病原生物學-教程-ppt課件第十九章-病毒的基本性狀

1、第十九章 病毒的基本性狀病原生物學學習目標掌握：病毒、病毒體的概念。熟悉：病毒的結(jié)構(gòu)與化學組成。了解：病毒的大小和形態(tài)、病毒的增殖、干擾現(xiàn)象。病毒( virus)是形態(tài)最微小，結(jié)構(gòu)最簡單的微生物。僅有一種類型核酸（RNA或DNA）作為其遺傳物質(zhì)。為保護其核酸不被核酸酶等破壞，外圍有蛋白衣殼或包膜。病毒因缺少編碼能量代謝或蛋白質(zhì)合成所需元件（線粒體、核糖體）的遺傳信息，只有在活細胞內(nèi)方可顯示其生命活性。病毒進入活細胞后，根據(jù)病毒核酸的指令，改變細胞的一系列生命活動，復制出大量子代病毒，并導致細胞發(fā)生多種改變。病毒在醫(yī)學微生物中占有十分重要的地位。在微生物引起的疾病中，由病毒引起的疾病約占75%。

2、常見的病毒性疾病有肝炎、流行性感冒、腦炎、腹瀉和艾滋病等。病毒性疾病不僅傳染性強、流行廣，而且有效藥物少。除急性感染外，有些病毒還可引起持續(xù)性感染，還與腫瘤和自身免疫病的發(fā)生密切相關(guān)。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)一、病毒的大小與形態(tài)一個完整成熟的病毒顆粒稱為病毒體（virion），是病毒在細胞外的典型結(jié)構(gòu)形式，并有感染性。病毒體積微小，必須用電子顯微鏡放大數(shù)千至數(shù)萬倍才能看到，故以納米（nm，1nm=1/1000m）為測量單位。各種病毒的大小差別懸殊，最大病毒直徑約為300nm，最小病毒直徑約為20nm（圖19-1）。病毒的形態(tài)表現(xiàn)為多形性，常見的形態(tài)有球形、磚形、桿狀、絲狀、彈狀和蝌蚪形等（圖1

3、9-2）。引起人和動物疾病的多數(shù)為球形。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)1、葡萄球菌 1000nm 2、立克次體 450nm3、衣原體 390nm 4、痘苗病毒 300230nm5、大腸埃希菌噬菌體 6595nm(頭部) 12100nm(尾部)6、流感病毒 100nm 7、腺病毒 70nm8、乙腦病毒40nm 9、脊髓灰質(zhì)炎病毒 30nm圖19-1 各類微生物的大小 比較結(jié)構(gòu)示意圖第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)圖19-2 各類病毒形態(tài)比較結(jié)構(gòu)示意圖第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)二、病毒的結(jié)構(gòu)與化學組成（一）病毒的結(jié)構(gòu)病毒的結(jié)構(gòu)簡單，其基本結(jié)構(gòu)由核心（core）和衣殼（capsid）構(gòu)成，稱為核衣殼（nucleoc

4、apsid）。有些病毒在核衣殼外還有一層包膜（envelope）（圖19-3）。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)圖19-3 病毒二十面體立體對稱型和螺旋對稱型的模式圖A：無包膜病毒：左為螺旋對稱型，右為二十面體立體對稱型B：有包膜病毒：左為螺旋對稱型，右為二十面體立體對稱型第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)1.核心 位于病毒的中心，為單一核酸（DNA或RNA），構(gòu)成病毒的基因組，為病毒的復制、遺傳和變異提供遺傳信息。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)2.衣殼 包繞在核酸外面的蛋白質(zhì)外殼，稱衣殼。由一定數(shù)量的殼粒組成，每個殼粒被稱為形態(tài)亞單位，由一個或多個多肽分子組成，按其數(shù)量與排列方式不同可以分為以下幾種對稱類型： (1

5、)螺旋對稱型(helical symmetry)：殼粒沿著螺旋形盤旋的病毒核酸鏈對稱排列，如正粘病毒、副粘病毒及彈狀病毒等。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)2.衣殼 (2)20面體對稱型(icosahedral symmetry)：核酸濃集成球形或近似球形，外周的殼粒排列成20面體對稱型。20面體的每個面都呈等邊三角形，由許多殼粒鑲嵌組成。大多數(shù)病毒體頂端的殼粒由5個同樣的殼粒包圍，稱為五鄰體；而在三角形面上的殼粒，周圍都有6個同樣殼粒，稱為六鄰體。大多數(shù)球狀病毒呈此對稱型。多數(shù)情況下病毒的衣殼是包繞核酸形成的，但也可見到先形成空衣殼，再裝灌核酸的情況。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)2.衣殼 (3)復合對稱

6、型(complex symmetry)：病毒體結(jié)構(gòu)較復雜，既有螺旋對稱又有20面體對稱形式。僅見于痘病毒和噬菌體等。經(jīng)測定，用20面立體構(gòu)成的外殼最為堅固，內(nèi)部容積最大。螺旋對稱型衣殼則相對不堅固，衣殼外需有包膜。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)3.包膜 是某些病毒在成熟過程中穿過宿主細胞，以出芽方式向宿主細胞外釋放時獲得的，含有宿主細胞膜或核膜成分，包括脂質(zhì)和少量的糖類。有些病毒包膜表面具有長短不等，呈放射狀排列的突起，稱為刺突（spike），如流感病毒包膜上的血凝素和神經(jīng)氨酸酶。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)（二）病毒的化學組成與功能1.病毒核酸 其化學成分為DNA或RNA，藉此分為DNA和RNA病毒兩

7、大類。病毒核酸是主導病毒感染、增殖、遺傳和變異的物質(zhì)基礎。失去衣殼的病毒核酸進入宿主細胞后能增殖，仍具有傳染性，稱為感染性核酸。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)2.病毒蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)是病毒的主要組成部分，由病毒基因組編碼，具有病毒的特異性。病毒蛋白可分為結(jié)構(gòu)蛋白和非結(jié)構(gòu)蛋白:結(jié)構(gòu)蛋白指的是組成病毒體的蛋白成分，主要分布于衣殼、包膜和脂質(zhì)中。其重要功能有：（1）保護病毒核酸免受酶或其他理化因素的破壞；（2）可與宿主細胞膜上的受體特異性結(jié)合，介導病毒進入細胞，引起宿主細胞的感染；（3）具有抗原性，可以誘導機體產(chǎn)生免疫應答。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)2.病毒蛋白質(zhì) 病毒的非結(jié)構(gòu)蛋白是指由病毒基因組編碼，但不參

8、與病毒體構(gòu)成的病毒蛋白多肽。它不一定存在于病毒體內(nèi)，也可存在于感染細胞中。它包括病毒編碼的酶類和特殊功能的蛋白，如蛋白水解酶、DNA聚合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶等。第一節(jié) 病毒的形態(tài)與結(jié)構(gòu)3.脂類和糖 病毒體的脂質(zhì)主要存在于包膜中，有些病毒含少量糖類，以糖蛋白形式存在，也是包膜的表面成分之一。包膜對衣殼有保護作用，并與病毒吸附宿主細胞有關(guān)。第二節(jié) 病毒的復制病毒缺乏完整的酶系統(tǒng)和細胞器，不能獨立生存，必須借助易感宿主細胞提供的原料、酶系統(tǒng)及能量等來進行增殖。病毒增殖的方式是以其基因為模板，合成與原來一樣的基因。這種以病毒核酸分子為模板進行復制的方式稱為自我復制。第二節(jié) 病毒的復制從病毒進入宿主細胞開始，經(jīng)

9、過基因組復制，轉(zhuǎn)錄，翻譯出相應的病毒蛋白質(zhì)，最后釋放出子代病毒，稱為一個復制周期。人和動物病毒的復制周期依次包括吸附、穿入、脫殼、生物合成及組裝、成熟和釋放等步驟。第二節(jié) 病毒的復制（一）吸附 病毒需先吸附于易感細胞后方可穿入。吸附可分為兩個階段：1.病毒與細胞的靜電結(jié)合。該過程與Na+、Mg2+、Ca2+等陽離子濃度有關(guān)。這種結(jié)合是非特異可逆的；2.宿主細胞表面受體與病毒包膜或衣殼表面的配體特異性結(jié)合，是特異不可逆的，決定了病毒侵入的細胞類型。第二節(jié) 病毒的復制（二）穿入 病毒吸附在宿主細胞膜后，主要是通過吞飲或融合方式穿入細胞膜。1.吞飲，即病毒與細胞表面結(jié)合后內(nèi)凹入細胞，細胞膜內(nèi)陷形式類

10、似吞噬泡，病毒原封不動地進入細胞質(zhì)內(nèi)。無包膜的病毒多以吞飲形式進入易感動物細胞內(nèi)；2.融合，是指病毒包膜與細胞膜密切接觸，在融合蛋白的催化下，融合孔開口，病毒包膜與細胞膜融合，而將病毒的核衣殼釋放至細胞質(zhì)內(nèi)。有包膜的病毒都以融合的形式穿入細胞。第二節(jié) 病毒的復制（三）脫殼 病毒穿入胞質(zhì)中的核衣殼脫去蛋白質(zhì)外殼，使基因組核酸裸露的過程。病毒體必須脫去蛋白質(zhì)衣殼后，核酸才能發(fā)揮作用。病毒脫殼必須有酶的參與。第二節(jié) 病毒的復制（四）生物合成 病毒借助宿主細胞提供的原料、能量和場所合成病毒核酸和蛋白質(zhì)。用血清學方法和電鏡檢查宿主細胞，在生物合成階段找不到病毒顆粒，稱為隱蔽期。人和動物DNA病毒多數(shù)是雙

11、鏈DNA(dsDNA)。例如皰疹病毒、腺病毒。它們在細胞核內(nèi)合成DNA，在細胞質(zhì)內(nèi)合成病毒蛋白；只有痘病毒例外，因其本身攜帶DNA多聚酶，DNA和蛋白質(zhì)都在細胞質(zhì)內(nèi)合成。第二節(jié) 病毒的復制雙鏈DNA病毒首先利用細胞核內(nèi)依賴 DNA的RNA聚合酶，轉(zhuǎn)錄出早期mRNA，再在胞質(zhì)內(nèi)核糖體轉(zhuǎn)譯成早期蛋白。這些早期蛋白是非結(jié)構(gòu)蛋白，主要為合成病毒子代DNA所需要的DNA多聚酶及脫氧胸腺嘧啶激酶。然后以子代DNA分子為模板，大量轉(zhuǎn)錄晚期mRNA，繼而在胞質(zhì)核糖體上轉(zhuǎn)譯出病毒的晚期蛋白即結(jié)構(gòu)蛋白，主要為衣殼蛋白。其實，病毒在合成衣殼蛋白時，首先合成一個大的蛋白，再由蛋白酶將其降解為若干個小的衣殼蛋白，為以后

12、的組裝做好準備，如果沒有蛋白酶作用，或者由于蛋白酶抑制劑的作用滅活了蛋白酶，不能形成衣殼蛋白，則病毒無法完成組裝。第二節(jié) 病毒的復制dsDNA復制為半保留復制形式，即親代DNA的雙鏈在解旋酶的作用下，打開成為正、負兩個DNA單鏈。再分別以這兩條單鏈為模板，在DNA聚合酶的作用下，分別合成互補的DNA（負鏈或正鏈），形成新的dsDNA。通過這個復制過程，大量生成與親代結(jié)構(gòu)完全相同的子代DNA。第二節(jié) 病毒的復制（四） 組裝、成熟和釋放 子代病毒的核酸與蛋白質(zhì)合成后，當衣殼蛋白達到一定濃度時，將聚合成衣殼并包裝相應的核酸而形成核衣殼，成為子代病毒，稱為組裝。絕大多數(shù)DNA病毒在細胞核內(nèi)組裝，大多數(shù)

13、RNA病毒則在細胞質(zhì)內(nèi)組裝。裸露病毒在組裝完成后，隨宿主細胞破裂而把病毒全部釋放到周圍環(huán)境中，導致宿主細胞死亡。胞膜病毒，則以出芽方式釋放到細胞外，病毒易獲得胞膜，宿主細胞通常不死亡。第三節(jié) 病毒的干擾現(xiàn)象兩種病毒感染同一宿主細胞時，可發(fā)生一種病毒抑制另一種病毒增殖的現(xiàn)象稱為干擾現(xiàn)象。干擾現(xiàn)象不僅發(fā)生在異種病毒之間，也可發(fā)生在同種、同型及同株病毒之間。干擾現(xiàn)象不僅在活病毒間發(fā)生，滅活病毒也能干擾活病毒。第三節(jié) 病毒的干擾現(xiàn)象病毒間干擾現(xiàn)象的機制有多個方面，主要是某一病毒作用宿主細胞、誘導其產(chǎn)生抑制病毒復制的蛋白質(zhì)，被稱為干擾素。此外，第一種病毒破壞了宿主細胞表面受體或改變了宿主細胞代謝途徑等，

14、均可影響另一種病毒的復制過程。第三節(jié) 病毒的干擾現(xiàn)象病毒之間的干擾現(xiàn)象能夠阻止、中斷發(fā)病，也可以使感染終止，導致宿主康復。構(gòu)成機體非特異性免疫的一部分。在預防病毒性疾病的疫苗應用時，應注意避免同時使用有干擾現(xiàn)象的兩種病毒疫苗，以防止降低免疫效果；當機體正患病毒性疾病時應暫停接種。第四節(jié) 病毒的異常增殖 病毒在宿主細胞內(nèi)復制時，并非所有的病毒成分都能組裝成完整的病毒體，常有異常增殖。第四節(jié) 病毒的異常增殖一、頓挫感染：病毒進入宿主細胞后，如細胞不能為病毒增殖提供所需要的酶、原料、能量，則病毒不能復制出有感染性的病毒顆粒，稱為頓挫感染。不能為病毒復制提供必要條件的細胞稱為非容納細胞。非容納細胞對另

15、一種病毒可能成為容納細胞。病毒在非容納細胞內(nèi)呈頓挫感染，而在另一些細胞內(nèi)則可能增殖，造成感染。第四節(jié) 病毒的異常增殖二、缺陷病毒：指因病毒基因組不完整或某一基因位點改變，不能進行正常增殖，復制不出完整的有感染性的病毒顆粒，此病毒稱為缺陷病毒。但當與另一種病毒共同培養(yǎng)時，若后者能為前者提供所缺乏的物質(zhì)，就能使缺陷病毒完成正常的增殖，這種有輔助作用的病毒被稱為輔助病毒。在同一病毒株中混有缺陷病毒，當與完整病毒同時感染同一細胞時，完整病毒的增殖受到抑制的現(xiàn)象叫自身干擾現(xiàn)象，發(fā)揮干擾作用的缺陷病毒稱為缺陷干擾顆粒（DIP）。第五節(jié) 理化因素對病毒的影響病毒受理化因素作用后，失去感染性稱為滅活。滅活的病

16、毒仍能保留其他特性，如抗原性、紅細胞吸附、血凝及細胞融合、干擾現(xiàn)象等。第五節(jié) 理化因素對病毒的影響一、物理因素（一）溫度 大多數(shù)病毒耐冷不耐熱，在0以下的溫度，特別是在干冰溫度(70)和液氮溫度(196)下，可長期保持其感染性。大多數(shù)病毒5060、3分鐘即被滅活。熱對病毒的滅活作用，主要是使病毒衣殼蛋白變性和病毒包膜的糖蛋白刺突發(fā)生變化，阻止病毒吸附于宿主細胞。熱也能破壞病毒復制所需的酶類，使病毒不能脫殼。第五節(jié) 理化因素對病毒的影響一、物理因素（二）pH 大多數(shù)病毒在pH59的范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，而在pH50以下或pH90以上迅速滅活，但不同病毒對pH的耐受能力有很大不同。第五節(jié) 理化因素對病毒

17、的影響一、物理因素（三）射線和紫外線 r線、X線和紫外線都能使病毒滅活。射線引起核苷酸鏈發(fā)生致死性斷裂；紫外線是引起病毒的多核苷酸形成雙聚體（如胸腺核苷與尿核苷），抑制病毒核酸的復制，導致病毒失活。但有些病毒經(jīng)紫外線滅活后，若再用可見光照射，因激活酶的原因，可使滅活的病毒復活，故不宜用紫外線來制備滅活病毒疫苗。 第五節(jié) 理化因素對病毒的影響二、化學因素病毒對化學因素的抵抗力一般較細菌強，可能是病毒缺乏酶類的原故。（一）脂溶劑 病毒的包膜含脂質(zhì)成分，易被乙醚、氯仿、去氧膽酸鹽等脂溶劑溶解。因此，包膜病毒進入人體消化道后，即被膽汁破壞。乙醚在脂溶劑中對病毒包膜具有最大的破壞作用，所以乙醚滅活試驗可

18、鑒別有包膜和無包膜病毒。第五節(jié) 理化因素對病毒的影響二、化學因素（二）酚類 酚類及其衍生物為蛋白變性劑，故可作為病毒的消毒劑。（三）氧化劑、鹵素及其化合物 病毒對這些化學物質(zhì)都很敏感。第五節(jié) 理化因素對病毒的影響二、化學因素（四）抗生素與中草藥 現(xiàn)在的抗生素對病毒無抑制作用，但可以抑制待檢標本中的細菌，有利于分離病毒。近年來研究證明，有些中草藥如板藍根、大青葉、大黃、黃芪和七葉一枝花等對病毒有一定的抑制作用。第六節(jié) 病毒的遺傳變異一、基因突變病毒在增殖過程中常發(fā)生基因組中堿基序列的置換、缺失或插入，引起基因突變，其自發(fā)突變率為10-610-8，用物理因素（如紫外線或r射線）或化學因素（如亞硝基

19、胍）處理病毒時，也可誘發(fā)突變，提高突變率。第六節(jié) 病毒的遺傳變異一、基因突變由基因突變產(chǎn)生的病毒表型性狀改變的毒株為突變株( mutant)，突變株可呈多種表型，如病毒空斑或痘斑的大小、病毒顆粒形態(tài)、抗原性、宿主范圍、營養(yǎng)要求、細胞病變以及致病性的改變等。采用的突變株是從自然界分離的，或是用理化因子誘變而獲得的，其中最常見并有實際意義的是條件致死性突變株等。第六節(jié) 病毒的遺傳變異1條件致死性突變株只能在某種條件下增殖，而在另一種條件下則不能增殖的病毒株，如溫度敏感性突變株（ts）在2835條件下可增殖（稱容許性溫度），而在3740條件下不能增殖（稱非容許性溫度）。第六節(jié) 病毒的遺傳變異1條件致

20、死性突變株ts株可來源于基因任何部位的改變，產(chǎn)生各種各樣的ts突變株，典型ts株的基因所編碼的酶蛋白或結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，在較高溫度下( 3641)失去功能，故病毒不能增殖。ts突變株常具有減低毒力而保持其免疫原性的特點，是生產(chǎn)減毒活疫苗的理想株，但ts株容易出現(xiàn)回復突變(回復率為10-4)，因此在制備疫苗株時，必須經(jīng)多次誘變后，才可獲得在一定宿主細胞內(nèi)穩(wěn)定傳代的突變株，亦稱變異株( variant)。脊髓灰質(zhì)炎減毒活疫苗就是這種穩(wěn)定性ts變異株。第六節(jié) 病毒的遺傳變異2缺陷型干擾突變株（DIM） 指因病毒基因組中堿基缺失突變引起，其所含核酸較正常病毒明顯減少，并發(fā)生各種各樣的結(jié)構(gòu)重排。多數(shù)病毒可自然

21、的發(fā)生DIM。當病毒以高感染復制（高PFU）傳代時可出現(xiàn)DIM。第六節(jié) 病毒的遺傳變異2缺陷型干擾突變株（DIM） 其特點是由于基因的缺陷而不能單獨復制，必須在輔助病毒（通常是野生株）存在時才能進行復制，并同時能干擾野生株的增殖。我們對DIM的認識是來自細胞培養(yǎng)中的增殖試驗，通過對野毒株的干擾作用，可以減弱原病毒的毒性，但DIM在一些疾病中起重要作用，特別是與某些慢性疾病的發(fā)病機制有關(guān)。第六節(jié) 病毒的遺傳變異3宿主范圍突變株(hr) 指病毒基因組突變而影響了對宿主細胞的感染范圍，能感染野生型病毒所不能感染的細胞，利用此特性可制備狂犬病疫苗，也可對分離的流感病毒株等進行基因分析，及時發(fā)現(xiàn)是否帶有

22、非人來源（禽、豬）流感毒株血凝素的毒株等。第六節(jié) 病毒的遺傳變異4耐藥突變株(drug-resistant mutant) 臨床上應用針對病毒酶的藥物后，有時病經(jīng)短暫被抑制后又重新復制，常因編碼病毒酶基因的改變而降低了靶酶對藥物的親和力或作用，從而使病毒對藥物產(chǎn)生抗藥性而能繼續(xù)增殖。從研究角度也可分析病毒酶的基因編碼區(qū)，以發(fā)現(xiàn)堿基序列的變異與耐藥性發(fā)生的關(guān)系。第六節(jié) 病毒的遺傳變異二、基因重組與重配當兩種或兩種以上病毒感染同一宿主細胞時，它們之間可發(fā)生多種形式的相互作用，如干擾現(xiàn)象、共同感染、基因轉(zhuǎn)移與互換、基因產(chǎn)物的相互作用等，但常發(fā)生于有近緣關(guān)系的病毒或宿主敏感性相似的病毒間。兩種病毒感染

23、同一宿主細胞發(fā)生基因的交換，產(chǎn)生具有兩個親代特征的子代病毒，并能繼續(xù)增殖，該變化稱為基因重組( gene recombination)。其子代病毒稱為重組體?；蛑亟M不僅能發(fā)生于兩種活病毒之間，也可發(fā)生于一活病毒和另一滅活病毒之間，甚至發(fā)生于兩種滅活病毒之間。第六節(jié) 病毒的遺傳變異二、基因重組與重配對于基因分節(jié)段的RNA病毒，如流感病毒、輪狀病毒等，通過交換RNA節(jié)段而進行基因重組的被稱為重配( reassortment)。一般而言，發(fā)生重配幾率可高于不分節(jié)段病毒的基因重組的幾率。第六節(jié) 病毒的遺傳變異二、基因重組與重配已滅活的病毒在基因重組中可成為具有感染性的病毒，如經(jīng)紫外線滅活的病毒與另一

24、近緣的活病毒感染同一宿主細胞時，經(jīng)基因重組而使滅活病毒復活，稱為交叉復活（crossing reactivation）；當兩種或兩種以上的近緣的滅活病毒（病毒基因組的不同部位受損）感染同一細胞時，經(jīng)過基因重組而出現(xiàn)感染性的子代病毒，稱為多重復活( multiplicity reactivation) 。第六節(jié) 病毒的遺傳變異三、基因整合指病毒基因組與宿主細胞基因組的整合。在病毒感染宿主細胞的過程中，有時病毒基因組中DNA片段可插入到宿主染色體DNA中，這種病毒基因組與細胞基因組的重組過程稱為基因整合(gene integration)。第六節(jié) 病毒的遺傳變異三、基因整合轉(zhuǎn)導性噬菌體可引起宿主菌基因的普遍轉(zhuǎn)導和局限性轉(zhuǎn)導，溶原性噬菌體可使宿主菌變