毒感染效价测定一、 病毒的测定定量分析理化性质免疫学性质与宿主或宿主细胞的作用不是有感染性病毒颗粒的绝对数量病毒的感染单位（infectious units，IU） 能够引起宿主或宿主细胞一定特异性反应的病毒最小剂量病毒的效价 待测样品中所含病毒的数量，通常以单位体积（ml）病毒悬液的感染单位数目表示，IU/ml。病毒感染性测定噬菌体的噬斑测定一般采用双层琼脂法（1）噬（蚀）斑测定 噬斑数目与加入样品中的有感染性的噬菌体颗粒数量成正比，

20、统计噬斑数目可计算出噬菌体悬液效价，并以噬斑形成单位（PFU）表示。动物病毒的空斑测定，以生长在固体支持物上的单层细胞代替生长在营养琼脂培养基上的细菌。动物病毒效价以空斑形成单位（PFU）表示。植物病毒最简单的感染性测定方法是坏死斑测定，亦称枯斑测定，即用如金刚砂之类能破坏植物表皮与细胞壁的粉末状物质与一定量的植物病毒混合摩擦植物叶片进行接种，以产生坏死斑的数目来测定（1）噬（蚀）斑测定将病毒稀释成一系列稀释悬液，将病毒系列稀释液接种到同样的实验单元，经过一致时间孵育后，以试验单元中的半数个体出现感染反应所需的病毒剂量来确定病毒样品的效价。滴度：TCLD50 ID50 LD50（2）系列稀释终

21、点病毒的培养基 由于病毒的专性寄生的习性，所以其培养也较为困难， 须提供活的敏感细胞，而且它能提供病毒附着的受体， 不对侵入的病毒核酸进行破坏（没有破坏特异性病毒 限制性核酸内切酶）。病毒的培养特征 在液体培养基内：原先浑浊的菌液 变成 透明的裂解 溶液。 在固体培养基上：宿主细菌菌落上出现空斑（噬菌斑）。 二、 病毒的培养基及培养特征第五节 病毒对物理化学因素的抵抗力及在污水处理中的去除效果2.5.1 病毒对物理因素的抵抗力2.5.1 病毒对物理因素的抵抗力一、温度 病毒喜冷怕热。 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，削弱了对病毒的感染力。 各种病

22、毒对热的抵抗力不同，甚至有着明显的差异。 热对病毒的灭活作用，受周围环境的影响：环境中的蛋白质和金 属阳离子可保护病毒免受热的破坏，粘土、矿物和土壤等也有保 护病毒免受热的破坏作用。2.5.1 病毒对物理因素的抵抗力一、温度 大多数病毒可在4以下良好生存。特别是在干冰温度（70 ）和液氮温度（196 ）更可长期保持其感染性。 低温保存病毒，通常在75 。长期保存病毒一般有两种方法： 快速低温冷冻：病毒液中加入灭活的正常动物血清或其它蛋白保护剂，并迅速冷冻和保存。 冷冻干燥：在真空条件下使冰冻病毒悬液脱水（通常是冷冻真空干燥）。2.5.1 病毒对物理因素的抵抗力二、光及其它辐射1、紫外辐射：10nm400nm。日光中的紫外辐射和人工制造的紫外辐射均具 有灭活病毒的作用。其灭活的部位：病毒的核酸核酸中的嘧啶环形成胸腺嘧啶二聚体尿嘧啶残基的水合作用2.5.1 病毒对物理因素的抵抗力二、光及其它辐射2、可见光：390nm780nm。 日光对肠道病毒有灭活作用。 光灭活作用：有些病毒核酸被染料作用后，就能被可见光灭活。 染料催化光氧化过程。3、离子辐射：X射线、r射线也有灭活病毒的作用。三、干燥 干燥是控制环境中病毒的重要因素。2.5.1 病毒对物理因素的抵抗力2.5.2 病毒对