第十教學(xué)單元-第三章病毒(一)

第三章

病毒本章內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成第三節(jié)噬菌體第四節(jié)真核細胞病毒第五節(jié)亞病毒第六節(jié)病毒與發(fā)酵工業(yè)第一節(jié)概述一、病毒的發(fā)現(xiàn)和研究歷史二、病毒的定義與特點三、病毒的分類四、病毒的培養(yǎng)與純化病毒和我們的關(guān)系

“Virus”，它是由拉丁文中“virus”一詞演化而來，即“有毒的物質(zhì)”

第一節(jié)概述一、病毒的發(fā)現(xiàn)和研究歷史1886年，A.Mayer發(fā)現(xiàn)具有傳染性的煙草花葉??；1892年，D.Ivanovsky煙草花葉病病原體能通過細菌濾器：一種能通過細菌濾器的“細菌毒素”或“極小細菌”1898年，MWBeijerinck對煙草花葉病病原體的研究結(jié)果：

能通過細菌濾器；可被乙醇沉淀而不失去其感染性，能在瓊脂凝膠中擴散；用培養(yǎng)細菌的方法不能被培養(yǎng)出來，推測只能在植物活細胞中生活比細菌小的具有傳染性的活的流質(zhì)（contagiumvivumfluidum）1884年Chamberland發(fā)明細菌濾器

1900年前后，包括口蹄疫（footandmouthdisease）在內(nèi)的多種動植物疾病病原體的濾過性特性被證明。FWTwort（1915年）、Fd’Herelle（1917年），分別發(fā)現(xiàn)細菌（Shigelladysenteriae）病毒----噬菌體1935年，WMStanley首次提純并結(jié)晶了煙草花葉病毒；Bawden等證明煙草花葉病毒的本質(zhì)為核蛋白；1940年，Kausche首先用電鏡觀察到煙草花葉病毒顆粒.1952年，Hershey和Chase利用同位素證實噬菌體的遺傳物質(zhì)是DNA，將人類帶入病毒的分子生物學(xué)階段。極大地豐富了現(xiàn)代生物學(xué)（微生物學(xué)、分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)）的理論與技術(shù)；病毒學(xué)（virulogy）：

研究病毒（virus）的本質(zhì)及其與宿主的相互作用的科學(xué)，是微生物學(xué)的重要分支學(xué)科。有效地控制和消滅人及有益生物的病毒病害；利用病毒對有害生物、特別是害蟲進行生物防治；發(fā)展以基因工程為中心的生物高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)；非細胞生物至少含核酸和蛋白質(zhì)二種組分亞病毒真病毒類病毒擬病毒朊病毒只含有不具侵染性的RNA組分只含蛋白質(zhì)組分只含具侵染性的RNA組分本章主要介紹真病毒二、病毒的定義與特點病毒：是一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠自我復(fù)制并具有侵染性的獨特非細胞生物體?，F(xiàn)代病毒學(xué)家把病毒這類非細胞生物分成真病毒（Euvirus，簡稱病毒）和亞病毒（Subvirus）兩大類：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；既具有細胞外的感染性顆粒形式，又具有細胞內(nèi)的繁殖性基因形式的獨特生物類群。病毒分兩個階段（以兩種形式）存在：胞外階段：“毒?！毙问酱嬖?，可抵抗幾乎所有酶的侵襲，但不能獨立于活細胞增殖；胞內(nèi)階段：主要以正在復(fù)制的核酸形式存在，誘導(dǎo)宿主細胞合成病毒組分；毒粒：完整的病毒粒子（virion），由蛋白外殼包裹一個或多個DNA或RNA分子構(gòu)成特性1）個體微小，在電子顯微鏡下才能看見；2）不具有細胞結(jié)構(gòu)，其主要成分為核酸和蛋白質(zhì)，故稱為“分子生物”；3）一種病毒只含有DNA或RNA一種類型的核酸；4）絕對的細胞內(nèi)寄生，在細胞外不能增殖：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)成的代謝系統(tǒng)合成自身的核酸和蛋白質(zhì)；5）沒有個體生長，不能進行細胞分裂，以核酸復(fù)制和蛋白質(zhì)合成、然后裝配的過程實現(xiàn)其大量繁殖；7）對大多數(shù)抗生素不敏感，對干擾素敏感。6）在離體條件下，以無生命的生物大分子狀態(tài)存在，并保持其侵染性；宿主細胞在病毒等多種誘生劑刺激下產(chǎn)生的一組相對分子量低的糖蛋白，具有抗病毒和免疫調(diào)節(jié)功能。分、β、γ三組，分別由白細胞、成纖維細胞和T淋巴細胞產(chǎn)生。、β屬Ⅰ型干擾素，γ屬Ⅱ型干擾素。三、病毒的分類

病毒幾乎可以感染所有的細胞生物，并具有宿主特異性。人們習(xí)慣根據(jù)其宿主種類將病毒分類：噬菌體（phage）真菌病毒（fungiviruses）植物病毒（plantviruses）動物病毒（animalviruses）國際病毒分類委員會（InternationalCommitteeforTaxonomyofViruses,ICTV）提出了分類依據(jù)和建立了分類系統(tǒng)。分類依據(jù)核酸的特征、殼體的對稱形式、有無包膜、宿主的種類、引起的疾病種類、復(fù)制和釋放方式等。命名規(guī)則1996年國際病毒分類委員會提出38條新的病毒命名規(guī)則，病毒分類系統(tǒng)依次用目、科、屬、種分類等級。1）噬菌體的培養(yǎng)1、病毒的培養(yǎng)(二元培養(yǎng)物法)四、病毒的培養(yǎng)和純化噬菌斑（plaque）：將少量噬菌體與大量宿主細胞混合后，在合適條件下培養(yǎng)一定時間后，在平板表面布滿宿主細胞的菌苔上，出現(xiàn)一個個肉眼可見的透明小圓斑。（“負菌落”）設(shè)0.10mL稀釋度為10-6的病毒懸液可產(chǎn)生75個噬菌斑，則樣品的噬菌斑形成單位為：PFU/mL=（75PFU/0.10mL）×（106）=7.5×1082）動物病毒的培養(yǎng)動物病毒實驗動物雞胚多種細胞培養(yǎng)在尿囊膜上形成一些白色的庖痘（感染造成局部組織病損）感染若標本經(jīng)過適當稀釋進行接種并輔以染色處理，病毒可在培養(yǎng)的細胞單層上形成肉眼可見的局部病損區(qū)域，即蝕斑（plaque）或稱空斑。包涵體（inclusionbody）：在某些感染病毒的宿主細胞質(zhì)或細胞核內(nèi)，出現(xiàn)光學(xué)顯微鏡下可見的大小、形狀和數(shù)量不等的小體。多數(shù)位于細胞質(zhì)內(nèi)，如：痘病毒、狂犬病毒少數(shù)位于細胞核內(nèi)，如：皰疹病毒和腮腺炎病毒有的既可在細胞質(zhì)內(nèi)，又可在細胞核內(nèi)，如：麻疹病毒

包含體可以是病毒粒子的聚集體，如昆蟲核型多角體病毒和質(zhì)型多角體病毒的包含體；也可以是病毒結(jié)構(gòu)蛋白與感染有關(guān)蛋白質(zhì)等病毒組分的聚集體多角體：核型多角體病毒（NPV）：是我國自主研究并應(yīng)用于農(nóng)業(yè)實踐的第一個病毒殺蟲劑。昆蟲細胞內(nèi)形成多角形包涵體，可作為病毒殺蟲劑。植物病毒敏感植物葉片被感染部位的細胞快速死亡而形成局部壞死斑，或稱枯斑即便沒出現(xiàn)壞死斑，被感染的植物仍會表現(xiàn)一定的病癥，如色素形成和葉子形狀改變等。3）植物病毒的培養(yǎng)（鹽析、等電點沉淀、有機溶劑沉淀、凝膠層析、離子交換等）2、病毒純化標準：純化的病毒制備物應(yīng)保持其感染性，純化的病毒制備物的理化性質(zhì)應(yīng)具有均一性方法：主要化學(xué)組成為蛋白質(zhì)，采用蛋白質(zhì)提純方法具有一定的大小、形狀和密度，采用離心差速離心、梯度離心（超速離心）一、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)1、病毒的形狀和大小個體?。y量單位nm），必需在電鏡下觀察；不同病毒的毒粒大小差別很大（10~400nm）（1）大小痘病毒：300~450nm×170~260nm（最大）雙粒病毒：直徑18~20nm（最?。┑诙?jié)病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成（2）病毒的形態(tài)彈狀（狂犬病毒）、磚塊狀（痘病毒）、絲狀（大腸桿菌f1、fd、M13噬菌體）等多形性（流感病毒，新分離的毒株呈絲狀，在細胞內(nèi)穩(wěn)定傳代后轉(zhuǎn)變?yōu)閿M球狀）?；拘螒B(tài)：球形或擬球形（大多數(shù)動物病毒）；桿狀（植物病毒和昆蟲病毒）；蝌蚪狀（大腸桿菌T偶數(shù)噬菌體）其他形態(tài)：各種毒粒的大小、形態(tài)差異很大蝌蚪狀（大腸桿菌T偶數(shù)噬菌體）磚塊狀（痘病毒）絲狀（大腸桿菌M13）球狀(脊髓灰質(zhì)炎病毒)衣原體大腸桿菌紅細胞桿狀(TMV)基本構(gòu)造：核衣殼(nucleocapsid)

非基本構(gòu)造2.病毒的基本結(jié)構(gòu)核心（core）：DNA或RNA衣殼（capsid）：蛋白質(zhì)包膜(envelope)：脂蛋白或類脂、糖蛋白刺突(spike)：糖蛋白核心衣殼包膜刺突衣殼粒（capsomere或capsomer）：是組成衣殼的蛋白質(zhì)亞單位3.幾種典型病毒衣殼的結(jié)構(gòu)螺旋對稱衣殼病毒：煙草花葉病毒病毒可以根據(jù)衣殼中衣殼粒的排列方式將其分為3種：二十面體對稱衣殼病毒：腺病毒

復(fù)合對稱衣殼病毒：T4噬菌體殼體外形如中空的蛋白質(zhì)圓管，呈堅硬或柔韌狀。由2130個相同的蛋白質(zhì)亞基（158個氨基酸）以逆時針方向螺旋狀排列，形成一個長300nm，內(nèi)徑4nm，外徑15nm的剛直中空柱。ssRNA盤繞在殼體內(nèi)面由亞基形成的溝內(nèi)，與蛋白質(zhì)亞基通過弱鍵結(jié)合。螺旋對稱殼體病毒代表：TMV并非所有螺旋對稱衣殼都像TMV衣殼一樣是剛直的，流感病毒的RNA就包圍在薄的、柔軟易彎曲的螺旋殼體內(nèi)，其衣殼折疊在一起，外有包膜。流感病毒二十面體對稱殼體病毒衣殼有20個等邊三角形面，12個頂角。包括12個五鄰體（分布在12個頂角上的衣殼粒）和240個六鄰體（分布在棱上和面上的非頂角衣殼粒）。核心為線狀雙鏈DNA(dsDNA)，核酸分子以高度卷曲的狀態(tài)存在于衣殼內(nèi)。代表：腺病毒五鄰體六鄰體二十面體衣殼在形成時通常是由五邊形衣殼粒（五鄰體）和六邊形衣殼粒（六鄰體）組成的

（參見P74）其殼體由頭部和尾部組成。通常頭部呈二十面體對稱，尾部呈螺旋對稱。線狀dsDNA折疊盤繞于頭部的核心。復(fù)合對稱衣殼病毒代表：大腸桿菌的T偶數(shù)噬菌體頭尾髓頸環(huán)尾鞘尾絲刺突基板1、病毒的核酸病毒基因組大小差別很大最小的基因組（MS2病毒，QB病毒）只有1×106Da，僅夠編碼3~4種蛋白質(zhì)，這些病毒利用重疊基因來節(jié)省空間。最大的基因組（T偶數(shù)噬菌體，皰疹病毒，痘病毒）達1.6×108Da，可編碼100多種蛋白質(zhì)。二、病毒的化學(xué)組成單鏈DNA（ssDNA）；雙鏈DNA（dsDNA）；單鏈RNA（ssRNA）；雙鏈RNA（dsRNA）4種類型動物病毒這4種類型都有；植物病毒通常含有ssRNA；噬菌體通常為dsDNA，但也有一些噬菌體為ssDNA或ssRNA。(1)DNA病毒dsDNA：大多數(shù)DNA病毒以dsDNA作為遺傳物質(zhì)。許多病毒dsDNA經(jīng)過修飾,呈線性，少數(shù)為環(huán)狀dsDNA。特殊的堿基：除常見核苷酸外，許多病毒具有特殊的堿基，如，大腸桿菌T偶數(shù)噬菌體以5-羥甲基胞嘧啶代替胞嘧啶。λ噬菌體的線性dsDNA:有由12個氨基酸組成的粘性末端，粘性末端配對可使DNA環(huán)化。ssDNA:少數(shù)，如ΦX174、M13噬菌體等，有線性和單鏈閉合環(huán)狀DNA兩種。(2)RNA病毒多數(shù)RNA病毒以ssRNA作為它們的遺傳物質(zhì)。正鏈或陽性鏈：RNA堿基序列與病毒mRNA相同，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成。如：脊髓灰質(zhì)炎病毒，等負鏈或陰性鏈：病毒RNA基因組與病毒mRNA互補。如：狂犬病毒，等。片段基因組：許多RNA病毒基因組被分為獨立的片斷，每個片段編碼一種蛋白。有的病毒基因組可以分為10到12個片段（如呼腸病毒），通常所有的片段都包含在同一個衣殼中。不過，也有些病毒將片段基因分布在不同的病毒粒子中（如：雀麥花葉病毒），但它們能夠成功地侵染同一宿主。許多植物及動物病毒的正鏈RNA基因組5’端具有7-甲基鳥嘌呤核苷帽子結(jié)構(gòu)，3’末端具有poly-A尾巴。一少部分病毒具有dsRNA基因組，都是片段式的。2、病毒的蛋白質(zhì)衣殼蛋白：占病毒蛋白質(zhì)成分的絕大部分。保護核酸；當病毒無包膜結(jié)構(gòu)時，衣殼參與病毒對宿主的吸附、侵染；決定病毒對宿主的專一性和病毒的抗原性。包膜蛋白：包膜的脂質(zhì)和碳水化合物是正常的宿主組成成分，但蛋白是由病毒基因編碼形成的，可伸出包膜形成刺突。存在于病毒中的酶類：病毒酶位于衣殼內(nèi)，其中許多酶參與核酸的復(fù)制，例如，逆轉(zhuǎn)錄酶。也有些病毒的酶位于包膜或衣殼上（例如，流感唾液酸苷酶），協(xié)助病毒的侵染。3、病毒的其它化學(xué)成分包膜中含有豐富的磷脂和膽固醇、糖類，來源于宿主細胞；少數(shù)無包膜的病毒也存在脂類；一些病毒粒子中存在有機陽離子（如丁二胺、精胺）和無機陽離子。第三節(jié)噬菌體一、噬菌體的分類多數(shù)噬菌體可以按照其形態(tài)分為以下四類：無尾二十面體型收縮尾型（結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，例如E.coli的T偶數(shù)噬菌體）非收縮尾型絲狀噬菌體噬菌體分類的依據(jù)：宿主種類、免疫學(xué)關(guān)系等。但目前最主要的分類依據(jù)還是噬菌體的形態(tài)和核酸特性。噬菌體的遺傳物質(zhì)可以是D