化生專(zhuān)業(yè)微生物-第4章-病毒上傳演示課件

1、病毒和亞病毒 Viruses and Subviruses,微生物學(xué)第4章,非細(xì)胞生物 non-cellular organisms,病毒是一類(lèi)由核酸和蛋白質(zhì)等少數(shù)幾種成分組成的超顯微“非細(xì)胞生物”，其本質(zhì)是一種只含有DNA或RNA的遺傳因子，它們能以感染態(tài)和非感染態(tài)兩種狀態(tài)存在。,Chapter 4 1 病毒（Viruses）,一、病毒的發(fā)現(xiàn) （The discovery of viruses）,1886年，A . Mayer ：煙草花葉?。?1892年，D. Ivanovsky：煙草花葉病病原體能通過(guò)細(xì)菌濾器； 1898年，M W Beijerinck：煙草花葉病病原體能通過(guò)細(xì)菌濾器；可被

2、乙醇沉淀而不失去其感染性；能在瓊脂凝膠中擴(kuò)散；不能用培養(yǎng)細(xì)菌的方法培養(yǎng)；,1900年前后，口蹄疫等多種動(dòng)植物疾病病原體的濾過(guò)性特性被證明； 1915，F(xiàn) W Twort ；1917年，F(xiàn) Herelle：發(fā)現(xiàn)細(xì)菌病毒； 1935年，W M Stanley：提純并結(jié)晶煙草花葉病毒；Bawden等：證明煙草花葉病毒的本質(zhì)為核蛋白； 1940年，Kansche，觀察到煙草花葉病毒顆粒；,不具有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有一般化學(xué)大分子的特征；,一種病毒只含一種核酸，DNA或者RNA；,無(wú)產(chǎn)能、蛋白質(zhì)和核酸合成酶系，必須依賴(lài)宿主細(xì)胞進(jìn)行蛋白質(zhì)和核酸合成，再裝配形成子代；,個(gè)體微小，在電子顯微鏡下才能觀察；,對(duì)大多數(shù)

3、抗生素不敏感，對(duì)干擾素敏感。,二、病毒的主要特點(diǎn) （General features of viruses ）,離體條件下，以有感染性的無(wú)生命的生物大分子形式存在；,三、病毒的類(lèi)型（Types of viruses）,1、根據(jù)核酸類(lèi)型（based on nucleic acid）,2、根據(jù)宿主（based on host）,個(gè)體小，直徑一般在100nm左右；,四、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和成分,1、病毒的大小和形狀（size and shape）,最大的：動(dòng)物痘病毒（poxviruses）；D200nm； 最長(zhǎng)的：絲狀病毒（Filoviridae）；L 790-14,000nm； 最小的：植物聯(lián)體病毒（

4、Geminiviruses ）； D 18-20nm,病毒的形狀大致可分為： 球狀、桿狀和復(fù)雜形狀3種。,病毒的形態(tài) （Virus shapes）,把病毒個(gè)體稱(chēng)為病毒粒子、病毒顆?；蚨玖＃赋墒斓?、完整的、有感染性的單個(gè)病毒。,一團(tuán)能夠自主復(fù)制 的遺傳物質(zhì),保護(hù)遺傳物質(zhì)免遭環(huán)境破壞，并作為將遺傳物質(zhì)從一個(gè)宿主細(xì)胞傳遞給另一個(gè)宿主細(xì)胞的載體。,蛋白質(zhì)外殼,包膜,2、毒粒的結(jié)構(gòu)（structure of virus particle ）,核酸 nucleic acid,衣殼粒 capsomere,（1）衣殼（capsid）,衣殼結(jié)構(gòu)類(lèi)型,螺旋對(duì)稱(chēng)殼體 二十面體對(duì)稱(chēng)殼體 雙對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),包圍著病毒核酸的

5、蛋白質(zhì)外殼，由蛋白質(zhì)亞基(衣殼粒，capsomere)按對(duì)稱(chēng)的形式、有規(guī)律地排列而成。,螺旋對(duì)稱(chēng)殼體： 亞基有規(guī)律地沿著中心軸（核酸）呈螺旋排列，進(jìn)而形成高度有序、對(duì)稱(chēng)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,螺旋對(duì)稱(chēng)殼體 helical symmetry,二十面體對(duì)稱(chēng)殼體： 蛋白質(zhì)亞基圍繞具立方對(duì)稱(chēng)的正多面體的角或邊排列，進(jìn)而形成一個(gè)封閉的蛋白質(zhì)的鞘。,腺病毒,二十面體對(duì)稱(chēng)殼體 icosahedral symmetry,有尾噬菌體（tailed phage）的殼體由頭部和尾部組成。包裝有病毒核酸的頭部通常呈二十面體對(duì)稱(chēng)，尾部呈螺旋對(duì)稱(chēng)。,雙對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu) Bisymmetry,僅由核衣殼構(gòu)成的病毒稱(chēng)作裸露病毒（naked v

6、irus）。 有些病毒核衣殼包裹著的一層脂蛋白膜，它是病毒以出芽方式成熟時(shí)，由細(xì)胞膜衍生而來(lái)的，有維系毒粒結(jié)構(gòu)，保護(hù)病毒核殼的作用。病毒的包膜糖蛋白具有多種生物學(xué)活性，是啟動(dòng)病毒感染所必需的。,有包膜的病毒（enveloped virus）,（2）包膜（envelop）,裸露的二十面體毒粒； 裸露的螺旋毒粒； 有包膜的二十面體毒粒； 有包膜的螺旋毒粒；,不同病毒的毒粒結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度有很大的區(qū)別；有些病毒，如有尾噬菌體、痘病毒等結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，不包括在這些結(jié)構(gòu)類(lèi)型之內(nèi)。,（3）毒粒的結(jié)構(gòu)類(lèi)型 （types of virus particle）,有包膜的二十面體毒粒,裸露的二十面體毒粒,裸露的螺旋毒粒

7、,有包膜的螺旋毒粒,complex viruses,痘苗病毒（vaccinia virus） 在病毒中體積最大，在光學(xué)顯微鏡下勉強(qiáng)可見(jiàn)。,有尾噬菌體,毒粒 virus particle,碳水化合物（carbohydrate）,病毒顆粒在化學(xué)上表現(xiàn)為核蛋白,3、毒粒的化學(xué)組成（chemical composition）,核酸（nucleic acid）,蛋白質(zhì)（protein）,脂類(lèi)（lipid）,核酸是病毒的遺傳物質(zhì)； 一種病毒的毒粒只含有一種核酸：DNA或RNA； 核酸存在的狀態(tài)可以是雙鏈或單鏈、線狀或環(huán)狀。,（1） 病毒的核酸（nucleic acid of virus）,（2）病毒的蛋白

8、質(zhì)（protein of virus）,病毒 蛋白質(zhì),結(jié)構(gòu)蛋白,非結(jié)構(gòu)蛋白,病毒基因組編碼的，在病毒復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生并具有一定功能，但并不結(jié)合于毒粒中的蛋白質(zhì)。,構(gòu)成一個(gè)形態(tài)成熟的有感染性的病毒顆粒所必需的蛋白質(zhì)。殼體蛋白、包膜蛋白、存在于毒粒中的酶。,病毒粒子無(wú)法用光學(xué)顯微鏡觀察，但當(dāng)它們大量聚集并使宿主細(xì)胞發(fā)生病變時(shí)，就形成了具有一定形態(tài)、構(gòu)造并能用光鏡甚至肉眼觀察和識(shí)別的特殊群體，如包涵體（inclusion body）、噬菌斑（plaque）、空斑（plaque） 、枯斑（lesion）。,4、病毒的群體形態(tài),五、病毒的繁殖（Multiplication）,病毒感染敏感宿主細(xì)胞后，病毒核

9、酸進(jìn)入細(xì)胞，通過(guò)其復(fù)制與表達(dá)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成子代毒粒，并以一定方式釋放到細(xì)胞外。病毒的這種特殊繁殖方式稱(chēng)做復(fù)制（replication）。,噬菌體的繁殖一般分為5個(gè)階段：,吸附；侵入；增殖；裝配；釋放；,1、烈性噬菌體的增殖周期 （productive cycle）,凡是能在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)完成以上5個(gè)階段而實(shí)現(xiàn)其繁殖的噬菌體，稱(chēng)為烈性噬菌體（virulent phage），反之稱(chēng)為溫和噬菌體（temperate phage）。烈性噬菌體的繁殖過(guò)程也叫裂解性周期（lytic cycle）。,（1）吸附（adsorption，attachment）,（

10、2）侵入（penetration，injection）,有尾噬菌體以注射方式使噬菌體核酸侵入細(xì)胞： 尾絲收縮； 基板使尾鞘蛋白亞基移位、收縮； 尾管插入細(xì)胞并釋放溶菌酶； 頭部的核酸通過(guò)尾管進(jìn)入細(xì)胞。,（3）增殖（replication）,包括核酸和蛋白質(zhì)的生物合成：噬菌體以核酸中的遺傳信息向宿主細(xì)胞發(fā)出指令并提供“藍(lán)圖”，使宿主細(xì)胞的代謝系統(tǒng)按嚴(yán)密的時(shí)序性轉(zhuǎn)向合成噬菌體的組分。,T4噬菌體的時(shí)序性生物合成,（4）裝配（maturity）,新合成的毒粒結(jié)構(gòu)組分組裝成完整的病毒顆粒，稱(chēng)做病毒的裝配，亦稱(chēng)成熟。,（5）釋放（release）,當(dāng)宿主細(xì)胞內(nèi)的大量子代噬菌體成熟后，由于脂肪酶和溶菌酶等

11、的作用，細(xì)胞裂解，子代噬菌體釋放。,2、噬菌體的效價(jià)（titer）,效價(jià)：每毫升試樣中所含有的具有侵染性的噬菌體粒子數(shù)，又稱(chēng)噬菌斑形成單位數(shù)（plaque-forming unit，pfu）。 測(cè)定效價(jià)常用雙層平板法（two layer plating method）。,3、一步生長(zhǎng)曲線（one step growth curve）,定量描述烈性噬菌體生長(zhǎng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線稱(chēng)為一步生長(zhǎng)曲線。 一步生長(zhǎng)曲線反映了每種噬菌體的3個(gè)最重要的特征參數(shù)：潛伏期（latent phase） 、裂解期（rise phase）和裂解量（burst size）。,自病毒在受染細(xì)胞內(nèi)消失到細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)新的感染性病毒的時(shí)

12、間為為隱蔽期（eclipse phase） 。 潛伏后期，胞內(nèi)出現(xiàn)了感染性病毒，為胞內(nèi)積累期（intracellular accumulation phase）。,（1）潛伏期（latent phase）,（2）裂解期（rise phase）,病毒粒子只有個(gè)體裝配而沒(méi)有個(gè)體生長(zhǎng)，再加上宿主細(xì)胞裂解的突發(fā)性，理論上裂解期是瞬時(shí)出現(xiàn)的，但事實(shí)上由于群體細(xì)胞中各個(gè)細(xì)胞的裂解并不同步，所以出現(xiàn)了較長(zhǎng)的裂解期。,（3）平穩(wěn)期（plateau）,指感染后宿主細(xì)胞已全部裂解，溶液中噬菌體效價(jià)達(dá)到最高點(diǎn)的時(shí)期。 平均每一宿主細(xì)胞裂解后產(chǎn)生的子代噬菌體數(shù)稱(chēng)為裂解量（burst size）。,溫和噬菌體（temp

13、erate phage）侵入相應(yīng)宿主細(xì)胞后，基因組整合到宿主基因組上，并隨宿主的復(fù)制而進(jìn)行同步復(fù)制，因此，這種溫和噬菌體的侵入并不引起宿主細(xì)胞裂解，稱(chēng)為溶源性或溶源現(xiàn)象。,4、溫和噬菌體的溶源性反應(yīng) （lysogeny of temperate phage）,溫和噬菌體的生活史,二元培養(yǎng)物法,六、病毒的培養(yǎng)和純化 （Culturing and purification）,1、培養(yǎng)（culturing）,噬菌體,細(xì)菌培養(yǎng)物,（1）標(biāo)準(zhǔn)（standards）,純化的病毒制備物應(yīng)保持其感染性,病毒是有感染性的生物體,病毒具有化學(xué)大分子的屬性,純化的病毒制備物的理化性質(zhì)應(yīng)具有均一性,2、 病毒純化（p

14、urification）,蛋白質(zhì)提純方法,鹽析、等電點(diǎn)沉淀、有機(jī)溶劑沉淀、 凝膠層析、離子交換等,（2）方法（methods）,主要化學(xué)組成為蛋白質(zhì),具有一定的大小、形狀和密度,Chapter 4 2 亞病毒（Subvirus）,凡在核酸和蛋白質(zhì)兩種成分中，只含其中之一的分子病原體，稱(chēng)為亞病毒，包括類(lèi)病毒（Viroid）、擬病毒（Virusoid）和朊病毒（Prion）3類(lèi)。,一、類(lèi)病毒（Viroid）,類(lèi)病毒是當(dāng)今所知道的最小、只含RNA一種成分及專(zhuān)性細(xì)胞內(nèi)寄生的分子生物。1971年首次報(bào)道，引起馬鈴薯紡錘形塊莖病。,二、擬病毒（Virusoid）,擬病毒又稱(chēng)類(lèi)類(lèi)病毒或病毒的病毒，它是一些必

15、須依賴(lài)輔助病毒才能復(fù)制的小分子單鏈RNA片段，它被包裝在輔助病毒的殼體中，本身對(duì)于輔助病毒的復(fù)制不是必需的，而且它與輔助病毒的基因組無(wú)明顯的同源性。,三、朊病毒（Prion）,朊病毒又稱(chēng)“普列昂”或蛋白質(zhì)侵染因子。據(jù)目前所知，朊病毒是一類(lèi)能侵染動(dòng)物并在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的小分子無(wú)免疫性疏水蛋白質(zhì)。 朊病毒在電子顯微鏡下呈桿狀顆粒，直徑25nm，長(zhǎng)100200nm。桿狀顆 粒不單獨(dú)存在，總是呈叢狀排列，每叢大小和形狀不一，多時(shí)可含100個(gè)。,Chapter 4 3 病毒與實(shí)踐,噬菌體與發(fā)酵工業(yè) 昆蟲(chóng)病毒與生物防治 病毒與基因工程,發(fā)酵液受噬菌體污染的實(shí)例 丙酮丁醇連續(xù)發(fā)酵異常時(shí)，發(fā)酵停止，不產(chǎn)生氣泡

16、，醪液上層澄清，呈暗黑色，出現(xiàn)睡眠癥。正常發(fā)酵12-18小時(shí)，丙酮產(chǎn)量可達(dá)200mg/L，異常發(fā)酵時(shí)達(dá)到相同水平則需36-42小時(shí)，丁醇量也偏低 ，醪液的蒸餾效率低于正常的10-20%。 紅霉素發(fā)酵液污染噬菌體后，往往在數(shù)小時(shí)至十幾小時(shí)突然出現(xiàn)發(fā)酵液變稀，氨態(tài)氮上升，pH值升高，菌絲自溶，細(xì)胞破碎，噬菌體數(shù)可達(dá)1010pfu/ml以上。,噬菌體應(yīng)用的舉例 用于鑒定細(xì)菌的分型； 分子生物學(xué)領(lǐng)域的重要實(shí)驗(yàn)工 具和最理想的材料； 細(xì)菌的感染治療：用噬菌體的混合制劑局部外用或口服治療因耐抗生素等而久治不愈的患者。如術(shù)后綠膿桿菌感染、菌痢患者大腸桿菌感染以及呼吸道的金黃色葡萄球菌感染。,噬菌體載體,病毒粒子為球狀正二十面體，在宿主細(xì)胞質(zhì)內(nèi)增殖，具蛋白質(zhì)包涵體，核酸為分段雙鏈RNA。多角體一般為四邊形、六邊形等，大小大致在0.510m范圍。 感染質(zhì)型多角體病毒的昆蟲(chóng)死亡周期較緩慢，一般為318天乃至更長(zhǎng)。但病蟲(chóng)患病期間，病毒不斷隨糞便排出，感染其它健康蟲(chóng)，感病幼蟲(chóng)繁殖力下降，可經(jīng)卵傳遞