微生物课件第3章

第三章

病毒和亚病毒天花病毒（Variolavirus）：dsDNA

公元前2-3世纪存在，最早记载公元860-932公元10世纪，我国人工接种预防天花(smallpox)1798年，英国医生E.Jenner牛痘预防天花，1980年5月，天花消灭病毒发现和研究历史：流感病毒（influenzavirus）:ｓｓＲＮＡ1346-1351；1918-1919，西班牙流感，全球1/5人口，死亡2500万人；1957，亚洲流感，1968，香港流感，100多万人1997，香港，禽流感(a)Humaninfluenzavirus.Notetheflexibilityoftheenvelopeandthespikesprojectingfromitssurface(282,000).(b)Diagramoftheinfluenzavirion.1886年，A.Mayer发现具有传染性的烟草花叶病；1892年，D.Ivanovsky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“细菌毒素”或极小的细菌1898年，荷兰著名科学家MWBeijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果：能通过细菌滤器；可被乙醇沉淀而不失去其感染性，能在琼脂凝胶中扩散；用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活；1900年前后，包括口蹄疫（footandmouthdisease）在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。1915年,FWTwort,1917年Fd’Herelle，分别发现细菌（Shigelladysenteriae）病毒bacteriophagesPhago：“toeat”噬菌体（phage）1935年，WMStanley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；对病毒学研究贡献最大的2项技术1电镜技术：1940年，Kansche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；2、组织培养技术：1949年，Enders利用单层细胞培养繁殖脊髓灰质炎病毒获得成功HIV:humanimmunodeficiencyvirus爱滋病（AIDS）；acquiredimmunedeficiencysyndrome)，RNA，1981年，美国埃博拉病毒(Ｅbolavirus)：１９７６年，扎伊尔，-ｓｓＲＮＡSARS(SevereAcuteRespiratorySyndrome)病原体：2003冠状病毒变种（coronavirus）,+ssRNAH1N1甲型流感病毒病毒学（virulogy）：研究病毒（virus）的本质及其与宿主的相互作用的科学，是微生物学的重要分支学科。病毒的特点:2）没有细胞结构。“分子生物”3）一种病毒只含有一种核酸，DNA或者RNA。4）大部分病毒没有酶系，不能进行独立的代谢作用。5）必须依赖宿主细胞为其制备的核酸、蛋白质“元件”的装配实现其大量繁殖。严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体，没有个体生长，也不进行二均分裂。1）形体极其微小。“滤过性”、电镜观察7）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳（coat）构成，故可把它们视为核蛋白分子。朊病毒甚至仅由蛋白质构成病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。第一节病毒virus6）离体条件下——无生命的生物大分子状态。8）病毒核酸能整合到宿主的基因组中例外：利福平可抑制痘病毒复制非细胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒类病毒：只含具有独立侵染性的RNA组分拟病毒：只含不具有独立侵染性的RNA组分朊病毒：只含单一蛋白质组分病毒具有宿主特异性噬菌体（phage）植物病毒（plantviruses）动物病毒（animalviruses）病毒的定义超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体（一）病毒的大小一、病毒的形态构造和化学成分超显微的：20-450nm，最大——poxvirus,450nm

最小——如parvovirus,28nm球形颗粒(或称拟球形颗粒)杆状颗粒复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）（二）病毒的形态(三）病毒粒的结构Capsid（衣壳）蛋白质外壳，由蛋白质亚基按对称的形式、有规律地排列而成，是病毒毒粒的基本结构。Coreorgenome（核心或基因组）Envelope（包膜）核酸，是病毒毒粒的基本结构。核衣壳外被，为含有蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜核衣壳√

×

Envelopedvirus包膜病毒Nakedvirus裸露病毒如烟草花叶病毒、脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）核衣壳nucleocapsid（四）、病毒粒的对称体制及3类典型形态的病毒代表对称体制二十面体对称螺旋对称复合对称无包膜有包膜：疱疹病毒杆状：烟草花叶病毒丝状：大肠杆菌fd、M13噬菌体卷曲状：流感病毒弹状：狂犬病毒无包膜有包膜无包膜：大肠杆菌T偶数噬菌体有包膜：痘病毒（砖块状）小型：脊髓灰质炎病毒

X174噬菌体大型：腺病毒二十面体对称的代表：

腺病毒（Adenovirus），dsDNA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。无包膜12个角20个面30条棱252个衣壳粒五邻体（12个）六邻体（240个）刺突1、二十面体对称Icosahedralsymmetry有包膜的螺旋对称病毒粒2、螺旋对称Helicalsymmetry螺旋对称的代表--TMV95%衣壳蛋白和5%的单链RNA组成，衣壳含2130个皮鞋状的蛋白亚基组成。亚基有规律地沿着中心轴呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构复合对称的代表：T偶数噬菌体有尾噬菌体（tailedphage）,其壳体由头部、颈部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。dsDNA3、复合对称ComplexsymmetryVacciniavirus痘苗病毒在病毒中体积最大，在光学显微镜下勉强可见。有包膜的复合对称噬菌斑(plaque):噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，在培养细菌的平板上，可以看到一个个透明不长细菌的小圆斑，称为噬菌斑。空斑（plaque):人工培养的单层动物细胞感染病毒后，也会形成类似噬菌斑的动物病毒群体，称为空斑。单层动物细胞受到肿瘤病毒的感染后，会使动物细胞恶性增生，形成类似细菌菌落的病灶，称为病斑。烟草花叶病毒感染烟草后，在叶片上出现的一个个坏死的病灶，称为枯斑（lesion)。（五）、病毒粒的群体形态包涵体(inclusionbody):病毒在宿主细胞内大量复制，形成具有一定形态、构造的群体（六）、病毒粒的化学成分病毒粒（化学成分）核酸；蛋白质；脂类；碳水化合物；基本化学组成病毒颗粒在化学上表现为核蛋白病毒核酸单链DNA（ssDNA）；双链DNA（dsDNA）；单链RNA（ssRNA）；双链RNA（dsRNA）；1、病毒的核酸2、病毒蛋白质结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于病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；病毒结构蛋白的主要生理功能：1）构成蛋白质外壳2）决定病毒感染特异性，与易感细胞表面受体具特异性亲和力3）决定病毒的抗原性4）构成毒粒酶，或参与病毒的入侵（如T4噬菌体的溶菌酶等），或参与病毒大分子的合成（如逆转录酶）（一）噬菌体phage原核生物的病毒：噬细菌体、噬放线菌体、噬蓝细菌体二、4类病毒及其繁殖方式fC174噬菌体（Bacteriophages:fC174

）

Single-StrandedDNA，Icosahedral,consistingofcircularsingle-strandedmoleculeof5386basesT偶数噬菌体（T-evenPhages）

Double-StrandedDNA，T2,T4andT6吸附侵入裂解增殖成熟噬菌体的繁殖-复制1)吸附Adsorption随机碰撞而接触（静电引力或氢键）可逆吸附，无特异性（非细胞颗粒也可吸附）病毒表面蛋白与细胞受体的结合特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段不同种系的细胞具有不同病毒的细胞受体，病毒受体的细胞种系特异性决定了病毒的宿主范围。分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体

2)侵入Penetration有尾噬菌体：注射方式将噬菌体核酸注入细胞通过尾部刺突固着于细胞；尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔；尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外；吸附尾钉固着尾鞘收缩尾管穿入DNA注入脱壳：病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸的过程脱壳是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件。T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜隐期。（3）增殖Duplication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。4)病毒的装配与释放Assemblyandrelease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）。T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放成熟的子代病毒颗粒然后依一定途径释放到细胞外丝杆噬菌体（如M13或fd）不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装。自外裂解（lysisfromwithout）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）。病毒的复制周期（或复制循环）自病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从感染细胞释放到细胞外的病毒复制过程。吸附、

侵入、

增殖（复制与生物合成）、成熟（装配）、

裂解（释放）；2、噬菌体效价的测定效价（titer)——每毫升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（pfu）或感染中心数测定方法——双层平板法（twolayerplatingmethod)用双层平板法测出的效价比用电镜直接记数得到的效价低。前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是计噬菌体的总数。3、一步生长曲线（onestepgrowthcurve）1939年，MaxDelbruck&EmoryEllis：E.coli/bacteriopage定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线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，离心除去未吸附的病毒，或以抗病毒抗血清处理病毒—细胞培养物以建立同步感染，然后继续培养并定时取样测定培养物中的病毒效价，并以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线。3、一步生长曲线（onestepgrowthcurve）1、潜伏期latentperiod

；从噬菌体吸附到细胞到释放出新噬菌体的最短时期（分隐晦期和胞内累积期）2、裂解期riseperiod

；随着菌体不断破裂，新噬菌体数目急剧增多的一段时间3、平稳期plateau

；感染后的宿主细胞已全部裂解，溶液中的噬菌体效价达到最高点的时期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。噬菌体的裂解量一般为几十到上百个，植物病毒和动物病毒可达数百乃至上万个。裂解量：每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目。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。4、溶源性(lysogeny)烈性噬菌体（virulentphage）：感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并最终杀死细胞，形成裂解循环（lyticcycle）。温和噬菌体（temperatephage）或溶源性噬菌体（lysogenicphage）感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组整合到宿主细胞的基因组上，并随后者的复制而进行同步复制，没有成熟噬菌体产生。这一现象称做溶源性（lysogeny）现象温和噬菌体的溶源性反应：整合于细菌染色体或以质粒形成存在的温和噬菌体基因组称做原噬菌体（prophage）在原噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞。细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌（lysogenicbacteria）溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，进入裂解循环溶源性感染对细胞的影响：被温和噬菌体感染后形成的溶源性细菌具有“免疫性”，即其它同类噬菌体虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致溶源性细菌裂解。免疫性是由原噬菌体产生的阻遏蛋白的可扩散性质所决定的。溶源性细菌有时还能获得一些新的生理特性，例如白喉杆菌只有在含有特定类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病。原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括溶源菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源转变(lysogenicconversion)。溶源菌中的温和噬菌体基因组通常不影响细胞的繁殖功能，但它们可能引起其他的细胞变化。(1)免疫性(2)溶源转变(二）动物病毒及繁殖1、已发现人类病毒：300多种；脊椎动物病毒：900多种1）吸附：动物宿主细胞及细菌表面病毒受体的存在可通过生化、遗传等实验证明2、动物病毒繁殖的特点2）侵入：动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式，侵入宿主后脱壳，其脱壳过程也较复杂。4）装配与释放：有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核芽出或细胞质膜芽出的过程中裹上包膜而形成包膜病毒3）大分子合成：DNA病毒在细胞核中，RNA病毒在细胞质中，有些病毒的复制在核中,转录在细胞质。动物病毒侵入：①完整病毒穿过细胞膜的移位方式；③细胞的内吞功能；②毒粒包膜与细胞质膜的融合；一些带有囊膜的病毒，如单纯疱疹病毒，当它们的核酸和衣壳蛋白组装完毕后，它们将以“出芽”的方式，包裹寄主细胞的细胞膜或核膜，从寄主细胞中释放出来。3、人类免疫缺陷病毒(HIV:humanimmunodeficiencyvirus)爱滋病（AIDS）；acquiredimmunedeficiencysyndrome)，1981年6月，美国向全世界报告了第一例艾滋病例。1983年首次分离出来人类免疫缺陷病毒。在分类学上属逆转录病毒科慢病毒属。RNA病毒、有囊膜、病毒核衣壳为正二十面体、病毒核心有两条相同的正链形成基因组双体结构，核心有核蛋白、逆转录酶、整合酶、蛋白酶等。所分离出的大量HIV已进行了克隆和序列分析。基因组RNA由9749bp组成。三个基本基因gag、pol、env基因，六个附加基因；HIV的基因及其表达产物已得到鉴定。主要攻击CD4+T淋巴细胞亚群，引起患者体内T4辅助性淋巴细胞耗竭，导致免疫系统紊乱和免疫缺陷。1、阻断病毒吸附和感染建立2、病毒逆转录酶和蛋白酶抑制剂3、HIV疫苗研制IfHIV/AIDSresearchershadawishlist,attheverytopwouldsitavaccinethatcouldteachthebodytomakepotentantibodiesagainstthemanystrainsofthevirus.Despite25yearsofeffort,nosuchvaccineisinsightbutnowtheyareastepcloser.治疗及疫苗ScienceREPORTSBroadandPotentNeutralizingAntibodiesfromanAfricanDonorRevealaNewHIV-1VaccineTargetScience9October2009:
Vol.326.no.5950,pp.285-289
DOI:10.1126/science.11787464、SARS(SevereAcuteRespiratorySyndrome)病原体：冠状病毒变种（coronavirus）2002年11月16日,中国广东佛山发现第一起后来可称为SARS的病例。此后在越南、中国香港、加拿大、美国等30多个国家和地区相继发现类似病例。传染性和死亡率极高。4月13号，加拿大科学家宣布，他们已经成功破译非典型肺炎可疑病原体冠状病毒基因图谱。4月16日，世界卫生组织正式宣布SARS的病原体是一种新的冠状病毒，并正式命名为SARS病毒。5月22日），GenBank库中已有14条SARS病毒全基因组序列，冠状病毒，是一种ssRNA(+)病毒，在电镜下，病毒颗粒呈不规则形，直径约为60~220nm,有包膜，其表面有梅花形的膜粒，状如日冕，故称为冠状病毒(coronavirus)。颗粒中心在负染电镜下呈不定形态，核壳体呈疏松状态。

包膜上有两种糖蛋白：S蛋白：刺突糖蛋白，是主要的抗原，与受体结合，使细胞融合。M蛋白：跨膜，参与包膜形成。在一些亚类中，还有第三种糖蛋白,HE——红细胞凝集素酯酶。基因组RNA与碱性磷酸蛋白N结合。（三）植物病毒：1、概况：700余种，ssRNA，一般无包膜，基本形态为杆状、丝状、