非細胞生物：病毒

非細胞生物——病毒1病毒的形態(tài)結構及其主要類群2噬菌體2.4.1病毒的形態(tài)結構及其主要類群一、病毒的定義及基本特點二、病毒的形狀和大小三、病毒的結構與化學組成四、病毒的主要類群五、亞病毒的化學組成病毒的研究歷史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1886，A．Mayer發(fā)現(xiàn)具有傳染性的煙草花葉病；1892，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”或極小的細菌；1898，MWBeijerinck對煙草花葉病病原體的研究結果：比細菌小的具有傳染性的活的流質(zhì)1935，WMStanley首次提純并結晶了煙草花葉病毒1940，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階段。1900年前后，包括口蹄疫在內(nèi)的多種動植物疾病病原體的濾過性特性被證明濾過性病毒（filterableviruses）→viruses（病毒）FWTwort（1915年）、Fd’Herelle（1917），分別發(fā)現(xiàn)細菌病毒Bacteriophages→

phage（噬菌體）病毒學（virulogy）：

研究病毒（virus）的本質(zhì)及其與宿主的相互作用的科學，是微生物學的重要分支學科。極大地豐富了現(xiàn)代生物學（微生物學、分子生物學、分子遺傳學）的理論與技術；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產(chǎn)業(yè)；

病毒的定義及基本特點1、定義

病毒（Virus）是一類比細菌更小，能通過細菌濾器,僅含一種類型核酸（DNA或RNA），只能在活細胞內(nèi)營專性寄生的超顯微的非細胞生物;在離體條件下,它們以無生命的化學大分子狀態(tài)存在。迄今仍無一個科學而嚴謹?shù)亩x非細胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白質(zhì)二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)病毒是一類既具有化學大分子屬性，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。1）不具有細胞結構，具有一般化學大分子的特征2）一種病毒的毒粒內(nèi)只含有一種核酸，DNA或者RNA。3）大部分病毒沒有酶或酶系極不完全，不含催化能量代謝的酶，不能進行獨立的代謝作用。4）嚴格的活細胞內(nèi)寄生，沒有自身的核糖體，沒有個體生長，也不進行二均分裂，必須依賴宿主細胞進行自身的核酸復制，形成子代。5）個體微小，在電子顯微鏡下才能看見。6）對大多數(shù)抗生素不敏感，對干擾素敏感。例如一些簡單的病毒僅由核酸和蛋白質(zhì)外殼（coat）構成，故可把它們視為核蛋白分子。朊病毒甚至僅由蛋白質(zhì)構成2、病毒的基本特點表單細胞微生物與病毒性質(zhì)的比較aDNA病毒和RNA病毒中的一部分;b利福平可抑制痘病毒復制

病毒的形態(tài)和大小1、形態(tài)

球狀或多面體；人、動物病毒多為球狀。

桿狀（包括棒狀或線狀）；植物病毒多呈桿狀。

蝌蚪狀；噬菌體多呈蝌蚪狀。2、大小

病毒的大小常用納米（nm）來度量，病毒大小從10--400nm之間，通常大小在100nm左右。病毒大多數(shù)能通過細菌過濾器。

病毒結構和化學組成病毒粒子（毒粒，Virion）

:一個結構完整、功能齊全而有感染性的成熟病毒顆粒。衣殼核酸包膜刺突核衣殼病毒的基本結構病毒的衣殼(蛋白質(zhì))和核酸(核心)構成的復合物（nucleocapsid）裸露毒粒包膜毒粒1、毒粒的殼體結構殼體或衣殼（capsid）：包圍著病毒核酸的蛋白質(zhì)外殼，由衣殼粒按對稱的形式、有規(guī)律地排列而成，是病毒毒粒的基本結構。殼體結構類型螺旋對稱殼體二十面體對稱殼體復合對稱結構衣殼粒：一種或幾種多肽鏈折疊而成的蛋白質(zhì)亞單位螺旋對稱殼體：亞基有規(guī)律地沿著中心軸（核酸）呈螺旋排列，進而形成高度有序、對稱的穩(wěn)定結構。裸露的螺旋毒粒代表：TMV有包膜的螺旋毒粒

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。流感病毒流感病毒可分為甲（A）、乙（B）、丙（C）三型。其中，甲型流感依據(jù)流感病毒血凝素蛋白（HA）的不同可分為1-16種亞型，根據(jù)病毒神經(jīng)氨酸酶蛋白（NA）的不同可分為1-9種亞型，HA不同亞型可以與NA的不同亞型相互組合形成多達144種不同的流感病毒。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

30條棱若以一定數(shù)目的亞基排列成具有一定表面積的立方對稱實體，以二十面體容積為最大，能包裝更多的病毒核酸，故殼體多呈二十面體對稱結構。裸露的二十面體毒粒有包膜的二十面體毒粒（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2、病毒的包膜結構包膜（envelope）：有些病毒核衣殼被包裹著一層脂蛋白膜，它是病毒以出芽方式成熟時，由細胞膜(或核膜)衍生而來的。有維系毒粒結構，保護病毒核殼的作用。特別是病毒的包膜糖蛋白，具有多種生物學活性，是啟動病毒感染所必需的。包膜病毒刺突（spike）：包膜或核衣殼上的突起。2、病毒的包膜結構23遺傳物質(zhì)（DNA或RNA）蛋白質(zhì)衣殼包膜毒粒的化學組成毒粒核酸；蛋白質(zhì)；脂類；碳水化合物；基本化學組成病毒顆粒在化學上表現(xiàn)為核蛋白1、病毒的核酸

核酸是病毒的遺傳物質(zhì)；一種病毒的毒粒只含有一種核酸：DNA或是RNA；病毒核酸單鏈DNA（ssDNA）；雙鏈DNA（dsDNA）；單鏈RNA（ssRNA）；雙鏈RNA（dsRNA）；正（+）RNA——mRNA序列相同負（-）RNA——mRNA序列互補動物病毒這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。核酸功能儲存病毒的遺傳信息控制病毒的遺傳變異控制病毒的增殖控制病毒對宿主的感染性2、病毒的蛋白質(zhì)病毒蛋白質(zhì)結構蛋白非結構蛋白病毒基因組編碼的，在病毒復制過程中產(chǎn)生并具有一定功能，但并不結合于毒粒中的蛋白質(zhì)。構成一個形態(tài)成熟的有感染性的毒粒所必需的蛋白殼體蛋白包膜蛋白毒粒酶2、病毒的蛋白質(zhì)病毒結構蛋白的主要生理功能：1）構成蛋白質(zhì)外殼，保護病毒核酸不破壞；2）決定病毒感染的特異性；3）決定病毒的抗原性；4）構成毒粒酶，或參與病毒對宿主細胞的入侵（如T4噬菌體的溶菌酶等），或參與病毒復制過程中所需要病毒大分子的合成（如逆轉錄酶等）；一般來說，病毒是不具酶或酶系極不完全的，所以一旦離開宿主就不能獨立進行代謝和繁殖。3病毒的脂類和糖類

脂類：磷脂、膽固醇和中性脂肪，存在于包膜。

糖類：葡萄糖、龍膽二糖、巖藻糖、半乳糖等，糖蛋白形式存在。4）病毒的包涵體

包涵體：細胞被病毒感染后，常在細胞內(nèi)形成一種光學顯微鏡下可見的小體。由毒粒、病毒亞基、基質(zhì)蛋白組成。

多數(shù)位于細胞質(zhì)內(nèi)，具嗜酸性；

少數(shù)位于細胞核內(nèi)，具嗜堿性；

也有細胞核內(nèi)和細胞質(zhì)都存在的類型。

病毒的主要類群病毒幾乎可以感染所有的細胞生物，并具有宿主特異性噬菌體(phage):侵染細菌、放線菌等原核微生物的病毒植物病毒(plantviruses)動物病毒(animalviruses)昆蟲病毒(

insectviruses

)

侵染其它微生物的病毒，如真菌病毒、藻類病毒、原生動物病毒（一）類病毒(Viroid):是一個裸露的閉合環(huán)狀ssRNA分子，它能感染寄主細胞并在其中自我復制使寄主產(chǎn)生病癥。無mRNA活性，無蛋白質(zhì)衣殼。（二）擬病毒

（Virusoids）：存在于植物“真病毒”的顆粒中的小的環(huán)狀RNA分子。“衛(wèi)星RNA”。不能獨立復制，必須依賴輔助病毒的協(xié)助。

亞病毒的化學組成

凡在核酸、蛋白質(zhì)兩種成分中只含有一種的分子病毒體，稱為亞病毒。（三）朊病毒(Prion&Virion)1.定義：一類不含核酸的侵染性蛋白質(zhì)分子，通常稱為PrP(prionprotein)2.致病性：引起人與動物的致死性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病羊瘙癢病牛海綿狀腦病（瘋牛?。祠斒喜】搜攀喜?.朊病毒致病的可能機制推測其致病機制是：

prp存在兩種類型，即在患病組織中的prpsc（致病型）和正常腦組織與患病組織中都存在的prpc（細胞型）。兩種蛋白的一級結構相同，但二級結構有很大差異，細胞型prp對蛋白酶敏感，無聚集能力，而致病型prp對蛋白酶有一定抗性，且可聚集成纖維狀組織。動物體內(nèi)如果未被朊病毒感染，通常prpc不會自發(fā)轉變?yōu)閜rpsc，而當被朊病毒感染后，患者體內(nèi)的prpc會發(fā)生構象轉變而成為prpsc。

朊病毒感染會導致多拷貝的朊病毒蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，是否違背“中心法則”？朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考1）蛋白質(zhì)是否可以作為遺傳物質(zhì)？

prion是生命的一個特例？還是僅僅為表達調(diào)控的一種形式？2）蛋白質(zhì)折疊與功能的關系，是否存在折疊密碼？

噬菌體1、噬菌體形態(tài)2、噬菌體的生長周期

噬菌體形態(tài)

噬菌體有許多類型。有20面體；復合對稱結構。基因組是DNA或RNA；單鏈(ss)或雙鏈(ds)，環(huán)狀或線狀。已知的大部分噬菌體的遺傳物質(zhì)是dsDNA。某些噬菌體非常小，如大腸桿菌ssRNA噬菌體MS2，只含有４個蛋白的基因組；而其他的大噬菌體如T4噬菌體，約135個不同的蛋白。

復合體(complex)

20面體(icosahedron)

絲狀(filamentous)以大腸桿菌T4噬菌體為例頭部：廿面體對稱結構，由蛋白質(zhì)衣殼構成，內(nèi)含DNA。頸部：薄盤狀，附頸須。尾鞘：長95nm,衣殼粒螺旋對稱；可伸縮。尾髓:中空，DNA可由此進入細胞。基板:

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噬菌體構造蝌蚪形噬菌體的構造（前面已講）ElectronMicrographofColiphageT4Caption:--T4bacteriophage(DNAvirus).病毒的復制病毒感染敏感宿主細胞后，病毒核酸→細胞→復制與表達→產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質(zhì)→由新合成的病毒組分→裝配成子代毒粒→并以一定方式釋放到細胞外。病毒的這種特殊繁殖方式稱復制（replication）吸附(absorption)

侵入(penetration)

復制(replication)

裝配(assembly)

釋放(release)病毒復制周期

噬菌體的生長周期

噬菌體的生長周期噬菌體感染細菌后可產(chǎn)生兩種后果：噬菌體增殖而引起細菌裂解；噬菌體不增殖而使細菌建立帶噬菌體基因的溶原狀態(tài)（LysogenicState）。1．烈性噬菌體（Virulentphage）凡能在敏感細菌中增殖使之裂解的噬菌體，稱為烈性噬菌體。烈性噬菌體的繁殖被認為是噬菌體的正常表現(xiàn)。這種噬菌體在敏感細菌內(nèi)的復制過程與一般病毒相似。1)吸附(附著)(adsorptionattachment)特異性受體2)侵入(Penetration

)吸附尾釘固著尾鞘收縮尾管穿入DNA注入溶菌酶3)核酸復制(nucleicacidreplication)噬菌體核酸進入宿主細胞后，控制宿主細胞的合成系統(tǒng)，然后以噬菌體核酸中的指令合成噬菌體所需要的核酸和蛋白質(zhì)。4)噬菌體裝配(Phageassembly)頭部衣殼粒DNA衣殼尾部尾鞘噬菌體尾絲5)釋放(release)裂解方式分泌方式100-300個子代噬菌體，AnimationoftheLyticLifeCycleofaBacteriophage病毒的一生實驗設計依據(jù)：1個菌體被1個噬菌體感染，避免二次吸附；細菌群體被噬菌體同步感染。※噬菌體生長的測定——一步生長曲線（Onestepgrowthcurve）實驗方法:1、對數(shù)期生長的敏感細菌懸浮液與適量的噬菌體混合;2、數(shù)分鐘吸附后，混合液中加入一定量的該噬菌體的抗血清，以中和尚未吸附的噬菌體。3、再高倍稀釋。4、培養(yǎng)后定時取樣，將含噬菌體的樣品與敏感細菌混合，在平板上培養(yǎng)，計算噬菌斑數(shù)。

病毒的滴度（titer），又稱效價，是指每毫升樣品中含有的侵染性病毒粒子的數(shù)量。(雙層平板法測)

以培養(yǎng)時間為橫坐標，以噬菌斑數(shù)為縱坐標，繪制成的曲線為一步生長曲線。潛伏期：從噬菌體吸附細菌到第一個噬菌體粒子裝配之前的這段時期。噬菌體數(shù)無變化。裂解量：每一受感染細胞所釋放的新的噬菌體的平均數(shù)。兩個重要參數(shù)裂解期：曲線直線上升，子代噬菌體不斷釋放到培養(yǎng)基中，直到達到一個極限。穩(wěn)定期：感染細胞后復制的子代噬菌體全部釋放，噬菌斑數(shù)穩(wěn)定，一次感染結束。

增殖過程

在細菌培養(yǎng)液中細胞被裂解，混濁的菌懸液變成透明的裂解溶液。

在雙層平板固體培養(yǎng)基上，稀釋的噬菌體懸液引起點狀感染，在感染點上進行反復的侵染過程，產(chǎn)生透明的空斑稱為噬菌斑?！倚允删w感染細菌結果2、溫和噬菌體和溶源性溫和噬菌體：噬菌體感染細胞后，將其核酸整合（附著）到宿主的核DNA上，且隨宿主DNA的復制而進行同步復制，而不引起寄主細胞裂解的噬菌體。原噬菌體（或前噬菌體）：寄主細胞內(nèi)溫和噬菌體的核酸。溶原性細菌：帶有原噬菌體的寄主細菌?？蛇M行正常生長繁殖,而不被裂解。溶原現(xiàn)象：噬菌體與細菌的這種關系．λ噬菌體：通過特定位點（att位點）以線狀形式整合進大腸桿菌半乳糖操縱子和生物素操縱子之間，成為原噬菌體。PI噬菌體：對于溶源性來說，整合并非絕對需要。PI噬菌體在溶源菌中以獨立的環(huán)狀DNA分子存在，并與宿主染色體同步復制。整合時可在許多位點插入。溫和噬菌體存在形式游離態(tài)：成熟、具侵染性的游離噬菌體粒子整合態(tài)：前噬菌體狀態(tài)；營養(yǎng)態(tài)：前噬菌體脫離宿主核基因組，處于復制、合成和裝配的狀態(tài)?？煞€(wěn)定遺傳：子代細菌都含有原噬菌體，均具有溶原性。可自發(fā)裂解：溫和噬菌體可變成烈性噬菌體，自發(fā)裂解幾率10-2～10-5?？烧T導裂解：用化學、物理方法誘導具有“免疫性”：（另一個同類噬菌體不感染該溶源菌

）可復愈：（10-5，喪失其前噬菌體，變?yōu)榉侨茉淳?/p>

溶源轉變：由于溶原菌整合了溫和噬菌體的核酸而使自己產(chǎn)生一些新的生理特征。溶原性細菌的特點

溶源性循環(huán)裂解性循環(huán)

溶源菌的檢驗方法：將少量溶源菌與大量敏感指示菌相混合，然后倒入營養(yǎng)瓊脂平板，溶源菌生長成菌落。當溶源菌中極少數(shù)的細胞發(fā)生自發(fā)裂解釋放出病毒粒子時，這些病毒粒子會感染溶源菌落周圍的敏感指示菌，并反復侵染形成噬菌斑。最后形成中央是溶源菌菌落，四周為透明裂解圈的特殊菌落。圖2-62溶源菌及其特殊噬菌斑3、噬菌體的危害※危害：污染生產(chǎn)菌種，造成菌體裂解，無法累積發(fā)酵產(chǎn)物，發(fā)生倒罐事件，損失極其嚴重。主要表現(xiàn)：

發(fā)酵周期延長；碳源消耗緩慢；OD值不升或下降；pH值變化大，明顯上升；發(fā)酵液產(chǎn)氣泡，粘稠，拉絲；革氏染色不均勻，菌體少，有碎片；發(fā)酵產(chǎn)物形成緩慢或根本不形成；用敏感菌作平板檢查時，出現(xiàn)大量噬菌斑；電鏡觀察，可見大量噬菌體粒子。

預防措施：a.杜