第三章 微生物的形态和构造（三）病毒和亚病毒课件

第三章微生物的形态和构造（三）病毒和亚病毒

第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒人类对病毒的认识过程病毒发现前期:无知

呼肠孤病毒、杂色郁金香病毒发现时期：朦胧

烟草花叶病毒的发现与性质病毒粒子的电镜观察和化学分析时期

烟草花叶病毒的结晶与组成病毒的分子生物学研究时期

病毒的形态、结构、化学组成第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒病毒的特点形体极其微小；没有细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种；每种病毒只含一种核酸，可以是单链也可以是双链；无产能酶系，也无核酸和蛋白质合成酶系；对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒什么是病毒？病毒是超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞内寄生的实体。它们在活细胞外具有一般化学大分子特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒非细胞生物的种类第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒第一节病毒（Virus）（一）、病毒的大小多数病毒粒子的直径在100nm上下最大的病毒：牛痘苗病毒——直径超过250nm最小的病毒口蹄疫病毒——10nm直径病毒：细菌：真菌=1：10：100一、病毒的形态构造和化学成分第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒（二）、病毒的形态、结构及化学组成

球形多面体、卵圆形、砖形、杆状、丝状、蝌蚪状动物病毒：球形、卵圆形或砖形

牛痘苗病毒：最大的动物病毒（~250nm）口蹄疫病毒：最小的动物病毒（10~22nm）植物病毒：杆状或丝状，少数为球状

甜菜黄花叶病毒：最长的植物病毒（1250nm）苜蓿花叶病毒：最短的植物病毒（58nm）细菌病毒：蝌蚪形、微球状或丝状

大肠杆菌T偶数噬菌体大肠杆菌噬菌体ø174；大肠杆菌M13第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒研究病毒大小形态的方法电镜观察法；分级过滤法；离心沉降法；电泳法；电离辐射和X射线衍射法。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒病毒的化学组成：核酸+蛋白质核酸遗传的物质基础是DNA还是RNA是单链（ss，singlestrand）结构还是双链（ds，doublestrand）结构呈线状还是环状是闭环还是缺口环基因组是单分子、双分子、三分子还是多分子核酸的碱基和碱基对数，及核苷酸序列第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒

动物病毒以线状的dsDNA（腺病毒）和ssRNA（艾滋病毒）为主，植物病毒以ssRNA（TMV）为主，噬菌体以线状的dsDNA（T4噬菌体）居多，目前发现的真菌病毒都属dsRNA病毒。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒含量

差异极大

流感病毒1%

大肠杆菌T偶数噬菌体50%碱基含量：GC%35-75%

异常碱基：

E.coliT偶数噬菌体5-HCdC

枯草杆菌噬菌体PB52UT

感染性核酸：无蛋白质外壳的病毒粒子第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒蛋白质构成病毒粒子的外壳；保护作用；决定病毒感染的特异性；病毒的抗原性；酶分解性酶：噬菌体溶菌酶、流感病毒神经氨酸酶合成性酶：RNA转录酶、RNA聚合酶、逆转录酶其它

脂类多糖第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒病毒的结构1、典型病毒粒子的构造：成熟的或结构完整、有感染性的病毒个体。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。衣壳粒衣壳第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒2、病毒粒子的对称体制第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒3、病毒的群体形态噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，连续重复感染使大量的细菌死亡，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。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。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒噬菌斑第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒包涵体分类：病毒的聚集体：昆虫病毒病毒的合成部：动物病毒病毒蛋白及与感染有关的蛋白质：植物病毒非病毒性包涵体：细菌感染、化学因子组成宿主细胞中的部位

细胞质：痘类病毒、狂犬病毒细胞核：疱疹病毒细胞质+细胞核：麻疹病毒

第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒病毒包涵体的应用1、病毒鉴定

顾氏小体：天花病毒包涵体内基氏小体：狂犬病毒包涵体

x体：烟草花叶病毒包涵体2、生物防治第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒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。（三）3类典型形态的病毒及其代表第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒

二十面体具有12个角、20个面和30条棱。腺病毒(动物病毒)的衣壳是典型的二十面体对称，由252个衣壳粒组成，没有包膜。腺病毒的核心是由线状双链DNA构成的。

252个衣壳粒六邻体(240)五邻体(12)六角形聚集五角形聚集二十面体其基因组的大小都约为36500个核苷酸对。只能培养在人的组织细胞上,能使宿主细胞形成包涵体。2、二十面体对称型：

第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒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（T2、T4和T6）

第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒二、四类病毒及其繁殖方式（一）原核生物的病毒

——噬菌体（bacteriophage）

第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒1、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）烈性噬菌体（virulentphage）温和噬菌体（temperatephage）第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒复制第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒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。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒T5噬菌体吸附

大肠杆菌

不能吸附

T5噬菌体

抽提受体

不能吸附

无T5噬菌体受体大肠杆菌吸附位点：T3、T4、T7噬菌体

大肠杆菌脂多糖层T2、T6噬菌体大肠杆菌脂蛋白层丝状M13噬菌体

大肠杆菌性菌毛末端SP-50噬菌体

枯草杆菌磷壁酸X噬菌体

沙门氏菌鞭毛第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒影响噬菌体吸附的因素噬菌体的数量：感染复数（m.o.i）

自外裂解二价阳离子：

二价促吸附三价失活辅助因子：

色氨酸促T4噬菌体吸附生物素促产Glu噬菌体吸附pH：中性促吸附温度：生长最适温度促吸附第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒（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；第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒（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。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒病毒的复制方式第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒（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微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒（5）裂解（释放）第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒裂解量：平均每个宿主细胞裂解后产生的子代噬菌体数。丝状噬菌体不杀死细胞左：疱疹病毒右：流感病毒第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒TheLifeCycleofBacteriophageT4第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒2、噬菌体效价的测定

效价（titre，titer）

表示每毫升试样中所含有的侵染性的噬菌体粒子数，也即噬菌斑形成单位（pfu，plaque-formingunit）数或感染中心（infectivecentre）数。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒噬菌斑第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒双层平板法

优点：①弥补玻璃皿底面不平的缺陷②所形成全部噬菌体斑都接近处于同一平面上③形成的噬菌斑较大，更有利于计数第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒噬菌斑(plaque)分析成斑率(EOP)=同一样品根据嗜菌斑计算的效价/用电镜计算的效价第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒

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。

隐晦期

胞内累积期②裂解期是指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。③稳定期是指溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期。3、一步生长曲线（one-stepgrowthcurve）概念：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微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒裂解量：平均收获量

每个被感染细菌释放新的噬菌体的平均数

裂解期平均噬菌斑数裂解量=

潜伏期平均噬菌斑数第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒4、溶源性

温和噬菌体或称溶源性噬菌体（lysogenicphage）：

感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生。这一现象称做溶源性（lysogeny）现象前噬菌体:附着或融合在溶源性细菌染色体上的温和噬菌体的核酸称为原噬菌体或前噬菌体。

溶源菌:含有温和噬菌体的DNA而又找不到形态可见的噬菌体粒子的宿主细菌。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒噬菌体的溶源性（lysogeny）

温和噬菌体（temperatephage）第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒温和噬菌体的特点其核酸的类型都是dsDNA；具有整合能力：核酸可整合到宿主的细胞的核基因组；具有同步复制能力：随宿主细胞的核基因组的复制而同步复制，并平均分布到两个子代细胞中去，如此代代相传。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒温和噬菌体的存在形式游离态：已成熟，有侵染性；整合态：整合在宿主核染色体上——前噬菌体的状态；营养态：脱离宿主核基因组而处于积极复制和装配的状态。

第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒溶源性细菌的基本特性

自发裂解：10-2-10-5

诱发裂解

免疫性:对本身产生的或外来的同源噬菌体不敏感。

复愈性：10-5

溶源转变：因整合原噬菌体而获得的新性状。稳定性第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒检查溶源菌的方法：第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒大部分属于ssRNA病毒；少数种类才有包膜；严格的细胞内寄生物；专化性并不强，往往一种病毒可寄生在不同种、属甚至不同科的植物上。（二）植物病毒第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒植物病毒的增殖

其侵入方式都是被动的：昆虫刺吸式口器、带病汁液与植物伤口相接触；在细胞间的扩散和传播：借助植物的胞间连丝；必须在侵入宿主细胞后才脱去蛋白质衣壳，例如TMV的脱壳作用约需4小时。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚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。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒（三）人类和脊椎动物病毒脊椎动物病毒包括DNA和RNA病毒。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病毒的复制常见的如流行性感冒、麻疹、腮腺炎、脊髓灰质炎、肝炎、疱疹、流行性乙型脑炎、爱滋病以及狂犬病等；其他哺乳动物中的病毒病也极为普遍，如猪瘟、牛瘟、口蹄疫、马传染性病毒病和兔的乳头状瘤等。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒脊椎动物病毒大多数无吸附结构的分化；吸附后可通过胞饮、包膜融入或特异受体转移等作用侵入细胞再进行复制、装配和释放。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。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒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。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒

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。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒

引起爱滋病的病毒——人类免疫缺陷病毒（HIV）从淋巴细胞中释放出来。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒（四）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子。核形多角体病毒质形多角体病毒（CPV）颗粒体病毒（GV）主要有三种类型：第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒昆虫病毒--核型多角体病毒（NPV，nuclearpolyhedrosisvirus）

一类在昆虫细胞核内增殖的、具有蛋白质包涵体的杆状病毒。

杀虫过程一般经过这样几个过程：病毒粒子→进入宿主的中肠上皮细胞→进入体腔→吸附各种细胞→大量增殖、重复感染→宿主生理机能紊乱→组织破坏→死亡。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒昆虫病毒--质型多角体病毒（CPV，cytoplasmicpolyhedrosisvirus）

一类在昆虫细胞质内增殖的、具有蛋白质包涵体的一种球状病毒。研究得最多的是家蚕的CPV。

CPV的感染途径是：先通过昆虫的口腔进入其消化道，以后由于胃液呈碱性，把多角体蛋白溶解并释放出病毒粒子，然后侵入中肠上皮细胞，在细胞内进行复制。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒昆虫病毒--颗粒体病毒（GV，granulosisvirus）

一类具有蛋白质包涵体、每个包涵体内一般仅含一个病毒粒子的昆虫杆状病毒。

核酸类型是dsDNA。

被GV感染后，一般表现出食欲减退、体弱无力、行动迟缓、腹部肿胀变色，虫体表皮易破，流出液呈腥臭、混浊、乳白色脓状等症状。

第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒第二节亚病毒1971年T.O.Diener阐明马铃薯纺锤形块茎病毒的病原体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)。亚病毒(subvirus)

凡在核酸核蛋白质两种成分中，只含其中之一的分子病原体，称为亚病毒.第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒一、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。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒为生物学家探索生命起源提供了一个新的低层次上的好对象；为分子生物学家研究功能生物大分子提供了一个绝好的材料；为病理学家各种传染性疑难杂症带来了一个新的视角；为哲学家认识生命本质问题提供了一个新的革命性的例证。类病毒发现的意义第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒二、拟病毒（virusoids）

又称类类病毒（viroid-like），可认为是一类包裹在植物病毒粒子中的有缺陷的类病毒；一般仅由裸露的RNA或DNA组成；“寄生”于真病毒内——辅助病毒（helpervirus）；其复制必须依赖辅助病毒。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒大分子线状ssRNA

（RNA-1）环状ssRNA及其线性ssRNA

（RNA-2）（RNA-3）无活性无活性感染复制第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒拟病毒发现的意义有助于探索核酸的结构与功能；有助于探索拟病毒和辅助病毒间的关系；利用拟病毒可以组建新的弱毒疫苗；对拟病毒的深入研究有助于进一步探索病毒的本质和生命起源等重大生物学理论问题。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒

又称蛋白质侵染因子。朊病毒是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质。

羊瘙痒病是羊的一种中枢神经系统退化性紊乱疾病。表现为毛脱落，皮肤瘙痒，失去平衡和后肢麻痹等症状。这种“羊瘙痒病”的病原是经过近两个世纪的研究未能解决的一个谜。直至1982年，美国加洲大学旧金山分校动物病毒学家S．B．Prusiner发现羊瘙痒病是蛋白质侵染引起的疾病，并称为“Prion”即朊病毒。

三、朊病毒(prion)：第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒

现在已经发现与朊病毒有关的疾病有羊瘙痒病、貂脑病、人的库鲁病（震颤病）和克雅氏病。有人还推测人类的一些慢性退化性紊乱疾病，像早老年痴呆，帕金森氏病、糖尿病、风湿性关节炎和红斑狼疮等疾病也可能是由朊病毒引起的。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒第三节病毒与实践

有害的方面：噬菌体与发酵工业动物病毒病植物病毒病有益的方面：噬菌体的应用昆虫病毒用于生物防治病毒在基因工程中的应用第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒一、噬菌体的应用与防治鉴定未知细菌；临床上治疗某些传染性疾病；检验植物病原菌；测定辐射强度；在分子生物学研究中的应用。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒二、昆虫病毒的应用核形多角体病毒质形多角体病毒（CPV）颗粒体病毒（GV）主要有三种类型：优点：致病力强，使用量少；专一性强，安全可靠；抗逆性强，作用久长；生产简便，成本低廉。第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒三、病毒在基因工程中的应用λ噬菌体作为原核生物基因工程的载体：遗传背景清楚；重组λ噬菌体可整合到宿主核基因组并进行同步复制；宿主范围狭窄，使用安全；可构建科斯质粒；感染效率高。凯隆质粒：用内切酶改造后所构建的特殊λ噬菌体载体，其上可以插入不同大小的外源DNA片段；

科斯质粒：有具有粘性末端的λ-DNA和质粒DNA组建的重组体。作为基因工程的载体第三章微生物的形态和构造-三病毒和亚病毒爱滋病毒人类免疫缺陷病毒

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