非細(xì)胞型微生物的形態(tài)與分類課件

第四章

非細(xì)胞型微生物的形態(tài)與分類Dr.ShengyuanYangProducedby2023/4/10YangSY,Ph.D.非細(xì)胞生物真病毒：至少含核酸和蛋白質(zhì)兩種組分亞病毒類病毒：只含具侵染性的RNA組分衛(wèi)星RNA：只含有不具侵染性的RNA組分朊病毒：只含蛋白質(zhì)2008-02-16YangSYPh.D第一節(jié)病毒第二節(jié)亞病毒2008-02-16YangSYPh.D一、病毒定義：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，只有一種類型的核酸，只能在活的、敏感細(xì)胞內(nèi)以復(fù)制方式增殖的非細(xì)胞型微生物。2008-02-16YangSYPh.D

無細(xì)胞結(jié)構(gòu)；沒有酶或酶系統(tǒng)極不完全，不能進(jìn)行代謝活動，只能在活細(xì)胞內(nèi)寄生；一種病毒的毒粒內(nèi)只含有一種核酸，DNA或者RNA。個體極小，能通過細(xì)菌濾器；對抗生素不敏感，對干擾素敏感。（朊病毒甚至僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成）特點最大的病毒－牛痘苗病毒（200nm）最小的病毒－脊髓灰質(zhì)炎病毒（28nm）2008-02-16YangSYPh.D2008-02-16YangSYPh.D（一）病毒的大小個體小，必需在電鏡下觀察；不同病毒的毒粒大小差別很大；一般為100nm左右；測量單位為納米（nm,為1/1000m）2008-02-16YangSYPh.D（二）病毒的形態(tài)病毒?；虿《倔w（virion），有時也稱病毒顆?；虿《玖Ｗ樱╲irusparticle）：專指成熟的、結(jié)構(gòu)完整的和有感染性的單個病毒。2008-02-16YangSYPh.D球形顆粒(或稱擬球形顆粒)桿狀顆粒復(fù)雜形狀顆粒（如蝌蚪狀，卵形）毒粒的形狀2008-02-16YangSYPh.D流感病毒（左：病毒體，右：結(jié)構(gòu)圖）2008-02-16YangSYPh.D

艾滋病病毒（左：病毒體，右：結(jié)構(gòu)圖）

2008-02-16YangSYPh.D新的愛滋病病毒HIV-2

2008-02-16YangSYPh.DHerpessimplexViruses(單純皰疹病毒)2008-02-16YangSYPh.D噬菌體(phage)2008-02-16YangSYPh.D線狀病毒2008-02-16YangSYPh.D對稱體制螺旋對稱二十面體對稱復(fù)合對稱有包膜無包膜桿狀：煙草花葉病毒（TMV）等絲狀：大腸桿菌的f1、fd、M13噬菌體等卷曲狀：正粘病毒（流感病毒）等彈狀：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等無包膜有包膜：皰疹病毒大型：腺病毒等小型：脊髓灰質(zhì)炎病毒，φX174噬菌體等無包膜：大腸桿菌的T偶數(shù)噬菌體（蝌蚪狀）等有包膜：痘病毒（磚塊狀）（四）病毒粒的對稱體制病毒衣殼的衣殼粒排列具有高度對稱性。2008-02-16YangSYPh.D衣殼粒有規(guī)律地沿著中心軸（核酸）呈螺旋排列，進(jìn)而形成高度有序、對稱的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。1、螺旋狀對稱型：煙草花葉病毒（TMV）2008-02-16YangSYPh.D腺病毒的衣殼是典型的二十面體對稱。2、二十面體對稱型：腺病毒2008-02-16YangSYPh.D（五）病毒的核酸

核酸是病毒的遺傳物質(zhì)（基因組）；具有遺傳信息的載體和傳遞體的作用。一種病毒的毒粒只含有一種核酸：DNA或RNA；病毒核酸單鏈DNA（ssDNA）雙鏈DNA（dsDNA）單鏈RNA（ssRNA）雙鏈RNA（dsRNA）2008-02-16YangSYPh.D

病毒粒大量聚集并使動植物宿主細(xì)胞發(fā)生病變時，就形成了具有一定形態(tài)、構(gòu)造并能用光鏡加以觀察和識別的特殊“群體”，稱之為包涵體（inclusionbody）

。1、包涵體（inclusionbody）

（六）病毒的群體形態(tài)2008-02-16YangSYPh.D2、噬菌斑（plaque）

將少量的噬菌體與大量的宿主細(xì)胞的混合液與瓊脂培養(yǎng)基在培養(yǎng)皿中充分混勻，培養(yǎng)后肉眼可見一個個透亮不長菌的小圓斑，即為噬菌斑。2008-02-16YangSYPh.D3、空斑（plaque）病毒在宿主單層細(xì)胞培養(yǎng)物上形成一個與噬菌斑類似的肉眼可見的局部病損區(qū)域，稱之為蝕斑或稱空斑。2008-02-16YangSYPh.D病毒在植物葉片上形成的局部壞死斑，稱之為枯斑（lesion，病斑）。4、枯斑（lesion

）2008-02-16YangSYPh.D2008-02-16YangSYPh.D蘋果花葉病2008-02-16YangSYPh.D三、病毒的繁殖方式毒粒宿主細(xì)胞具有感染性的毒粒消失,有繁殖性的病毒基因組病毒基因組復(fù)制、表達(dá)病毒核酸和蛋白質(zhì)裝配形成具有感染性的毒粒釋放至細(xì)胞外原料；能量；生物合成場所；2008-02-16YangSYPh.D（一）、噬菌體的繁殖方式以原核生物的病毒—噬菌體為例基本形態(tài)為蝌蚪形、球形、和絲狀三種。2008-02-16YangSYPh.D頭部：廿面體對稱結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)衣殼構(gòu)成，內(nèi)含一條DNA。頸部：薄盤狀，附頸須。尾鞘：衣殼粒螺旋對稱；可伸縮

尾髓:中空，DNA可由此進(jìn)入細(xì)胞?；?

六角形盤狀物，其上有刺突、尾絲。刺突:

有吸附功能。尾絲:

有識別吸附功能。大腸桿菌T4噬菌體構(gòu)造蝌蚪形噬菌體的構(gòu)造（以大腸桿菌T4噬菌體為例）2008-02-16YangSYPh.D噬菌體的繁殖一般分為5個階段，即①吸附②侵入③增殖（復(fù)制與生物合成）④成熟（裝配）⑤裂解（釋放）2008-02-16YangSYPh.D2008-02-16YangSYPh.D烈性噬菌體（virulentphage）：凡在短時間內(nèi)能連續(xù)完成以上5個階段而實現(xiàn)其繁殖的噬菌體。感染細(xì)胞后，能在寄主細(xì)胞內(nèi)增殖，產(chǎn)生大量子代噬菌體并引起細(xì)菌裂解的噬菌體。溫和噬菌體（temperatephage）：進(jìn)入菌體后并不進(jìn)行增殖或引起溶菌的噬菌體。感染細(xì)胞后，將其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且隨宿主DNA的復(fù)制而進(jìn)行同步復(fù)制，在一般情況下不引起寄主細(xì)胞裂解的噬菌體。2008-02-16YangSYPh.D溫和噬菌體2008-02-16YangSYPh.D

烈性噬菌體所經(jīng)歷的繁殖過程，稱為裂解性周期（lyticcycle）或增殖性周期（productivecycle）。2008-02-16YangSYPh.D1、吸附（adsorption）尾絲尖端與宿主細(xì)胞表面的特異性受體接觸，可觸發(fā)尾絲散開，附著在受體上，隨之把刺突、基板固定。2008-02-16YangSYPh.D分別吸附于大腸桿菌性毛和菌體上的噬菌體2008-02-16YangSYPh.D2008-02-16YangSYPh.D

侵入又稱病毒內(nèi)化，它是一個病毒吸附后幾乎立即發(fā)生，依賴于能量的感染步驟。2、侵入（penetration）不同的病毒－宿主系統(tǒng)的病毒侵入機(jī)制不同2008-02-16YangSYPh.D噬菌體：采用注射方式將噬菌體核酸注入細(xì)胞2008-02-16YangSYPh.D噬菌體尾部的酶水解細(xì)胞壁的肽聚糖，使細(xì)胞壁產(chǎn)生小孔；尾鞘收縮，核酸通過中空的尾管壓入胞內(nèi)，蛋白質(zhì)外殼留在胞外。DNA注入2008-02-16YangSYPh.D病毒基因組的表達(dá)與復(fù)制存在著強(qiáng)烈的時序性病毒基因組進(jìn)入胞內(nèi)宿主細(xì)胞的代謝發(fā)生改變病毒利用宿主的生物合成機(jī)構(gòu)和場所，使病毒核酸表達(dá)和復(fù)制，產(chǎn)生大量的病毒蛋白質(zhì)和核酸。3、增殖（replication）2008-02-16YangSYPh.D早期（early,immediateearly）

轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯出早期蛋白，即只能轉(zhuǎn)錄噬菌體的次早期mRNA聚合酶。次早期（delayedearly）

轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯出次早期蛋白，如裂解宿主DNA的DNA酶，復(fù)制噬菌體的DNA聚合酶等。晚期（late）轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯出晚期蛋白，包括噬菌體的頭部蛋白、尾部蛋白、各種裝配蛋白、溶菌酶等。2008-02-16YangSYPh.D早期（early,immediateearly）次早期（delayedearly）晚期（late）2008-02-16YangSYPh.D

新合成的毒粒結(jié)構(gòu)組分組裝成完整的病毒顆粒的過程稱為成熟（maturation），亦稱做病毒的裝配。4、成熟（maturation）2008-02-16YangSYPh.DDNA分子的縮合通過衣殼包裹DNA而形成頭部尾絲和尾部的其他部件獨立裝配完成頭部與尾部相結(jié)合最后裝上尾絲主要步驟有：2008-02-16YangSYPh.D噬菌體增殖、成熟過程2008-02-16YangSYPh.D5、裂解（lysis）

當(dāng)宿主細(xì)胞內(nèi)的大量子代噬菌體已成熟后，由于水解細(xì)胞膜的脂肪酶和水解細(xì)胞壁的溶菌酶的作用，從細(xì)胞內(nèi)部促進(jìn)了細(xì)胞的裂解，從而實現(xiàn)了噬菌體的釋放。2008-02-16YangSYPh.D2008-02-16YangSYPh.D2008-02-16YangSYPh.D效價：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）或感染中心數(shù)。

測定的方法——雙層平板法

用雙層平板法測出的效價比用電鏡直接記數(shù)得到的效價低。前者是計有感染力的噬菌體粒子，后者是計噬菌體的總數(shù)。（二）、噬菌體效價的測定2008-02-16YangSYPh.D雙層平板法底層平板（2％瓊脂培養(yǎng)基10mL）上層平板上層培養(yǎng)基（1％瓊脂培養(yǎng)基5mL）宿主菌懸液（對數(shù)期菌液0.2mL）噬菌體試樣（合適稀釋液0.1mL）混勻37℃10余h計數(shù)噬菌斑2008-02-16YangSYPh.D

定量描述烈性噬菌體生長規(guī)律的實驗曲線，稱作一步生長曲線或一級生長曲線。潛伏期（latentphase）裂解期（risephase）裂解量（burstsize）（三）、一步生長曲線（onestepgrowthcurve）

一步生長曲線可分為三個時期：2008-02-16YangSYPh.D指噬菌體的核酸侵入宿主細(xì)胞后至第一個噬菌體粒子裝配前的一段時間。（1）潛伏期（latentphase）整段潛伏期中沒有一個成熟的噬菌體粒子從細(xì)胞中釋放出來2008-02-16YangSYPh.D潛伏期又可分兩段：①隱晦期（eclipsephase）指在潛伏期前期人為地（用氯仿）裂解細(xì)胞，裂解液仍無侵染性的一段時間。細(xì)胞內(nèi)正處于復(fù)制噬菌體核酸和合成其蛋白質(zhì)衣殼的階段2008-02-16YangSYPh.D②胞內(nèi)累積期（intracellularaccumulationphase）又稱潛伏后期，在隱晦期后，如人為地裂解細(xì)胞，其裂解液出現(xiàn)侵染性的一段時間。噬菌體開始裝配的時期，在電鏡下可觀察到已初步裝配好的噬菌體粒子。2008-02-16YangSYPh.D（2）裂解期（risephase）緊接在潛伏期后的一段宿主細(xì)胞迅速裂解、溶液中噬菌體粒子急劇增多的一段時間。（3）平穩(wěn)期（plateau）指感染后的宿主已全部裂解，溶液中噬菌體效價達(dá)到最高點后的時期。2008-02-16YangSYPh.D溫和噬菌體侵入相應(yīng)宿主細(xì)胞后，由于前者的基因組整合到后者的基因組上，并隨后者的復(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，此即稱溶源性或溶源現(xiàn)象。（四）、溶源性（lysogeny）2008-02-16YangSYPh.D凡吸附并侵入細(xì)胞后，噬菌體的DNA只整合在宿主的核染色體組上，并可長期隨宿主DNA的復(fù)制而進(jìn)行同步復(fù)制，因而在一般情況下不進(jìn)行增殖和引起宿主細(xì)胞裂解的噬菌體，稱溫和噬菌體（temperatephage）或溶源噬菌體（lysogenicphage）。（1）溶源噬菌體（lysogenicphage）2008-02-16YangSYPh.D當(dāng)溫和噬菌體侵入其敏感宿主的細(xì)胞后，前者的核酸可整合到后者的核基因組（genome，即核染色體）上，這種處于整合態(tài)的噬菌體核酸，稱作前噬菌體或原噬菌體（prophage）。（2）前噬菌體（prophage）2008-02-16YangSYPh.D①游離態(tài)指成熟后被釋放并有侵染性的游離噬菌體粒子；②整合態(tài)指已整合在宿主基因組上的前噬菌體（prophage）狀態(tài)；③營養(yǎng)態(tài)指前噬菌體經(jīng)外界理化因子誘導(dǎo)后，脫離宿主核基因組而處于積極復(fù)制、合成和裝配的狀態(tài)。（3）溫和噬菌體的三種存在形式2008-02-16YangSYPh.D溫和噬菌體的宿主就稱溶源菌（lysogen或lysogenicbacteria）。溶源菌是一類能與溫和噬菌體長期共存，一般不會出現(xiàn)有害影響的宿主細(xì)胞。（4）溶源菌（lysogen或lysogenicbacteria）2008-02-16YangSYPh.Dλ噬菌體的的溶源性反應(yīng)通過特定位點整合（切離）細(xì)菌染色體2008-02-16YangSYPh.D外界因素如紫外線可導(dǎo)致噬菌體進(jìn)入裂解循環(huán)。誘發(fā)裂解是檢查是否存在溶原性細(xì)菌的有效方法2008-02-16YangSYPh.D（5）溶源菌的識別少量溶源菌與大量的敏感性指示菌相混合與瓊脂培養(yǎng)基混勻后倒一個平板，經(jīng)培養(yǎng)后溶源菌就一一長成菌落。遇溶源菌裂解后所釋放的溫和噬菌體會發(fā)生裂解循環(huán)形成了一個個中央有溶源菌的小菌落，四周有透明圈圍著的這種獨特噬菌斑。2008-02-16YangSYPh.D2008-02-16YangSYPh.D（1）理論研究中的理想材料遺傳學(xué)研究中很多基本理論問題的研究都是用噬菌體做工具或材料；基因工程中作載體。（五）、噬菌體的應(yīng)用2008-02-16YangSYPh.D當(dāng)發(fā)酵液受噬菌體嚴(yán)重污染時，會出現(xiàn)：①發(fā)酵周期明顯延長；②碳源消耗緩慢；③發(fā)酵液變清，鏡檢時，有大量異常菌體出現(xiàn)；④發(fā)酵產(chǎn)物的形成緩慢或根本不形成；⑤用敏感菌作平板檢查時，出現(xiàn)大量噬菌斑；⑥用電子顯微鏡觀察時，可見到有無數(shù)噬菌體粒子存在。（2）噬菌體對發(fā)酵工業(yè)的危害很大輕則延長發(fā)酵周期、影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，重則引起倒罐甚至使工廠被迫停產(chǎn)2008-02-16YangSYPh.D要防治噬菌體的危害，必須確立“防重于治”的觀念。預(yù)防噬菌體污染的措施主要有：（1）決不使用可疑菌種（2）嚴(yán)格保持環(huán)境衛(wèi)生（3）決不丟棄和排放有生產(chǎn)菌種的菌液（4）注意通氣質(zhì)量（5）加強(qiáng)發(fā)酵罐和管道滅菌（6）不斷篩選抗噬菌體菌種，并經(jīng)常輪換生產(chǎn)菌種（7）嚴(yán)格執(zhí)行會客制度2008-02-16YangSYPh.D發(fā)現(xiàn)噬菌體污染時，要及時采取合理措施①盡快提取產(chǎn)品②使用藥物抑制某些金屬螯合劑（如草酸鹽、檸檬酸銨）可抑制噬菌體的吸附和侵入；金霉素、四環(huán)素或氯霉素等抗生素或“吐溫60”、“吐溫20”或聚氧乙烯烷基醚等表面活性劑均可抑制噬菌體的增殖或吸附；③及時改用抗噬菌體生產(chǎn)菌株2008-02-16YangSYPh.D第二節(jié)亞病毒2008-02-16YangSYPh.D凡在核酸和蛋白質(zhì)兩種成分中，只含其中一種的分子病原體，稱為亞病毒（subvirus），包括類病毒、擬病毒和朊病毒3類。2008-02-16YangSYPh.D一、類病毒（Viroid）

類病毒（viroid）是一類只含RNA一種成分、專性寄生在活細(xì)胞內(nèi)的分子病原體。目前只在植物體中發(fā)現(xiàn)，所含核酸為裸露的環(huán)狀ssRNA，其二級結(jié)構(gòu)象一段末端封閉的短dsRNA分子。2008-02-16YangSYPh.D

擬病毒（virusoids）又稱類類病毒（viroid-like）、殼內(nèi)類病毒或病毒衛(wèi)星（satellite），是指一類包裹在真病毒粒中的有缺陷的類病毒。擬病毒極其微小，一般僅由裸露的RNA（300～400個核苷酸）或DNA所組成。二、擬病毒（Virusoid）2008-02-16YangSYPh.D被擬病毒“寄生”的真病毒又稱輔助病毒（helpervirus），擬病毒則成了它的“衛(wèi)星”。擬病毒的復(fù)制必須依賴輔助病毒的協(xié)助，同時，擬病毒也可干擾輔助病毒的復(fù)制和減輕其對宿主的病害，這可用于生物防治中。2008-02-16YangSYPh.D三、朊病毒（Prion）朊病毒（prion，virino）又稱“普列昂”或蛋白質(zhì)侵染因子（prion，是proteininfection的縮寫），是一類不含核酸的傳染性蛋白質(zhì)分子，因能引起宿主體內(nèi)現(xiàn)成同類蛋白質(zhì)分子發(fā)生與其相似構(gòu)象變化，從而可使宿主致病。朊病毒是一類小型蛋白質(zhì)顆粒，約由250個氨基酸組成，大小僅為最小病毒的1％，而且毒性很強(qiáng)。2008-02-16YangSYPh.Dhot朊病毒由美國學(xué)者S.B.Prusiner于1982年研究羊騷癢病時發(fā)現(xiàn)的。由于其意義重大，故他于1997年獲得了諾貝爾獎。