2非細胞結構的超微生物-病毒

第二章

非細胞結構的超微生物-病毒第一節(jié)病毒的一般特征及其分類由于人類視覺所限，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、植物遲得多；在微生物中，細菌發(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)發(fā)現(xiàn)1886年，德國農業(yè)化學家邁爾在荷蘭的接種試驗

(煙草花葉病是一種傳染性疾病)1892年，俄羅斯伊萬諾夫斯基煙草花葉病感病因子（細菌濾器濾過性）發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)1935年，美國生物化學家斯坦萊煙草花葉病毒結晶病毒定義病毒是一類超顯微的非細胞生物，每一種病毒只含有一種核酸；它們只能在活細胞內營專性寄生，靠其宿主代謝系統(tǒng)的協(xié)助來復制核酸、合成蛋白質等組分，然后再進行裝配而得以增殖；在離體條件下，它們能以無生命的化學大分子狀態(tài)長期存在并保持其侵染活性。一、病毒的特點病毒在寄主細胞外，不能獨立地進行代謝和繁殖，它們是嚴格的寄生物，與其它生物相比有明顯不同，具有其本身的特點。1.形體及其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察，一般都可通過細菌濾器；2.沒有細胞構造，故也稱分子生物；3.其主要成分僅有核酸和蛋白質兩種；4.每一種病毒只有一種核酸，不是DNA就是RNA；5.缺乏酶系統(tǒng)，既無產能酶系也無蛋白質合成系統(tǒng)；6.在宿主細胞的協(xié)助下，通過核酸的復制和核酸蛋白裝配的形式進行增殖，不存在個體的生長和二分裂法等細胞繁殖方式；7.在宿主的活細胞內營專性寄生；8.在離體條件下，能以無生命的化學大分子狀態(tài)存在，并可形成結晶；9.經提純的病毒結晶能保持侵染力。

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多，如肝炎，膽囊炎，狂犬病，愛滋病，風濕關節(jié)炎等，也有多種病毒可以致人癌癥。

10.對一般抗生素不敏感，但對干擾素敏感。迄今，還未發(fā)現(xiàn)一種藥劑或抗菌素對人、動植物體內病毒有效的藥物，也沒有一種藥劑能殺死細胞體內的病毒而又不傷害寄主。經提純分離在體外的病毒結晶，用不少的藥物都可殺死，但寄主細胞內的病毒均不敏感。干擾素（IFN）是一組具有多種功能的活性蛋白質（主要是糖蛋白），是一種由單核細胞和淋巴細胞產生的細胞因子。它們在同種細胞上具有廣譜的抗病毒、影響細胞生長，以及分化、調節(jié)免疫功能等多種生物活性。不直接殺傷或抑制病毒，而主要是通過細胞表面受體作用使細胞產生抗病毒蛋白，從而抑制病毒的復制；同時還可增強自然殺傷細胞（NK細胞）、巨噬細胞和T淋巴細胞的活力，從而起到免疫調節(jié)作用，并增強抗病毒能力。二、病毒的分類病毒的分類病毒有自己單獨的分類系統(tǒng)，其分類依據主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸種類、病毒粒子的大小、病毒的結構、有無被膜等。1.根據專性寄主分類：植物病毒、動物病毒、細菌病毒（噬菌體）、放線菌病毒（噬放線菌體）、藻類病毒、真菌病毒。動物病毒寄生在人體和動物體內引起人和動物疾?。喝缌餍行愿忻?、水痘、麻疹、腮腺炎、乙型腦炎、脊髓灰質炎、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。噬菌體寄生在細菌體內引起細菌疾病。用藍細菌噬菌體控制水華。2.根據核酸分類：DNA病毒和RNA病毒。類病毒是目前已知最小的可傳染的致病因子，比普通病毒簡單，是無蛋白質外殼保護的游離的共價閉合環(huán)狀單鏈RNA分子，侵入宿主細胞后自我復制，并使宿主致病或死亡。不能像病毒那樣感染細胞，只有當植物細胞受到損傷，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感的種子和繁殖體，以及防止機械傳播。對類病毒的研究可能為揭示生命起源和進化、生命過程的實現(xiàn)等生命科學的重大理論問題作出貢獻。

朊病毒又稱蛋白質侵染因子。朊病毒是一類能侵染動物并在宿主細胞內復制的小分子無免疫性疏水蛋白質。與一般病毒不一樣，它只有蛋白質而無核酸，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年春天英國蔓延的“瘋牛病”。1997年，諾貝爾生理醫(yī)學獎授予了美國生物化學家斯坦利·普魯辛納。為致死性中樞神經系統(tǒng)的慢性退化性腦病，感染朊病毒后有超長的潛伏期，平均20年，最長可達到50年，發(fā)病前無法檢測和診斷。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，食用動物肉骨粉飼料、牛骨粉湯；醫(yī)源性感染，如使用腦垂體生長激素、促性腺激素和硬腦膜移植、角膜移植、輸血等。第二節(jié)病毒形態(tài)和結構一.病毒的大小和形態(tài)測量的單位是納米，在電子顯微鏡下觀察。多數病毒粒子的直徑在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。有代表性的若干病毒的直徑或大小牛痘病毒脊髓灰質炎病毒煙草mosaic病毒RNA核殼體煙草花葉病病毒結構（螺旋對稱）煙草花葉病毒的桿狀殼體由2130個殼粒螺旋排列而成，大約有130個螺旋。腺病毒粒子的三維結構人體腺病毒負染照片腺病毒二十面體對稱的模式圖及負染顯微照片。腺病毒結構（二十面體對稱）大腸桿菌的T4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。大腸桿菌的T4噬菌體結構（復合對稱型）

登革熱病毒照片艾滋病病毒水生動物皮瘤中的虹色病毒BacterialVirusesMaintypesofbacterialviruses.Sizesareapproximatescale二.病毒的化學組成和結構由于病毒是非細胞生物，故單個病毒個體不能稱作“單細胞”，這樣，就產生了病毒粒子（virion，即病毒體）的名詞。病毒粒子有時也稱病毒顆粒（virusparticle），是指結構完整的、具有感染力的病毒體。病毒粒子的主要成分是核酸和蛋白質。核酸位于病毒粒子的中心，構成了它的核心（核酸內芯）或基因組；蛋白質包圍在核心周圍，構成了病毒粒子的衣殼。衣殼是病毒粒子的主要支架結構和抗原成分，對核酸有保護作用。衣殼是由許多在電鏡下可辨別的形態(tài)學亞單位——衣殼粒所構成。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構。有些較復雜的病毒，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，被膜上還長有刺突等附屬物。病毒蛋白質的功能：保護病毒使其免受環(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胞上。病毒蛋白質還有致病性、毒力和抗原性。動植物病毒核酸類型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。TMV含核酸5%，含95%蛋白質。核酸可用物理、化學方法分離出來，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、變異和對敏感宿主細胞的感染力。

病毒粒子的模式構造由于衣殼粒的排列組合不同，使病毒有三種對稱性構型。立體對稱型（主要是20面體）；螺旋對稱型；復合對稱型。蝌蚪形噬菌體結構模式圖噬菌體感染大腸桿菌一組噬菌體一、病毒的繁殖過程以大腸桿菌T系噬菌體為例。有如下四步：吸附、侵入、復制、聚集和釋放。第三節(jié)病毒的繁殖吸附吸附是噬菌體與菌體表面受體發(fā)生特異性結合的過程，其特異性取決于噬菌體蛋白與宿主菌表面受體分子結構的互補性。②侵入：噬菌體吸附在細菌細胞壁的受點上以后，核酸注入細菌細胞中，蛋白質殼體留在外面。從吸附到侵入，時間間隔很短，只有幾秒到幾分鐘。侵入方式：（1）注入（細菌病毒）（2）傷口、昆蟲刺吸（植物病毒）（3）吞噬（動物病毒）③核酸復制：噬菌體核酸進入寄主細胞后，操縱寄主細胞的代謝機能，大量復制噬菌體核酸，但不形成帶殼體的粒子，稱為潛育期。④聚集和釋放：寄主細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，引起寄主細胞的裂解釋放出病毒粒子。隨種類不同，一個寄主細胞釋放10～1000個噬菌體粒子。二、噬菌體的類型根據噬菌體與宿主菌的相互關系，噬菌體可分為兩類：毒性噬菌體(virulentphage)：能在宿主細胞內復制增殖，產生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌。屬正常表現(xiàn)的噬菌體，引起裂解。溫和噬菌體(temperatephage)：噬菌體基因與宿主染色體整合，不產生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細菌DNA復制，并隨細菌的分裂而傳代。不引起裂解，整合在宿主染色體上，溶原細胞，具遺傳性。溫和噬菌體的基因組能與宿主菌基因組整合，并隨細菌分裂傳至子代細菌的基因組中，不引起細菌裂解。整合在細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菌稱為溶原性細菌(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下脫離宿主菌基因組而進入溶菌周期，產生成熟噬菌體，導致細菌裂解。溫和噬菌體這種產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.宿主菌胞質內類似質粒形式的噬菌體核酸；C.前噬菌體。某些前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(fā)生改變，這稱為溶原性轉換(lysogenicconversion)。溫和噬菌體第四節(jié)病毒的培養(yǎng)二、病毒的培養(yǎng)特征在細菌培養(yǎng)液中，細菌被噬菌體感染，細胞裂解，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、病毒的測定：1、病毒顆粒計數法：濃度2、間接計數法：血細胞凝集，效價3、病毒感染效價測定法：噬菌體噬菌斑將少量噬菌體與大量宿主細胞混合后，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)。經數小時至10余小時后，在平板表面布滿宿主細胞的菌苔上，可以用肉眼看到一個個透亮不長菌的小圓斑，這就是噬菌斑(plaque)

。每一個噬菌斑一般是由一個噬菌體粒子形成的。原因：當一個噬菌體侵染一個敏感細胞后，隔不久即釋放出一群子代噬菌體，它們通過瓊脂層的擴散又侵染周圍的宿主細胞，并引起它們裂解，如此經過多次重復，就出現(xiàn)了一個由無數噬菌體粒子構成的群體。噬菌斑的形成與細菌菌落的形成有點相似，所不同的只是噬菌斑甚像一個“負菌落”。噬菌斑的形成可用于檢出、分離、純化噬菌體和進行噬菌體的計數。噬斑熒光假單胞菌

若將噬菌體按一定倍數稀釋，通過噬斑計數，可測定一

噬斑形成單位(plaqueformingunits,pfu)2.病毒的培養(yǎng)基：病毒是專性寄生在活的敏感宿主細胞內才能生長繁殖的微生物。因此病毒的培養(yǎng)基要求苛刻，專一性強。敏感細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胞；能夠提供病毒附著的受體；敏感細胞內沒有破壞特異性病毒的限制性核酸內切酶，病毒進入細胞就可生長繁殖。脊椎動物病毒的培養(yǎng)基：人胚組織細胞、人組織細胞、人腫瘤細胞、動物組織細胞、雞鴨胚細胞、敏感動物。植物病毒的培養(yǎng)基：與之相應的敏感植株和敏感的植物組織。噬菌體的培養(yǎng)基：相應的敏感細菌。不同種類的病毒培養(yǎng)基是不同的。3.病毒的培養(yǎng)動物病毒：動物接種、雞胚接種和組織培養(yǎng)技術

噬菌體：雙層瓊脂法培養(yǎng)病毒的滴度：能產生培養(yǎng)管中50%的CPE（細胞病理效應）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。若是敏感動物則用ID50（使50%的敏感動物發(fā)生變化的感染劑量），或LD50（引起50%敏感動物死亡的致死劑量）表示病毒的滴度。第五節(jié)病毒對物理化學因素的抵抗力及在污水處理過程中的去除效果一病毒對物理因素的抵抗力1.溫度在宿主細胞外的病毒大多數在55-65℃范圍內不到1h滅活。高溫使病毒的核酸和蛋白質衣殼受損傷，蛋白質的變性作用阻礙了病毒吸附到宿主細胞上，削弱了病毒的感染力。低溫不會滅活病毒，通常在-75℃保存病毒。2.光和其它輻射紫外輻射：有滅活病毒的作用。滅活的部位是病毒的核酸，形成胸腺嘧啶二聚體?？梢姽猓捍蠖鄶的c道病毒對可見光很敏感而被殺死，稱為“光滅活作用”。離子輻射：X射線、r射線也有滅活作用。3.干燥干燥也是控制環(huán)境中病毒的重要因素。在土壤中，水分含量低于10％時，病毒會迅速滅活。對化學因素的抵抗力1.體內滅活：抗體、干擾素2.體外滅活：破壞蛋白質