非細胞型微生物—病毒.ppt

,第三章 非細胞型微生物病毒 病毒是一類非細胞形態(tài)的微生物，具有以下幾個重要基本特征： 1.病毒非常微小，無細胞結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)病毒只能用電子顯微鏡觀察； 2.病毒是由核酸和蛋白質(zhì)組成，且只含一種核酸，即RNA或DNA； 3.病毒只能在一定的活的宿主細胞內(nèi)復制和裝配新的子代病毒；,4.病毒無細胞壁，對胞壁酸有影響的抗生素對病毒影響不大； 5.絕大多數(shù)病毒在不同程度上對干擾素敏感。 病毒種類繁多，分布廣泛，可以感染人類、動物、植物和微生物等。按其感染的對象不同，可分別稱為動物病毒、植物病毒和細菌病毒(即噬菌體)等三大類。病毒能侵害飼料作物和畜禽，引起傳染病，造成畜牧業(yè)的嚴重損失。,第一節(jié) 病毒的特點和定義 病毒在細胞外環(huán)境以形態(tài)成熟的顆粒形式，即毒粒(virion)存在。毒粒具有一定的大小、形態(tài)、化學組成和理化性質(zhì)，甚至可以結(jié)晶純化，如同化學大分子一般不表現(xiàn)任何生命特征。但是毒粒具有感染性，即具有在一定條件下進入宿主細胞的能力。,一旦病毒進入細胞，毒粒便會解體，釋放出的病毒基因組具有繁殖性，能利用宿主細胞的大分子合成裝置進行復制表達，從而導致病毒的繁殖，并隨之表現(xiàn)出遺傳、變異等一系列生命特征。 病毒是一類既具有化學大分子屬性，又具有生物體基本特征；既具有細胞外的感染性顆粒形式，又具有細胞內(nèi)的繁殖性基因形式的獨特生物類群。病毒以其結(jié)構(gòu)簡單、特殊的繁殖方式以及絕對的細胞內(nèi)寄生，顯著區(qū)別于其他生物。,病毒不具有細胞結(jié)構(gòu)，一些簡單的病毒僅由核酸和蛋白質(zhì)外殼(coat)構(gòu)成，故可把它們視為核蛋白分子。一種病毒的毒粒內(nèi)通常只含有一種核酸，DNA或者RNA，而且病毒不具有完整的酶系統(tǒng)和能量合成系統(tǒng)，也不具有核糖體。不能以分裂方式進行繁殖。,病毒感染敏感宿主細胞后，病毒核酸進入細胞，通過其復制與表達產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質(zhì)，然后由這些新合成的病毒組分裝配(assembly)成子代毒粒，并以一定方式釋放到細胞外。病毒的這種特殊繁殖方式稱做復制(replication)。 病毒是嚴格的細胞內(nèi)寄生物。在生活的細胞內(nèi)，病毒核酸提供遺傳信息，利用宿主細胞的酶、能量合成系統(tǒng)、核糖體、細胞因子以及大分子合成的前體來完成自身的生命活動，病毒的寄生是基因水平的寄生。,第二節(jié) 病毒的形態(tài)和大小結(jié)構(gòu) 病毒外形多呈球狀或近似球狀，少數(shù)病毒呈桿狀、絲狀、彈狀或磚塊狀，而噬菌體多呈蝌蚪狀。 測量病毒大小的單位為毫微米(nm)。病毒大小不一，一般為10250nm之間，大病毒可長達300nm，如痘病毒；最小的病毒，其直徑僅為10nm，如口蹄疫病毒等。病毒大多數(shù)能通過細菌過濾器。,一個結(jié)構(gòu)齊全、功能完整而有感染性的成熟病毒顆粒，稱為病毒子(Virion)。 病毒子的中心為核酸，它含有病毒的基因組，能為病毒的增殖、遺傳、變異等功能提供遺傳信息。 核酸的外周包有蛋白質(zhì)外殼，稱為，衣殼(Capsid)。 衣殼是由殼粒(capsomere)規(guī)則排列組成。殼粒是由單個或多個多肽分子構(gòu)成。殼粒的排列呈二十面體立體對稱型，螺旋對稱型，也有殼粒排列不規(guī)律的復合對稱型。,衣殼具有以下功能： 保護著基因組以對抗環(huán)境中的核酸酶或其他破壞性因素， 介導病毒核酸進入宿主細胞 具有抗原性，能引起免疫應答。 核酸連同衣殼，又稱核衣殼(Nucleocapsid)。 有的病毒在核衣殼外還包有一層囊膜，稱為 有囊膜病毒核。 衣殼裸露的病毒稱為無囊膜病毒。,囊膜是病毒核衣殼在細胞內(nèi)裝配完成后，以“出芽”的方式通過細胞膜釋放時獲得的一層脂蛋白性的膜；也有少數(shù)病毒的囊膜是來自胞漿內(nèi)空泡膜或核膜。 囊膜表面有許多不同性質(zhì)的突起物，稱為囊膜?；蚶w突(Peplomere)。囊膜的主要功能可能與病毒吸附于細胞有關(guān)。,第三節(jié) 病毒的化學組成 比較簡單的病毒，由核酸和少量多肽組成；化學組成復雜的病毒，除核酸和多肽外，還含有脂類和碳水化合物。 有些病毒含有的某些化學組分，系來自它們侵染繁殖的細胞；少數(shù) 例外，還有將寄主細胞的核酸或多肽組整合到病毒顆粒中去的情況。,(1)核酸 核酸構(gòu)成病毒的芯髓。任何病毒只含有一種核酸，即DNA或RNA。核酸分為單股或雙股。動物病毒中的DNA病毒多為雙股，RNA病毒多為單股。 最大的病毒基因組(即核酸)含有幾百個基因，然而最小的病毒僅攜有只能編碼少數(shù)蛋白的基因，其中多數(shù)為病毒子的結(jié)構(gòu)蛋白。,(2)病毒的蛋白質(zhì) 病毒蛋白質(zhì)根據(jù)其是否存在于毒粒中分為結(jié)構(gòu)蛋白(structure protein)和非結(jié)構(gòu)蛋白(nonstructure protein)兩類：前者系指構(gòu)成一個形態(tài)成熟的有感染性的病毒顆粒所必需的蛋白質(zhì)，包括殼體蛋白、包膜蛋白和存在于毒粒中的酶等；后者系指由病毒基因組編碼的，在病毒復制過程中產(chǎn)生并具有一定功能，但不結(jié)合于毒粒中的蛋白質(zhì)。在此主要介紹病毒的結(jié)構(gòu)蛋白。,1衣殼蛋白 衣殼蛋白是構(gòu)成病毒殼體結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，.蛋白的標志。 衣殼蛋白的功能是構(gòu)成病毒的殼體，保護病毒的核酸。無包膜病毒的殼體蛋白參與病毒的吸附、進入、決定病毒的宿主嗜性，同時它們還是病毒的表面抗原，并還可能有其他的功能活性。,2包膜蛋白 構(gòu)成病毒包膜結(jié)構(gòu)的病毒蛋白質(zhì)包括包膜糖蛋白和基質(zhì)蛋白(matrix protein)兩類。包膜糖蛋白多為病毒吸附蛋白，它們與細胞受體相互作用啟動病毒感染發(fā)生，有些病毒的包膜糖蛋白還介導病毒的進入，此外它們還可能具有凝集脊椎動物紅血球細胞、細胞融合以及酶活性。 如正粘病毒.副粘病毒. 3毒粒酶,(3)病毒的脂類 有包膜病毒的包膜內(nèi)含有來源于細胞的脂類化合物。其中5060為磷脂，余下的多為膽固醇。 由于病毒包膜的脂類來源于細胞，所以其種類與含量均具有宿主細胞特異性。脂類構(gòu)成了病毒包膜的脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)。,4病毒的糖類 有些病毒、其中絕大多數(shù)是有包膜病毒含有少量的糖類。它們主要是以寡糖側(cè)鏈存在于病毒糖蛋白和糖脂中，或以粘多糖形式存在。 除了有包膜病毒的糖蛋白突起外，某些復雜病毒的毒粒還含有內(nèi)部糖蛋白或者糖基化的殼體蛋白。由于這些糖類通常是由細胞合成的，所以它們的組成與宿主細胞相關(guān)。,5其他組成 在一些動物、植物和噬菌體的病毒內(nèi)、存在一些如T2胺、亞精胺、精胺等陽離子化合物。 在某些植物病毒中還發(fā)現(xiàn)有金屬陽離子存在。這些含量極微的有機陽離子或無機陽離子與病毒核酸呈無規(guī)則的結(jié)合，并對核酸的構(gòu)型產(chǎn)生一定的影響。,第四節(jié) 病毒的抵抗力 病毒受理化因素作用后會失去感染性，稱為滅活。有些滅活的病毒仍能保留其他活性，如紅細胞吸附、血凝等。理化因素對病毒的滅活作用可以是直接破壞核酸，或改變病毒蛋白及脂類結(jié)構(gòu)成分，以致使病毒基因組不能進入宿主細胞。 一般來說，病毒對外界環(huán)境因素的抵抗力要比細菌小。通常干燥難以致死病毒，但能使之致弱。高溫易將病毒殺死，低溫對它無影響，所以用低溫(-20或更低)來保存病毒。,病毒在直射日光下迅速被破壞。光譜中 的紫外線殺滅病毒的力量較強，大劑量照射可殺滅病毒，中、小劑量能使病毒致弱，可用于疫苗制造。 化學藥劑中對病毒最有效的殺滅劑為堿類，如氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈣、碳酸鈉等，故草木灰水可用作口蹄疫病毒等的消毒劑。70酒精、0.5石炭酸和重金屬鹽類如汞化物，均能殺死病毒。,囊膜病毒往往對乙醚等脂溶劑敏感。常用此特性來鑒別病毒有無囊膜。 甲醛能破壞病毒的感染性而不影響其抗原性，故常用于制備滅活的病毒疫苗。 絕大多數(shù)病毒對甘油都能抵抗，所以常用50甘油生理鹽水保存含病毒的病料。,第五節(jié) 病毒的增殖與人工培養(yǎng) 一、病毒的增殖 病毒在細胞內(nèi)增殖，完全不同于其他微生物。病毒沒有完整的酶系統(tǒng)，只能依靠宿主活細胞，在原代病毒基因組控制下合成病毒核酸和蛋白質(zhì)，并裝配為成熟的子代病毒，以不同的方式釋放出細胞外，或再感染其他易感活細胞，這種病毒增殖的方式稱為病毒復制(Replication)。,從病毒靠近宿主細胞，并進入細胞，到復制后再釋放出來的全過程，稱為復制周期或增殖周期，也叫感染周期。 復制周期一般可分為五個連續(xù)的階段，即吸附、侵入、脫殼、生物合成、裝配和釋放。,1.吸附 病毒感染細胞先要吸附在易感細胞上。分兩步，首先為離子間的吸引，病毒顆粒與細胞在有陽離子(如Mg)存在時，發(fā)生隨機吸附,它是可逆的。 第二步為病毒顆粒特異地吸附于宿主細胞表面，這是病毒顆粒的表面成分與細胞膜的受體發(fā)生相互作用的結(jié)果。病毒吸附是牢固的，非可逆的。,2.侵入 病毒吸附在宿主胞膜后，可通過多種方式進入細胞內(nèi)，稱為侵入或穿入。有的病毒是通過細胞膜吞入，稱為病毒胞飲，形成含病毒的吞飲泡，是病毒穿入的主要方式。 有的病毒可直接穿過宿主細胞膜，進入細胞漿。 還有的病毒被吸附后，其病毒囊膜與宿主細胞膜發(fā)生融合，囊膜留在細胞外面進入細胞漿內(nèi)。 有些病毒在進入的過程中同時脫殼，如大腸桿菌噬菌體T4。,3.脫殼 病毒進入細胞后，迅速在溶酶體蛋白水解酶的作用下，脫掉衣殼，釋放出核酸。不同病毒從吸附至脫殼所需的時間從數(shù)分鐘至數(shù)小時不等。 4.生物合成 病毒在細胞內(nèi)從脫殼到新的子代病毒出現(xiàn)這一階段稱為隱蔽期。 此期不能從細胞檢出感染性病毒顆粒，但其生物合成作用卻非常活躍，包括核酸和蛋白質(zhì)的合成兩部分。,在病毒基因的控制下，多數(shù)DNA病毒在宿主細胞核內(nèi)合成核酸，而多數(shù)RNA病毒則在細胞漿中合成。 (1)按親代病毒的樣板轉(zhuǎn)錄mRNA； (2)由mRNA轉(zhuǎn)錄“早期蛋白”，這些早期蛋白一般為非結(jié)構(gòu)蛋白，如合成核酸時所需要的RNA或DNA多聚酶，控制宿主蛋白質(zhì)和核酸合成的調(diào)控蛋白等,(3)復制核酸，以親代病毒核酸為模板 (4)合成“晚期蛋白”，主要由子代核酸轉(zhuǎn)錄 mRNA，再轉(zhuǎn)譯為，“晚期蛋白”，晚期蛋白主要為子代病毒的衣殼蛋白、酶類以及在病毒形成階段起作用的非結(jié)構(gòu)蛋白等。 由于病毒核酸類型及股數(shù)不同，其轉(zhuǎn)錄和復制過程各有差異。,5.裝配和釋放 病毒核酸與蛋白質(zhì)合成完畢后，根據(jù)病毒種類不同或在細胞核內(nèi)；在胞漿內(nèi)進行裝配，形成核衣殼。有囊膜的病毒，形成核衣殼之后，其囊膜是通過細胞核膜或細胞膜時獲得，并以“出芽”的方式釋放。 無囊膜病毒在宿主細胞內(nèi)裝配成核衣殼后，為成熟的病毒子，以宿主細胞破裂或反吞飲方式釋放出來。,二、病毒的人工培養(yǎng) 病毒是嚴格的細胞內(nèi)寄生物，因此培養(yǎng)病毒要選擇對該種病毒適應的細胞或動物。 人工培養(yǎng)病毒的方法有雞胚培養(yǎng)法、細胞培養(yǎng)法(包括器官、組織和單層細胞培養(yǎng)法等)和易感的實驗動物等。,1.雞胚培養(yǎng)法 2.細胞培養(yǎng)法 此法用于多種病毒的分離、增殖、抗原制備及中和試驗等，比雞胚法和實驗動物法經(jīng)濟、效果好。其培養(yǎng)方法可分為懸浮培養(yǎng)、固定培養(yǎng)和單層細胞培養(yǎng)。 3.實驗動物法 這是一種古老的方法，可用于病毒病原性的測定、，疫苗效力試驗、疫苗生產(chǎn)、抗血清制造及病毒性傳染病的診斷等。實驗時多用幼齡動物或無特定病原(SPF)動物或無菌(Germ-free)動物。,第六節(jié) 病毒干擾現(xiàn)象 一種病毒感染動物機體(或細胞)后能產(chǎn)生抑制其它他種病毒再感染的作用，這種現(xiàn)象稱為病毒的干擾現(xiàn)象。 干擾現(xiàn)象可因滅活病毒或缺損病毒的產(chǎn)生而發(fā)生于同一株病毒內(nèi)，稱為自身干擾：也可發(fā)生于同種異型或異株之間，稱為同種干擾，發(fā)生于同屬異種之間，稱為同屬干擾。同屬干擾較常見。,干擾素是一種糖蛋白，幾乎所有的細胞都可產(chǎn)生干擾素，產(chǎn)生后可擴散到附近細胞，也可進入血液流至全身。 干擾素進入細胞后能誘導產(chǎn)生另一種叫翻譯抑制蛋白的物質(zhì)(又稱抗病毒蛋白)，阻止病毒mRNA的翻譯，從而抑制多種病毒(無論是DNA病毒或RNA病毒)在細胞內(nèi)的復制。 干擾素沒有特異性，而且不能防止病毒對細胞的吸附或入侵。,干擾素對蛋白分解酶敏感，能為乙醚、氯仿等所滅活，在常溫或在pH211環(huán)境下不變性。對機體或細胞無毒性，也無抗原性，故人們曾試用干擾素來預防或治療病毒性傳染病，有一定的效果，但發(fā)現(xiàn)其動物種屬專一性很強，故應用受到限制。 除病毒外，。如細菌、立克次氏體和原蟲等的抽提物、真菌產(chǎn)物、植物血凝素以及人工合成的化學誘導劑，如多聚肌苷酸、多聚胞苷酸、梯洛龍等，均可刺激機體細胞產(chǎn)生干擾素。,第七節(jié) 噬菌體 噬菌體也是一種病毒，因為它們寄生在細菌菌體內(nèi)，并能在菌體內(nèi)復制，最后使菌體崩解，將這類病毒稱為噬菌體(Bacteriophage)。 不同類型的噬菌體，其形態(tài)構(gòu)造亦有不同。有些具一個正二十面體的頭，一條長而能收縮的尾，有些尾部不能收縮，有些只有短尾，有些無尾，有些則整個呈長絲狀。噬菌體的核酸，多數(shù)為DNA，少數(shù)為RNA。,能使細菌細胞裂解的噬菌體稱為烈性噬菌體。 有的噬菌體感染細菌后，并不繁殖也不使細菌細胞裂解，而是將其核酸整合到細菌細胞染色體中去，隨著細菌的繁殖，噬菌體的核酸也復制遺傳下去，但可能在某一世代中，出現(xiàn)細菌細胞裂解，這種噬菌體稱為溫和性噬菌體。 帶這種噬菌體的細菌稱為溶原性細菌。,第八節(jié) 病毒的分類與命名 1根據(jù)核酸類型將病毒分為DNA病毒和RNA病毒兩大類。 2根據(jù)形態(tài)結(jié)構(gòu)可以分科和屬，其主要分類依據(jù)是病毒衣殼的對稱性，有無囊膜，衣殼裝配部位及殼粒數(shù)，病毒子大小，核酸的分子量，病毒對乙醚的敏感性等。 3根據(jù)病毒的免疫學性質(zhì)分種和型。,附1 朊病毒 朊病毒(Virino)是一類能引起哺乳動物的亞急性海綿樣腦病的病原因子，目前定名為朊病毒，或蛋白侵染因子。