第十教学单元-第三章病毒(一)

第三章

病毒本章内容第一节概述第二节病毒的形态结构与化学组成第三节噬菌体第四节真核细胞病毒第五节亚病毒第六节病毒与发酵工业第一节概述一、病毒的发现和研究历史二、病毒的定义与特点三、病毒的分类四、病毒的培养与纯化病毒和我们的关系

“Virus”，它是由拉丁文中“virus”一词演化而来，即“有毒的物质”

第一节概述一、病毒的发现和研究历史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“极小细菌”1898年，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比细菌小的具有传染性的活的流质（contagiumvivumfluidum）1884年Chamberland发明细菌滤器

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。FWTwort（1915年）、Fd’Herelle（1917年），分别发现细菌（Shigelladysenteriae）病毒----噬菌体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；1940年，Kausche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒.1952年，Hershey和Chase利用同位素证实噬菌体的遗传物质是DNA，将人类带入病毒的分子生物学阶段。极大地丰富了现代生物学（微生物学、分子生物学、分子遗传学）的理论与技术；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。有效地控制和消灭人及有益生物的病毒病害；利用病毒对有害生物、特别是害虫进行生物防治；发展以基因工程为中心的生物高新技术产业；非细胞生物至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒真病毒类病毒拟病毒朊病毒只含有不具侵染性的RNA组分只含蛋白质组分只含具侵染性的RNA组分本章主要介绍真病毒二、病毒的定义与特点病毒：是一种结构简单，能够自我复制并具有侵染性的独特非细胞生物体。现代病毒学家把病毒这类非细胞生物分成真病毒（Euvirus，简称病毒）和亚病毒（Subvirus）两大类：病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。病毒分两个阶段（以两种形式）存在：胞外阶段：“毒粒”形式存在，可抵抗几乎所有酶的侵袭，但不能独立于活细胞增殖；胞内阶段：主要以正在复制的核酸形式存在，诱导宿主细胞合成病毒组分；毒粒：完整的病毒粒子（virion），由蛋白外壳包裹一个或多个DNA或RNA分子构成特性1）个体微小，在电子显微镜下才能看见；2）不具有细胞结构，其主要成分为核酸和蛋白质，故称为“分子生物”；3）一种病毒只含有DNA或RNA一种类型的核酸；4）绝对的细胞内寄生，在细胞外不能增殖：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的代谢系统合成自身的核酸和蛋白质；5）没有个体生长，不能进行细胞分裂，以核酸复制和蛋白质合成、然后装配的过程实现其大量繁殖；7）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。6）在离体条件下，以无生命的生物大分子状态存在，并保持其侵染性；宿主细胞在病毒等多种诱生剂刺激下产生的一组相对分子量低的糖蛋白，具有抗病毒和免疫调节功能。分、β、γ三组，分别由白细胞、成纤维细胞和T淋巴细胞产生。、β属Ⅰ型干扰素，γ属Ⅱ型干扰素。三、病毒的分类

病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性。人们习惯根据其宿主种类将病毒分类：噬菌体（phage）真菌病毒（fungiviruses）植物病毒（plantviruses）动物病毒（animalviruses）国际病毒分类委员会（InternationalCommitteeforTaxonomyofViruses,ICTV）提出了分类依据和建立了分类系统。分类依据核酸的特征、壳体的对称形式、有无包膜、宿主的种类、引起的疾病种类、复制和释放方式等。命名规则1996年国际病毒分类委员会提出38条新的病毒命名规则，病毒分类系统依次用目、科、属、种分类等级。1）噬菌体的培养1、病毒的培养(二元培养物法)四、病毒的培养和纯化噬菌斑（plaque）：将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，在合适条件下培养一定时间后，在平板表面布满宿主细胞的菌苔上，出现一个个肉眼可见的透明小圆斑。（“负菌落”）设0.10mL稀释度为10-6的病毒悬液可产生75个噬菌斑，则样品的噬菌斑形成单位为：PFU/mL=（75PFU/0.10mL）×（106）=7.5×1082）动物病毒的培养动物病毒实验动物鸡胚多种细胞培养在尿囊膜上形成一些白色的庖痘（感染造成局部组织病损）感染若标本经过适当稀释进行接种并辅以染色处理，病毒可在培养的细胞单层上形成肉眼可见的局部病损区域，即蚀斑（plaque）或称空斑。包涵体（inclusionbody）：在某些感染病毒的宿主细胞质或细胞核内，出现光学显微镜下可见的大小、形状和数量不等的小体。多数位于细胞质内，如：痘病毒、狂犬病毒少数位于细胞核内，如：疱疹病毒和腮腺炎病毒有的既可在细胞质内，又可在细胞核内，如：麻疹病毒

包含体可以是病毒粒子的聚集体，如昆虫核型多角体病毒和质型多角体病毒的包含体；也可以是病毒结构蛋白与感染有关蛋白质等病毒组分的聚集体多角体：核型多角体病毒（NPV）：是我国自主研究并应用于农业实践的第一个病毒杀虫剂。昆虫细胞内形成多角形包涵体，可作为病毒杀虫剂。植物病毒敏感植物叶片被感染部位的细胞快速死亡而形成局部坏死斑，或称枯斑即便没出现坏死斑，被感染的植物仍会表现一定的病症，如色素形成和叶子形状改变等。3）植物病毒的培养（盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等）2、病毒纯化标准：纯化的病毒制备物应保持其感染性，纯化的病毒制备物的理化性质应具有均一性方法：主要化学组成为蛋白质，采用蛋白质提纯方法具有一定的大小、形状和密度，采用离心差速离心、梯度离心（超速离心）一、病毒的形态结构1、病毒的形状和大小个体小（测量单位nm），必需在电镜下观察；不同病毒的毒粒大小差别很大（10~400nm）（1）大小痘病毒：300~450nm×170~260nm（最大）双粒病毒：直径18~20nm（最小）第二节病毒的形态结构与化学组成（2）病毒的形态弹状（狂犬病毒）、砖块状（痘病毒）、丝状（大肠杆菌f1、fd、M13噬菌体）等多形性（流感病毒，新分离的毒株呈丝状，在细胞内稳定传代后转变为拟球状）。基本形态：球形或拟球形（大多数动物病毒）；杆状（植物病毒和昆虫病毒）；蝌蚪状（大肠杆菌T偶数噬菌体）其他形态：各种毒粒的大小、形态差异很大蝌蚪状（大肠杆菌T偶数噬菌体）砖块状（痘病毒）丝状（大肠杆菌M13）球状(脊髓灰质炎病毒)衣原体大肠杆菌红细胞杆状(TMV)基本构造：核衣壳(nucleocapsid)

非基本构造2.病毒的基本结构核心（core）：DNA或RNA衣壳（capsid）：蛋白质包膜(envelope)：脂蛋白或类脂、糖蛋白刺突(spike)：糖蛋白核心衣壳包膜刺突衣壳粒（capsomere或capsomer）：是组成衣壳的蛋白质亚单位3.几种典型病毒衣壳的结构螺旋对称衣壳病毒：烟草花叶病毒病毒可以根据衣壳中衣壳粒的排列方式将其分为3种：二十面体对称衣壳病毒：腺病毒

复合对称衣壳病毒：T4噬菌体壳体外形如中空的蛋白质圆管，呈坚硬或柔韧状。由2130个相同的蛋白质亚基（158个氨基酸）以逆时针方向螺旋状排列，形成一个长300nm，内径4nm，外径15nm的刚直中空柱。ssRNA盘绕在壳体内面由亚基形成的沟内，与蛋白质亚基通过弱键结合。螺旋对称壳体病毒代表：TMV并非所有螺旋对称衣壳都像TMV衣壳一样是刚直的，流感病毒的RNA就包围在薄的、柔软易弯曲的螺旋壳体内，其衣壳折叠在一起，外有包膜。流感病毒二十面体对称壳体病毒衣壳有20个等边三角形面，12个顶角。包括12个五邻体（分布在12个顶角上的衣壳粒）和240个六邻体（分布在棱上和面上的非顶角衣壳粒）。核心为线状双链DNA(dsDNA)，核酸分子以高度卷曲的状态存在于衣壳内。代表：腺病毒五邻体六邻体二十面体衣壳在形成时通常是由五边形衣壳粒（五邻体）和六边形衣壳粒（六邻体）组成的

（参见P74）其壳体由头部和尾部组成。通常头部呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。线状dsDNA折叠盘绕于头部的核心。复合对称衣壳病毒代表：大肠杆菌的T偶数噬菌体头尾髓颈环尾鞘尾丝刺突基板1、病毒的核酸病毒基因组大小差别很大最小的基因组（MS2病毒，QB病毒）只有1×106Da，仅够编码3~4种蛋白质，这些病毒利用重叠基因来节省空间。最大的基因组（T偶数噬菌体，疱疹病毒，痘病毒）达1.6×108Da，可编码100多种蛋白质。二、病毒的化学组成单链DNA（ssDNA）；双链DNA（dsDNA）；单链RNA（ssRNA）；双链RNA（dsRNA）4种类型动物病毒这4种类型都有；植物病毒通常含有ssRNA；噬菌体通常为dsDNA，但也有一些噬菌体为ssDNA或ssRNA。(1)DNA病毒dsDNA：大多数DNA病毒以dsDNA作为遗传物质。许多病毒dsDNA经过修饰,呈线性，少数为环状dsDNA。特殊的碱基：除常见核苷酸外，许多病毒具有特殊的碱基，如，大肠杆菌T偶数噬菌体以5-羟甲基胞嘧啶代替胞嘧啶。λ噬菌体的线性dsDNA:有由12个氨基酸组成的粘性末端，粘性末端配对可使DNA环化。ssDNA:少数，如ΦX174、M13噬菌体等，有线性和单链闭合环状DNA两种。(2)RNA病毒多数RNA病毒以ssRNA作为它们的遗传物质。正链或阳性链：RNA碱基序列与病毒mRNA相同，指导蛋白质合成。如：脊髓灰质炎病毒，等负链或阴性链：病毒RNA基因组与病毒mRNA互补。如：狂犬病毒，等。片段基因组：许多RNA病毒基因组被分为独立的片断，每个片段编码一种蛋白。有的病毒基因组可以分为10到12个片段（如呼肠病毒），通常所有的片段都包含在同一个衣壳中。不过，也有些病毒将片段基因分布在不同的病毒粒子中（如：雀麦花叶病毒），但它们能够成功地侵染同一宿主。许多植物及动物病毒的正链RNA基因组5’端具有7-甲基鸟嘌呤核苷帽子结构，3’末端具有poly-A尾巴。一少部分病毒具有dsRNA基因组，都是片段式的。2、病毒的蛋白质衣壳蛋白：占病毒蛋白质成分的绝大部分。保护核酸；当病毒无包膜结构时，衣壳参与病毒对宿主的吸附、侵染；决定病毒对宿主的专一性和病毒的抗原性。包膜蛋白：包膜的脂质和碳水化合物是正常的宿主组成成分，但蛋白是由病毒基因编码形成的，可伸出包膜形成刺突。存在于病毒中的酶类：病毒酶位于衣壳内，其中许多酶参与核酸的复制，例如，逆转录酶。也有些病毒的酶位于包膜或衣壳上（例如，流感唾液酸苷酶），协助病毒的侵染。3、病毒的其它化学成分包膜中含有丰富的磷脂和胆固醇、糖类，来源于宿主细胞；少数无包膜的病毒也存在脂类；一些病毒粒子中存在有机阳离子（如丁二胺、精胺）和无机阳离子。第三节噬菌体一、噬菌体的分类多数噬菌体可以按照其形态分为以下四类：无尾二十面体型收缩尾型（结构最复杂，例如E.coli的T偶数噬菌体）非收缩尾型丝状噬菌体噬菌体分类的依据：宿主种类、免疫学关系等。但目前最主要的分类依据还是噬菌体的形态和核酸特性。噬菌体的遗传物质可以是D