食品微生物学-第三章非细胞

第三章非细胞生物病毒和亚病毒主要内容

3.1病毒的生物学本质

3.2病毒的形态和大小

3.3病毒的化学组成

3.4病毒的结构和增殖过程

3.5亚病毒粒子

3.6病毒的抵抗力与变异基本要求1、掌握病毒性疾病的重要特点2、掌握病毒的定义和基本特点3、掌握病毒的形态和大小4、掌握噬菌体的结构和特点4、掌握病毒的增殖过程5、了解亚病毒粒子的定义、危害性和感染机理3.1病毒的生物学本质病毒性疾病的重要特点是:传染性高，传播迅速，流行面广，并发症复杂，后遗症严重，诊治困难，死亡率高。3.1.1病毒学研究的意义噬菌体1、病毒的定义

艾滋病毒噬菌体3.1.2病毒的定义和基本特点

病毒是一类超显微的、结构极简单的、专性活细胞内寄生的、在活体外能以无生命的化学大分子状态长期存在，并保持其感染活性的非细胞生物。病毒在细胞外环境中以形态成熟、结构完整，具有感染力(侵染力)的单个颗粒形式存在在，即为病毒粒子，简称毒粒。毒粒具有一定的大小、形态、结构和化学组成与理化性质，甚至可以结晶纯化。毒粒如同化学大分子物质，离开活细胞一般不表现任何生命特征。毒粒具有感染性，即在一定条件下具有进入寄主(宿主)细胞的能力。一旦病毒进入细胞后，即利用寄主细胞的大分子合成机构进行复制表达，从而导致病毒的繁殖，并随之表现出遗传、变异等一系列生命特征。（生物体）病毒在自然界中的生存方式毒粒和生物体2、病毒的主要特征：(l)个体极其微小（nm）(2)没有细胞结构，化学成分较简单（DNA/RNA）(3)缺乏完整的酶系统和独立的代谢能力(4)超级/专性寄生(5)具有双重存在方式（大分子、生物体）(6)病毒耐冷不耐热，对抗生素不敏感，对干扰素敏感。3、病毒的分类

根据寄主可分三大类：

动物病毒:以动物为寄主。（如口蹄疫病毒、狂犬病毒）植物病毒:以植物为寄主。（烟草花叶病毒）细菌病毒:以细菌或放线菌为寄主。（如噬菌体）3.2病毒的形态和大小形态多样，有杆状、球状、卵圆状、砖状、蝌蚪状、子弹状和丝状。3.2.1病毒的形态和大小三种基本形态病毒形态的5种分类(1)球形或近球形对人、动物和真菌致病的病毒多为球形。(2)杆状或丝状对植物、昆虫致病的病毒多呈杆状。此外，有的病毒颗粒呈多形性。(3)砖形或菠萝状常见于天花病毒、牛痘病毒等大型病毒。(4)弹形多见于狂犬病病毒、水泡性口膜炎病毒、植物弹状病毒等。(5)蝌蚪形为多数噬菌体的典型形态。2、病毒的大小测量单位：纳米（nm）测量病毒大小的标准是病毒粒子的直径。各种病毒粒子的大小相差10～20倍。根据其大小大致分为4个级别，大型病毒中大型病毒中小型病毒小型病毒等。大型病毒为200-300nm，如痘病毒(300nmx200nmx100nm)，比支原体还大一些，经染料或镀银法等染色后，可在光学显微镜下观察;中大型病毒为150-200nm.如副流感病毒、单纯疱疹病毒等;中小型病毒直径为80～120nm，如流行性感冒病毒、腺病毒和逆转录病毒等;小型病毒直径为20~30nm，如口蹄疫病毒、脊髓灰质炎病毒等;最小的病毒为菜豆畸矮病毒，其直径只有9～11nm。3、研究病毒大小与形态的方法①电子显微镜法:可直接观察病毒形态与结构，并测量其大小;②分级超滤膜过滤法:使用不同孔径的火棉胶滤膜或微孔滤膜过滤病毒悬液，以是否通过某孔径滤膜，估计病毒颗粒的大小;③超速离心沉淀法:根据病毒沉降速度的不同，采用超速离心法测得病毒的沉降系数(s)，用以推算病毒的相对分子质量与大小;④电离辐射与x线衍射分析法:主要用于研究病毒的结构和亚单位等。3.3病毒的化学组成

核酸（DNA或RNA）蛋白质脂质糖类少量主要成分1、核酸（DNA或RNA）

植物病毒：多为DNA。少为RNA；动物病毒：一部分DNA，一部分RNA；细菌病毒：普遍：DNA，极少RNA；真菌病毒：绝大多数RNA，是否含有

DNA还不清楚

DNA病毒分双链UNA(dsDNA)和单链

DNA(ssDNA);RNA病毒也有单链和双链之分。

DNA病毒多数为双链，少数为单链，

RNA病毒则多数是单链，极少数为双链，

功能：病毒遗传信息的载体。2、病毒蛋白不同种类的病毒，其所含蛋白质的种类也不同；有的含有一种蛋白，多数含有多种病毒蛋白。功能：构成病毒结构、病毒的侵染于增值过程中发挥作用。3、其它成分脂类：以脂质双分子层的形式存在于病毒包膜中；脂类构成了病毒包膜的脂质双层结构。糖类：以糖蛋白的形式存在于包膜的表面，决定病毒的抗原性。3.4病毒的结构和增殖3.4.1病毒的基本结构基本结构是指所有病毒都具有的结构，主要由基因组和蛋白衣壳组成的核衣壳构成。核衣壳是病毒核酸与蛋白质衣壳的总称。有些病毒的核衣壳就是病毒体，又称裸病毒。（1）病毒基因组基因组是指位于病毒体内部，编码病毒所有结构蛋白(指蛋白衣壳、基质蛋白、包膜中蛋白等)和非结构蛋白（不作为病毒体的结构，通常具有酶的活性）的核酸。一种病毒体内仅含一种类型的核酸:DNA或RNA，不会同时兼有两种，据此可将病毒分为DNA病毒和RNA病毒两大类。（2）蛋白衣壳包裹或镶嵌在病毒核酸外面，有病毒基因组编码的一层蛋白质。蛋白衣壳是由一定数量的壳粒组成。壳粒是包裹病毒核酸的一粒一粒的形态亚单位.每个壳粒由一条或几条多肽链折叠构成。电镜下：特定的排列形式-排列的对称性。病毒衣壳的对称性由于病毒核酸的螺旋构型不同，在衣壳上壳粒的数目和排列形式也不同，因此构成衣壳的对称性有：

立体对称型螺旋对称型三种类型复合对称型可作为鉴定病毒和分类的依据。衣壳主要起到保护病毒核酸，协助病毒感染的作用。

病毒衣壳的对称性3.4.2噬菌体以噬菌体为例噬菌体---一种感染细菌或放线菌的病毒。两大突出特点：活细胞中大量迅速繁殖子代；寄生性高度专一。噬菌体的三种基本形态（六大类群）蝌蚪形：球形：杆形3.4.3病毒的结构以蝌蚪形噬菌体为例：分为头、颈、尾三部分头：呈圆或多角形，外壳有蛋白质组成，内含核酸；DNA：双链；尾：由尾髓、尾鞘组成，由蛋白质组成；吸附器官：有六角形基片、刺突和尾丝组成。尾部3.4.4病毒的生长曲线和

一般增值过程1、一步生长曲线2、一般增值过程1、一步生长曲线定量描述病毒增殖规律的实验曲线—一步生长曲线。特征参数:潜伏期、裂解期和裂解量。其实验方法是:以适量的病毒接种于标准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附后，或高倍稀释病毒和细胞培养物，或以抗病毒抗血清处理病毒和细胞培养物以建立同步感染，然后继续培养，在病毒感染细胞后的不同时间定时取样，测定培养物中的感染性病毒效价（pfu），并以时间为横坐标，病毒效价的对数（lgpfu）为纵坐标，绘制获得一步生长曲线，即病毒的复制周期，分为潜伏期、裂解期和稳定期。一步生长曲线(1)潜伏期是指病毒粒吸附于细胞到受感染细胞释放出子代毒粒所需的最短时间。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。裂解量是每个受染细胞所产生的子代病毒粒子的平均数目，其值等于潜伏期受染细胞的数目除以稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。通过一步生长曲线测定，噬菌体的裂解量一般为几十~上百个，植物病毒和动物病毒可达数百~上万个。隐蔽期隐蔽期是指自病毒在受染细胞内消失到细胞内出现新的感染性病毒的时间。隐蔽期发生在病毒感染的早期，即在潜伏期的前一段，包括病毒的吸附、穿入、脱壳和生物合成。此时受染细胞内用血清学方法检测不出病毒抗原和用电镜检查不到感染性病毒颗粒，故称隐蔽期(eclipse)。不同病毒的隐蔽期长短不同，例如，DNA动物病毒的隐蔽期为5～20h，RNA动物病毒为2~l0h。(2)裂解期裂解期又称成熟期，是指发生在潜伏期之后的寄主细胞迅速裂解死亡，噬菌体粒子急剧增加的一段时间。此期发生在病毒感染的后期，包括病毒的装配和释放。复制周期的长短与病毒的种类有关，多数动物病毒的复制周期至少在24h以上。(3)稳定期

稳定期发生在裂解期末，是指感染后的寄主细胞全部被裂解，子代毒粒数目在最高处达到稳定的时期。2、一般增殖过程病毒的增殖,又称为病毒的复制。不同于其他微生物的繁殖。病毒增殖的基本特点是：①无生长过程；②不是以二分裂方式繁殖；③由病毒基因组的核酸指令宿主细胞复制大量病毒核酸，继而合成大量病毒蛋白质，最后装配形成大量子病毒，并自宿主细胞中释放出来。2、一般增殖过程包括5个步骤：吸附穿入和脱壳生物合成装配和成熟释放称为复制周期。(1)吸附病毒表面蛋白的吸附位点与寄主细胞膜上特定的病毒受体发生不可逆结合的过程，称为吸附。这是病毒感染细胞的第一步。吸附过程决定于两个条件。一是吸附温度，以决定病毒感染的真正开始，促使与酶反应相似的化学反应；二是病毒对组织的亲嗜性和病毒感染寄主的范围，以决定病毒吸附位点与细胞上受体的特异性。（2）穿入病毒吸附于寄主细胞膜上，可通过几种方式使核衣壳进入细胞内的过程称为穿入(penetration)。有包膜病毒，多数通过吸附部位的酶作用和病毒包膜与细胞膜的同源性等，发生包膜与寄主细胞膜的融合，使病毒核衣壳进入细胞质内。无包膜病毒，一般通过细胞膜以胞饮方式将核衣壳吞入。即病毒与细胞表面受体结合后，细胞膜折叠内陷，将病毒包裹其中，形成类似吞噬泡的结构使病毒原封不动地穿入细胞质内，此过程称为病毒胞饮。噬菌体吸附于细菌后，可能由细菌表面的酶类帮助噬菌体脱壳，使噬菌体核酸直接进入细菌细胞质内。脱壳穿入细胞质中的核衣壳脱去衣壳蛋白，使基因组核酸裸露的过程称为脱壳。脱壳是病毒能否复制的关键，病毒核酸如不暴露出来则无法发挥指令作用，病毒就不能进行复制。脱壳必须有酶的参与。多数病毒的脱壳依靠寄主细胞溶酶体酶的作用，这些特异性水解病毒衣壳蛋白的酶称为脱壳酶。有时病毒自身带有脱壳酶，有的没有。(3)生物合成病毒基因组核酸一经脱壳释放，即利用寄主细胞提供的低分子物质合成大量病毒核酸和结构蛋白，此过程为生物合成(biosynthesis)。病毒核酸在寄主细胞内主导生物合成的程序包括:

复制病毒自身的核酸、转录成功RNA、

mRNA转译病毒蛋白质。病毒mRNA转译病毒蛋白质是基于寄主细胞的蛋白合成机构。生物合成中的关键产物是病毒ｍRNA。(4)装配与成熟由病毒在寄主细胞内复制生成的病毒基因组，可与翻译成的病毒蛋白质(壳粒、包膜突起)装配(assembly)组合，形成成熟的病毒体。除痘类病毒外，DNA病毒均在细胞核内装配，RNA病毒与痘类病毒则在细胞质内装配。当衣壳蛋白达到一定浓度时，将聚合成衣壳并包装大小合适的核酸而形成核衣壳。无包膜病毒装配成核衣壳即为成熟的病毒体；有包膜病毒一般是在细胞核内或细胞质内装配核衣壳，然后以出芽形式释放时再包上核膜或细胞质膜后才为成熟病毒。(5)释放成熟病毒向细胞外释放(release)有下列两种方式。(1)破胞释放无包膜病毒的释放通过细胞破裂完成。当一个病毒感染细胞时，经复制周期可增殖数百至数千个子代病毒，最后寄主细胞破裂而将病毒全部释放至胞外。(2)出芽释放（三种）有膜病毒在细胞核内形成核衣壳，移至核膜处出芽获得细胞核膜成分，然后进入细胞质中穿过细胞膜释出而又包上一层细胞质膜成分，由此获得内外两层膜构成包膜。有些病毒在细胞核内装配成核衣壳后，通过细胞核裂隙进入细胞质，然后由细胞膜出芽释出，获得细胞质膜成分构成包膜。有些病毒如流感病毒和副流感病毒的RNA与病毒蛋白质在细胞质内装配成螺旋对称型核衣壳，此时寄主细胞膜内已掺入病毒包膜的抗原成分(病毒血凝素和神经氨酸酶)，这些部位便是核衣壳出芽的位置。随后当病毒通过细胞膜出芽时，获得寄主细胞膜成分和其中的病毒抗原构成包膜。（2）出芽释放噬菌体感染生物后

产生的两种情况（1）可在寄主细胞内繁殖

1）不杀死寄主细胞，而是随寄主繁殖，延续其子代。一般细胞不破裂，只是细胞的某些特性发生改变；

2）杀死寄主细胞，寄主细胞破裂，释放出大量子代噬菌体。------烈性噬菌体（2）在寄主细胞内不繁殖，而是潜伏在寄主细胞内，与其共生存。---溶源状态这种噬菌体称为溶源性噬菌体或温和性噬菌体。具有遗传性。病毒的应用鉴定病原菌，治疗疾病防止害虫遗传学方面的应用3.5亚病毒粒子1、类病毒2、卫星病毒3、卫星RNA4、朊病毒1、类病毒

定义：类病毒是一类无蛋白衣壳，仅有一条裸露的闭合环状单链RNA分子，能感染寄主细胞并在其中自我复制，使寄主产生病症的最小病原体。

特性：（1）所有类病毒RNA均无mRNA活性，不具有编码衣壳蛋白能力。类病毒RNA基因组必须转运到植物细胞核中，并依赖寄主细胞的DNA依赖的RNA聚合酶才能进行复制。（2）类病毒对热和脂溶剂有抗性。危害性：迄今已鉴定的类病毒达20多种，每种类病毒都有一定的寄主范围。类病毒能引起马铃薯、番茄、苹果、柑橘、椰子等许多经济植物发生缩叶病、矮化病等严重病害。如马铃薯纺锤形块茎病、柑橘裂皮病、菊花矮缩病、椰子坏死病等。其传染途径是通过汁液摩擦传染和种子传染或无性繁殖材料传染。其传染力很强，潜伏期长，侵入后RNA能在敏感细胞内自我复制，并不需要辅助病毒。至于类病毒与人类和动物疾病之间的关系尚不清楚。1、类病毒2、卫星病毒定义：卫星病毒具有单链RNA基因组。特性：基因组长度为500-2000个核苷酸，它必须依赖辅助病毒才能复制.

但与辅助病毒基因组之间无核酸序列的同源性。有些卫星病毒被划归亚病毒，如腺联病毒、大肠杆菌噬菌体、卫星烟草坏死病毒、卫星烟草花叶病毒、丁型肝炎病毒等。卫星病毒多与植物感染有关，其中与人类疾病相关的仅有丁型肝炎病毒(HDV)一种。卫星病毒有两种类型:

（1）可编码自身衣壳蛋白(如HＤV)；（2）不编码自身衣壳蛋白，仅为病毒RNA分子，后者称为卫星RNA.2、卫星病毒(1)植物卫星病毒植物卫星病毒已发现多种，它们都依赖辅助病毒提供复制酶进行复制，并都能编码衣壳蛋白。植物卫星病毒对辅助病毒的依赖性相当专一，如卫星烟草花叶病毒（STNV）的复制只能依赖烟草坏死病毒(TNV)的辅助。(2)丁型肝炎病毒丁型肝炎病毒(HDV)必须利用乙型肝炎病毒的包膜蛋白才能完成其复制，土拨鼠肝炎病毒亦能辅助其复制。HDV和类病毒一样，以其RNA为模板，利用寄主的依赖DNA的RNA聚合酶，复制产生子代RNA分子。2、卫星病毒3、卫星RNA定义：卫星RNA原称拟病毒，是引起苜蓿、绒毛菸等植物病害的一种亚病毒，具有高度二级结构的单股共价闭合环状RNA分子，有300～400个核苷酸。特性：卫星RNA是感染病毒的病毒，复制时常干扰辅助病毒的增殖，可加入或从病毒中去除(分离)，并维持其独立的遗传特性，与寄主(病毒)及其寄主的寄主(细胞)无关。许多卫星RNA能显著影响其辅助病毒在寄主中所产生的症状，有的能加重症状，有的能明显减轻症状。4、朊病毒定义：朊病毒也称朊粒，是一类很小的、具有很强传染性并在寄主细胞内复制的蛋白质致病颗粒。(又称奇异病毒)中心法则：

特性：朊病毒没有核酸，无免疫原性，是一种特殊的糖蛋白，对核酸失活的各种理化因子有较强的抵抗力。如对r射线、紫外线、蛋白酶、消毒剂(乙醇、过氧化氢、高锰酸钾、碘、甲醛)、去垢剂、有机溶剂和常规的高压灭菌等有很强的抵抗力。4、朊病毒危害性

现在已知的人和动物朊病毒病有:①人的库鲁病或颤抖病(发现于新几内亚东部高原的一种中枢神经系统退化症)；②克雅氏病或传染性病毒痴呆；③吉斯特曼一斯召斯列综合征；④致死性家族失眠病；⑤绵羊瘙痒病；⑥山羊瘙痒病；⑦大耳鹿慢性消耗病；⑧牛海绵脑病

(即疯牛病，简称BSE)；⑨猫海绵脑病；⑩传染性雪貂白质脑病。4、朊病毒朊病毒病的共同特点是均引起中枢神经系统慢性退化性病变，患者表现为丧失自主控制、痴呆、麻痹、消瘦并最终死亡。病理学特点是大脑皮质的神经元细胞退化，空泡变性、死亡、消失，被星状细胞取而代之，因而出现海绵状态。大脑皮质变薄、变性相对增加，因此成为海绵脑病或白质脑病。患者脑组织在光学显微镜下可见大量针状孔洞，并伴有星状细胞胶质化。实验证明，1996年在英国发现疯牛病的朊病毒蛋白PrP的确能传染给人类，应加以严防。4、朊病毒危害性3.6病毒的抵抗力与变异1、病毒对物化因素的抵抗力（1）物理温度、射线、干燥（2）化学

pH值和离子环境、脂溶剂、染料、化学消毒剂、特殊杀病毒剂物理因素（1）温度多数病毒耐冷不耐热，离开机体后在室温中只能存活数小时，4℃条件下几天就被灭活。某些病毒(如肝炎病毒和肠道病毒)抵抗力较强，能在自然界中存活数日至数月。大多数病毒经加热60℃，30min即可被灭活，但乙肝病毒需加热100℃，10min才能被灭活。保藏：病毒在低温下活性不易丧失。低温成为人类保存病毒活力的有效方法。在-70℃~20℃可保存几个月；在-l96℃(液氮)中则能存活几年。经冷冻干燥处理的病毒在4℃下可永久保存。许多病毒在有蛋白质和盐存在的条件下较稳定。因此，在研制活疫苗时添加盐类有利于疫苗的保存。.(2)射线病毒对r射线、x射线和紫外线敏感，易变性、钝化，受直射日光和紫外线照射后即失去传染性，但其照射剂量要比细菌大。射线能灭活病毒是因为其光量子可毁病毒核酸的分子结构，使其失去生物活性。辐射钝化单链核酸的作用较强，能导致多核苷酸链的致死性断裂，而对双链核酸仅有一条链断裂。紫外线对DNA的作用是导致多核苷酸链上邻近的嘧啶形成二聚体。有些病毒(如脊髓灰质炎病毒)经紫外线灭活后，再遇到可见光照射后，激活修复酶可使灭活的病毒复活，此现象称为光复活作用。(3)干燥在常温下，干燥易使病毒灭活，但若冷冻后进行真空干燥，可使病毒长久存活(数年至数十年)，故常用此法保存病毒毒种。化学因素(1)pH和离子环境病毒一般在pH5~9的环境和生理盐溶液中稳定，镁离子盐类(如MgCl２、MgSO4等)或Na2SO4，可保持病毒的活力，有些活病毒疫苗制剂中常加这类稳定剂。保存病毒以中性或偏碱条件较好。多数病毒在50%中性甘油盐水中能长久存活，常用于制备牛痘苗或保存含病毒的组织块。实验室常用酸性或碱性消毒剂(3%～5%石炭酸溶液