環(huán)境工程微生物學(xué)病毒

1生物中的微生物生物細(xì)胞生物非細(xì)胞生物：病毒、亞病毒原核生物：三菌、三體真核生物：真菌、單細(xì)胞藻類、原生動物第一頁，共六十五頁。非細(xì)胞生物至少含核酸和蛋白質(zhì)二種組分(真)病毒亞病毒類病毒衛(wèi)星RNA朊病毒只含具侵染性的RNA組分只含有不具侵染性的RNA組分只含蛋白質(zhì)第二頁，共六十五頁。1.1病毒的一般屬性1.1.1病毒的定義和特點(diǎn)1.1.1.1定義目前，病毒尚無確切定義，一般可描述為：

病毒是一類既具有化學(xué)大分子屬性，又具有生物體基本特征；既具有細(xì)胞外的感染性顆粒形式，又具有細(xì)胞內(nèi)的繁殖性基因形式的獨(dú)特生物類群。第三頁，共六十五頁。病毒是專性細(xì)胞內(nèi)寄生物其大小在10~300nm之間。在形狀和化學(xué)組成上有所不同，但都僅含有RNA或DNA。完整的顆粒稱為“病毒粒子”，它包括一個(gè)衣殼，在衣殼的外面常包圍有糖蛋白—脂類的膜。病毒對抗生素不敏感。第四頁，共六十五頁。1.1.2病毒的一般屬性超顯微的，沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)的，專性活細(xì)胞內(nèi)寄生的實(shí)體。在活細(xì)胞外具有一般化學(xué)大分子特征。一旦病毒進(jìn)入細(xì)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(xì)胞的大分子合成裝置進(jìn)行復(fù)制表達(dá)、病毒繁殖，表現(xiàn)出遺傳、變異等一系列生命特征。第五頁，共六十五頁。沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)；只含有DNA或RNA一類核酸；不以二分分裂法繁殖，只能在特定的寄主細(xì)胞內(nèi)以核酸復(fù)制的方式增殖；沒有核糖體，不含與能量代謝有關(guān)的酶，在活體外沒有生命特征。第六頁，共六十五頁。1.1.3病毒的大小和形態(tài)（1）大小納米(nm)，10~300nm，100nm。（2）形態(tài)球狀—球狀病毒(或多面體病毒)。動物病毒多為球狀。桿狀—桿狀病毒(包括棒狀或線狀)。植物病毒多呈桿狀。蝌蚪狀—蝌蚪狀病毒。細(xì)菌病毒也即噬菌體多呈蝌蚪狀。第七頁，共六十五頁。第八頁，共六十五頁。

SizesandShapesofViruses(AnimalRNAViruses)第九頁，共六十五頁。SizesandShapesofViruses(AnimalDNAViruses)第十頁，共六十五頁。SizesandShapesofViruses(Bacteriophages)第十一頁，共六十五頁。1.1.4病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)（1）病毒粒子的結(jié)構(gòu)核殼(nucleo-capsid)病毒主要由殼體和核酸二部分構(gòu)成，二者統(tǒng)稱核殼。殼粒(capsomere)

是構(gòu)成病毒粒子的最小形態(tài)單位，每個(gè)殼粒由1-6個(gè)同種多肽分子折疊纏繞而成的蛋白質(zhì)亞單位。也稱為衣殼粒。殼體(capsid)

由殼粒以對稱的形式，有規(guī)律地排列成桿狀、球狀、二十面體或其它形狀，構(gòu)成病毒的外殼。也稱作衣殼，蛋白質(zhì)外殼。第十二頁，共六十五頁。ViralStructure(HelicalVirus)第十三頁，共六十五頁。ViralStructure(PolyhedralVirus)第十四頁，共六十五頁。包膜(envelope)

在殼體外層還具有一層由病毒編碼的封套，有包膜的病毒粒子是以出芽的方式穿過被侵染細(xì)胞的核膜或原生質(zhì)膜。病毒的包膜上具有受體，能使粒子附著并感染宿主細(xì)胞。第十五頁，共六十五頁。ViralStructure(EnvelopedHelicalVirus)第十六頁，共六十五頁。ViralStructure(EnvelopedPolyhedralVirus)第十七頁，共六十五頁。（2）病毒的對稱性

病毒的衣殼具有螺旋體對稱或二十面體對稱。1）螺旋體對稱可以看作蛋白亞基通過有序的螺旋方式，排列在病毒核酸周圍。2）二十面體規(guī)則的立體結(jié)構(gòu)，由許多蛋白亞基的重復(fù)聚集組成，從而形成一種類似于球形的結(jié)構(gòu)。第十八頁，共六十五頁。病毒粒的對稱體制第十九頁，共六十五頁。螺旋狀對稱型：煙草花葉病毒(TMV)第二十頁，共六十五頁。二十面體對稱型:腺病毒第二十一頁，共六十五頁。復(fù)合對稱型：Ｔ偶數(shù)噬菌體第二十二頁，共六十五頁。（3）病毒的化學(xué)組成1）病毒蛋白病毒蛋白，無論是結(jié)構(gòu)蛋白(衣殼、包膜)還是非結(jié)構(gòu)蛋白(例如，酶)都是由病毒的基因組編碼的，這些蛋白在組織培養(yǎng)的復(fù)制中可以是必要或非必要的。第二十三頁，共六十五頁。結(jié)構(gòu)蛋白是核衣殼、基質(zhì)，或者是包膜中的蛋白，這些蛋白對病毒基因組起保護(hù)作用，并且能夠利用宿主上的受體在宿主間傳遞基因組。同樣在病毒粒子的裝配過程中也起到了主要作用。非結(jié)構(gòu)蛋白包含在病毒體內(nèi)的非結(jié)構(gòu)蛋白，并不作為病毒體的結(jié)構(gòu)，通常具有酶的活性，對啟動病毒的感染是必要的。第二十四頁，共六十五頁。2）病毒的核酸核酸是病毒的遺傳物質(zhì)；控制著病毒的增殖及對宿主的感染性；一種病毒的毒粒只含有一種核酸：DNA或是RNA；病毒基因組在大小、結(jié)構(gòu)和核苷酸的組成上是多種多樣的，有線狀、環(huán)狀、雙鏈DNA(dsDNA)、單鏈DNA(ssDNA)、雙鏈RNA(dsRNA)、單鏈RNA(ssRNA)、分段的或者不分段的。第二十五頁，共六十五頁。3）脂類病毒所含的脂類主要是一些磷脂、膽固醇和中性脂肪，多數(shù)存在于包膜。4）糖類病毒所含的糖類主要是葡萄糖、龍膽二糖、巖藻糖、半乳糖等。第二十六頁，共六十五頁。（4）病毒的群體形態(tài)寄主細(xì)胞被病毒感染后形成的蛋白質(zhì)結(jié)晶體，內(nèi)含有1至幾個(gè)病毒粒子。有的病毒在寄主細(xì)胞內(nèi)可形成包含體結(jié)構(gòu)，它們多數(shù)位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，具嗜酸性；少數(shù)位于細(xì)胞核內(nèi)，具嗜堿性；也有細(xì)胞核內(nèi)和細(xì)胞質(zhì)都存在的類型。噬菌斑(plaque)枯斑(lesin)第二十七頁，共六十五頁。第二十八頁，共六十五頁。ElectronMicrographofPoliomyelitisVirus

Caption:--Poliovirus;RNAvirus,PicornaviridaeFamily.

第二十九頁，共六十五頁。TransmissionElectronMicrographofHIV-1.Thenucleocapsid(arrows)canbeseenwithintheenvelope.第三十頁，共六十五頁。1.2噬菌體噬菌體(bacteriophage)，通常稱為噬菌體(phage)，是侵染細(xì)菌的病毒。它們是專性細(xì)胞內(nèi)寄生物，可以噬菌體顆粒在細(xì)菌細(xì)胞外存在，但只能在細(xì)胞內(nèi)繁殖。它們由核酸基因組和被稱為衣殼的病毒外殼包圍而構(gòu)成。噬菌體侵染細(xì)菌后，在細(xì)胞內(nèi)指令細(xì)胞合成噬菌體的組分。第三十一頁，共六十五頁。1.2.1噬菌體的結(jié)構(gòu)噬菌體有許多類型。20面體，絲狀，復(fù)合體基因組是DNA或RNA；單鏈(ss)或雙鏈(ds)，環(huán)狀或線狀。第三十二頁，共六十五頁。1.2.1.1噬菌體的形態(tài)(1)20面體(icosahedron)

由20個(gè)三角形面構(gòu)成的特殊的形狀，20面體在自然界是非常普遍的形狀，因?yàn)楹苋菀籽b配成一個(gè)由亞單位包裹的外殼。(2)絲狀(filamentous)

由衣殼蛋白裝配成的螺旋狀結(jié)構(gòu)的長的蛋白管。(3)復(fù)合體(complex)

某些噬菌體由20面體頭部和連接螺旋狀尾部復(fù)合構(gòu)成。頭部為拉長的20面體。尾部尾部作用是幫助遺傳物質(zhì)注入細(xì)胞。第三十三頁，共六十五頁。ViralStructure(Binal)

AT-evenbacteriophageconsistingofahead,sheath,andtail.

第三十四頁，共六十五頁。ElectronMicrographofColiphageT4Caption:--T4bacteriophage(DNAvirus).第三十五頁，共六十五頁。1.2.2噬菌體的生活周期1.2.2.1典型噬菌體（毒性噬菌體）生活周期(1)侵染過程一個(gè)噬菌體典型的生活周期，從噬菌體在細(xì)菌細(xì)胞表面的特異受體吸附開始，隨后遺傳物質(zhì)注入宿主。細(xì)菌含有降解外源DNA的限制修飾系統(tǒng)，許多侵染是不成功的。接著核酸復(fù)制開始，噬菌體基因編碼的酶被合成。最后，合成噬菌體衣殼蛋白，裝配成新的噬菌體外殼，同時(shí)包裝一個(gè)拷貝的基因。然后，噬菌體釋放，普遍通過裂解進(jìn)入周圍培養(yǎng)基。也即經(jīng)過吸附，侵入，復(fù)制，組裝和釋放5個(gè)階段。第三十六頁，共六十五頁。

第三十七頁，共六十五頁。1)吸附(附著)(adsorption,attachment)AdsorptionduringtheLyticLifeCycleofaLyticBacteriophageThebacteriophagebindstoreceptorsonthebacterialcellwall.第三十八頁，共六十五頁。2)侵入(Penetration)PenetrationduringtheLyticLifeCycleofaLyticBacteriophageThebacteriophageinjectsitsgenomeintothebacterium'scytoplasm.第三十九頁，共六十五頁。3)核酸復(fù)制(nucleicacidreplication)EarlyReplicationduringtheLyticLifeCycleofaLyticBacteriophageThebacteriophagegenomereplicatesandbacteriophagecomponentsbegintobeproducedbywayofthehostbacterium'smetabolicmachinery.第四十頁，共六十五頁。LateReplicationduringtheLyticLifeCycleofaLyticBacteriophageTheproductionofbacteriophagecomponentsandenzymesprogresses.第四十一頁，共六十五頁。4)噬菌體裝配(Phageassembly)MaturationduringtheLyticLifeCycleofaLyticBacteriophageThebacteriophagecomponentsassemble.第四十二頁，共六十五頁。第四十三頁，共六十五頁。5)釋放(release)ReleaseduringtheLyticLifeCycleofaLyticBacteriophageAbacteriophage-codedenzymebreaksdownthepeptidoglycaninthebacterialcellwallcausingosmoticlysis.第四十四頁，共六十五頁。AnimationoftheLyticLifeCycleofaBacteriophage第四十五頁，共六十五頁。噬菌體效價(jià)表示每毫升試樣中所含有的具侵染性的噬菌體粒子數(shù)，又稱噬菌斑形成單位(pfu)或感染中心。測定的方法——雙層平板法用雙層平板法測出的效價(jià)比用電鏡直接記數(shù)得到的效價(jià)低。前者是計(jì)有感染力的噬菌體粒子，后者是計(jì)噬菌體的總數(shù)。（2）噬菌體效價(jià)第四十六頁，共六十五頁。第四十七頁，共六十五頁。（3）噬菌體生長曲線

1）一步生長曲線定義定量描述烈性噬菌體生長規(guī)律的實(shí)驗(yàn)曲線稱作一步生長曲線。2）一步生長曲線可分為三個(gè)時(shí)期潛伏期是指菌體的核酸侵入宿主細(xì)胞后至第一個(gè)噬菌體粒子裝配前的一段時(shí)間。裂解期是指溶液中噬菌體粒子急劇增多的一段時(shí)間。穩(wěn)定期溶液中噬菌體總數(shù)達(dá)到最高點(diǎn)后的時(shí)期。第四十八頁，共六十五頁。第四十九頁，共六十五頁。1.2.2.2溶源性噬菌體生活周期許多噬菌體，典型的為λ噬菌體，在細(xì)胞進(jìn)入裂解周期前，產(chǎn)生終止噬菌體復(fù)制的阻遏蛋白,使得這些噬菌體不進(jìn)入裂解循環(huán)，而是它們進(jìn)入稱為溶源性(lysogeny)的階段。在此階段它們或者整合至染色體上形成原噬菌體(prophage)(如λ噬菌體)或者像質(zhì)粒存在細(xì)胞質(zhì)中(如P1噬菌體)。結(jié)果，這些溶源性噬菌體(有時(shí)稱為溫和噬菌體)隨宿主染色體復(fù)制而復(fù)制，然后分配到子細(xì)胞中。第五十頁，共六十五頁。溶源性噬菌體特性噬菌體進(jìn)入溶源化階段，噬菌體的基因組隨染色體復(fù)制而復(fù)制，而且通過一個(gè)世代傳至下一個(gè)世代。溶源噬菌體可從溶源階段自發(fā)誘導(dǎo)，進(jìn)入裂解周期。大多數(shù)溶源性噬菌體(有時(shí)稱為溫和噬菌體)以原噬菌體狀態(tài)整合至染色體上隨宿主復(fù)制；但某些噬菌體，如P1噬菌體，卻像一個(gè)質(zhì)粒存在細(xì)胞質(zhì)中。第五十一頁，共六十五頁。溶源性噬菌體生活周期溶源性噬菌體具有特別的特性，因?yàn)樗鼈兡軘y帶改變宿主表型的功能性基因。稱為溶源性轉(zhuǎn)變(lysogenicconversion)，溶源性噬菌體的特性有助于細(xì)菌在寄主中存活的能力。沙門氏菌噬菌體溶源化時(shí)改變細(xì)菌脂多糖(LPS)O-抗原的組分，因此改變細(xì)菌抗原的特性。許多細(xì)菌的毒素基因也由溫和噬菌體攜帶，包括白喉棒桿菌(Corynebacteriadiphtheriae)的噬菌體攜帶的白喉毒素基因?；魜y毒素也在此類之中。第五十二頁，共六十五頁。溶源性噬菌體特性溶源細(xì)菌自發(fā)裂解和誘發(fā)裂解在溶源細(xì)菌中極少數(shù)(約10-6)會發(fā)生原噬菌體大量復(fù)制、成熟，導(dǎo)致寄主細(xì)胞裂解，稱為溶源細(xì)菌的自發(fā)裂解；若用低劑量的紫外線照射處理或其他理化方法處理，能夠誘發(fā)溶源細(xì)胞大量潰溶，釋放成熟噬菌體粒子，稱為誘發(fā)裂解。溶源細(xì)菌細(xì)胞復(fù)愈溶源細(xì)胞中的原噬菌體有時(shí)會消失，成為非溶源細(xì)胞，不會裂解，稱為溶源細(xì)菌細(xì)胞復(fù)愈。第五十三頁，共六十五頁。

第五十四頁，共六十五頁。ProphageFormationduringtheLysogenicLifeCycleofaTemperateBacteriophage.Thebacteriuminsertsitsgenomeintothebacterium'snucleoidtobecomeaprophage.第五十五頁，共六十五頁。AnimationoftheLysogenicLifeCycleofaTemperateBacteriophage第五十六頁，共六十五頁。1.3植物病毒沒有專門的吸附結(jié)構(gòu)，通過昆蟲口器、摩擦傷口和人為傷口進(jìn)入寄主細(xì)胞。進(jìn)入宿主細(xì)胞后脫去蛋白質(zhì)外殼。TMV的衣殼粒以雙層盤的形式組裝成衣殼，PH的改變、RNA的嵌入對衣殼的裝配起關(guān)鍵作用。第五十七頁，共六十五頁。植物感染病毒后的主要癥狀植物黃萎病黃豆黃萎病毒如何防治?第五十八頁，共六十五頁。1.4人類和脊椎動物病毒脊椎動物病毒包括DNA和RNA病毒腺病毒的復(fù)制可代表DNA病毒的復(fù)制脊髓灰質(zhì)炎病毒的復(fù)制可代表RNA病毒的復(fù)制動物病毒的釋放方式多種多樣，主要有以下幾種形式：無包膜的病毒，