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1、第四章 病毒与亚病毒,非细胞生物分成病毒和亚病毒,第一节 病毒的形态、结构与功能,一、 病毒的一般特性,病毒（Virus）是一类比细菌更小，能通过细菌过滤器，仅含一种类型核酸（或DNA或RNA），只能在活细胞内生长繁殖的非细胞形态的微生物。,病毒的基本特点,个体极小，能通过滤菌器，形态多样，有球状、杆状、复合型。 无细胞结构，主要由蛋白质、核酸构成，一个病毒体内仅含一种核酸，核酸以单链或双链形式存在。 生活方式为专性活细胞内寄生，病毒酶系不全，离开活体后无生命特征。 病毒以复制的方式增殖,包括核酸复制、核酸蛋白质装配。 对抗生素不敏感，对干扰素敏感。,二、病毒的形态构造及化学组成,1、形态,病
2、毒粒子：成熟的、完整的、具有感染性的病毒颗粒。,衣 壳,核 酸,包膜,刺 突,核衣壳,2、病毒的基本结构：,3 病毒 的 对称,三类典型形态的病毒： 廿面体对称的结构(球状) 螺旋对称的结构(杆状) 复合对称的结构(蝌蚪状),大肠杆菌的T偶数噬菌体是由椭圆形的二十面体头部和螺旋对称的尾部组合而成，是病毒中复合对称的代表。,螺旋对称的病毒粒子,Tobacco Mosaic Virus,二十面体对称病毒粒子,复合对称的病毒粒子,T4 Bacteriophage,三、噬菌体,病毒种类很多，根据病毒寄生的对象来分，有植物病毒、动物病毒和微生物病毒。 噬菌体：是病毒中的一种，一般把侵染细菌、放线菌的病毒
3、叫噬菌体。（把侵染真菌的病毒叫噬真菌体） 据Bradley(1967)归纳，噬菌体共有六类形态。,1、组成：主要由蛋白质和核酸组成。 2、基本形态：蝌蚪形、微球形和纤丝形。,（一）噬菌体的形态结构与组成,以大肠杆菌T4噬菌体为例 头部：廿面体对称结构，由蛋白质衣壳构成，内含一条DNA。 颈部：薄盘状，附颈须。 尾鞘：长95nm, 衣壳粒螺旋对称；可伸缩。 尾髓:中空，DNA可由此进入细胞。 基板: 六角形盘状物，其上有刺突、尾丝。 刺突: 有吸附功能。 尾丝: 有识别吸附功能。,大肠杆菌T4噬菌体构造,蝌蚪形噬菌体的构造,（二）、噬菌体(phage)的繁殖,感染细胞后,能在寄主细胞内增殖，产生
4、大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。,烈性噬菌体（virulent phage）,噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。,温和噬菌体（temperate phrage）,1. 烈性噬菌体 的繁殖,Fig. 2: Penetration,Fig. 1: Adsorption,Fig. 4: Late Replication,Fig. 3: Early Replication,Fig. 6: Release,Fig. 5: Maturation,Animation of the Lytic L
5、ife Cycle of a Bacteriophage,Phage T4 infecting its host E. coli cell,噬菌斑与噬菌体效价,噬菌斑,将少量噬菌体与大量敏感菌混合培养在营养琼脂中，在平板表面布满宿主细胞的菌苔上,可以用肉眼看到一个个透明的不长菌的小圆斑，称为噬菌斑。(每个噬菌斑一般由一个噬菌体粒子形成的。),噬菌体效价的测定,效价表示每毫升试样中所含有的侵染性的噬菌体粒子数，也即噬菌斑形成单位（pfu）数或感染中心数。,效价,单层平板法,双层平板法,电镜计数,噬菌体一步生长曲线,one-step growth curve 定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，
6、观察一群噬菌体感 染一群细胞所发生的变化。,测定一步生长曲线的步骤 用噬菌体的稀悬液去感染高浓度的宿主细胞，以保证每个细胞至 多不超过一个噬菌体吸附。 混合液中加入定量的噬菌体的抗血清，中和尚未吸附的噬菌体。 用培养液稀释混合液，中止抗血清的作用，适温培养。 间断样进行效价测定，得一曲线。,一 步 生 长 曲 线,2、温和噬菌体与溶源性细菌,温和噬菌体：噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（附着）到宿主的核DNA上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。 原噬菌体（或前噬菌体）： 即整合在宿主核DNA上的噬菌体的核酸。 溶原性细菌：指在核染色体上整合有原
7、噬菌体的细菌。可进行正常生长繁殖,而不被裂解。,温和噬菌体的繁殖,检验溶源菌的方法,四、植物病毒,病毒引起的植物病害特征,1、因叶绿体被破坏或不能合成叶绿素，而使叶片发生花叶、黄化或红化症状。 2、植株发生矮化、丛植或畸形。 3、形成枯斑或坏死。,Tulip mania 郁金香狂潮,Tulip mania or tulipomania was a period in the Dutch Golden Age during which contract prices for bulbs of the recently introduced tulip reached extraordinaril
8、y high levels and then suddenly collapsed. At the peak of tulip mania in February 1637, tulip contracts sold for more than 10 times the annual income of a skilled craftsman. It is generally considered the first recorded speculative bubble (or economic bubble). The term tulip mania is now often used
9、metaphorically to refer to any large economic bubble (when asset prices deviate from intrinsic values).,A tulip, known as the Viceroy, displayed in a 1637 Dutch catalog. Its bulb cost between 3000 and 4200 florins depending on size. A skilled craftsman at the time earned about 300 florins a year,Ano
10、nymous 17th-century watercolor of the Semper Augustus, famous for being the most expensive tulip sold during tulip mania.,五、人类和脊椎动物病毒,狂犬病病毒,The Influenza Virus,甲型流感病毒（Influenza A virus），又称A型流感病毒 乙型流感病毒（Influenza B virus），又称B型流感病毒 丙型流感病毒（Influenza C virus），又称C型流感病毒,甲型流感病毒抗原变异情况,流感病毒根据血凝素HA和神经氨酸酶NA的抗原
11、性分为不同的亚型,乙型肝炎病毒,显微镜下的天花病毒图像,SARS病毒图像,艾滋病病毒模式图,昆虫病毒,昆虫病毒大体经历了3个主要阶段: 证明病毒是许多昆虫疾病的致病因子； 认识昆虫病毒的性质； 研究病毒与宿主之间的相互关系。,核型多角体病毒(NPV)，如家蚕NPV，棉铃虫NPV,松毛虫NPV，春尺蠖NPV,舞毒蛾NPV,斜纹夜蛾NPV，粘虫NPV,质型多角体质型多角体病毒，简称CPV。我国对昆虫质型多角体病毒的研究是从家蚕病害的研究开始的，现已在30多种昆虫中发现了质型多角体病毒。,颗粒体病毒(GV)，如黄地老虎GV，菜粉蝶GV,茶小卷叶蛾GV等,第二节 亚病毒,凡在核酸和蛋白质两种成分中，只
12、含其中之一的 分子病原体。,类病毒,拟病毒,朊病毒,一、类病毒 viroid,Electron microscopic picture of potato spindle tuber viroid (PSTVd),They solely consist of a small, single-stranded, circular RNA, which is not encapsidated in a protein coat.,Potato spindle tuber viroid gets its name because of the oblong tubers produced from
13、infected plants.,Symptoms of viroid diseases,A: 番茄矮化病, B:鳄梨日斑病 , C:菊矮化病 , D:菊花褪绿斑驳,这些裸露的RNA 分子可以导致许多谷物，水果，观赏植物，严重的病变，例如：马铃薯，番茄，黄瓜，菊花，鳄梨，椰子等,二、拟病毒 virusoid,三朊 病 毒,疯牛病朊病毒,第三节 病毒与实践,一、噬菌体与发酵工业 二、昆虫病毒用于生物防治 三、病毒在基因工程中的应用,一、噬菌体与发酵工业,发酵周期明显延长 碳源消耗缓慢发酵液清淡 发酵产物形成缓慢或根本不形成 噬菌体检测会发现大量噬菌斑 电镜可看到噬菌体 后果：减产 倒罐,补救方法
14、： 尽快提取产品,加药抑制,及时更换菌种,发酵生产时预防措施,决不使用可疑菌种 严格环境卫生 活菌液严禁排放 通气加料严控 轮换使用生产菌株； 设备灭菌 使用抗噬菌体菌株,噬菌体的应用,1. 用于鉴定细菌的分型； 2. 分子生物学领域的重要实验工具和最理想的材料； 3. 用于预防和治疗传染性疾病； 4. 用于筛选抗癌物质和检测致癌 物质； 5. 测定辐射剂量；,三、病毒在基因工程中的应用,噬菌体作为原核生物基因工程的载体 植物DNA病毒作为植物基因工程的载体 动物DNA病毒作为动物基因工程的载体 昆虫DNA病毒作为真核生物基因工程的载体,三、病毒在基因工程中的应用,噬菌体可作为原核生物基因工程
15、的优良载体，将外源目的基因导入到合适的受体细胞，从而获得具有新性状的 “工程菌” E.coli的噬菌体包括：必需基因参与生命活动；非必需基因不影响生命活动，可被外源DNA代替 载有外源遗传因子的重组噬菌体可整合在宿主核基因组上，两者以一个整体进行同步复制，使宿主具有新性状,钝齿棒杆菌噬菌体,钝齿棒杆菌（T6-13）是国内广泛用于谷氨酸生产的菌株，采用此菌及其相近菌株生产的环境中，普遍发生噬菌体的污染。导致生产延滞或产酸降低，甚至倒罐，给味精生产造成较严重的损失。目前国内分离的噬菌体在形态上相似。 根据血清学可分成两型： B271和B275，有四种类型的噬菌斑。为防止噬菌体的侵袭，可在了解菌株对
16、不同噬菌体的敏感性情况下，轮换使用不同菌株，以避免生产被迫停顿。,丙酮丁醇梭菌噬菌体（Clostridium acetobutylicum phage）,在丙酮丁醇连续发酵的工业生产中，容易受到该噬菌体的侵染，危害极大。常见的异常发酵有：发酵停止，不产生气泡，醪液上层澄清，呈暗黑色，出现睡眠症。正常发酵12-18小时，丙酮产量可达200mg/L，异常发酵时达到相同水平则需36-42小时，丁醇量也偏低 ，醪液的蒸馏效率低于正常的10-20%。现分离获得的丙酮丁醇梭菌噬菌体为肌尾和长尾噬菌体科。,病毒感染的防治原则,一、免疫预防 人工自动免疫 二、药物治疗 （一）化学疗剂 1核苷类似物：病毒唑 2其他类型抗病毒药物 （二）干扰素及其诱生剂 （三）中草药的抗病毒作用,干扰素（Interferon,IFN）它是一类分泌性蛋白，具有广谱抗病毒、抗肿瘤和免疫调节功能。根据产生干扰素细胞来源不同、理化性质和生物学活性的差异，可分为-1b型干扰素
