03 病毒學概論 微生物與免疫學

1、第四章 病毒學概論一、真病毒二、亞病毒 某天早上醒來，你感到頭在抽痛，然后背也開始疼痛，發(fā)燒、惡心、嘔吐接踵而來。全身皮膚開始出現(xiàn)血斑，血液無法正常凝固?，F(xiàn)在，你的大腦、腎臟、呼吸道和消化道開始出血。你嘔吐出大量的血的同時，血和組織從直腸直瀉而下。這是，你離死亡很可能只有幾個小時了。病毒（Virus）是在19世紀末才被發(fā)現(xiàn)的一類微小病原體。第一節(jié) 病毒一、病毒的發(fā)現(xiàn)和研究歷史 早在1566年就有了關(guān)于瘋狗咬人致病，即狂犬病的記載，并發(fā)現(xiàn)它能夠傳染給其它許多動物。 另一種病毒病軟疣的報告，這張1841年的手繪圖就是一個證據(jù)。 第一個記載的植物病毒病當屬郁金香碎色花病，至今荷蘭阿姆斯特丹的博物館還

2、保存著一張1619年荷蘭畫家的一幅得病的郁金香靜物畫。 一枚得病的郁金香球莖可換來一頭牛、一頭豬或羊，甚至成噸的谷物或上千磅的奶酪。 1886年，A. Mayer 發(fā)現(xiàn)具有傳染性的煙草花葉病1892年，D. Ivanovsky煙草花葉病病原體能通過細菌濾器： 一種能通過細菌濾器的“細菌毒素”或“極小的細菌”1898年，M W Beijerinck對煙草花葉病病原體的研究結(jié)果： 能通過細菌濾器； 可被乙醇沉淀而不失去其感染性； 能在瓊脂凝膠中擴散； 用培養(yǎng)細菌的方法不能被培養(yǎng)出來，推測只能在植物活細胞中生活。1935：美國 斯壇萊 從煙草花葉病病葉中提取出了病毒結(jié)晶，又證實了結(jié)晶中含核酸和蛋白質(zhì)

3、兩種成分，而只有核酸具感染和復制能力，并因此而或諾貝爾獎。1952：Hershey和Chase證實噬菌體的遺傳物質(zhì)僅僅是DNA,開創(chuàng)了病毒分子生物學。1971后：陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種亞病毒類病毒、朊病毒、和擬病毒。極大地豐富了現(xiàn)代生物學（微生物學、分子生物學、分子遺傳學）的理論與技術(shù)；病毒學（virulogy） 研究病毒（virus）的本質(zhì)及其與宿主的相互作用的科學，是微生物學的重要分支學科。病毒學作為一個學科只有100年的歷史。有效地控制和消滅人及有益生物的病毒病害；利用病毒對有害生物、特別是害蟲進行生物防治；發(fā)展以基因工程為中心的生物高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)；真病毒（Euvirus）非細胞生物至少含有核酸和

4、蛋白質(zhì)兩種組分。亞病毒（subvirus）類病毒：只含具有獨立侵染性的RNA組分擬病毒：只含不具獨立侵染性的RNA組分朊病毒：只含單一蛋白質(zhì)組分二、病毒的特點和定義1. 特 點1）不具有細胞結(jié)構(gòu)，具有一般化學大分子的特征。Eg. 一些簡單的病毒僅由核酸和蛋白質(zhì)外殼（coat）構(gòu)成，故可把它們視為核蛋白分子。2）一種病毒的毒粒內(nèi)只含有一種核酸，DNA或者RNA。朊病毒甚至僅由蛋白質(zhì)構(gòu)成3）大部分病毒沒有酶或酶系極不完全，不含催化能量代謝的酶，不能進行獨立的代謝作用。4）嚴格的活細胞內(nèi)寄生，沒有自身的核糖體，沒有個體生長，也不進行二均分裂，必須依賴宿主細胞進行自身的核酸復制，形成子代。 病毒感染敏

5、感宿主細胞后，病毒核酸進入細胞，通過其復制與表達產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質(zhì)，然后由這些新合成的病毒組分裝配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式釋放到細胞外。病毒的這種特殊繁殖方式稱做復制（replication）。5）個體微小，在電子顯微鏡下才能看見。6）對大多數(shù)抗生素不敏感，對干擾素敏感。例如利福平可抑制痘病毒復制7）在離體條件下，能以無生命的生物大分子狀態(tài)存在，并可長期保持其侵染活力。8）有些病毒的核酸還能整合到宿主的基因組中，并誘發(fā)潛伏性感染。病毒（virus)是一類由核酸和蛋白質(zhì)等少數(shù)幾種成分組成的超顯微“非細胞生物”，其本質(zhì)是一種只含DNA和RNA的遺傳因子。超顯微的什么

6、是病毒？沒有細胞結(jié)構(gòu)的專性活細胞內(nèi)寄生2. 定 義感染態(tài)：活細胞內(nèi)專性寄生（宿主體內(nèi)）非感染態(tài)：以無生命的生物大分子狀態(tài)長期 存在，并可保持其侵染活性。 （離體條件下）病毒的兩種存在狀態(tài)病毒幾乎可以感染所有的細胞生物，并具有宿主特異性噬菌體（phage）植物病毒（plant viruses）動物病毒（animal viruses）三、病毒的宿主范圍四、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和大小 （一） 病毒的大小 絕大多數(shù)的病毒都是能通過細菌過濾器的微小顆粒，直徑在20200nm的范圍內(nèi)，必須在電鏡下觀察。最大病毒d=200nm的牛痘苗病毒（smallpox）；最小病毒之一d=28nm的脊髓灰質(zhì)炎病毒（polio

7、virus）； 病毒是一類非細胞生物，故稱之為病毒?；虿《倔w（virion），有時也稱病毒顆?；虿《玖Ｗ樱╲irus article），專指成熟的、結(jié)構(gòu)完整的和有感染性的單個病毒。（二） 病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)球形顆粒(或稱擬球形顆粒)桿狀顆粒復雜形狀顆粒（如蝌蚪狀，卵形）毒粒的形狀采用各種電鏡技術(shù)觀察病毒粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)口瘡病毒(接觸性膿皰皮炎病毒)（負染技術(shù)）埃博拉病毒（正染技術(shù)）痘苗病毒（投影技術(shù)）各種毒粒的大小、形態(tài)差異很大煙草花葉病毒細菌M13噬菌體細菌T4噬菌體大腸桿菌細菌f2、MS2噬菌體脊髓灰質(zhì)炎病毒牛痘病毒腺病毒衣原體人血紅細胞病毒長什么樣子？病毒的基本結(jié)構(gòu)衣殼（蛋白質(zhì)外殼）核心（核酸）

8、DNA：DNA病毒(如天花病毒、腺病毒等)RNA：RNA病毒(如HIV、脊髓灰質(zhì)炎病毒等)只含有其中一種核酸核衣殼1. 典型病毒粒的構(gòu)造核心（core）或基因組（genome）位于病毒中心的核酸。衣殼（capsid）：包圍在核心周圍的蛋白質(zhì)，由蛋白質(zhì)亞基按對稱的形式、有規(guī)律地排列而成，是病毒粒的主要支架結(jié)構(gòu)和抗原成分，有保護核酸等作用。由許多在電鏡下可辨別的形態(tài)學亞單位衣殼粒（capsomere 或 capsomer）所構(gòu)成。有些較復雜的病毒（一般為動物病毒，如流感病毒、皰疹病毒、狂犬病毒、水泡性口膜炎病毒、以及小麥叢矮病毒等），其核衣殼外還被一層含蛋白質(zhì)或糖蛋白的類脂雙層膜覆蓋著，這層膜稱為

9、包膜（囊膜，envelope）。囊膜上還長有很多管狀突起物刺突（spike）等附屬物。對稱體制螺旋對稱二十面體對稱復合對稱有包膜無包膜桿狀：煙草花葉病毒（TMV）等絲狀：大腸桿菌的f1、fd、M13等卷曲狀：正粘病毒（流感病毒）等彈狀：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等無包膜有包膜：皰疹病毒大型：腺病毒等小型：脊髓灰質(zhì)炎病毒， X174噬菌體等無包膜：大腸桿菌的T偶數(shù)噬菌體（蝌蚪狀）等有包膜：痘病毒（磚塊狀）2. 病毒粒的對稱體制 病毒粒大量聚集并使宿主細胞發(fā)生病變時，就形成了具有一定形態(tài)、構(gòu)造并能用光鏡加以觀察和識別的特殊“群體”，稱之為包涵體（inclusion body） 。3. 病毒的群體形

10、態(tài)（1）包涵體（inclusion body） 也有在細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)都存在的類型。包涵體多數(shù)位于細胞質(zhì)內(nèi)，具嗜酸性；少數(shù)位于細胞核內(nèi)，具嗜堿性；包涵體的類型是病毒的聚集體是病毒蛋白和與病毒感染有關(guān)的蛋白非病毒性包涵體大多數(shù)由動物病毒引起的包涵體，是病毒的合成部位。包涵體的本質(zhì)-大多數(shù)是病毒粒子組成的，少數(shù)是細胞對病毒的反應。病毒包涵體的應用用于病毒病的診斷用于生物防治（2）噬菌斑（plaque） 將少量的噬菌體與大量的宿主細胞的混合液與45左右的瓊脂培養(yǎng)基在培養(yǎng)皿中充分混勻，鋪平后培養(yǎng)10小時左右，肉眼可見一個個透亮不長菌的小圓斑，即為噬菌斑（plaque），是由噬菌體在菌苔上形成的“負菌落

11、”。概念：噬菌斑是指在宿主細菌的菌苔上，噬菌體使菌體裂解而形成的空斑。（3）空斑（plaque） 由動物病毒在宿主單層細胞培養(yǎng)物上形成一個與噬菌斑類似的肉眼可見的局部病損區(qū)域，稱之為蝕斑或稱空斑（plaque）。 Dulbecco和Vogt于1953年發(fā)明了單層動物細胞上的病毒空斑計數(shù)法，可進行有活性的動物病毒粒子的計數(shù)。五、病毒的核酸 核酸構(gòu)成了病毒的基因組（genome），是病毒粒中最重要的成分，具有遺傳信息的載體和傳遞體的作用。是DNA還是RNA；是單鏈（ss，single strand）結(jié)構(gòu)還是雙鏈（ds，double strand）結(jié)構(gòu)；呈線狀還是環(huán)狀；是閉環(huán)還是缺口環(huán)；基因組是單分

12、子、雙分子、三分子還是多分子。核酸的堿基（b，base）或堿基對（base pair，bp）數(shù)，以及核苷酸序列等。病毒核酸的類型可從以下幾點來區(qū)分：病毒核酸的種類是病毒系統(tǒng)分類中最可靠的分子基礎Transmission Electron Micrograph of Herpes simple VirusesTobacco mosaic virus (TMV) Transmission Electron Micrograph of HIV-1 Stained to Show Surface GlycoproteinsTransmission Electron Micrograph of HIV-

13、1 The nucleocapsid (arrows) can be seen within the envelope. Adenovirus復合對稱的病毒粒子T4 Bacteriophage有囊膜的病毒粒子Fig. 4: Virus Obtaining Its Envelope from Host Cell Membrane by BuddingTransmission Electron Micrograph of HIV-1 Budding from a Host Cell Phage T4 infecting its host E. coli cell Electron Microgra

14、ph of a T-even Bacteriophage with a Contractile SheathA = normal bacteriophage; B = bacteriophage after contraction of sheath 六、病毒及其繁殖方式（一） 原核生物的病毒噬菌體噬菌體：是病毒中的一種，一般把侵染細菌、放線菌的病毒叫噬菌體。（把侵染真菌的病毒叫噬真菌體）噬菌體在自然界廣泛存在，在1995年發(fā)表的ICTV的病毒分類與命名第六次報告中共報道了4000余種，分別劃歸為49個病毒科。據(jù)Bradley(1967)歸納，噬菌體共有六類形態(tài)。細菌噬菌體的多形性（源于Ric

15、hard Robarts 對加拿大薩斯卡通市鹽湖噬菌體研究的照片。） 1. 噬菌體的繁殖（略，見上一章）噬菌體的繁殖一般分為5個階段，即吸附 侵入 增殖（復制與生物合成） 成熟（裝配） 裂解（釋放） 在人類、哺乳動物、禽類、兩棲類、爬行類和魚類等各種脊椎動物中，廣泛存在著相應的病毒。 與人類健康有關(guān)的病毒超過300種，與其他脊椎動物有關(guān)的病毒超過900種。（二） 人類和脊椎動物病毒脊椎動物病毒繁殖1.吸附:病毒通過刺突與細胞受體特異結(jié)合吸附到寄主細胞上2.侵入:病毒被吞噬到囊泡中, 囊膜破裂, 病毒核酸被釋放到細胞質(zhì)。3.脫殼和生物合成: 在病毒基因控制下, 細胞合成新病毒的基本成分，核酸、衣

16、殼粒蛋白和刺突蛋白。4.成熟裝配:刺突蛋白整合到形成病毒囊膜的細胞膜中,核酸和衣殼粒蛋白裝配成核衣殼。5.釋放:有囊膜病毒以出芽方式離開細胞膜,攜帶著含刺突的囊膜。成熟的病毒粒子具侵染性。1）裸露病毒核酸直接穿入2）有囊膜病毒以膜融合方式進入3）有囊膜病毒以吞噬作用進入動物病毒侵入方式病毒增殖的細胞效應損傷： 1、無包膜病毒：阻斷或抑制細胞正常代謝，裂解細胞； 2、有包膜病毒：影響細胞功能及其正常代謝可致細胞死亡；有些則形成細胞間橋或引起細胞融合而致細胞損傷等。 2、產(chǎn)生原因： （1）第一種病毒感染細胞后使細胞表面受體或代謝途徑發(fā)生變化； （2）病毒感染細胞后可誘導細胞產(chǎn)生抑制病毒復制的一組蛋

17、白（干擾素,interferon,IFN） 干擾現(xiàn)象(interference)： 1、概念：兩種病毒同時感染同一細胞時，可發(fā)生一種病毒的增殖抑制另一種病毒復制的現(xiàn)象，即干擾現(xiàn)象。病毒的不全增殖和缺損病毒 細胞內(nèi)的病毒感染，并不必然產(chǎn)生成熟的子代病毒，細胞內(nèi)合成的病毒成分有時不能裝配成完整的病毒粒子，這種現(xiàn)象稱為不全增殖。這類不能形成成熟病毒粒子的病毒稱為缺損病毒。頓挫感染（abortive infection） 病毒進入宿主細胞后，由于細胞缺乏病毒復制所需的酶或能量等必要條件，使病毒在其中不能合成自身成分，或雖合成病毒核酸及蛋白質(zhì)，卻不能組裝成完整的病毒體，是為頓挫感染。1.常見的病毒病 E

18、g.流行性感冒肝炎麻疹腮腺炎脊髓灰質(zhì)炎皰疹流行性乙型腦炎狂犬病艾滋病等 2.腫瘤 在人類的惡性腫瘤中，約有1520%是由于病毒的感染而誘發(fā)的。 1933年理查德畢肖普（Richard Bishope）發(fā)現(xiàn)了第一個DNA腫瘤病毒即兔乳頭瘤病毒。 1953年路德維克 格羅斯（Ludwik Gross）等分離到一種能引起多類組織（腮腺、腎、骨、乳腺）發(fā)生腫瘤的病毒，稱之為多瘤病毒。這種多瘤病毒不僅可引起小鼠和田鼠患腫瘤，還可引起兔、海豬、黃鼠狼等動物患腫瘤。 研究表明，至少有3種病毒與人類腫瘤的密切關(guān)系。流行病學家估計大約有15%的人類癌癥源于病毒感染。肝炎病毒（HBV、HCV）與肝細胞癌；愛潑斯坦

19、巴爾病毒（EBV）與伯基特（Burkitt）淋巴瘤、鼻咽癌；人乳頭瘤病毒（HPV）與宮頸癌。 1980年曾發(fā)現(xiàn)人類嗜T細胞病毒（HTLV）與人類某些淋巴細胞性白血病的關(guān)系，使人類腫瘤病毒病因?qū)W獲得巨大突破。白血病患者血液中的癌細胞（三個顏色深的）3. 禽、畜等動物的病毒病普遍且危害嚴重。Eg.豬瘟、牛瘟、口蹄疫、馬傳染性病毒病、 兔的乳頭狀瘤、雞瘟、雞新城疫和勞氏肉瘤等。雞新城疫兔病毒性出血癥 世界上已證實的人畜共患病約有200種，其中較重要的有89種，病毒病27種。人畜共患?。▃oonosis）人類和脊椎動物之間自然傳播的疾病和感染。Eg.流行性乙型腦炎、口蹄疫、西部馬腦炎、 委內(nèi)瑞拉馬腦炎

20、、狂犬病、禽流感等。禽流感（Avian influenza）是由A型流感病毒引起的一種禽類感染或疾病綜合癥，極易在禽鳥間散播，可引致家禽大量死亡，對家禽業(yè)帶來不可估量的破壞。 1997年，香港發(fā)生全世界第一宗人類受H5型禽流感感染病例，原本只影響雞的病毒亦令人類患病。受影響的人數(shù)為18人，其中6人死亡。 口蹄疫是由口蹄疫病毒感染引起的偶蹄動物共患的急性、熱性、接觸性傳染病，最易感染的動物是黃牛、水牛、豬、羊、鹿等。 患口蹄疫的動物會出現(xiàn)發(fā)熱、跛行和在皮膚與皮膚黏膜上出現(xiàn)泡狀斑疹等癥狀。人一旦受到口蹄疫病毒傳染，經(jīng)過218天的潛伏期后突然發(fā)病，表現(xiàn)為發(fā)燒，口腔干熱，唇、齒齦、舌邊、頰部、咽部潮紅

21、，出現(xiàn)水皰（手指尖、手掌、腳趾），同時伴有頭痛、惡心、嘔吐或腹瀉。很多能有效殺菌的消毒劑、防腐劑及抗生素卻不能殺滅病毒。為什么？針對病毒復制的5個步驟，你能找出一些有希望成為防止或控制病毒感染的好方法嗎？作業(yè)三第二節(jié)亞病毒類病毒(Viroid)擬病毒(Virusoid)朊病毒(Prion)亞 病 毒只含核酸或蛋白質(zhì)一種成分的分子病原體。 一、類病毒（Viroid） 類病毒（viroid）是一類只含RNA一種成分、專性寄生在活細胞內(nèi)的分子病原體。目前只在植物體中發(fā)現(xiàn)，所含核酸為裸露的環(huán)狀ssRNA，其二級結(jié)構(gòu)象一段末端封閉的短dsRNA分子。 1971年在美國工作的瑞士學者T. O. Diene

22、r在馬鈴薯紡錘形塊莖?。╬otato spindle tuber disease，PSTD）中發(fā)現(xiàn)一條比一般病毒分子更小的10S的區(qū)帶，他稱它為馬鈴薯紡錘形塊莖病類病毒（potato spindle tuber viroid，PSTV），它可使馬鈴薯減產(chǎn)2070。衛(wèi)星病毒（satellite），又稱擬病毒（virusoids），是指一類包裹在真病毒粒中的有缺陷的類病毒。擬病毒極其微小，一般僅由裸露的RNA（300400個核苷酸）或DNA所組成。二、衛(wèi)星病毒（擬病毒， satellite ） 被擬病毒“寄生”的真病毒又稱輔助病毒（helper virus），擬病毒則成了它的“衛(wèi)星”。 擬病毒的復

23、制必須依賴輔助病毒的協(xié)助，同時，擬病毒也可干擾輔助病毒的復制和減輕其對宿主的病害，這可用于生物防治中。 擬病毒首次于1981年在絨毛煙（Nicotiana velutina）的斑駁病毒（velvet tobacco mottle virus，VTMoV）中分離到。 VTMoV是一種二十面體病毒，其核心中含有大分子線狀ssRNA（RNA-1）、環(huán)狀ssRNA（RNA-2）和線狀ssRNA（RNA-3）,后兩者為擬病毒。實驗證明，只有當RNA-1（輔助病毒）與RNA-2或RNA-3（擬病毒）合在一起時才能感染宿主。植物病毒中的擬病毒Eg.苜蓿暫時性條斑病毒（LTSV）、 莨菪斑駁病毒（SNMV）、

24、 地下三葉草斑駁病毒（SCMoV）。動物病毒中的擬病毒Eg.丁型肝炎病毒（hepatitis D virus）, 它的宿主是乙型肝炎病毒（HBV）三、朊病毒（Prion） 朊病毒（prion，virino）又稱“普列昂”或蛋白質(zhì)侵染因子（prion，是protein infection的縮寫），是一類不含核酸的傳染性蛋白質(zhì)分子，因能引起宿主體內(nèi)現(xiàn)成同類蛋白質(zhì)分子發(fā)生與其相似構(gòu)象變化，從而可使宿主致病。hot 朊病毒由美國學者S. B. Prusiner于1982年研究羊騷癢病時發(fā)現(xiàn)的。 由于其意義重大，故他于1997年獲得了諾貝爾獎。 至今已發(fā)現(xiàn)與哺乳動物腦部相關(guān)的10余種疾病都是由朊病毒所引

25、起的。 這類疾病的共同特征是潛伏期長，對中樞神經(jīng)的功能有嚴重影響。link1人的庫魯病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等羊搔癢癥(scrapie)牛海綿狀腦病(spongiformencephalopathy) 朊病毒是一類小型蛋白質(zhì)顆粒，約由250個氨基酸組成，大小僅為最小病毒的1，而且毒性很強。朊病毒與真病毒的主要區(qū)別呈淀粉樣顆粒狀 無免疫原性無核酸成分由宿主細胞內(nèi)的基因編碼 抗逆性強，能耐殺菌劑（甲醛）和高溫（經(jīng)120130處理4h后仍具感染性） 朊病毒的發(fā)病機制正常的蛋白質(zhì)：PrP c異常的蛋白質(zhì)：PrP sc 存在于宿主細胞內(nèi)的一些正常形式的細胞朊蛋白（PrPc）受到致病朊蛋白（PrPsc）的影響而發(fā)生