清大水處理微生物學(xué)課件第2章 非細(xì)胞微生物－病毒

第二章非細(xì)胞微生物－病毒主要內(nèi)容：病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)病毒的繁殖病毒存活的影響因素去除和破壞水中病毒的方法一、病毒的定義病毒：一類由核酸和蛋白質(zhì)等少數(shù)幾種成分組成的超顯微“非細(xì)胞型微生物”，其本質(zhì)是一種只含DNA或RNA的遺傳因子。

病毒與其他細(xì)胞型微生物包括原核微生物和真微生物有著體態(tài)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、生命方式等多方面的明顯區(qū)別。第一節(jié)病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)及分類二、病毒的特點(diǎn)形體極其微小，需用電子顯微鏡觀察沒(méi)有細(xì)胞構(gòu)造，又稱“分子生物”每種病毒只含一種核酸，DNA或RNA以核酸和蛋白質(zhì)的裝配實(shí)現(xiàn)大量繁殖專性寄生，寄主細(xì)胞內(nèi)才表現(xiàn)出生命特征無(wú)蛋白質(zhì)和核酸合成酶系，利用宿主細(xì)胞內(nèi)的代謝系統(tǒng)離體條件，為無(wú)生命的生物大分子，長(zhǎng)期保持侵染活力對(duì)抗生素不敏感，對(duì)干擾素敏感有的病毒核酸可整合到宿主基因組，誘發(fā)潛伏性感染擬病毒：只含有不具獨(dú)立侵染性的RNA或DNA組分非細(xì)胞生物真病毒：至少含有核酸和蛋白質(zhì)兩種組分亞病毒類病毒：只含獨(dú)立侵染性的RNA組分朊病毒：只含單一蛋白質(zhì)組分三、病毒的分類1、按組分和侵染性分類：2、按專性宿主分類：動(dòng)物病毒寄生在人體和動(dòng)物體內(nèi)，引起疾病艾滋病病毒非典冠狀病毒肝炎病毒引起的疾病有：流感、艾滋病、麻疹、腮腺炎、甲肝、乙肝等植物病毒

寄生在植物體內(nèi)，引起疾病如煙草花葉病、番茄叢矮病、馬鈴薯退化病、水稻萎縮病和小麥黑穗病等煙草花葉病毒細(xì)菌病毒－噬菌體

1917年D.Herelle在人的糞便中發(fā)現(xiàn)；環(huán)境毒理學(xué)中將其作為模式病毒；可評(píng)價(jià)水與廢水的處理效率；殺菌。噬菌體放線菌病毒寄生于放線菌，可使放線菌細(xì)胞裂解的病毒。藻類病毒－噬藻體真菌病毒DNA病毒細(xì)小病毒組的成員一般是ssDNA

其余病毒都是dsDNARNA病毒呼腸孤病毒組的成員是dsRNA

其余的病毒都是ssRNA注：動(dòng)物病毒以線狀的為dsDNA和ssRNA多，植物病毒以ssRNA為多，噬菌體以線狀的為dsRNA多3、按核酸分類1.病毒的大小

多數(shù)能通過(guò)細(xì)菌過(guò)濾器，直徑多數(shù)在100nm（20～200nm）上下；

最大的病毒：牛痘苗病毒，直徑最大300nm最小的病毒：口蹄疫病毒，直徑10～22nm四、病毒的形態(tài)和結(jié)構(gòu)2.病毒的形態(tài)

動(dòng)物病毒的形態(tài)有：球形、卵圓形、磚形等植物病毒的形態(tài)有：桿狀、絲狀和球狀噬菌體的形態(tài)有：蝌蚪狀和絲狀粘病毒痘病毒皰疹病毒噬菌體病毒的形態(tài)和相對(duì)大小付粘病毒槍彈性病毒冠狀病毒五、病毒的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)（一）化學(xué)組成

蛋白質(zhì)和核酸個(gè)體大的病毒除含蛋白質(zhì)和核酸，還含脂類和多糖2、病毒的核酸RNA多為ss，DNA多為ds1、病毒的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白：位于顆粒外表，起保護(hù)作用；決定病毒的抗原性病毒粒子的結(jié)構(gòu)圖(二)形態(tài)結(jié)構(gòu)病毒粒子有兩種：不具被膜的裸露病毒粒子在核衣殼外面有被膜包圍所構(gòu)成的病毒粒子病毒粒的對(duì)稱體制

病毒粒的對(duì)稱體制只有兩種，即螺旋對(duì)稱和二十面對(duì)稱；另外一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的病毒，實(shí)質(zhì)上是上述兩種對(duì)稱結(jié)合的結(jié)果，也稱為復(fù)合對(duì)稱。

二十面對(duì)稱代表病毒為腺病毒（Adenovirus）二十面體腺病毒模式圖B.螺旋對(duì)稱型代表病毒為煙草花葉病毒（TMV）該病毒核酸外由蛋白質(zhì)衣殼包裹和保護(hù)，結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，室溫下保存50年不喪失侵染力TMV模式圖C.復(fù)合對(duì)稱型二十面體對(duì)稱螺旋對(duì)稱代表病毒為T偶數(shù)噬菌體，有3種，即T2、T4和T6T系噬菌體模式圖病毒不存在個(gè)體的生長(zhǎng)過(guò)程，只有兩種基本成分的合成和進(jìn)一步的裝配過(guò)程（同種病毒粒之間沒(méi)有年齡和大小之分）動(dòng)物病毒、植物病毒和噬菌體的繁殖過(guò)程基本相似第二節(jié)病毒的繁殖吸附、侵入、增值（復(fù)制與生物合成）、粒子成熟（裝配）、寄主細(xì)胞裂解（釋放）。

以大腸桿菌T系噬菌體為例噬菌體與大腸桿菌相對(duì)大小病毒繁殖過(guò)程分為5個(gè)階段：1.吸附

T系噬菌體以尾部末端吸附到敏感細(xì)胞表面的某一特定的化學(xué)成分；吸附位點(diǎn)：受體、性菌毛等過(guò)程：隨機(jī)碰撞、尾絲散開(kāi)、固著、刺突插入、基板固定侵入2.侵入尾絲展開(kāi)、釋放溶菌酶，水解細(xì)胞壁的肽聚糖形成孔，尾鞘消耗ATP獲得能量而收縮將尾髓壓入大腸桿菌細(xì)胞，尾髓將頭部的DNA注入宿主細(xì)胞3.復(fù)制與生物合成DNA病毒的復(fù)制（1）核酸復(fù)制（宿主DNA降解）（2）核酸轉(zhuǎn)錄（3）蛋白質(zhì)合成RNA病毒的復(fù)制4.裝配

DNA分子的縮合通過(guò)衣殼包裹DNA而形成頭部尾絲，尾管和尾鞘獨(dú)立裝配完成頭部與尾部相結(jié)合裝上尾絲尾管和尾鞘裝成尾部5.噬菌體的釋放

噬菌體粒子成熟后，其水解酶水解宿主細(xì)胞壁而使宿主細(xì)胞裂解，噬菌體粒子被釋放，進(jìn)而重新感染新的宿主細(xì)胞。噬菌體的釋放第二節(jié)病毒的生長(zhǎng)規(guī)律一步生長(zhǎng)：瞬間爆發(fā)，過(guò)程可重復(fù)進(jìn)行噬菌斑：烈性噬菌體在混有大量活敏感菌的瓊脂培養(yǎng)基中，經(jīng)培養(yǎng)后，肉眼可見(jiàn)在布滿宿主細(xì)胞的菌苔上，有一個(gè)個(gè)不長(zhǎng)菌的斑塊以時(shí)間為橫坐標(biāo)，噬菌斑為縱坐標(biāo)得到一步生長(zhǎng)曲線一步生長(zhǎng)曲線平穩(wěn)期成熟期潛伏期隱晦期裂解量：每個(gè)感染細(xì)菌平均釋放的噬菌體顆粒的數(shù)量裂解期平均噬菌斑數(shù)÷潛伏期的噬菌斑數(shù)與裂解時(shí)間有關(guān)病毒的溶原性a、烈性（毒性）噬菌體：進(jìn)入宿主細(xì)胞后進(jìn)行復(fù)制增殖，導(dǎo)致宿主細(xì)胞裂解的噬菌體。b、溫和噬菌體：噬菌體吸附或侵入細(xì)胞后，其DNA只整合在宿主核染色體組上，并可長(zhǎng)期隨宿主DNA的復(fù)制而同步復(fù)制，一般不進(jìn)行增殖或引起宿主細(xì)胞裂解的噬菌體。根據(jù)噬菌體進(jìn)入宿主細(xì)胞后的行為分為：宿主DNA噬菌體DNA噬菌體DNA和宿主染色體整合病毒的溶原性反應(yīng)原噬菌體

在溶原細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的溫和噬菌體核酸稱為原噬菌體。原噬菌體隨宿主細(xì)胞分裂傳給子代細(xì)胞。原噬菌體沒(méi)有感染力，一旦脫離溶原性細(xì)菌的染色體后即恢復(fù)復(fù)制能力，形成毒性噬菌體。溶源性細(xì)菌含有原噬菌體的細(xì)菌稱為溶源性細(xì)菌。烈性噬菌體－敏感細(xì)菌－裂解反應(yīng)溫和噬菌體－原噬菌體－溶源性反應(yīng)－溶源性細(xì)菌溶原性噬菌體的命名

在相應(yīng)菌株的名稱后加括號(hào)，括號(hào)內(nèi)寫上λ，如：大腸桿菌溶原性噬菌體的全稱

EscherichiacoliK12(λ)株名表示溶原性噬菌體第三節(jié)病毒在水中存活的影響因素一、物理因素溫度、光及其它輻射、濕度二、化學(xué)因素化學(xué)物質(zhì)、抗體、干擾素三、生物因素其它生物產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)一、物理因素對(duì)病毒的影響1.溫度宿主細(xì)胞外的病毒，55～65℃范圍內(nèi)1h可滅活高溫滅活病毒的機(jī)理高溫使病毒的核酸和蛋白質(zhì)均受損傷，但滅活蛋白質(zhì)更快；蛋白質(zhì)變性阻礙了病毒吸附在宿主細(xì)胞上，削弱其感染力。注：低溫不會(huì)滅活病毒，通常在－75℃保存病毒。2.光及其他輻射（1）紫外輻射

滅活部位是病毒的核酸，使核酸中的嘧啶環(huán)受到影響。（2）可見(jiàn)光在天然水體和氧化塘中，日光對(duì)腸道病毒有滅活作用。（3）離子輻射

X射線、γ射線等3.干燥

控制環(huán)境中病毒的重要因素。土壤中，水分含量低于10％時(shí)，病毒會(huì)迅速滅活。污泥中，當(dāng)固體含量大于65％時(shí)，病毒量減低。

相對(duì)濕度（RH）病毒存活時(shí)間7％腺病毒2型8周柯薩奇病毒B32周35％腸病毒20周體外滅活：酚、低滲緩沖溶液、甲醛、亞硝酸、醚類、十二烷基硫酸鈉、氯仿、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、pH及其他氧化劑等。體內(nèi)滅活：抗體和干擾素二、化學(xué)因素對(duì)病毒的影響體外滅活1.破壞病毒蛋白質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)酚、低滲緩沖溶液環(huán)境2.破壞核酸的化學(xué)物質(zhì)甲醛、亞硝酸、氨3.影響病毒脂類被膜的化學(xué)物質(zhì)醚、十二烷基硫酸鈉、氯仿等體內(nèi)滅活1.抗體－直接作用宿主產(chǎn)生的特異蛋白（病毒是抗原）2.干擾素－間接作用宿主產(chǎn)生的糖蛋白，進(jìn)而誘導(dǎo)抗病毒蛋白產(chǎn)生三、生物因素對(duì)病毒的影響鏈霉菌、青霉菌、藻類等會(huì)分泌一些抗菌物質(zhì)。但是，各種鏈霉菌產(chǎn)生的抗生素對(duì)大多數(shù)病毒無(wú)滅活作用。藻類產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)如丙烯酸和多酚對(duì)病毒有滅活作用。枯草桿菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌等三種菌顯示抗病毒的活性，病毒的蛋白衣殼可被用作細(xì)菌的生長(zhǎng)底物。四、去除和破壞水中病毒的方法1.水體中病毒的存活溫度是主要影響因素，與病毒類型有關(guān)（教材P15）2.污水處理過(guò)程中對(duì)病毒的去除一級(jí)處理：物理過(guò)程（過(guò)篩，除渣，初級(jí)沉淀去除固體廢物）去除病毒效果差，30％左右