微生物学课件：第三章 病毒和亚病毒

MICROBIOLOGY第三章病毒和亚病毒1病毒的特点病毒与细胞型生物相比较，有以下几方面的特点：①形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察到，一般都可通过细菌滤器；②没有细胞构造，其主要成分仅是核酸和蛋白质两种，故也称分子生物；③每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA；④既无产能酶系也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质组分；⑤在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖；⑥在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可长期保持其侵染活力；⑦对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；⑧有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。2第一节病毒一、病毒的形态结构和化学成分二、四类病毒及其繁殖方式第二节亚病毒一、类病毒二、拟病毒三、朊病毒第三节病毒与实践一、噬菌体与发酵工业二、昆虫病毒三、病毒在基因工程中的应用3第一节病毒病毒是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”，其本质是一种只含DNA或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。4一、病毒的形态结构和化学成分二、四类病毒及其繁殖方式5一、病毒的形态结构和化学成分(一)病毒的大小与形态(二)三类典型形态的病毒及其代表(三)病毒的核酸和蛋白6

病毒名称

大小或直径（纳米）

最大的病毒

虫痘病毒450

牛痘苗病毒

300X250X100最长的病毒

柑橘衰退病毒2000

甜菜黄花病毒1250X10

铜绿假单胞菌噬菌体

1300X10最小的病毒

口蹄疫病毒21

乙型肝炎病毒18

苜蓿花叶病毒16.5

玉米条纹病毒12-8

烟草坏死病毒16

菜豆畸矮病毒

9-11最细的病毒

大肠杆菌的f1噬菌体5X8001病毒的大小(一)病毒的大小与形态782、病毒的形态球状病毒杆状病毒砖形病毒有包膜的球状病毒具有球状头部的病毒封于包含体内的昆虫病毒910113、病毒粒子的构造病毒粒（子）：指成熟的结构完整的和有感染性的单个病毒。基本成分为核酸和蛋白质。衣壳：病毒的蛋白外壳衣壳粒：构成病毒衣壳的，在电镜下可辨别的形态学蛋白亚单位，称为衣壳粒。核衣壳：核心和衣壳合称核衣壳包膜：有些较复杂的病毒，其核衣壳外还被一层蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜覆盖刺突：包膜上的附属物121314乙肝病毒构造15廿面体对称的结构

(球状)

螺旋对称的结构

(杆状)

复合对称的结构

(蝌蚪状)典型的病毒粒子的形态161、螺旋对称的代表：含ssRNA烟草花叶病毒（TMVTobacco）(二)三类典型形态的病毒及其代表TMV长300nm外径15nm，内径4nm衣壳含2130个衣壳粒有130个螺旋172、二十面体对称的代表：含dsDNA的腺病毒腺病毒直径70~80nm衣壳由252个衣壳粒组成包括12个五邻体240个六邻体183、复合对称的代表：含dsDNA的T偶数噬菌体1920(三)病毒的核酸和蛋白DNAssDNA——线状、环状dsDNA——线状、环状RNAssRNA——线状、环状dsRNA——线状、环状1、病毒的核酸21TypesofViralGenomes22

核酸：一种病毒只含有一种核酸，RNA或DNA；植物病毒大多数属RNA型，少数DNA型；细菌病毒多数属DNA型，少数属RNA型；而动物病毒有的属DNA型，有的属RNA型。此外，无论DNA还是RNA都有单链和双链之分；核酸有正链、负链之分。

232、病毒的蛋白质

是病毒的主要成分，种类不多，蛋白含量随病毒种类不同而不同(40~96%)。病毒蛋白质结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于毒粒中的蛋白质。构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质壳体蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶；24

病毒蛋白的功能：(1)构成病毒粒子外壳，使病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏;(2)决定病毒的感染的特异性等。

25

3、病毒的脂类和糖类：少数有包膜的大型病毒除含有蛋白和核酸以外，还含有脂类和糖类。26噬菌斑：是由噬菌体在菌苔上形成的“负菌落”。是由于噬菌体侵蚀裂解菌苔上的细菌细胞而逐步形成的噬菌体群体(四)病毒的群体形态27包涵体：在某些感染病毒的宿主细胞内，出现光学显微镜可见的大小、形态和数量不等的小体，称为包涵体。是寄主细胞经病毒感染后形成的蛋白质晶体，它主要是由一些病毒亚基、完整的病毒体和寄主编码的蛋白质在受侵染的细胞中形成的聚集体，包涵体内含零到几个病毒粒子。可分为颗粒体包涵体和多角体包涵体，多角体包涵体又可分为核型多角体包涵体和质型多角体包涵体。空斑：由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的空斑。枯斑：由植物病毒在植物叶片上形成的枯斑。28Plaquesonanimalcellculture29二、4类病毒及其繁殖方式(一)原核生物的病毒——噬菌体(二)植物病毒(三)人类和脊椎动物病毒(四)昆虫病毒30病毒增殖的特点：严格细胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖毒粒宿主细胞有繁殖性的病毒基因组具有感染性的毒粒消失病毒基因组复制、表达病毒核酸和蛋白质装配形成具有感染性的毒粒释放至细胞外原料；能量；生物合成场所；31(一)原核生物的病毒——噬菌体形态及核酸类型代表——大肠杆菌T偶数噬菌体321.噬菌体的繁殖烈性噬菌体感染细菌后凡在短时间内完成增殖、成熟和裂解的噬菌体为烈性噬菌体。烈性噬菌体进入细菌细胞后马上大量复制，子代噬菌体以裂解的形式释放。裂解性周期烈性噬菌体所经历的繁殖过程。包括吸附、侵入、增殖、装配、裂解五个过程。33Virusmultiplication3435吸附感染复数：每一敏感细菌所能吸附的相应噬菌体的数量。36影响吸附作用的内外因素：①

噬菌体的数量：由于每一宿主细胞表面的特异受体有限，因此所能吸附噬菌体的数目也有一定限量。②

阳离子：Ca2+、Mg2+和Ba2+等阳离子对吸附有促进作用；Al3+、Fe3+和Cr3+等阳离子则可引起失活。③

辅助因子：色氨酸、生物素可促进吸附作用。④

pH值：在中性时有利于吸附，在<5和>10时不易吸附。⑤

温度：在生长最适温度范围内最有利于吸附。37(2)侵入有尾噬菌体的侵入：以注射方式将噬菌体核酸注入细胞吸附尾钉固着尾鞘收缩尾管穿入DNA注入如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现象称为自外裂解（lysisfromwithout）。38动物病毒的侵入：以3种方式侵入39病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成病毒复制所需要的病毒特异性酶蛋白及蛋白质外壳的合成（5种核酸，6条途径）(3)增殖40病毒基因组的表达与复制存在着强烈的时序性病毒基因组进入胞内宿主细胞的代谢发生改变病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。414243(4)装配新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟（maturation）或形态发生（morphogenesis）。44T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程45释放（裂解）主要有两种方式第一种是当宿主细胞内大量子代噬菌体成熟后，由于水解细胞膜的脂肪酸酶和水解细胞壁的溶菌酶的作用，从细胞内部促进了细胞的裂解，从而实现了噬菌体的释放；第二种是噬菌体成熟后并不破坏细胞壁，而是一个个的噬菌体DNA外出穿过细胞膜时才与衣壳蛋白结合，然后穿出细胞，这种情况下，宿主细胞仍可继续生存。成熟的子代病毒颗粒然后依一定途径释放到细胞外46474849自外裂解：大量噬菌体吸附在同一宿主细胞表面并释放众多的溶菌酶，最终因外在的原因而导致细胞裂解。裂解量：每个感染了噬菌体的细菌细胞平均释放的子代噬菌体颗粒的数目。噬菌体的相互排斥作用：如果有两种或两种以上不同的噬菌体同时侵入一个宿主细胞，最后只有一种噬菌体得以增殖，且不影响其释放的子代噬菌体数量，称为噬菌体的相互排斥作用。502.噬菌体效价的测定噬菌体效价：表示每ML试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数。常用双层平板法测定噬菌体的效价。双层平板法底层平板（2%琼脂培养基7~8ml）上层平板上层培养基（1%琼脂培养基3ml）宿主菌悬液敏感噬菌体

51Plaqueassay52532.噬菌体效价的测定使用双层平板法的优点①

加了底层培养基后，可使原来底面不平的玻璃皿的缺陷得到了弥补；②

所形成全部噬菌斑都接近处于同一平面上，因此不仅每一噬菌斑的大小接近、边缘清晰，而且不致发生上下噬菌斑的重叠现象；③

因上层培养基中琼脂较稀，故形成噬菌斑较大，更利于计数。54553.一步生长曲线定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线。一步生长曲线的绘制：用噬菌体的稀释液去感染高浓度的宿主细胞，以保证每个细胞所吸附的噬菌体至多只有一个，经数分钟后，在混合液中加入适量的相应抗血清，借以中和尚未吸附的噬菌体。然后用保温的培养液稀释此混合液，同时终止抗血清的作用，随即置于适宜的温度下培养。其间每隔数分钟取样，连续测定其效价，再把结果绘制成图即可。56感染后培养过程被噬菌体侵染的菌群培养过程定时取培养液与敏感菌混合平板培养不同取样时间培养液与敏感菌混合平板培养产生的噬菌斑数量的动态57(2)裂解期

紧接在潜伏期后的宿主细胞迅速裂解、溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。(3)平稳期

指感染后的宿主细胞已全部裂解，溶液中噬菌体效价达到最高点的时期。5859

一步生长曲线分三个时期：

(1)潜伏期

指噬菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个成熟噬菌体粒子装配前的一段时间。可分两个时期隐晦期在潜伏期前期人为地裂解宿主细胞后，此裂解液仍无侵染性的一段时间胞内积累期在潜伏期后期人为裂解宿主细胞后，其裂解液已呈现侵染性的一段时间60TimecourseofeventsinphageT4infection614.溶源性温和噬菌体：进入细菌细胞后其核酸就整合到细菌的核酸中，即并不马上复制而使细胞裂解。前噬菌体：以核酸的形式整合在寄主细胞染色体上的温和噬菌体称为前噬菌体。6263ThealternativesoninfectionareintegrationofthevirusDNAintothehostDNA(lysogenization)orreplicationandreleaseofmaturevirus(lysis).Thelysogeniccellcanalsobeinducedtoproducematurevirusandlyse.

64温和噬菌体的存在形式游离态指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子整合态指已整合到宿主基因组上的前噬菌体。营养态指前噬菌体经理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制、合成和装配的状态。65细菌的溶源转变当正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫性以外的新遗传性状的现象，称为溶源转变。溶源菌含前噬菌体的细菌。66(二)植物病毒多为ssRNA病毒感染症状因叶绿素被破坏或不能合成而使叶片发生花叶、黄化或红化植株发生矮化、丛枝或畸形形成枯斑或坏死67Themanyfacesofviruses:plantviruses

68YellowmosaicsymptomsonlettucecausedbyLettucemosaicvirusFruitdistortiononeggplantfruitcausedbyTomatobushystuntvirus69(三)人类和脊椎动物病毒可分为dsDNA、ssDNA、dsRNA、ssRNA病毒艾滋病病毒（HIV）属逆转病毒，含有反转录酶，能以病毒的ssRNA为模板转录出dsDNA并将其整合到宿主的核基因组上的病毒

70艾滋病的病原体：

人类免疫缺陷病毒的构造HIV侵染人的淋巴组织71冠状病毒:（Coronavirus）

手足口病72Possibleeffectsthatanimalvirusesmayhaveoncellstheyeffect73(四)昆虫病毒核型多角体病毒质型多角体病毒颗粒体病毒无包涵体病毒Spodoptera

exigua

infectedbyNPV74细胞中的昆虫多角体病毒昆虫病毒基本分三类:

(1)

病毒核衣壳颗粒为游离的，没有囊膜包被，也没有结晶状蛋白质包被的；(2)

核衣壳外有囊膜包被的；(3)

核衣壳外面有很多蛋白质晶体包被，形成多角形的包涵体，呈四面、长方、六面和十二面等，所以称为多角体病毒。

75第二节亚病毒

凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中之一的分子病原体，称为亚病毒。

76一、类病毒是一类只含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病原体。为裸露的环状ssRNA，通常由246~375个核苷酸分子组成。由于它们具有感染作用，类似于病毒，故称为类病毒（viroid）。类病毒不能像病毒那样感染细胞，只有当植物细胞受到损伤，失去了膜屏障，它们才能在供体植株与受体植株间传染。

77最早发现的类病毒

马铃薯纺锤形块茎病类病毒，为裸露的闭合环状ssRNA，相对分子质量为1.2×105，整个环由两个互补的半体组成，其一含179个核苷酸，另一含180个核苷酸。发现类病毒对生命科学研究的意义

①为探索生命起源提供一个新的低层次的好对象；②为研究生物大分子提供一个绝好的材料；③为揭开人类和动、植物的各种传染性疑难杂症的病因带来一个新的视角；④为哲学家对生命本质问题的认识提供一个新的例证。78二、拟病毒

是指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。一般仅有裸露的RNA或DNA所组成。目前发现的主要为RNA。拟病毒首次是在绒毛烟斑驳病毒中分离到。该病毒是一种直径为30nm的二十面体病毒，在其核心中除含有大分子线状ssRNA（RNA-1，属病毒）外，还含有环状ssRNA（RNA-2）及其线状形式（RNA-3），后两者即为拟病毒。实验证明，只有当RNA-1与RNA-2或RNA-3合在一起时才能感染宿主。79三、朊病毒定义：

是一类不含核酸的传染性蛋白质分子，因能引起宿主体内现成的同类蛋白质分子发生与其相似的构象变化，从而可使宿主致病。

特点：①呈淀粉样颗粒状②无免疫原性③无核酸成分④由宿主细胞内的核酸编码⑤抗逆性强，能耐杀菌剂和高温80朊病毒——羊瘙痒病1982年S.B.Prusiner以叙利亚仓鼠为实验材料，发现羊瘙痒病（scrapie）的病原体是一种蛋白质，不含核酸，命名为prion，译为蛋白质感染因子或朊病毒，Prusiner因此项发现更新了医学感染的概念，获1997年的诺贝尔生理与医学奖。81朊病毒——疯牛病疯牛病，即牛海绵状脑病（bovinespongiformencephalopathy，BSE）也属于此类疾病，发现于1986年，是由于牛被喂以由死羊骨粉制造的饲料而被感染，病牛脑内灰质及神经元都有典型的海绵状退化，出现淀粉样（amyloid）