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1、病毒学virology 病毒学 Virology 研究病毒本质 病毒与宿主相互作用和规律的科学 称病毒学 医学病毒学 研究病毒的结构和功能 人体抗病毒侵害的机制以及从病毒与宿主相互关系中找到预防 诊断 治疗和消灭病毒性疾病的措施 是医学微生物学的重要内容 病毒的生命活动一旦被人掌握 又可利用它来造福于人类 病毒的结构和化学组成 病毒的大小与形态 概论 病毒的遗传与变异 理化影响及分类 病毒的增殖 病毒的基本性状 病毒 virus 是一群体积微小 结构简单 只有一种核酸 DNA或RNA 易感活细胞内寄生 以复制方式增殖的非细胞型微生物 主要生物学性状 体积微小 可以通过滤菌器结构简单 无细胞结构
2、遗传物质为DNA或RNA专性细胞内寄生复制增殖 发病率高 75 传染病由病毒引起 传染性强 传播迅速 流行面广 病死率高 与肿瘤及自身免疫性疾病的发生密切相关 有致畸作用 特效药少 预防是重点 病毒引起疾病的特点 3000BC埃及孟菲斯壁画 病毒病由来已久 埃及法老拉美西斯五世1150BC 1145BC 公元前二至三世纪印度和中国就存在天花 中国从公元十世纪宋真宗时代就有接种人痘预防天花的文字记载 比英国医生琴纳发明的牛痘苗早800年 最早有记载的家畜病毒病可能是狂犬病 亚里士多德 Aristotle 在公元前四世纪就记述了病犬的疯狂和暴怒 通过咬啮将病魔传给其他动物和人 常被称作恐水病 巴斯
3、德 Pasteur 在1884年发明了狂犬疫苗 Ivanowski 1892 2 12 studyontobaccomosaicdisease EarlyDevelopmentofVirology 20世纪50年代初 5000万个病例 年 1967年 1000多万病例 年 同年WHO发起了推广接种 消灭天花的运动 1977年索马里发现最后1例自然发生天花的病人 1978年英国发现最后1例实验室感染病例 1980年 WHO宣布彻底消灭天花 被消灭的病毒 天花病毒 1988年WHO与国际扶轮社和联合国儿童基金会共同发出根除脊髓灰质炎倡议 当时全世界125个国家中有几百万脊髓灰质炎患者 2000 1
4、0西半球 包括我国 消灭了小儿麻痹症 2006年WHO说 全世界能否彻底消灭小儿麻痹症 成败取决于四个国家 阿富汗 印度 尼日利亚和巴基斯坦 突发公共卫生事件 发生脊髓灰质炎野病毒输入和脊髓灰质炎疫苗衍生病毒循环的疫情 将消灭的病毒 脊髓灰质炎病毒 病毒与其他微生物的比较 完整的具有感染性的成熟病毒颗粒称为病毒体 virion 是病毒在细胞外的典型结构形式 测量单位为纳米 nm 1 1000 m 多数病毒大小介于30 200nm之间 最可靠的测量方法是电子显微镜 Electronmicroscope 技术 葡萄球菌 1000nm 牛痘病毒300 250nm A B C D E F G 立克次体
5、450nm 衣原体390nm A 大肠杆菌噬菌体 65 95nm B 腺病毒 70nm C 脊髓灰质炎病毒 30nm D 乙脑病毒 40nm E 蛋白分子 10nm F 流感病毒 100nm G 烟草花叶病毒 潘多拉病毒 Pandoravirus 是一类非常大型的病毒 其基因组比其它所有已知病毒都要大得多 直径达1微米 西伯利亚阔口罐病毒 Pithovirussibericum 病毒的形态 多呈球形或近似球形 少数呈杆状 丝状 子弹状 砖块状或蝌蚪状 砖形 痘病毒 子弹形 狂犬病病毒 蝌蚪形 噬菌体 杆状 烟草花叶病毒 一 病毒的结构 基本结构 核衣壳 为所有病毒都必备 辅助结构 包膜 为某些
6、病毒所特有 它们各有特殊的生物学功能 有包膜的为包膜病毒 无包膜的为裸病毒 一 病毒的结构 裸病毒Nakedviruses 核心核酸 core 蛋白质衣壳 capsid 包膜 包膜病毒Envelopedviruses 核衣壳Neucleocapsid 基本结构 核心 nucleicacid 位于病毒体的中心 由一种核酸构成 病毒复制 遗传和变异的物质基础 衣壳 capsid 包绕在核酸外的蛋白质外壳 由壳粒组成 具有Ag性 保护核酸和传染性 核心 衣壳 壳粒 核衣壳的对称形式 螺旋对称 20面体对称 复合对称 立体对称 螺旋对称 辅助结构 包膜 包绕在核衣壳外的膜结构 主要含蛋白质 多糖及脂类
7、 来自宿主细胞 以出芽方式向宿主细胞外释放时获得 具有保护 吸附和致热等作用 刺突 包膜表面不同形状的突起 如流感病毒 能凝集某些动物RBC或毒害宿主细胞并辅助病毒的吸附 辅助结构 病毒体结构模式图 壳粒 衣壳 核心 核衣壳 包膜 包膜病毒 刺突 核心 核酸 基因组genome 决定病毒遗传 变异和复制壳粒capsomere 衣壳capsid 保护 介导 抗原性包膜envelope 刺突spike 保护 介导 抗原性 二 病毒的化学组成1 核酸 DNA或RNA 多样性 存在形式多样线状 环状 DNA dsDNA ssDNARNA dsRNA ssRNA分节段RNA 感染性核酸 复制方式多样 大
8、小悬殊 2 病毒的蛋白质可分为结构蛋白和非结构蛋白 结构蛋白 组成病毒体的蛋白成分 包括衣壳蛋白 基质蛋白和包膜糖蛋白 保护核酸 参与感染 具有抗原性 非结构蛋白 可以存在于病毒体内或受感染的细胞内 作为酶类 参与病毒的复制 如逆转录酶 蛋白水解酶 DNA多聚酶等 3 脂质和糖 主要存在于包膜中 用于维持病毒体结构的完整性 与病毒的入侵相关 具有抗原性 病毒缺乏完整的酶系统 无细胞器不能独立进行代谢必须寄生在活的易感细胞内进行增殖 病毒的增殖 复制 replication 病毒的复制周期 replicationcycle 是指病毒进入敏感细胞后 以其基因组为模板 借助细胞中的原料 能量及场所合
9、成自己的大分子以组装子代病毒颗粒 最终按一定方式释放出细胞 复制周期分五个步骤吸附 病毒与敏感细胞相遇 吸附在C表面 穿入 吞饮 融合 受体结合 直接穿入 脱壳 只有核酸进入 生物合成 包括核酸的复制和蛋白质的合成 组装与释放 宿主C破裂 破胞释放或出芽 胞膜融合等 吸附 adsorption 通过病毒的包膜或裸病毒表面的配体位点与细胞表面的特异受体结合而吸附 如HIVgp120 Th CD4 穿入 penetration 融合 胞饮 直接穿入 融合 直接穿入 胞饮 脱壳 uncoating 病毒在细胞内脱去衣壳 多数是在细胞的溶酶体酶作用下脱壳释放出病毒基因组 生物合成 biosynthes
10、is 病毒利用宿主细胞提供的低分子物质大量合成病毒核酸和蛋白质 此阶段无完整病毒可见 也不能用血清学检测出病毒的抗原 称为隐蔽期 eclispeperiod DNA病毒的生物合成 病毒DNA 早期mRNA 早期蛋白 酶 子代DNA 晚期mRNA 晚期蛋白质 病毒结构蛋白 转录 翻译 翻译 转录 复制 RNA病毒的生物合成 RNA 蛋白质 RNA 蛋白质 RNA 翻译 翻译 转录 逆转录病毒的生物合成 RNA 互补负链DNA DNA RNA中间体 双股DNA 蛋白质 mRNA 逆转录酶 整合于宿主细胞DNA 装配与释放 assemblyandrelease 裸病毒装配成核衣壳即为成熟病毒体 以破
11、胞方式释放 包膜病毒装配成核衣壳后以出芽方式释放 释放时包有核膜或胞质膜成为成熟病毒体 复制周期 replicationcycle 43 HIVbuddingandmaturation Hsiung GDetal DiagnosticVirology1994p204 D Medina 44 Hockleyetal JGenVirol69 2455 2469 uninfected HIVinfected athighermagnifcation HIVinfected 病毒的复制过程 异常增殖与干扰现象 1 异常增殖病毒异常增殖 不能组装成完整的病毒体顿挫感染abortiveinfection
12、宿主细胞的原因 缺陷病毒defectiveviruses 病毒本身的原因 辅助病毒helperviruses 2 干扰现象 interference 当两种病毒感染同一细胞时 可发生一种病毒抑制另一种病毒增殖的现象 病毒A细胞病毒B 遗传特点 1 遗传方式简单2 受宿主细胞影响3 易发生突变 病毒的变异 基因突变 genemutation 病毒基因组发生碱基置换 缺失或插入引起 可发生形态 抗原性 宿主范围 致病性等多种改变 主要类型 条件致死突变株 ts 缺陷型干扰突变株 DIM 宿主适应性突变株耐药突变株 基因重组 generecombination 两种或两种以上不同的病毒感染同一宿主细
13、胞时 发生基因片段的交换 产生具有两个亲代特征的子代病毒 并能继续增殖 基因重配 genereassortment 分节段的RNA病毒通过交换RNA节段而进行的基因重组 基因整合 geneintegration 病毒基因组与宿主细胞基因组的整合 表型重组 病毒成分和基因产物 非遗传物质 间相互作用 产生变异 类型 表型混合 核壳转移 互补 增强 人工定向变异 利用理化诱变法提高病毒突变率 以便在适合条件下选出所需要的突变株 方法 1 改变宿主亲嗜性 2 培育冷适应突变株和温度敏感株 3 通过基因重组获得杂交毒株 理化因素对病毒的影响 灭活 病毒因理化因素的作用 失去感染性但仍保持其他特性 1
14、物理因素温度大多数病毒耐冷不耐热pH多数病毒在pH6 0 8 0范围内稳定 射线和UV以不同机制均可使病毒灭活 2 化学因素乙醚 氯仿 去氧胆酸盐等脂溶剂可使有包膜病毒的包膜脂质溶解而灭活病毒 失去吸附能力 但对无包膜的病毒 如肠道病毒 几乎无作用 病毒的分类 分类依据 核酸类型和结构 RNA DNA 双链 单链 线状 环状 是否分节段 病毒体形状和大小衣壳对称性包膜的有无 2004年国际病毒分类委员会 ICTV 第8次分类报告 目前所有病毒分为73个科 11个亚科 289个属 生物学分类DNA病毒RNA病毒DNA和RNA逆转录病毒 亚病毒因子 subvirus 卫星病毒 satellites
15、 类病毒 viroids 朊粒 prion 近年来发现的比病毒更小 更简单的一类传染因子 由500 2000bp构成的单链RNA 可分为两类 一类可编码自身的衣壳蛋白 一类为卫星病毒RNA分子 又称拟病毒 Virusoid 需利用辅助病毒的蛋白衣壳 多数与植物病毒相关 少数与噬菌体或动物病毒有关 卫星病毒 satellitevirus 类病毒 viroids 大小仅为最小病毒的1 20左右 200 400nt 由单股环状RNA组成 杆状结构 无衣壳 对核酸酶敏感 对热 有机溶剂抵抗 朊粒 prion 正常宿主细胞基因编码 结构异常的朊蛋白 没有核酸成分 思考题 1 名词解释 核衣壳 灭活 2
16、简述病毒的结构和化学组成 3 叙述病毒的复制周期 病毒的感染与免疫 病毒的致病机制 病毒的感染类型 抗病毒免疫 病毒的传播方式 病毒的感染与免疫 水平传播 病毒在人群不同个体间的传播 垂直传播 某些病毒经胎盘或产道由孕妇传给新生儿或胎儿的感染 病毒感染方式 人类病毒的感染途径 一 病毒对宿主细胞的直接作用溶细胞型感染稳定状态感染包涵体的形成细胞凋亡基因整合与细胞转化 病毒的致病作用 1 溶细胞型感染 cytolyticinfection 病毒在感染细胞内增殖 引起细胞的裂解死亡 正常细胞 细胞病变 2 稳定状态感染 steadystateinfection 为特异性Ag或CTL细胞识别 新抗原 多核巨细胞 3 包涵体 inclusionbody 概念 某些受病毒感染的细胞内 用普通光学显微镜可看到有与正常细胞结构和着色不同的圆形或椭圆形的斑块 是病毒感染的诊断依据 4 细胞凋亡 apoptosis 细胞核 细胞核 5 基因整合与细胞转化 结果 细胞转化或肿瘤形成 与人类肿瘤相关的病毒 二 病毒感染的免疫病理作用 病毒进入机体不引起临床症状的感染 病毒感染后引起疾病 隐性感染 显性感染
