微生物4病毒王莹

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1、病 毒,王莹 微生物学教研室,Progression of Smallpox,Day 3,Day 5,Day 7,天花病毒 Pox virus,痘浆法 痘衣接种,乳头瘤病毒 Papilloma viruses are also found associated with human penile, uterine and cervical carcinomas and are very likely to be their cause; moreover, genital warts can convert to carcinomas.,DNA肿瘤病毒 DNA tumor viruses,腺

2、病毒 Adenovirus,These viruses are highly oncogenic in animals and only a portion of the virus is integrated into the host genome.,天花病毒 Pox virus,脊髓灰质炎病毒 poliovirus,Hepatitis,轮状病毒 Rotavirus,人T-淋巴细胞病毒,禽传染支气管炎病毒,水生动物皮瘤中的红色病毒,HIV,HIV感染人体组织,HIV颗粒电镜,甲型H1N1流感病毒,烟草花叶病毒,病毒侵染对花瓣颜色的影响,大肠杆菌噬菌体,烟草花叶病毒 (TMV),1892，俄

3、国伊万诺夫斯基研究烟草花叶病，在给圣彼德堡科学院简短报告中，结尾引人注目：“本人已发现感染花叶病的叶汁，即使通过了细菌过滤器，也仍具有传染的性质” 证明了感染因子是过滤因子即过滤性病毒（virus）。 1935，美国学者斯坦来（Stanley）从烟草花叶病病叶中提取出病毒结晶，进一步试验证明病毒结晶具有致病力。 获1946诺贝尔化学奖。,第一节 病毒的形态、结构、分类,概念 病毒(Virus)是一类比细菌更微小、只含一类核酸(DNA or RNA)、在活细胞内进行专性寄生的非细胞形态的微生物。,基本特征,1.个体极小，电镜下可见，nm级。 2.无细胞结构，化学组成简单核酸（DNA或RNA)和蛋

4、白质。 3.无独立的繁殖能力，只在特定寄主细胞内以核酸复制方式繁殖。 4.专性寄生： 不含能量代谢、核酸复制、蛋白质合成的酶系，不能独立地进行代谢活动，不能离开活体而生存。 不能在无生命的人工合成培养基生长。 5.在活体外只有化学大分子特性，不表现任何生命特征；可长期保持浸染力。 这种潜在的感染能力很容易变性失活。 6.对干扰素敏感，对抗生素不敏感。,大小差别较大。最大的痘病毒300nm；最小的鼻病毒30nm,几种病毒的相对大小和形态,Vaccinia virus 痘苗病毒（投影技术）,一、病毒的形态,多面体状球、卵圆、砖形 杆状杆、线形 蝌蚪状蝌蚪,腺病毒,多瘤病毒,塞蒙利克森林病毒,形态,

5、病毒在衣壳上排列不同，有3种形态结构： 螺旋对称 烟草花叶病毒 二十面体对称 （容积大、居多） 腺病毒 复合对称：螺旋对称 +多面体对称 T4 噬菌体,螺旋对称 二十面体对称 复合对称,螺旋对称型： 蛋白质亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。,以TMV为例，2130个成皮鞋状的蛋白质亚基（衣壳粒）逆时针方向螺旋排列，共130圈,每3个核苷酸与一个蛋白质亚基相结合。,二十面体对称型： 由20个等边三角形围成，具12个顶角，30条边。 五邻体：12个顶角上的衣壳粒。 六邻体：平面上的衣壳粒。,若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容

6、积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称结构。,典型例子：腺病毒（adenovirus）、脊髓灰质炎病毒（poliovirus）、 多瘤病毒（polyomavirus）,具有复合对称结构的典型例子是有尾噬菌体（tailed phage），壳体由头部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。砖形的痘苗病毒（Vaccinia virus），也属于复合对称形。,二、病毒的结构,刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。,核心 DNA 或 RNA 衣壳（粒） 蛋白质,病毒粒子：成熟、有感染性的结构完整的病毒颗粒。,三、病毒的化学组成,蛋白质：, DNA (

7、 ds DNA, ss DNA ) 或 RNA ( ds RNA, ss RNA ) 植物病毒多为RNA 细菌病毒多为DNA 动物病毒（含昆虫病毒）部分为DNA，部分为RNA 核酸有正链、负链的区别。 凡碱基序列与mRNA相同，为正链。 凡碱基序列与mRNA互补，为负链。,作用：（1）构成衣壳，保护内部核酸。 （2）决定感染寄主的专一性。 （3） 决定病毒的抗原性。 （4）有些是酶，与感染和复制有关。,脂类和糖类: 包膜中,病毒核酸：,(1)按核酸结构分为8个群：,单链DNA病毒（ssDNA） 双链DNA病毒（dsDNA） DNA和 RNA反转录病毒 双链RNA病毒（dsRNA） 负链单链RN

8、A病毒（-ssRNA） 正链单链RNA病毒（+ssRNA） 裸露RNA病毒 亚病毒因子,(2)病毒 蛋白质,结构蛋白,非结构蛋白,病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于毒粒中的蛋白质。如复制酶和装配酶等。,构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质。如壳体蛋白、包膜蛋白、存在于毒粒中的酶等。,包膜（envelope）：有些病毒核衣壳包裹着的一层脂蛋白膜，是病毒以出芽（budding）方式成熟时，由细胞膜衍生而来的。有维系毒粒结构，保护病毒核壳的作用。,包膜子粒（peplomer）：病毒包膜上具有功能性的突起物，又叫刺突蛋白（spike protein），往往

9、是由糖蛋白构成，具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的，也是很重要的抗原性物质。,（3）包膜结构（脂质和糖类）,有包膜的螺旋毒粒,非细胞生物,病毒：至少含有核酸和蛋白质两种成分 亚病毒,类病毒:只含具单独侵染性的RNA组分 拟病毒:只含不具单独侵染性的RNA组分 朊病毒:只含蛋白质一种组分,四、病毒的分类,真病毒含核酸和蛋白质的一类病毒。 亚病毒只有侵染性RNA分子、只有侵染性蛋白质分子或包裹在真病毒颗粒中的卫星病毒（或卫星核酸）。,马铃薯纺锤病,类病毒侵染的植物,第二节 病毒的增殖,吸附,步骤：,病毒表面结构与宿主特异性位点结合 （非）特异性吸附,核酸复制、 mRNA转录、 蛋白质的合成

10、,在宿主细胞内，将核酸和蛋白质组装为成熟的病毒粒子（毒粒）,破胞释放（无包膜）； 出芽释放（有包膜）,病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。,1. 吸附,直接穿入,融合,胞吞,2. 穿入和脱壳, dsDNA 病毒：痘病毒、疱疹病毒、腺病毒、T-even噬菌体等,亲代,DNA,早期转录,mR,NA,早期翻译,早期蛋白,子代,DNA,复制,装,配,成,熟,子代病毒粒子,晚期转录,mR,NA,晚期翻译,晚

11、期蛋白,亲代,子代,3. 生物合成,烟草花叶病毒的装配：RNA穿过螺旋的中心孔并在生长端形成一个可移动的环。,4. 装配,大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放,5. 释放,有包膜病毒的装配与释放有时 也是同时完成的,有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核芽出或细胞质膜芽出的过程中裹上包膜而形成包膜病毒,动物接种 鸡胚培养 细胞培养,第三节 病毒的培养,细胞病变效应（CPE） 红细胞吸附 被感染的细胞出现包涵体 干扰现象 细胞代谢改变,病毒在细胞内增殖,CPE,正常细胞,CPE（cytopathogenic effect） ：病毒感染细胞后造成细胞死亡，溶解，细胞质空泡形成（空斑）、细胞变圆、脱落、凝集

12、或互相融合。,狂犬病毒包涵体（Negri body）,巨细胞病毒包涵体,干扰现象：两种病毒同时或先后感染同一细胞，一种病毒增殖可抑制另一种的增殖。 干扰素（interferon，IFN）：病毒诱导细胞产生抑制病毒复制的糖蛋白。,第四节 干扰现象和干扰素,IFN 种类,IFN-：由白细胞产生 IFN-：由成纤维细胞产生 IFN-：由活化的T淋巴细胞产生,IFN 性质,抗病毒范围广 抗病毒作用有种属特异性（同种细胞高于异种细胞，人，灵长类动物产生的IFN才对人起作用） 对病毒的增殖有干扰作用 对病毒的蛋白质合成起作用 免疫调节和抗肿瘤作用,1、组成：蛋白质和核酸 2、基本形态：蝌蚪形、微球形（无尾

13、）和纤丝形（无头）。 尾髓:中空，DNA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,第五节 噬菌体,噬菌体与宿主菌,根据噬菌体对寄主细胞的反应，区分为： 毒（烈）性噬菌体（virulent phage） 温和噬菌体（temperate phage） 1.毒性噬菌体的复制周期,吸附,侵入,病毒大分子的合成 （核酸复制、蛋白质的合成）,组装（成熟）,释放（ 寄主细胞裂解）,T4噬菌体感染E.coli的扫描电镜照片,T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程,噬菌体的效价,噬菌斑（plaque）：毒性噬菌体感染敏感细菌，在营养琼脂平板上

14、形成一个个透明的空斑。 噬菌体的效价：每毫升试样噬菌斑形成单位（plaque forming unit，PFU）数。,大肠杆菌噬菌体的噬菌斑,荧光假单胞菌的噬菌斑,效价测定-双层平板法,噬菌体,细菌培养物,培养液,营养琼脂平板,细菌培养 液变清亮,细菌平板成 为残迹平板,2%琼脂培养基,0.8%琼脂培养基,1939年，Max Delbruck & Emory Ellis：,E. coli / bacteriopage,1、用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞； 2、数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬菌体）； 3、将上述混合物大量稀释，终止抗血清的作用和防止新释放 的噬菌体感染其它细

15、胞； 4、保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌体含量 进行计数）； 5、以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出 病毒特征性的繁殖曲线；,该实验标志着分子病毒学、分子生物学和分子遗传学的建立 Max Delbruck因此荣获1969年Nobel Prize。,一步生长曲线,潜伏期：从噬菌体吸附细菌到细菌细胞释放新的噬菌体前的时期.(噬菌斑数是噬菌体数,也就是感染噬菌体的细菌数). 裂解期：曲线直线上升,子代噬菌体不断释放到培养基中,直到达到极限. 稳定期:感染细胞后复制的子代噬菌体全部释放，噬菌斑数稳定，一次感染结束。,裂解量:每一受感染细胞所释放的新的噬菌体的平均数。 稳

16、定期噬菌斑数 裂解量 = 潜伏期噬菌斑数 不同的噬菌体或同种噬菌体感染敏感菌后所释放的噬菌体数不同,与噬菌体种类、宿主细胞菌龄以及环境因数有关。,温和噬菌体（溶源性噬菌体）的复制周期 温和噬菌体：噬菌体感染细胞后，核酸整合到宿主的核DNA上，随宿主DNA复制而同步复制。一般情况不引起寄主细胞裂解。 原噬菌体（或前噬菌体）：整合在宿主核DNA上的噬菌体的核酸。 溶原性细菌：核染色体上整合有前噬菌体的细菌。可正常生长繁殖而不被裂解。,特性：1. 可稳定遗传。子代细菌都含有原噬菌体，均具有溶原性。 2. 可自发或诱发细胞裂解，或自然遗失前噬菌体（复愈） 自发:温和噬菌体的核酸也可从宿主DNA上脱落下