非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的超微生物病毒

非細(xì)胞結(jié)構(gòu)的超微生物病毒第1頁(yè)/共69頁(yè)由于人類視覺(jué)所限，故形體越小的生物就越不易被發(fā)現(xiàn)。因此，在生物界中，微生物的發(fā)現(xiàn)比動(dòng)、植物遲得多；在微生物中，細(xì)菌發(fā)現(xiàn)得較遲，病毒更遲；在病毒中，類病毒、擬病毒和朊病毒等亞病毒的發(fā)現(xiàn)最遲。病毒的發(fā)現(xiàn)第2頁(yè)/共69頁(yè)發(fā)現(xiàn)1886年，德國(guó)農(nóng)業(yè)化學(xué)家邁爾在荷蘭的接種試驗(yàn)

(煙草花葉病是一種傳染性疾病)第3頁(yè)/共69頁(yè)1892年，俄羅斯伊萬(wàn)諾夫斯基煙草花葉病感病因子（細(xì)菌濾器濾過(guò)性）發(fā)現(xiàn)第4頁(yè)/共69頁(yè)發(fā)現(xiàn)1935年，美國(guó)生物化學(xué)家斯坦萊煙草花葉病毒結(jié)晶第5頁(yè)/共69頁(yè)病毒定義病毒是一類超顯微的非細(xì)胞生物，每一種病毒只含有一種核酸；它們只能在活細(xì)胞內(nèi)營(yíng)專性寄生，靠其宿主代謝系統(tǒng)的協(xié)助來(lái)復(fù)制核酸、合成蛋白質(zhì)等組分，然后再進(jìn)行裝配而得以增殖；在離體條件下，它們能以無(wú)生命的化學(xué)大分子狀態(tài)長(zhǎng)期存在并保持其侵染活性。第6頁(yè)/共69頁(yè)一、病毒的特點(diǎn)

病毒在寄主細(xì)胞外，不能獨(dú)立地進(jìn)行代謝和繁殖，它們是嚴(yán)格的寄生物，與其它生物相比有明顯不同，具有其本身的特點(diǎn)。1.形體及其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察，一般都可通過(guò)細(xì)菌濾器；2.沒(méi)有細(xì)胞構(gòu)造，故也稱分子生物；3.其主要成分僅有核酸和蛋白質(zhì)兩種；4.每一種病毒只有一種核酸，不是DNA就是RNA；第7頁(yè)/共69頁(yè)5.缺乏酶系統(tǒng)，既無(wú)產(chǎn)酶系統(tǒng)也無(wú)蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)；6.在宿主細(xì)胞的協(xié)助下，通過(guò)核酸的復(fù)制和核酸蛋白裝配的形式進(jìn)行增殖，不存在個(gè)體的生長(zhǎng)和二分裂法等細(xì)胞繁殖方式；7.在宿主的活細(xì)胞內(nèi)營(yíng)專性寄生；8.在離體條件下，能以無(wú)生命的化學(xué)大分子狀態(tài)存在，并可形成結(jié)晶；第8頁(yè)/共69頁(yè)9.經(jīng)提純的病毒結(jié)晶能保持侵染力。

人類傳染病中，約70—80%屬于病毒病，每一種植物至少有一種病毒引起的病害。引起人類致病的病毒相當(dāng)多，如肝炎，膽囊炎，狂犬病，愛(ài)滋病，風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等，也有多種病毒可以致人癌癥。

10.對(duì)一般抗生素不敏感，但對(duì)干擾素敏感。迄今，還未發(fā)現(xiàn)一種藥劑或抗菌素對(duì)人、動(dòng)植物體內(nèi)病毒有效的藥物，也沒(méi)有一種藥劑能殺死細(xì)胞體內(nèi)的病毒而又不傷害寄主。經(jīng)提純分離在體外的病毒結(jié)晶，用不少的藥物都可殺死，但寄主細(xì)胞內(nèi)的病毒均不敏感。干擾素（IFN）是一組具有多種功能的活性蛋白質(zhì)（主要是糖蛋白），是一種由單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子。它們?cè)谕N細(xì)胞上具有廣譜的抗病毒、影響細(xì)胞生長(zhǎng)，以及分化、調(diào)節(jié)免疫功能等多種生物活性。不直接殺傷或抑制病毒，而主要是通過(guò)細(xì)胞表面受體作用使細(xì)胞產(chǎn)生抗病毒蛋白，從而抑制病毒的復(fù)制；同時(shí)還可增強(qiáng)自然殺傷細(xì)胞（NK細(xì)胞）、巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞的活力，從而起到免疫調(diào)節(jié)作用，并增強(qiáng)抗病毒能力。第9頁(yè)/共69頁(yè)二、病毒的分類病毒的分類病毒有自己?jiǎn)为?dú)的分類系統(tǒng)，其分類依據(jù)主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸種類、病毒粒子的大小、病毒的結(jié)構(gòu)、有無(wú)被膜等。1.根據(jù)專性寄主分類：植物病毒、動(dòng)物病毒、細(xì)菌病毒（噬菌體）、放線菌病毒（噬放線菌體）、藻類病毒、真菌病毒。動(dòng)物病毒寄生在人體和動(dòng)物體內(nèi)引起人和動(dòng)物疾病：如流行性感冒、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型腦炎、脊髓灰質(zhì)炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、艾滋病等。植物病毒引起植物疾?。簾煵莼ㄈ~病、番茄叢矮病等。噬菌體寄生在細(xì)菌體內(nèi)引起細(xì)菌疾病。用藍(lán)細(xì)菌噬菌體控制水華。2.根據(jù)核酸分類：DNA病毒和RNA病毒。第10頁(yè)/共69頁(yè)類病毒是目前已知最小的可傳染的致病因子，比普通病毒簡(jiǎn)單，是無(wú)蛋白質(zhì)外殼保護(hù)的游離的共價(jià)閉合環(huán)狀單鏈RNA分子，侵入宿主細(xì)胞后自我復(fù)制，并使宿主致病或死亡。不能像病毒那樣感染細(xì)胞，只有當(dāng)植物細(xì)胞受到損傷，失去膜屏障，才能在供體植株與受體植株間傳染。

柑桔裂皮病，黃瓜白果病，椰子死亡病等防治的方法主要選擇無(wú)感的種子和繁殖體，以及防止機(jī)械傳播。對(duì)類病毒的研究可能為揭示生命起源和進(jìn)化、生命過(guò)程的實(shí)現(xiàn)等生命科學(xué)的重大理論問(wèn)題作出貢獻(xiàn)。

第11頁(yè)/共69頁(yè)朊病毒又稱蛋白質(zhì)侵染因子。朊病毒是一類能侵染動(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)。與一般病毒不一樣，它只有蛋白質(zhì)而無(wú)核酸，但卻既有感染性，又有遺傳性，三百年前，羊搔癢癥，廣泛傳播于歐洲和澳洲，1996年春天英國(guó)蔓延的“瘋牛病”。1997年，諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了美國(guó)生物化學(xué)家斯坦利·普魯辛納。為致死性中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性退化性腦病，感染朊病毒后有超長(zhǎng)的潛伏期，平均20年，最長(zhǎng)可達(dá)到50年，發(fā)病前無(wú)法檢測(cè)和診斷。朊病毒目前尚未有有效的治療方法，因此屬“不治之癥。”

朊病毒的傳播途徑包括，食用動(dòng)物肉骨粉飼料、牛骨粉湯；醫(yī)源性感染，如使用腦垂體生長(zhǎng)激素、促性腺激素和硬腦膜移植、角膜移植、輸血等。第12頁(yè)/共69頁(yè)第13頁(yè)/共69頁(yè)第二節(jié)病毒形態(tài)和結(jié)構(gòu)一.病毒的大小和形態(tài)測(cè)量的單位是納米，在電子顯微鏡下觀察。多數(shù)病毒粒子的直徑在100nm左右。不同病毒大小差別較大。病毒的形態(tài)主要有球形、桿形、磚形、蝌蚪形等。第14頁(yè)/共69頁(yè)有代表性的若干病毒的直徑或大小第15頁(yè)/共69頁(yè)第16頁(yè)/共69頁(yè)煙草mosaic病毒RNA核殼體煙草花葉病病毒結(jié)構(gòu)（螺旋對(duì)稱）煙草花葉病毒的桿狀殼體由2130個(gè)殼粒螺旋排列而成，大約有130個(gè)螺旋。第17頁(yè)/共69頁(yè)腺病毒粒子的三維結(jié)構(gòu)人體腺病毒負(fù)染照片

腺病毒二十面體對(duì)稱的模式圖及負(fù)染顯微照片。腺病毒結(jié)構(gòu)（二十面體對(duì)稱）第18頁(yè)/共69頁(yè)第19頁(yè)/共69頁(yè)

登革熱病毒照片第20頁(yè)/共69頁(yè)艾滋病病毒第21頁(yè)/共69頁(yè)水生動(dòng)物皮瘤中的虹色病毒第22頁(yè)/共69頁(yè)BacterialVirusesMaintypesofbacterialviruses.Sizesareapproximatescale第23頁(yè)/共69頁(yè)第24頁(yè)/共69頁(yè)第25頁(yè)/共69頁(yè)二.病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)由于病毒是非細(xì)胞生物，故單個(gè)病毒個(gè)體不能稱作“單細(xì)胞”，這樣，就產(chǎn)生了病毒粒子（virion，即病毒體）的名詞。病毒粒子有時(shí)也稱病毒顆粒（virusparticle），是指結(jié)構(gòu)完整的、具有感染力的病毒體。第26頁(yè)/共69頁(yè)病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白質(zhì)。核酸位于病毒粒子的中心，構(gòu)成了它的核心（核酸內(nèi)芯）或基因組；蛋白質(zhì)包圍在核心周圍，構(gòu)成了病毒粒子的衣殼。衣殼是病毒粒子的主要支架結(jié)構(gòu)和抗原成分，對(duì)核酸有保護(hù)作用。衣殼是由許多在電鏡下可辨別的形態(tài)學(xué)亞單位——衣殼粒所構(gòu)成。核心和衣殼合在一起稱為核衣殼，它是任何病毒（指“真病毒”）所必須具備的基本結(jié)構(gòu)。有些較復(fù)雜的病毒，在其核衣殼外還被一層由類脂或脂蛋白組成的被膜包裹著。有時(shí)，被膜上還長(zhǎng)有刺突等附屬物。第27頁(yè)/共69頁(yè)病毒蛋白質(zhì)的功能：保護(hù)病毒使其免受環(huán)境因素的影響。決定病毒感染的特異性。使病毒與敏感細(xì)胞表面特定部位有特異親和力，病毒可牢固的附著在敏感細(xì)胞上。病毒蛋白質(zhì)還有致病性、毒力和抗原性。第28頁(yè)/共69頁(yè)動(dòng)植物病毒核酸類型dsDNA，ssDNA，dsRNA，ssRNA。病毒其核酸含量占1-5%不等，如感冒病毒核酸占1%，99%占蛋白質(zhì)。TMV含核酸5%，含95%蛋白質(zhì)。核酸可用物理、化學(xué)方法分離出來(lái)，分離出的核酸仍具有侵染力。病毒核酸的功能決定病毒遺傳、變異和對(duì)敏感宿主細(xì)胞的感染力。

第29頁(yè)/共69頁(yè)病毒粒子的模式構(gòu)造第30頁(yè)/共69頁(yè)由于衣殼粒的排列組合不同，使病毒有三種對(duì)稱性構(gòu)型。立體對(duì)稱型（主要是20面體）；螺旋對(duì)稱型；復(fù)合對(duì)稱型。第31頁(yè)/共69頁(yè)頭部尾鞘尾絲刺突基板尾管復(fù)合對(duì)稱的代表—T偶數(shù)噬菌體第32頁(yè)/共69頁(yè)

具有復(fù)合對(duì)稱衣殼結(jié)構(gòu)的典型是有尾噬菌體，以大腸桿菌T4噬菌體為例。T4噬菌體的頭部為二十面體對(duì)稱結(jié)構(gòu)，直徑為5nm。噬菌體(phage)的尾部較為復(fù)雜，由尾鞘、尾管、頸部、基板、尾釘和尾絲組成。頭部與尾部由頸部連接起來(lái)。第33頁(yè)/共69頁(yè)噬菌體感染大腸桿菌第34頁(yè)/共69頁(yè)一組噬菌體第35頁(yè)/共69頁(yè)第36頁(yè)/共69頁(yè)一、病毒的繁殖過(guò)程以大腸桿菌T系噬菌體為例。有如下四步：吸附、侵入、復(fù)制、聚集和釋放。第三節(jié)病毒的繁殖第37頁(yè)/共69頁(yè)烈性噬菌體的繁殖過(guò)程（裂解性周期）：第38頁(yè)/共69頁(yè)1.吸附

通過(guò)噬菌體表面特異性吸附蛋白與細(xì)菌細(xì)胞表面受體相互作用。E.Coli的T4噬菌體：以細(xì)菌細(xì)胞壁脂多糖或蛋白質(zhì)作受體，受體性質(zhì)的變化與噬菌體宿主選擇性有關(guān)。T4噬菌體吸附涉及多個(gè)尾部結(jié)構(gòu)，當(dāng)一個(gè)尾絲接觸菌體表面的受體后，噬菌體的吸附過(guò)程就開(kāi)始。在更多的尾絲接觸后，刺突、基板就固定到細(xì)胞表面。第39頁(yè)/共69頁(yè)

吸附的機(jī)理：尾絲尖端與受體發(fā)生共價(jià)結(jié)合。第40頁(yè)/共69頁(yè)影響因素：噬菌體數(shù)量；陽(yáng)離子；輔助因子；溫度。第41頁(yè)/共69頁(yè)2.侵入T偶數(shù)噬菌體核酸以注射式侵入方式進(jìn)人細(xì)胞。機(jī)制：T偶數(shù)噬菌體尾部的溶菌酶使細(xì)胞壁變?nèi)?，?dāng)尾鞘與細(xì)胞壁接觸后，尾鞘蛋白收縮的結(jié)果使得基板上升，擠壓尾管穿過(guò)削弱的細(xì)菌細(xì)胞壁到達(dá)質(zhì)膜或細(xì)胞質(zhì)，于是噬菌體頭部的dsDNA分子通過(guò)尾管注人細(xì)胞內(nèi)。第42頁(yè)/共69頁(yè)第43頁(yè)/共69頁(yè)3.復(fù)制：噬菌體核酸進(jìn)入寄主細(xì)胞后，操縱寄主細(xì)胞的代謝機(jī)能，大量復(fù)制噬菌體核酸，進(jìn)而合成噬菌體的蛋白質(zhì)，但不形成帶殼體的粒子，稱為潛育期。第44頁(yè)/共69頁(yè)④聚集（裝配或成熟）和釋放：寄主細(xì)胞合成噬菌體殼體形成完整的噬菌體粒子。噬菌體粒子成熟，引起寄主細(xì)胞的裂解釋放出病毒粒子。隨種類不同，一個(gè)寄主細(xì)胞釋放10～1000個(gè)噬菌體粒子。第45頁(yè)/共69頁(yè)聚集主要步驟：DNA分子縮合，通過(guò)衣殼包裹DNA而形成完整頭部，尾絲和尾部其他部件獨(dú)立裝配完成，頭部和尾部相結(jié)合后，最后裝上尾絲。釋放：成熟的噬菌體，在細(xì)胞內(nèi)積累到一定量后，可通過(guò)噬菌體編碼的溶菌酶降解細(xì)菌細(xì)胞壁，導(dǎo)致細(xì)胞裂解，釋放出噬菌體。第46頁(yè)/共69頁(yè)把合成的各種“部件”進(jìn)行自行裝配的過(guò)程第47頁(yè)/共69頁(yè)大腸桿菌死亡并破裂，釋放出里面的病毒，新一代病毒開(kāi)始新的生命旅程第48頁(yè)/共69頁(yè)第49頁(yè)/共69頁(yè)二、噬菌體的類型根據(jù)噬菌體與宿主菌的相互關(guān)系，噬菌體可分為兩類：毒（烈）性噬菌體：能在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細(xì)菌。屬正常表現(xiàn)的噬菌體，引起裂解。溫和噬菌體：某些噬菌體感染宿主細(xì)胞后并不使宿主細(xì)胞馬上裂解而是噬菌體的核酸整和到宿主細(xì)胞染色體上并隨宿主細(xì)胞的分裂把噬菌體的核酸傳給子細(xì)胞。這種感染宿主細(xì)胞后不引起宿主細(xì)胞迅速裂解的噬菌體稱為溫和噬菌體。第50頁(yè)/共69頁(yè)溫和噬菌體的基因組能與宿主菌基因組整合，并隨細(xì)菌分裂傳至子代細(xì)菌的基因組中，不引起細(xì)菌裂解。整合在細(xì)菌基因組中的噬菌體基因組稱為前噬菌體(prophage)，帶有前噬菌體基因組的細(xì)菌稱為溶原性細(xì)菌(lysogenicbacterium).前噬菌體偶爾可自發(fā)地或在某些理化和生物因素的誘導(dǎo)下脫離宿主菌基因組而進(jìn)入溶菌周期，產(chǎn)生成熟噬菌體，導(dǎo)致細(xì)菌裂解。溫和噬菌體這種產(chǎn)生成熟噬菌體顆粒和溶解宿主菌的潛在能力，稱為溶原性(lysogeny)。溫和噬菌體可有三種存在狀態(tài)：A.游離的具有感染性的噬菌體顆粒；B.宿主菌胞質(zhì)內(nèi)類似質(zhì)粒形式的噬菌體核酸；C.前噬菌體。某些前噬菌體可導(dǎo)致細(xì)菌基因型和性狀發(fā)生改變，這稱為溶原性轉(zhuǎn)換(lysogenicconversion)。

溫和噬菌體第51頁(yè)/共69頁(yè)溫和噬菌體及其溶原化第52頁(yè)/共69頁(yè)第四節(jié)病毒的測(cè)定與培養(yǎng)二、病毒的培養(yǎng)特征在細(xì)菌培養(yǎng)液中，細(xì)菌被噬菌體感染，細(xì)胞裂解，渾濁的菌懸液變成為透明的裂解溶液。在固體培養(yǎng)基上-噬菌斑一、病毒的測(cè)定：1、病毒顆粒計(jì)數(shù)法：濃度2、間接計(jì)數(shù)法：血細(xì)胞凝集，效價(jià)3、病毒感染效價(jià)測(cè)定法：噬菌體第53頁(yè)/共69頁(yè)噬菌斑將少量噬菌體與大量宿主細(xì)胞混合后，將此混合液與45℃左右的瓊脂培養(yǎng)基在培養(yǎng)皿中充分混勻，鋪平后培養(yǎng)。經(jīng)數(shù)小時(shí)至10余小時(shí)后，在平板表面布滿宿主細(xì)胞的菌苔上，可以用肉眼看到一個(gè)個(gè)透亮不長(zhǎng)菌的小圓斑，這就是噬菌斑(plaque)

。每一個(gè)噬菌斑一般是由一個(gè)噬菌體粒子形成的。原因：當(dāng)一個(gè)噬菌體侵染一個(gè)敏感細(xì)胞后，隔不久即釋放出一群子代噬菌體，它們通過(guò)瓊脂層的擴(kuò)散又侵染周圍的宿主細(xì)胞，并引起它們裂解，如此經(jīng)過(guò)多次重復(fù)，就出現(xiàn)了一個(gè)由無(wú)數(shù)噬菌體粒子構(gòu)成的群體。第54頁(yè)/共69頁(yè)噬菌斑的形成與細(xì)菌菌落的形成有點(diǎn)相似，所不同的只是噬菌斑甚像一個(gè)“負(fù)菌落”。噬菌斑的形成可用于檢出、分離、純化噬菌體和進(jìn)行噬菌體的計(jì)數(shù)。第55頁(yè)/共69頁(yè)噬斑熒光假單胞菌第56頁(yè)/共69頁(yè)第57頁(yè)/共69頁(yè)

若將噬菌體按一定倍數(shù)稀釋，通過(guò)噬斑計(jì)數(shù)，可測(cè)定一

噬斑形成單位(plaqueformingunits,pfu)第58頁(yè)/共69頁(yè)2.病毒的培養(yǎng)基：病毒是專性寄生在活的敏感宿主細(xì)胞內(nèi)才能生長(zhǎng)繁殖的微生物。因此病毒的培養(yǎng)基要求苛刻，專一性強(qiáng)。敏感細(xì)胞要求具備以下條件：必須是活的敏感宿主或是活的敏感宿主組織細(xì)胞；能夠提供病毒附著的受體；敏感細(xì)胞內(nèi)沒(méi)有破壞特異性病毒的限制性核酸內(nèi)切酶，病毒進(jìn)入細(xì)胞就可生長(zhǎng)繁殖。第59頁(yè)/共69頁(yè)脊椎動(dòng)物病毒的培養(yǎng)基：人胚組織細(xì)胞、人組織細(xì)胞、人腫瘤細(xì)胞、動(dòng)物組織細(xì)胞、雞鴨胚細(xì)胞、敏感動(dòng)物。植物病毒的培養(yǎng)基：與之相應(yīng)的敏感植株和敏感的植物組織。噬菌體的培養(yǎng)基：相應(yīng)的敏感細(xì)菌。不同種類的病毒培養(yǎng)基是不同的。第60頁(yè)/共69頁(yè)3.病毒的培養(yǎng)動(dòng)物病毒：動(dòng)物接種、雞胚接種和組織培養(yǎng)技術(shù)

噬菌體：雙層瓊脂法培養(yǎng)第61頁(yè)/共69頁(yè)瓊脂平板菌液+噬菌體試樣+瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)10余小時(shí)計(jì)數(shù)噬菌斑噬菌斑數(shù)=試樣中噬菌體數(shù)雙層平板法第62頁(yè)/共69頁(yè)病毒的滴度：能產(chǎn)生培養(yǎng)管中50%的CPE（細(xì)胞病理效應(yīng)）的最高病毒稀釋度（即最少病毒量），稱為TCLD50組織培養(yǎng)感染劑量。若是敏感動(dòng)物則用ID50（使50%的敏感動(dòng)物發(fā)生變化的感染劑量），或LD50（引起50%敏感動(dòng)物死亡的致死劑量）表示病毒的滴度。第63頁(yè)/共69頁(yè)第五節(jié)病毒對(duì)物