第三章病毒與亞病毒

第三章病毒與亞病毒第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)概述病毒（Virus一詞源于拉丁文，原指一種動物來源的毒素）是在19世紀末才被發(fā)現(xiàn)的一類微小病原體。目前把病毒這類非細胞生物分為真病毒（Euvirus，簡稱病毒）和亞病毒（Subvirus）兩大類。至少含有核酸和蛋白質(zhì)兩種組分類病毒(viroid)：只含單獨具侵染性的RNA組分擬病毒(virusoid)：只含不具單獨侵染性的RNA組分阮病毒(prion)：只含蛋白質(zhì)一種組分亞病毒（Subvirus）非細胞生物真病毒(euvirus)：

病毒(virus)是由一個核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質(zhì)構(gòu)成的活細胞內(nèi)專性寄生的非細胞形態(tài)的微生物。

定義：第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一一、病毒的特點：①形體極其微小，一般都能通過細菌濾器，電子顯微鏡才能觀察；②沒有細胞構(gòu)造，主要成分僅為核酸和蛋白質(zhì)兩種；③每一種病毒只含一種核酸，不是DNA就是RNA；④既無產(chǎn)能酶系，也無蛋白質(zhì)和核酸合成酶系，只能利用宿主活細胞內(nèi)現(xiàn)成代謝系統(tǒng)合成自身的核酸和蛋白質(zhì)成分；⑤以核酸和蛋白質(zhì)等“元件”的裝配實現(xiàn)其大量繁殖；⑥在離體條件下，能以無生命的生物大分子狀態(tài)存在，并長期保持其侵染活力；⑦對一般抗生素不敏感，但對干擾素(IFN)敏感；⑧有些病毒的核酸還能整合到宿主的基因組中，并誘發(fā)潛伏性感染。第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一二、人類對病毒的發(fā)現(xiàn)和認識過程關(guān)于病毒所導致的疾病，早在公元前二至三個世紀的印度和中國就有了關(guān)于天花的記錄。1884年，法國微生物學家查理斯·尚柏朗（CharlesChamberland）發(fā)明了一種細菌無法濾過的過濾器，可以將液體中的細菌除去。1892年，俄國生物學家伊凡諾夫斯基（DmitryIvanovsky）在研究煙草花葉病時發(fā)現(xiàn)將感染花葉病的煙草葉的提取液用燭形濾器過濾后能夠感染其他煙草。1899年，荷蘭微生物學家馬丁烏斯·貝杰林克（MartinusBeijerinck）重復了Ivanovsky的實驗，發(fā)現(xiàn)這種新的感染性物質(zhì)只在分裂細胞中復制，并稱之為contagiumvivumfluidum（可溶的活菌）并進一步命名為virus（病毒）。20世紀早期，英國細菌學家FrederickTwort發(fā)現(xiàn)了噬菌體。第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一1931年，德國工程師恩斯特·魯斯卡和馬克斯·克諾爾發(fā)明了電子顯微鏡，使得研究者首次得到了病毒形態(tài)的照片。1935年，美國生物化學家和病毒學家溫德爾·梅雷迪思·斯坦利得到第一個被結(jié)晶的病毒煙草花葉病毒晶體，獲得1946年的諾貝爾化學獎。1941年，Bernal和Fankuchen拍攝第一張病毒的X射線衍射照片。1955年，羅莎琳·富蘭克林揭示病毒的整體結(jié)構(gòu)。1955年，HeinzFraenkel-Conrat和RobleyWilliams發(fā)現(xiàn)將分離純化的煙草花葉病毒RNA和衣殼蛋白混合在一起后，可以重新組裝成具有感染性的病毒。1963年，巴魯克·塞繆爾·布隆伯格發(fā)現(xiàn)了乙型肝炎病毒。1965年，霍華德·馬丁·特明發(fā)現(xiàn)并描述了第一種逆轉(zhuǎn)錄病毒，逆轉(zhuǎn)錄酶在1970年由霍華德·特明和戴維·巴爾的摩分別獨立鑒定出。1983年，法國巴斯德研究院的呂克·蒙塔尼和弗朗索瓦絲·巴爾－西諾西首次分離得到艾滋病毒（HIV），與發(fā)現(xiàn)了能夠?qū)е伦訉m頸癌的人乳頭狀瘤病毒的德國科學家哈拉爾德·楚爾·豪森分享了2008年的諾貝爾生理學與醫(yī)學獎。第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)、病毒的形態(tài)構(gòu)造和化學成分一、病毒的大小多數(shù)病毒直徑在100nm(20~200nm),較大的病毒直徑為３００~４５０nm，較小的病毒直徑僅為１８~２２nm。絕大多數(shù)病毒是能通過細菌濾器；須用電鏡才能觀察到其具體形態(tài)和大小。第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一二、形態(tài)第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一SizesandShapesofViruses(AnimalRNAViruses)第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一SizesandShapesofViruses(AnimalDNAViruses)第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一TransmissionElectronMicrographof

HerpessimplexViruses第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一Tobaccomosaicvirus(TMV)

第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一三、構(gòu)造capsidcoreenvelopespikenucleocapsid

病毒粒子(virion)——成熟的、結(jié)構(gòu)完整的、具有侵染力的單個病毒，又稱病毒顆粒(virusparticle)。Capsomereorcapsomer1、病毒粒子的基本結(jié)構(gòu)第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一basicstructure第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一ViralStructure(EnvelopedHelicalVirus)第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一ViralStructure(EnvelopedPolyhedralVirus)第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一TransmissionElectronMicrographofHIV-1StainedtoShowSurfaceGlycoproteins第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一TransmissionElectronMicrographofHIV-1第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一2、病毒的對稱性三類典型形態(tài)的病毒：★二十面體對稱的結(jié)構(gòu)(球狀)★螺旋對稱的結(jié)構(gòu)(桿狀)★復合對稱的結(jié)構(gòu)(蝌蚪狀)

大腸桿菌T偶數(shù)噬菌體是由橢圓形的二十面體頭部和螺旋對稱的尾部組合而成，是病毒中復合對稱的代表。第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一①二十面體對稱病毒粒子第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一②螺旋對稱的病毒粒子TobaccoMosaicVirus第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一③復合對稱的病毒粒子T4Bacteriophage第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一★有包膜的病毒粒子第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一TransmissionElectronMicrographofHIV-1BuddingfromaHostCell第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)病毒及其繁殖方式一、原核生物病毒（噬菌體）二、植物病毒、人與脊椎動物病毒、昆蟲病毒三、亞病毒第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一一、原核生物病毒（噬菌體）噬菌體(bacteriophage,phage)是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒的總稱。★溫和噬菌體（temperatephrage）——噬菌體感染細胞后，將其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以隨宿主DNA的復制而進行同步復制，在一般情況下，不引起寄主細胞裂解的噬菌體。★烈性噬菌體（virulentphage）——感染細胞后,能在寄主細胞內(nèi)增殖，產(chǎn)生大量子代噬菌體并引起細菌裂解的噬菌體。第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一噬菌體具有病毒的一些特性（個體微小）。噬菌體基因組含有許多個基因，但所有已知的噬菌體都是細菌細胞中利用細菌的核糖體、蛋白質(zhì)合成時所需的各種因子、各種氨基酸和能量產(chǎn)生系統(tǒng)來實現(xiàn)其自身的生長和增殖。一旦離開了宿主細胞，噬菌體不能生長和復制。噬菌體分布極廣，凡是有細菌的場所，就可能有相應(yīng)噬菌體的存在。第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一1、噬菌體的形態(tài)★T-系噬菌體—T-系噬菌體是研究的最廣泛而又深入的細菌噬菌體，按發(fā)現(xiàn)的先后順序進行從T1—T7編號，后來發(fā)現(xiàn)其中偶數(shù)者的形態(tài)都相同（蝌蚪形收縮性長尾），故統(tǒng)稱T偶數(shù)噬菌體。第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一★T偶數(shù)噬菌體的形態(tài)構(gòu)造

由于絕大多數(shù)噬菌體為蝌蚪形，現(xiàn)以E.coliT4為例，介紹蝌蚪形噬菌體的結(jié)構(gòu)：大腸桿菌T4噬菌體構(gòu)造第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一2、烈性噬菌體的繁殖◆Thelyticlifecycleconsistsofthefollowingsteps:Adsorption→Penetration→Replication→Maturation→Release第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一TheLyticLifeCycleofLyticBacteriophagesThebacteriophagebindstoreceptorsonthebacterialcellwall.Thebacteriophageinjectsitsgenomeintothebacterium'scytoplasmFig.2:PenetrationFig.1:Adsorption第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一Thebacteriophagegenomereplicatesandbacteriophagecomponentsbegintobeproducedbywayofthehostbacterium'smetabolicmachinery.Theproductionofbacteriophagecomponentsandenzymesprogresses.Fig.4:LateReplicationFig.3:EarlyReplication第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一Thebacteriophagecomponentsassemble.Abacteriophage-codedenzymebreaksdownthepeptidoglycaninthebacterialcellwallcausingosmoticlysis.Fig.6:ReleaseFig.5:Maturation第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一3、噬菌體的效價測定效價（titre,titer）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數(shù)（plaque-formingunit,pfu）或感染中心數(shù)（infectivecentre）。測定效價常用且較精確的方法稱為雙層平板法（twolayerplatingmethod）。第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一4、測定噬菌體生長的方法高濃度敏感細菌＋適量噬菌體相混合一定時間(5min)除去游離噬菌體進行高倍稀釋培養(yǎng)定時取樣測定噬菌體數(shù)抗血清第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一★一步生長曲線第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一5、溫和噬菌體的繁殖★溫和噬菌體(temperatephage)：吸附并侵入細胞后，噬菌體的DNA整合在宿主的染色體組上，并可長期隨宿主DNA的復制而同步復制，因而在一般情況下不進行增殖和引起宿主細胞裂解的噬菌體,如E.coli的、P1、P2，Salmonellatyphimurium的P22等?！锴笆删w(prophage)：處于整合態(tài)的噬菌體核酸?！餃睾褪删w的特點：其核酸的類型都是dsDNA；具有整合能力；具有同步復制能力。★溫和噬菌體的三種存在形式：游離態(tài)、整合態(tài)、營養(yǎng)態(tài)第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一★溫和噬菌體在細菌染色體上的整合位置：

就目前所知，所有溫和噬菌體的核酸都是雙鏈DNA。按照溫和噬菌體DNA與細菌DNA結(jié)合部位的不同，又可將其分成兩類：★①只有一個特定結(jié)合部位的溫和噬菌體：

大腸桿菌的噬菌體★②具有多個或不定部位的溫和噬菌體：

大腸桿菌的P1噬菌體、鼠傷寒沙門氏菌P22噬菌體

第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一★溶源性(lysogeny)：溫和噬菌體侵染敏感細菌后不裂解它們，而與細菌共存的特性?！锶茉葱约毦?lysogen或lysogenicbacteria)：在核染色體組上整合有前噬菌體并能正常生長繁殖而不被裂解的微生物?！镌谧匀唤缰校鞣N細菌、放線菌等都有溶源菌存在，例如溶源性菌株E.coliK12()就表示一株帶有前噬菌體的大腸桿菌K12溶原菌株。

第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期一

Adsorption

Penetration

ProphageFormation

MaintainingtheProphageduringtheLysogenicLifeCycleReplication

MaturationRelease

But,followingspontaneousinduction,

Thebacteriuminsertsitsgenomeintothebacterium'snucleoidtobecomeaprophage.Asthebacteriumreplicates,thepr