环境微生物学

环境微生物学第1页/共59页一、病毒（Virus）（一）概念与特点

概念：病毒是具有特异活细胞寄生性，由核酸蛋白粒子构成的一种分子生物；在活体外具一般大分子特征、进入宿主细胞则具生命特征。最大的病毒—牛痘苗病毒最小的病毒—脊椎灰质炎病毒第2页/共59页特点1．个体极小，须借助电子显微镜观察，大小用纳米（nm）表示。2．没有细胞结构，化学组成简单。3．繁殖必须在特定活宿主细胞内进行。脱离宿主活细胞呈分子状态，不具任何生命特征，但可长期保持侵染力。4．没有独立的代谢活动（呼吸、生物合成）。5．大多数病毒由蛋白质与核酸组成大分子，只含单一类型核酸（DNA或RNA），不同时具有RNA和DNA。6．以核酸与蛋白质的装配实现大量繁殖。7．一般对抗生素不敏感，对干扰素敏感。第3页/共59页（二）病毒的形态构造１．病毒的基本成分２．病毒粒子种类３．病毒粒子构造４．病毒的基本形状

第4页/共59页1．病毒的基本成分核酸和蛋白质组成核衣壳核酸：位于中心形成核心蛋白质：包围核心构成衣壳附加结构：复杂病毒在核衣壳外有一层包膜（含蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜）覆盖，包膜的有无是病毒特征之一第5页/共59页2.病毒粒子种类病毒个体又叫病毒粒子，是成熟的、完整的、有感染性的病毒颗粒，分为有封套（包膜）的病毒粒子和无封套（包膜）的病毒粒子二种。第6页/共59页3.病毒粒子构造无封套(包膜)的病毒粒子

A.衣壳粒(一种对称蛋白质外壳,包围着病毒的核酸基因组，由多肽组成蛋白质亚单位)。

B.壳体：由多个衣壳粒组成。

C.核衣壳（核壳体）：是衣壳与其包围着的核酸的总称。有封套(包膜)的病毒粒子

A.衣壳粒

B.壳体

C.核衣壳（核壳体）

D.封套（包膜）第7页/共59页4.病毒的基本形状

大多数病毒核衣壳的构型为二种：蛋白质亚基作螺旋式排列而呈杆状、棒状；蛋白质亚基以二十面体对称的方式排列，因此呈近似球状。病毒的基本形态为三种：杆状、球状和这两种形态结合的复合型。病毒粒子通常形成螺旋对称、二十面体对称和复合对称（前二种接合）。第8页/共59页螺旋对称病毒——TMV第9页/共59页二十面体对称病毒——腺病毒第10页/共59页复合对称病毒——噬菌体第11页/共59页病毒：非细胞型+专性寄生+微生物寄生在微生物中的病毒特称噬菌体。（一）形态和大小形态多种多样痘病毒，如天花弹状病毒，如狂犬病副粘病毒，如腮腺炎流感病毒

噬菌体腺病毒，上呼吸道感染丝状病毒,如病毒出血热杆状病毒，如烟草病毒多瘤乳头病毒，如宫颈癌冠状病毒非典病毒爱滋病毒球状噬菌体直径只有30nm最大的病毒仅

300-450×170-260nm1nm=10-9m只能用电子显微镜观察（×10～18万倍）第12页/共59页病毒的群体形态1.大量聚集；2.使宿主发生病变；3.用光镜可以观察识别的具有一定形态、构造的“群体”。

动、植物细胞中病毒形成——包涵体噬菌体在细菌菌落上形成——噬菌斑动物病毒在细胞培养物上形成——空斑植物病毒在叶片上形成——枯斑第13页/共59页包涵体第14页/共59页噬菌斑（plaque）分枝杆菌噬菌体感染样本内的结核分枝杆菌复合群第15页/共59页空斑(plaque

)

第16页/共59页枯斑第17页/共59页（三）病毒的化学组成1.病毒核酸：每一种病毒只含单一类型的核酸。病毒的核酸与蛋白质分离以后，核酸仍具有侵染力，说明病毒的主要遗传物质是DAN、RNA。

2.病毒蛋白质：蛋白质是病毒的主要成分，占95%左右，蛋白质的主要作用：

①构成病毒粒子外壳，保护核酸；

②具有识别能力，一定的病毒只感染一定的对象；

③具有抗原性；

④构成病毒组成中的酶。

3.病毒的其他物质：如脂质，碳水化合物，多糖，以及有机阳离子化合物如胺，无机阳离子等。第18页/共59页病毒的核酸1.核酸类型：单链DNA(ssDNA)

双链DNA(dsDNA)

单链RNA(ssRNA)

双链RNA(dsRNA)2.核酸的结构特征：粘性末端循环排列末端重复序列第19页/共59页病毒的蛋白1.结构蛋白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，包括壳体蛋白、包膜蛋白和毒粒中的酶等。2.非结构蛋白由病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但不结合于毒粒中的蛋白质。第20页/共59页病毒粒子的结构蛋白1.壳体蛋白：构成病毒的壳体，保护病毒的核酸。无包膜病毒的壳体蛋白参与病毒的吸附、进入，决定病毒的宿主嗜性，它们也是病毒的表面抗原。2.包膜蛋白：构成病毒的包膜结构，分为包膜糖蛋白和基质蛋白两类。前者是病毒的主要表面抗原，多为吸附蛋白，它们与细胞受体相互作用启动病毒感染发生；后者肯有支撑包膜，维持病毒结构的作用，并在病毒芽出成熟过程中起重要作用。3.毒粒酶：来源有三，来自宿主的细胞酶；病毒本身的非结构蛋白（聚合酶）；存在于毒粒内的酶（毒粒酶）。功用分为两类，一是参与病毒进入、释放等过程，二是参与病毒的大分子合成。第21页/共59页病毒＝非细胞型+专性寄生+微生物没有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核以及各种细胞器经典病毒（包膜）+蛋白质衣壳+核酸+极少量(或没有)酶蛋白；爱滋疱疹包膜—来自寄主的细胞膜RNA或DNA逆转录酶蛋白非细胞型第22页/共59页（四）病毒类型及其繁殖方式动物病毒：球形、卵园形、砖形植物病毒：杆状、丝状、球状昆虫病毒：多角形细菌病毒（噬菌体）：蝌蚪形、微球形、丝状第23页/共59页细菌病毒（噬菌体）噬菌体是寄生细菌的病毒的总称，源于希腊文"phagos"，是“吞噬”的意思。噬菌体具有病毒的一般特性，噬菌体大多数是专性的，只在一种细菌的特定菌株中寄生，也有些噬菌体能进入并寄生于多种寄主。噬菌体分毒（裂）性噬菌体和温和噬菌体。毒性噬菌体能裂解寄主细胞，通常把毒性噬菌体看作噬菌体的正常表现，病毒的复制也可以用毒性噬菌体入侵寄主的过程来说明。温和噬菌体不裂解寄主细胞，与寄主细胞同步繁殖的病毒。第24页/共59页噬菌体的繁殖1.吸附：噬菌体与敏感的寄主细胞接触，在寄主细胞的特异性受点上结合。2.侵入：噬菌体吸附在细菌细胞壁的受点上以后，核酸注入细菌细胞中，蛋白质壳体留在外面。3.核酸复制：噬菌体核酸进入寄主细胞后，操纵寄主细胞的代谢机能，大量复制噬菌体核酸，但不形成带壳体的粒子，称为潜育期。4.粒子成熟：寄主细胞合成噬菌体壳体,形成完整的噬菌体粒子。5.寄主细胞裂解：噬菌体粒子成熟，引起寄主细胞的裂解释放出病毒粒子第25页/共59页噬菌体只侵染细菌、真菌、放线菌等微生物温和噬菌体重组并长期潜伏—溶源细菌

烈性噬菌体

繁殖破裂宿主自然界细菌多数都是溶源性细菌第26页/共59页在一些诱导因子（如射线、化学诱导剂）作用下，溶源性细菌中的病毒核酸会脱离寄主，从而变为烈性噬菌体，大量复制，分裂寄主细胞。自然状态下溶源细菌十分稳定，只有千分之一至百万分之一的溶源细菌裂变，并且这类溶源细菌还对感染它们的噬菌体带有了免疫性。溶源现象的生物意义是什么？自我保护机制（反间计），细菌不仅获得了免疫特性，而且增多了自身的遗传类型，提高了进化程度，可谓一举而两得，化害为利。病毒主要是通过食物、接触、空气传播的，但也可以通过饮用水传播。溶源转化第27页/共59页人类和动物病毒

动物病毒基因组的结构类型多种多样，每一种都有其独特的复制方式和表达形式。动物病毒分为两类：杀死细胞病毒和非杀死细胞病毒。1.由杀死细胞病毒引起的感染：使细胞受到破坏成为死亡。如人脊髓灰质病毒。2.由非杀细胞病毒引起的感染：状态稳定，不引起明显的损伤，但持续感染。第28页/共59页植物病毒植物病毒的专一性不强，一种病毒往往能寄生于不同种的植物上。病毒侵染植物除造成外部症状外，在感染细胞内形成细胞内含体（结晶形或非结晶形）。感染病毒的植物对病毒有抵抗作用，形式如下。1.病毒的定域化：不发生全身感染，只发生局部感染。2.病毒相互作用：。

A.干扰作用：一种病毒影响他种病毒的感染。

B.防御作用：先入病毒对后入病毒侵染起防御作用。3.获得抗性：植物感染某一病毒后，对某一种或其它种病毒具有抗性。第29页/共59页植物病毒感染

1.由于角质化或腊质化表皮和细胞壁的存在,植物病毒只能通过机械损伤的伤口进入细胞,或者靠有吮吸式口器的昆虫取食时带入细胞.

2.植物病毒进入细胞后,增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动蛋白与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞.第30页/共59页昆虫病毒昆虫病毒的结构基本分为三类：

1.核型多角体病毒:在昆虫细胞核内增殖的、具有蛋白质包涵体的杆状病毒。

2.质型多角体病毒：在昆虫细胞质内增殖的、可形成蛋白质包涵体的球状病毒。

3.颗粒体病毒：具有蛋白质包涵体，每个包涵体内仅含一病毒粒的病毒。第31页/共59页病毒的感染1.吸附:病毒表面蛋白与细胞受体特异性结合,导致病毒附着于细胞表面.2.侵入:又称病毒内化是病毒吸附后发生的依赖于能量的感染步骤.病毒进入细胞的机制有几种.a.完整病毒穿过细胞膜的移位方式;b.利用细胞的内吞功能进入细胞(病毒入胞);c.毒粒包膜与细胞质膜融合,病毒内部组分释放到细胞质中.3.脱壳:病毒侵入后,包膜或壳体除去而释放出病毒核酸的过程,是病毒基因组功能表达所必需的感染事件.第32页/共59页？没有独立酶系统，寄生繁殖。繁殖——生物。如艾滋病毒专性寄生入侵DNA重组病毒蛋白合成新病毒装配，释放第33页/共59页病毒大分子合成合成是通过病毒基因组的表达与复制完成的，这一过程中存在着严格的时序性，分成三个连续的阶段:

1.病毒早期基因的表达;2.病毒基因组的复制;3.病毒晚期基因的表达第34页/共59页二、亚病毒目前所知最简单的生命形式，没有真病毒的形态结构，是只具有核酸基因组或只具有蛋白质的分子病原体，能利用非自身编码的酶系统进行复制，有侵染性，并可在寄主中引起症状。分为三类。类病毒：一种低相对分子质量的RNA；拟病毒：具有核酸基因组；朊病毒：一种蛋白质侵染颗粒。第35页/共59页亚病毒的基本类型名称

基本特征

（真）病毒含有蛋白质和核酸两类物质

类病毒含有具有单独侵染性的核糖核酸（RNA）分子

拟病毒只含有不具备侵染性的RNA

朊病毒没有核酸而有感染性的蛋白质颗粒亚病毒第36页/共59页类病毒寄生于活细胞（植物体）中一类最小病原体。在结构组成上比病毒更简单，仅是一个没有蛋白质外壳的游离的环状单链RNA分子（暂未发现DNA的类病毒）。类病毒的自然形状是特殊棍棒状的二级结构。

在自然条件下，类病毒是严格的纯寄生；类病毒具有高度侵染性，在感染的植物组织中，类病毒未出现有病毒样的颗粒；这种小分子RNA能在敏感细胞中自我复制第37页/共59页拟病毒是一些必须依赖于辅助病毒的才能复制的小分子单链RNA或DNA片段，它被包装在辅助病毒的壳体中，本身对于辅助病毒的复制不是必需的，且它与辅助病毒的基因无明显的同源性。

拟病毒和病毒利用寄主细胞的能量、原料及酶一样，可以认为拟病毒是寄生于辅助病毒的小分子寄生物第38页/共59页朊病毒只含蛋白质外壳不含核酸的病毒。是一类能引起哺乳动物亚急性海绵样脑病的病原因子。朊病毒是众多假说之一，它的本质并未完全明确，可作为未分类的病原因子。第39页/共59页朊病毒提出之前，曾经有许多不同的名称，如非寻常病毒、慢病毒、传染性大脑样变等，大量实验研究表明，它是一组至今不能查到任何核酸，对各种理化作用具有很强抵抗力，传染性极强，分子量在2.7万～3万的蛋白质颗粒，它是能在人和动物中引起可传染性脑病(TSE)的一个特殊的病因。

朊病毒已经超出了经典病毒学的生物学概念，研究表明，蛋白质在特定条件下发生突变或构型上的变化，由良性变为恶性，即变为具有传染性的蛋白质颗粒，这一观点向传统观点提出了强有力的挑战。第40页/共59页

朊病毒是唯一缺乏核酸的传染性因子，用转基因技术在地鼠身上试验证明，只要一个氨基