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1、,第四章 病 毒,本章内容,第一节 概述 第二节 病毒的形态结构与化学组成 第三节 噬菌体 第四节 真核细胞病毒 第五节 亚病毒 第六节 病毒与发酵工业,第一节 概述,一、病毒的发现和研究历史 二、病毒的定义与特点 三、病毒的分类 四、病毒的培养与纯化,病毒和我们的关系,“Virus”，它是由拉丁文中“virus”一词演化而来，即“有毒的物质”,第一节 概 述,一、病毒的发现和研究历史,1886年，A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病；,1892年，D. Ivanovsky烟草花叶病病原体能通过细菌滤器：一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”或“极小细菌”,1898年，M W Beijeri
2、nck对烟草花叶病病原体的研究结果：,能通过细菌滤器；可被乙醇沉淀而不失去其感染性，能在琼脂凝胶中扩散；用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活,比细菌小的具有传染性的活的流质 （contagium vivum fluidum）,1884年Chamberland发明细菌滤器,1900年前后，包括口蹄疫（foot and mouth disease）在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。,F W Twort（1915年）、F dHerelle（1917年），分别发现 细菌（Shigella dysenteriae）病毒-噬菌体,1935年，W M Stanley首次提纯
3、并结晶了烟草花叶病毒；Bawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白； 1940年，Kausche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒.,1952年，Hershey和Chase利用同位素证实噬菌体的遗传物质是DNA，将人类带入病毒的分子生物学阶段。,极大地丰富了现代生物学（微生物学、分子生物学、分子遗传学）的理论与技术；,病毒学（virulogy） ：,研究病毒（virus）的本质及其与宿主的相互作用的科学，是微生物学的重要分支学科。,有效地控制和消灭人及有益生物的病毒病害； 利用病毒对有害生物、特别是害虫进行生物防治； 发展以基因工程为中心的生物高新技术产业；,非细胞生物,至少含核酸和蛋白质二种组
4、分,亚病毒,真病毒,类病毒,拟病毒,朊病毒,只含有不具侵染性的RNA组分,只含蛋白质组分,只含具侵染性的RNA组分,本章主要介绍真病毒,二、病毒的定义与特点,病毒：是一种结构简单，能够自我复制并具有侵染性的独特非细胞生物体。现代病毒学家把病毒这类非细胞生物分成真病毒（Euvirus，简称病毒）和亚病毒（Subvirus）两大类：,病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。,病毒分两个阶段（以两种形式）存在：胞外阶段：“毒粒”形式存在，可抵抗几乎所有酶的侵袭，但不能独立于活细胞增殖； 胞内阶段：主要以正在复制的
5、核酸形式存在，诱导宿主细胞合成病毒组分；,毒粒：完整的病毒粒子（virion），由蛋白外壳包裹一个或多个DNA或RNA分子构成,特性,1）个体微小，在电子显微镜下才能看见；,2）不具有细胞结构，其主要成分为核酸和蛋白质，故称为“分子生物”；,3）一种病毒只含有DNA或RNA一种类型的核酸；,4）绝对的细胞内寄生，在细胞外不能增殖：既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成的代谢系统合成自身的核酸和蛋白质；,5）没有个体生长，不能进行细胞分裂，以核酸复制和蛋白质合成、然后装配的过程实现其大量繁殖；,7）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。,6）在离体条件下，以无生命的生物大
6、分子状态存在，并保持其侵染性；,三、病毒的分类,病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性。,人们习惯根据其宿主种类将病毒分类：,噬菌体（phage）,真菌病毒（fungi viruses）,植物病毒（plant viruses）,动物病毒（animal viruses）,国际病毒分类委员会（International Committee for Taxonomy of Viruses,ICTV）提出了分类依据和建立了分类系统。,分类依据,核酸的特征、壳体的对称形式、有无包膜、宿主的种类、引起的疾病种类、复制和释放方式等。,命名规则,1996年国际病毒分类委员会提出38条新的病毒命名规则
7、，病毒分类系统依次用目、科、属、种分类等级。,1）噬菌体的培养,1、病毒的培养,(二元培养物法),四、病毒的培养和纯化,噬菌斑（plaque）：,将少量噬菌体与大量宿主细胞混合后，在合适条件下培养一定时间后，在平板表面布满宿主细胞的菌苔上，出现一个个肉眼可见的透明小圆斑。（ “负菌落” ）,设0.10mL稀释度为10-6的病毒悬液可产生75个噬菌斑，则样品的噬菌斑形成单位为： PFU/mL=（75 PFU /0.10 mL ）（106）=7.5 108,2）动物病毒的培养,动物病毒,实验动物,鸡胚,多种细胞培养,在尿囊膜上形成一些白色的庖痘（感染造成局部组织病损）,感染,若标本经过适当稀释进行
8、接种并辅以染色处理，病毒可在培养的细胞单层上形成肉眼可见的局部病损区域，即蚀斑（plaque）或称空斑。,包涵体（inclusion body）：,在某些感染病毒的宿主细胞质或细胞核内，出现光学显微镜下可见的大小、形状和数量不等的小体。,多数位于细胞质内，如：痘病毒、狂犬病毒 少数位于细胞核内，如：疱疹病毒和腮腺炎病毒 有的既可在细胞质内，又可在细胞核内，如：麻疹病毒,包涵体可以是病毒粒子的聚集体，如昆虫核型多角体病毒和质型多角体病毒的包含体；也可以是病毒结构蛋白与感染有关蛋白质等病毒组分的聚集体,多角体：,核型多角体病毒（NPV）：是我国自主研究并应用于农业实践的第一个病毒杀虫剂。,昆虫细胞
9、内形成多角形包涵体，可作为病毒杀虫剂。,植物病毒,敏感植物叶片,被感染部位的细胞快速死亡而形成局部坏死斑，或称枯斑,即便没出现坏死斑，被感染的植物仍会表现一定的病症，如色素形成和叶子形状改变等。,3）植物病毒的培养,（盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等）,2、 病毒纯化,标准：纯化的病毒制备物应保持其感染性，纯化的病毒制备物的理化性质应具有均一性,方法：主要化学组成为蛋白质，采用蛋白质提纯方法,具有一定的大小、形状和密度，采用离心,差速离心、梯度离心（超速离心）,一、病毒的形态结构,1、病毒的形状和大小,个体小（测量单位nm），必需在电镜下观察；不同病毒的毒粒大小差别很大（1
10、0400nm）,（1）大小,痘病毒： 300450nm 170260nm（最大） 双粒病毒：直径 1820nm （最小）,第二节 病毒的形态结构与化学组成,（2）病毒的形态,弹状（狂犬病毒）、砖块状（痘病毒）、 丝状（大肠杆菌f1、fd、M13噬菌体）等,多形性（流感病毒，新分离的毒株呈丝状，在细胞内稳定传代后转变为拟球状）。,基本形态：,球形或拟球形（大多数动物病毒）；,杆状（植物病毒和昆虫病毒）；,蝌蚪状（大肠杆菌T偶数噬菌体）,其他形态：,各种毒粒的大小、形态差异很大,蝌蚪状（大肠杆菌T偶数噬菌体）,砖块状（痘病毒）,丝状（大肠杆菌M13）,球状(脊髓灰质炎病毒),衣原体,大肠杆菌,红细
11、胞,杆状(TMV),基本构造：核衣壳(nucleocapsid),非基本构造,2. 病毒的基本结构,核心（core）：DNA或RNA,衣壳（capsid）：蛋白质,包膜(envelope) ：脂蛋白或类脂、糖蛋白,刺突(spike)：糖蛋白,核心,衣壳,包膜,刺突,衣壳粒（capsomere或capsomer）：是组成衣壳的蛋白质亚单位,3.几种典型病毒衣壳的结构,螺旋对称衣壳病毒：烟草花叶病毒,病毒可以根据衣壳中衣壳粒的排列方式将其分为3种：,二十面体对称衣壳病毒：腺病毒,复合对称衣壳病毒：T4噬菌体,壳体外形如中空的蛋白质圆管，呈坚硬或柔韧状。由2130个相同的蛋白质亚基（158个氨基酸）
12、以逆时针方向螺旋状排列，形成一个长300nm，内径4nm，外径15nm的刚直中空柱。ssRNA盘绕在壳体内面由亚基形成的沟内，与蛋白质亚基通过弱键结合。,螺旋对称壳体病毒,代表：TMV,并非所有螺旋对称衣壳都像TMV衣壳一样是刚直的，流感病毒的RNA就包围在薄的、柔软易弯曲的螺旋壳体内，其衣壳折叠在一起，外有包膜。,流感病毒,二十面体对称壳体病毒,衣壳有20个等边三角形面，12个顶角。包括12个五邻体（分布在12个顶角上的衣壳粒）和240个六邻体（分布在棱上和面上的非顶角衣壳粒）。核心为线状双链DNA(dsDNA)，核酸分子以高度卷曲的状态存在于衣壳内。,代表：腺病毒,五邻体,六邻体,二十面体
13、衣壳在形成时通常是由五边形衣壳粒（五邻体）和六边形衣壳粒（六邻体）组成的,（参见P74）,其壳体由头部和尾部组成。通常头部呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。线状dsDNA折叠盘绕于头部的核心。,复合对称衣壳病毒,代表：大肠杆菌的T偶数噬菌体,头,尾髓,颈环,尾鞘,尾丝,刺突,基板,1、 病毒的核酸,病毒基因组大小差别很大最小的基因组（MS2病毒，QB病毒）只有1 106 ，仅够编码34种蛋白质，这些病毒利用重叠基因来节省空间。最大的基因组（T偶数噬菌体，疱疹病毒，痘病毒）达1.6 108 ，可编码100多种蛋白质。,二、病毒的化学组成,单链DNA（ss DNA）； 双链DNA（ds DNA）；
14、单链RNA（ss RNA）； 双链RNA（ds RNA）,4种类型,动物病毒这4种类型都有；植物病毒通常含有ssRNA；噬菌体通常为ds DNA，但也有一些噬菌体为ss DNA或ss RNA。,(1) DNA病毒,dsDNA：大多数DNA病毒以dsDNA作为遗传物质。许多病毒dsDNA经过修饰,呈线性,少数为环状dsDNA。,特殊的碱基：除常见核苷酸外，许多病毒具有特殊的碱基，如，大肠杆菌T偶数噬菌体以5-羟甲基胞嘧啶代替胞嘧啶。,噬菌体的线性dsDNA: 有由12个碱基组成的粘性末端，粘性末端配对可使DNA环化。,ssDNA: 少数，如X174、M13噬菌体等，有线性和单链闭合环状DNA两种
15、。,(2) RNA病毒,多数RNA病毒以ssRNA作为它们的遗传物质。正链或阳性链：RNA碱基序列与病毒mRNA相同，指导蛋白质合成。如：脊髓灰质炎病毒等。负链或阴性链：病毒RNA基因组与病毒mRNA互补。如：狂犬病毒等。,片段基因组：许多RNA病毒基因组被分为独立的片断，每个片段编码一种蛋白。有的病毒基因组可以分为10到12个片段（如呼肠病毒），通常所有的片段都包含在同一个衣壳中。不过，也有些病毒将片段基因分布在不同的病毒粒子中（如：雀麦花叶病毒），但它们能够成功地侵染同一宿主。,许多植物及动物病毒的正链RNA基因组5端具有7-甲基鸟嘌呤核苷帽子结构，3末端具有poly-A尾巴。,一少部分病
16、毒具有dsRNA基因组，都是片段式的。,2、病毒的蛋白质,衣壳蛋白：占病毒蛋白质成分的绝大部分。保护核酸；当病毒无包膜结构时，衣壳参与病毒对宿主的吸附、侵染；决定病毒对宿主的专一性和病毒的抗原性。,包膜蛋白：包膜的脂质和糖类是正常的宿主组成成分，但蛋白是由病毒基因编码形成的，可伸出包膜形成刺突 。,存在于病毒中的酶类：病毒酶位于衣壳内，其中许多酶参与核酸的复制，例如，逆转录酶。也有些病毒的酶位于包膜或衣壳上（例如，流感唾液酸苷酶），协助病毒的侵染。,3、病毒的其它化学成分,包膜中含有丰富的磷脂和胆固醇、糖类 ，来源于宿主细胞 ；,少数无包膜的病毒也存在脂类；,一些病毒粒子中存在有机阳离子（如丁二胺、精胺）和无机阳离子。,第三节 噬菌体,一、噬菌体的分类,多数噬菌体可以按照其形态分为以下四类：无尾二十面体型收缩尾型（结构最复杂，例如E. coli的T偶数噬菌体）非收缩尾型丝状噬菌体,噬菌体分类的依据：宿主种类、免疫学关系等。 但目前最主要的分类依据还是噬菌体的形态和核酸特性。,
