微生物学 第三章 病毒

第三章非细胞生物—病毒

Virus第一节病毒概述第二节病毒的复制第三节真核生物病毒第四节亚病毒第一节病毒概述一、人类对病毒的发现和认识过程1892：俄国伊万诺夫斯基首次发现烟草花叶病毒的感染因子能通过细菌过滤器。1898：荷兰贝哲林克证实该致病因子可以被乙醇从悬液中沉淀下来而不失去其感染性但用培养细菌的方法培养不出来；给这样的病原体起名叫virus。1935：美国斯坛莱从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，又证实了结晶中含核酸和蛋白质两种成分，而只有核酸具感染和复制能力，并因此而或诺贝尔奖。1952：美国Hershey和Chase证实噬菌体的遗传物质仅仅是DNA,开创了病毒分子生物学。1971后：陆续发现了各种亚病毒——类病毒、元病毒和拟病毒。第三章病毒第一节病毒概述IvanovskyBeijerink第三章病毒第一节病毒概述

1.形体极其微小。必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；原核微生物：1～10微米;真核微生物：10～100微米;病毒：10～300钠米二、定义和特点第三章病毒第一节病毒概述

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。2.没有细胞构造。故也称分子生物,其主要成分仅是核酸和蛋白质两种；每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA；既无产能酶系也无蛋白质合成系统；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，不存在个体生长和二均等分裂等细胞繁殖方式；3.高度寄生性：在细胞内表现为生命，在细胞外为无生命的大分子的复合物。在宿主的活细胞内营专性寄生；在离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶；4.特殊的抵抗力：不能被甘油，抗生素所杀灭，但可以被干扰素，以及一般的甲醛、紫外线所杀灭。第三章病毒第一节病毒概述第三章病毒第一节病毒概述

病毒一般呈球形或杆形，也有呈卵圆形、砖形、丝状和蝌蚪状动物病毒多呈球形、卵圆形或砖形。如腺病毒为球状，痘病毒为砖形植物病毒多呈杆形或丝状，少数为球状。如烟草花叶病毒为丝状，苜蓿花叶病毒为杆状，花椰菜花叶病毒为球状细菌病毒即噬菌体多为蝌蚪状，也有为球状和丝状，如大肠杆菌偶数T噬菌体系列为蝌蚪状，大肠杆菌噬菌体fd为丝状，фX174为球形三、病毒的形态第三章病毒第一节病毒概述几种病毒的形态和大小第三章病毒第一节病毒概述

病毒粒子（Virion）是指一个结构和功能完整的病毒颗粒。简称毒粒。病毒的结构组成：核酸（nuclearacid)

蛋白质壳体(proteincoast)

囊膜(envelope)四、病毒的结构与化学组成第三章病毒第一节病毒概述（二）病毒的形态基本成分核酸——位于中心，称为核心蛋白质——包围在核心周围，形成衣壳核心和衣壳合称核衣壳，为病毒的基本结构。有些复杂的病毒在衣壳的外面包裹着一层由脂类和多糖组成的包膜。有的包膜上还长有刺突。病毒的基本结构第三章病毒第一节病毒概述病毒结构示意图第三章病毒第一节病毒概述病毒模式图第三章病毒第一节病毒概述1、病毒的核酸

位于病毒粒子中心，构成了其核心或基因组（Genome）。一种病毒只有一种类型的核酸，或RNA或DNA。可能单股，也可能双股。大病毒含有1904个碱基对，小的仅含5个基因。

作用：病毒核酸储存有病毒的遗传信息，控制着病毒的遗传变异、增殖和对宿主的感染性。无蛋白质壳体的病毒核酸仍具有感染性，且感染范围更广，但感染力较弱。第三章病毒第一节病毒概述

一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA；病毒核酸单链DNA（ssDNA）；双链DNA（dsDNA）；单链RNA（ssRNA）；双链RNA（dsRNA）；第三章病毒第一节病毒概述（1）壳体蛋白：是指围绕病毒核酸并与之紧密相连的蛋白质外壳，由许多壳粒（壳粒）组成。

壳粒是指在电子显微镜下可以认辩的组成壳体的亚单位，由一个或多个多肽分子组成。（2）包膜蛋白。（3）毒粒酶。2、病毒的蛋白质壳体第三章病毒第一节病毒概述蛋白质的功能

构成病毒外壳,保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏。决定病毒感染的特异性,与易感细胞表面存在的受体具特异亲合力,促使病毒粒子的吸附。决定病毒的抗原性,并能刺激机体产生相应的抗体。病毒蛋白还构成了病毒组成的酶。第三章病毒第一节病毒概述衣壳的功能保护病毒核酸免受核酸酶及其它理化因子的破坏。决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在的受体具特异性亲和力，促使病毒粒子的吸附和入侵。决定病毒的抗原性，能刺激机体产生相应的抗体。第三章病毒第一节病毒概述3、病毒的囊膜

囊膜也称封套或包膜（Envelope）是指包被在病毒核壳体外的一层包膜，含有脂类、蛋白质和糖类囊膜为双脂层膜，与之相连的是病毒特异性蛋白囊膜表面具有突起物，称为刺突（Spike），也称为包膜子粒（Peplomer）囊膜对脂溶剂敏感有囊膜的病毒易于吸附于寄主细胞表面，破坏宿主细胞表面受体，易于侵入细胞。

包膜的作用：维系毒粒结构，保护病毒核壳。尤其是病毒的包膜糖蛋白，是启动病毒感染所必需的。第三章病毒第一节病毒概述五、病毒壳体的对称性第三章病毒第一节病毒概述1、螺旋状对称型：烟草花叶病毒（TMV）呈直杆状，长300nm，宽15nm，中空内径4nm，由158个氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，相对分子量为17500，总共2130个衣壳粒，排列成130圈螺旋，核酸核心是单链的RNA，相对分子质量为260万，含有6390个核苷酸，每3个核苷酸与一个衣壳粒相结合，盘绕于蛋白质的中空内径中。第三章病毒第一节病毒概述烟草花叶病毒结构示意图第三章病毒第一节病毒概述

二十面体具有12个角、20个面和30条棱。腺病毒的衣壳是典型的二十面体对称，由252个衣壳组成，没有包膜。腺病毒的核心是由线状双链DNA构成的。其基因组的大小约为36500个核苷酸对。2、二十面体对称型

第三章病毒第一节病毒概述T4由头部（核心是双链线状DNA）、颈部和尾部（尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝）三个部分构成。3、复合对称型：Ｔ偶数噬菌体第三章病毒第一节病毒概述病毒的包涵体

包涵体（Inclusionbody）是指宿主细胞被病毒感染后存在于细胞内形成的一种光学显微镜下可见的小体。是由完整的病毒颗粒或尚未装配的病毒亚单位聚集而成的小体。也有宿主细胞对病毒侵染的反应产物包涵体多为圆形、卵圆形或不定形的蛋白质。不同病毒在细胞中的包涵体形状、数量、大小、位置各异。或在细胞质中，或在细胞核中，或在两者内都有包涵体壳从宿主细胞中移出，接种至其他细胞仍可引起感染。特殊名称：天花病毒包涵体称为顾氏小体（Guarnier），狂犬病毒包涵体称为内基氏体（Negri），烟草花叶病毒包涵体称为X体

第三章病毒第一节病毒概述病毒的包涵体图第三章病毒第一节病毒概述第二节病毒的复制一、繁殖方式（一）原核生物的病毒——噬菌体

与其他病毒一样，噬菌体除有其特异性宿主外，并无显著区别。它们都是由蛋白质和核酸组成。基本形态为蝌蚪形、球形、和丝状三种。从结构看以可分为六种不同的类型。第三章病毒第二节病毒的复制（一）噬菌体的繁殖

病毒粒子并无个体的生长过程，而只有其两种基本成分的合成和装配，即：

核酸复制+蛋白质合成

核蛋白（病毒粒子）噬菌体的繁殖一般可分五个阶段，即吸附侵入增殖（复制与生物合成）成熟（装配）裂解（释放）第三章病毒第二节病毒的复制尾丝尖端与宿主细胞表面的特异性受体接触，可触发尾丝散开，附着在受体上，随之把刺突、基板固定（1）吸附病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力。第三章病毒第二节病毒的复制噬菌体的吸附吸附是噬菌体侵染宿主细胞的第一步吸附过程决定于：1）细胞表面受点的结构；

2）噬菌体的吸附器官吸附过程为噬菌体的吸附器官于敏感细菌细胞表面的敏感接受点相互特异性的互补不可逆接合一种细菌细胞表面可被多种和多个噬菌体吸附感染。据测定，一个细菌细胞表面可被250-360个噬菌体吸附达到饱和量吸附受环境因子温度、pH、阳离子浓度等影响第三章病毒第二节病毒的复制第三章病毒第二节病毒的复制（2）侵入吸附尾钉固着尾鞘收缩尾管穿入DNA注入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；第三章病毒第二节病毒的复制噬菌体的侵入侵染即注入核酸噬菌体以其尾部固着于敏感细菌细胞表面后，将尾丝展开固着于细胞，尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生一个小孔，然后尾鞘收缩，将头部的核酸通过中空的尾髓压入细胞内，而蛋白质外壳则留在细胞外。此过程可在几十秒内完成通常一种细菌可受到几种噬菌体的侵染，但细菌细胞一般只允许一种噬菌体进入细胞。往往先进入的噬菌体可排斥或抑制后进入者。即使进入了，也不能增殖而消亡尾鞘并不是侵染的必备条件，无尾鞘者也可有效侵染，但有尾鞘者可提高侵染效率第三章病毒第二节病毒的复制侵入(penetration)收缩的尾鞘（12环）第三章病毒第二节病毒的复制（3）增殖

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。第三章病毒第二节病毒的复制噬菌体的增制包括噬菌体DNA的复制和蛋白质的合成DNA的复制：噬菌体进入细胞后立即以噬菌体DNA为模板，利用细菌原有的RNA合成酶合成早期的mRNA，由早期mRNA翻译成早期蛋白质。这些早期蛋白质是病毒复制所需的酶及抑制细胞代谢的调节蛋白在这些酶催化下，以亲代DNA为模板，半保留复制出子代DNA在DNA开始复制后转录的mRNA为晚期mRNA，再由晚期mRNA翻译成晚期蛋白质即噬菌体外壳的结构蛋白，如头部蛋白质、尾部蛋白质此时为潜伏期，在细胞内还观察不到噬菌体粒子潜伏期（Latentperiod）是指噬菌体西于宿主细胞至宿主细胞裂解，释放噬菌体的最短时间第三章病毒第二节病毒的复制左图：病毒核酸链接入寄主核酸链

右图：病毒核酸复制病毒核酸的复制第三章病毒第二节病毒的复制病毒核酸的转录含±DNA的病毒:±DNA→mRNA+DNA病毒:+DNA→±DNA→mRNA含±RNA病毒:±RNA→mRNA含+RNA病毒:+RNA→±RNA→mRNA含-RNA病毒:-RNA→mRNA第三章病毒第二节病毒的复制（4）成熟（装配）T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程第三章病毒第二节病毒的复制噬菌体的成熟(Assembly)装配是将分别合成的噬菌体核酸、蛋白质装配成一个成熟的、有侵染力的噬菌体粒子的过程大肠杆菌噬菌体的DNA、头部蛋白质亚单位、尾鞘、尾髓、基板、尾丝等合成后，收缩聚集，被头部外壳蛋白包围，形成二十面体的噬菌体头部。尾部也同时装配，着与头部连接最后装配完毕，成为新的子代噬菌体第三章病毒第二节病毒的复制（5）裂解（释放）第三章病毒第二节病毒的复制噬菌体的释放(Lysis)成熟的噬菌体粒子大多借宿主细胞的裂解而得到释放。细菌细胞的裂解可导致原浑浊的培养液变清，固体培养物出现噬菌斑。也有丝状噬菌体fd成熟后不裂解细菌细胞，而是从宿主细胞中钻出来，细菌细胞仍可生长。大肠杆菌的T偶数噬菌体从吸附到粒子成熟释放需15-30min。第三章病毒第二节病毒的复制吸附侵入早期：病毒特异性酶的合成病毒核酸复制病毒结构蛋白质合成装配释放病毒大分子合成第三章病毒第二节病毒的复制1、噬菌斑在涂布有敏感宿主细菌的固体培养基表面，若接种上相应噬菌体的稀释液，其中每一噬菌体粒子由于先侵染和裂解一个细胞，然后以此为中心，再反复侵染和裂解周围大量的细胞，结果就会在菌苔上形成一个具有一定形状、大小和边缘的透明的不长菌的小圆斑称噬菌斑。（二）噬菌斑和病毒的效价第三章病毒第二节病毒的复制2、效价——表示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。

3、测定的方法——双层平板法

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。

第三章病毒第二节病毒的复制双层平板法琼脂平板菌液+噬菌体试样+琼脂培养基培养10天计数噬菌斑噬菌斑数=试样中噬菌体数第三章病毒第二节病毒的复制

一步生长曲线可分为三个时期：①潜伏期是指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。②裂解期是指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。③稳定期溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期。（三）一步生长曲线

定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线称作一步生长曲线第三章病毒第二节病毒的复制噬菌体一步生长曲线的绘制将高浓度的敏感菌培养物与适量相应的噬菌体悬液相混，使得一个病毒体与

10-100个细菌细胞相混合，这样的比例系数可降低几个噬菌体同时侵染单个细菌细胞的机率。经过短时间的培养使噬菌体吸附在细菌上，再用抗病毒血清或离心或稀释除去未吸附的噬菌体。接着，用新鲜培养液把经过上述处理的细菌悬液高倍稀释，以免发生第二次吸附和感染。培养后，定时取样，将含有噬菌体的样品与敏感细菌培养物混合培养，计算每个样品在培养基平板表面产生的噬菌斑数目。以培养时间为横坐标，噬菌斑数为纵坐标，可以绘出一步生长曲线。

噬菌体生长的一步曲线图第三章病毒第二节病毒的复制（四）噬菌体的分类烈性噬菌体（Virulent

phage）

指凡在短时间内能连续完成吸附、侵入、增殖、装配、裂解这五个阶段而实现其繁殖的噬菌体。

温和性噬菌体（Temperatephage）某些噬菌体侵染宿主后，并不增殖，裂解，而与宿主DNA结合，随宿主DNA复制而复制，此时细胞中找不到形态上可见的噬菌体，这种噬菌体称为温和性噬菌体。第三章病毒第二节病毒的复制噬菌体毒性感染和溶源性过程第三章病毒第二节病毒的复制(五)细菌的溶源性（1）溶源性（Lysogeny）是温和噬菌体侵入宿主细胞后产生的特性（2）整合在宿主细胞上的温和性噬菌体的基因称为原噬菌体（Prophage），个别噬菌体不整合在宿主细胞的上而是附着在细胞膜的某一位点上呈质粒状态（3）含有原噬菌体的宿主细胞称为溶源性细胞（Lysogeniccell）第三章病毒第二节病毒的复制（4）溶源细胞的自发性裂解在没有外界因素的作用下，原噬菌体可离开宿主细胞的染色体而进入增殖周期，并引起宿主细胞裂解的现象。自发性裂解的频率在10-2-10-5（5）溶源细胞的诱发裂解溶源细胞可受各种理化因子如射线、化学诱变剂的影响而诱发裂解，释放出噬菌体粒子第三章病毒第二节病毒的复制（6）溶源性细菌的复愈

溶源性细菌细胞有时可在无理化因子影响条件下即既不发生自发裂解，也不发生诱发裂解而消失其含有的原噬菌体，成为非溶源性细胞，称为溶源细胞的复愈或非溶源化。这种菌株为复愈菌株（Curingstrain）第三章病毒第二节病毒的复制不同噬菌体的形态结构在电子显微镜下观察噬菌体有三种基本形态：蝌蚪形、微球形和丝状

第三章病毒第二节病毒的复制大肠杆菌T偶数噬菌体典型图第三章病毒第二节病毒的复制T4噬菌体的示意图与电镜照片第三章病毒第二节病毒的复制one-stepgrowthcurve第三章病毒第二节病毒的复制第三节真核生物病毒第三章病毒第三节真核生物病毒植物病毒没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。植物病毒在入住宿主细胞后脱去蛋白质外壳。

TMV的衣壳粒以双层盘的形式组装成衣壳，PH的改变、RNA的嵌入对衣壳的装配起关键作用。一、植物病毒第三章病毒第三节真核生物病毒黄豆黄萎病毒花叶、黄化或红化等症状植株发生矮化，丛枝或畸形等形成枯斑或坏死等症状植物感染病毒后的主要症状第三章病毒第三节真核生物病毒借昆虫刺吸式口器进入“侵入”方式通过伤口进入再通过胞间连丝或输导组织迅速向其它部位扩散引起普遍感染。嫁接不释放烟草花叶病毒植物病毒侵入宿主细胞后才能发生脱壳第三章病毒第三节真核生物病毒植物病毒病的控制转基因植物抗病毒番茄选用天抗性品种改变作制度

使用刹虫剂消灭昆虫介体化药转基因抗病毒植物的开发第三章病毒第三节真核生物病毒（二）人类和脊椎动物病毒脊椎动物病毒包括DNA和RNA病毒动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几种形式：1.无包膜的病毒，如腺病毒通过细胞裂解或局部破裂而释放。2.有包膜的DNA病毒，如疱疹病毒，以细胞质中通道释放到细胞外。3.有包膜的RNA病毒，如副流感病毒用出芽方式通过寄主细胞膜，释放到细胞外并获得细胞源性的包膜和产生刺突。腺病毒的复制可代表DNA病毒的复制脊髓灰质炎病毒的复制可代表RNA病毒的复制第三章病毒第三节真核生物病毒病毒感染对真核细胞的影响机理病毒感染的致细胞病变效应病毒感染对宿主大分子合成的影响病毒对细胞结构的影响病毒对细胞的影响结果病毒基因表达产物引起病毒复制的次级效应第三章病毒第三节真核生物病毒病毒感染对宿主大分子合成的影响宿主细胞转录的抑制宿主细胞翻译的抑制宿主细胞DNA复制的抑制血液淋巴中的单泡病毒第三章病毒第三节真核生物病毒

被病毒感染的

T淋巴细胞病毒对细胞结构的影响病毒对宿主细胞膜的影响病毒对细胞骨架的影响包涵体细胞凋亡第三章病毒第三节真核生物病毒电镜下的流感病毒细胞无任何明显变化细胞病变（损伤、死亡）细胞增生（恶性肿瘤）病毒感染对真核细胞的影响结果第三章病毒第三节真核生物病毒细胞遇病毒袭击而濒临死亡（图中蓝点是病毒）病毒感染对个体的影响结果隐性感染疾病综合症死亡瘤形成携带者潜伏状态第三章病毒第三节真核生物病毒埃博拉病毒病毒与癌症的关系

原癌基因（人类基因组中的正常基因）癌基因癌症物理化学生物因素第三章病毒第三节真核生物病毒病毒感染的防治接种疫苗

生物制剂中药预防干扰素等流感病毒流感病毒第三章病毒第三节真核生物病毒1.吸附：腺病毒吸附在宿主细胞表面的糖蛋白受体上。2.穿入：通过吞噬作用进入胞内。3.脱壳：寄主细胞的蛋白酶水解腺病毒衣壳。

4.在宿主细胞核内转录早期mRNA并翻译早期蛋白。5.在宿主细胞核内复制出病毒的DNA和晚期mRNA。第三章病毒第三节真核生物病毒

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。第三章病毒第三节真核生物病毒

引起爱滋病的病毒——人类免役缺陷病毒（HIV）从淋巴细胞中释放出来。第三章病毒第三节真核生物病毒人类获得性免疫缺陷病毒）

（艾滋病即获得性免疫缺陷综合症acquiredimmunedeficiencysyndrome,AIDS）的病毒即人类免疫缺陷病毒（humanimmunodificencyvirus,HIV），1981年1月首先在美国发现第三章病毒第三节真核生物病毒SARS病毒颗粒模型细胞中SARS病毒第三章病毒第三节真核生物病毒禽流感病毒第三章病毒第三节真核生物病毒

照片中的蓝色部分就是H5N1禽流感病毒，下面的红色部分则是健康人体细胞，照片显示H5N1正在攻击健康的细胞。第三章病毒第三节真核生物病毒第三章病毒第三节真核生物病毒（三）昆虫病毒

多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成光镜下呈多角形的包涵体，称多角体，成分为碱溶性结晶蛋白，其内包裹着数目不等的病毒粒。核形多角体病毒（NPV）：在昆虫细胞核内增殖、具有蛋白质包涵体的杆状病毒

质形多角体病毒（CPV）：在昆虫细胞质内增殖、可形成蛋白质包涵体的球状病毒

颗粒体病毒（GV）：具有蛋白质包涵体，每个包涵体内通常仅含一个病毒粒的昆虫杆状病毒主要有三种类型：第三章病毒第三节真核生物病毒昆虫病毒核型多角体病毒(nuclearpolyhedrosisvirus,NPV)质型多角体病毒(cytoplasmicpolyhedrosisvirus,CPY)颗粒体病毒(granulosisvirus,GV)第三章病毒第三节真核生物病毒昆虫病毒做为生物农药优点：专一性高毒力大后效长使用方便对人畜安全无公害缺点危害经济动物收集病毒昆虫病毒生产过程饲养昆虫病毒感染斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂：一种核型多角体病毒（NPV）第三章病毒第三节真核生物病毒第四节亚病毒第三章病毒第四节亚病毒1971年T.O.Diener阐明马铃薯纺锤形块茎病毒的病原是一种具有感染性和自主复制能力的低分子RNA（类病毒，Diener,1971）以后又发现了称之为拟病毒(Randles,1981)的植物病毒Prusiner发现了朊病毒(Prusiner,1982)。第三章病毒第四节亚病毒一、类病毒类病毒是裸露的，仅含一个单链环状低相对分子质量RNA分子的病原体。

发现的第一个类病毒是马铃薯纺锤形块茎病类病毒(Potatospindletuberviroid，PSTV)，这是一种导致马铃薯严重减产的病原体，棒状，无蛋白外壳。它仅含一个由359个核苷酸组成的单链环状RNA分子(相对分子质量约100000)。该分子内有很多碱基(-70％)通过氢键配对而形成双螺旋区，未配对碱基则形成内环。双螺旋区与内环交替排列形成一个伸长的棒状分子。类病毒RNA相对分子质量虽小，但能独立侵染寄主，侵入寄主后也能自我复制，不需要辅助病毒。第三章病毒第四节亚病毒