微生物學(xué)課件：第三章 病毒和亞病毒

MICROBIOLOGY第三章病毒和亞病毒1病毒的特點病毒與細(xì)胞型生物相比較，有以下幾方面的特點：①形體極其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察到，一般都可通過細(xì)菌濾器；②沒有細(xì)胞構(gòu)造，其主要成分僅是核酸和蛋白質(zhì)兩種，故也稱分子生物；③每一種病毒只含有一種核酸，不是DNA就是RNA；④既無產(chǎn)能酶系也無蛋白質(zhì)和核酸合成酶系，只能利用宿主活細(xì)胞內(nèi)現(xiàn)成代謝系統(tǒng)合成自身的核酸和蛋白質(zhì)組分；⑤在宿主細(xì)胞協(xié)助下，通過核酸的復(fù)制和核酸蛋白裝配的形式進行增殖；⑥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；⑦對一般抗生素不敏感，但對干擾素敏感；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。2第一節(jié)病毒一、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分二、四類病毒及其繁殖方式第二節(jié)亞病毒一、類病毒二、擬病毒三、朊病毒第三節(jié)病毒與實踐一、噬菌體與發(fā)酵工業(yè)二、昆蟲病毒三、病毒在基因工程中的應(yīng)用3第一節(jié)病毒病毒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(xì)胞生物”，其本質(zhì)是一種只含DNA或RNA的遺傳因子，它們能以感染態(tài)和非感染態(tài)兩種狀態(tài)存在。4一、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分二、四類病毒及其繁殖方式5一、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分(一)病毒的大小與形態(tài)(二)三類典型形態(tài)的病毒及其代表(三)病毒的核酸和蛋白6

病毒名稱

大小或直徑（納米）

最大的病毒

蟲痘病毒450

牛痘苗病毒

300X250X100最長的病毒

柑橘衰退病毒2000

甜菜黃花病毒1250X10

銅綠假單胞菌噬菌體

1300X10最小的病毒

口蹄疫病毒21

乙型肝炎病毒18

苜?；ㄈ~病毒16.5

玉米條紋病毒12-8

煙草壞死病毒16

菜豆畸矮病毒

9-11最細(xì)的病毒

大腸桿菌的f1噬菌體5X8001病毒的大小(一)病毒的大小與形態(tài)782、病毒的形態(tài)球狀病毒桿狀病毒磚形病毒有包膜的球狀病毒具有球狀頭部的病毒封于包含體內(nèi)的昆蟲病毒910113、病毒粒子的構(gòu)造病毒粒（子）：指成熟的結(jié)構(gòu)完整的和有感染性的單個病毒?；境煞譃楹怂岷偷鞍踪|(zhì)。衣殼：病毒的蛋白外殼衣殼粒：構(gòu)成病毒衣殼的，在電鏡下可辨別的形態(tài)學(xué)蛋白亞單位，稱為衣殼粒。核衣殼：核心和衣殼合稱核衣殼包膜：有些較復(fù)雜的病毒，其核衣殼外還被一層蛋白質(zhì)或糖蛋白的類脂雙層膜覆蓋刺突：包膜上的附屬物121314乙肝病毒構(gòu)造15廿面體對稱的結(jié)構(gòu)

(球狀)

螺旋對稱的結(jié)構(gòu)

(桿狀)

復(fù)合對稱的結(jié)構(gòu)

(蝌蚪狀)典型的病毒粒子的形態(tài)161、螺旋對稱的代表：含ssRNA煙草花葉病毒（TMVTobacco）(二)三類典型形態(tài)的病毒及其代表TMV長300nm外徑15nm，內(nèi)徑4nm衣殼含2130個衣殼粒有130個螺旋172、二十面體對稱的代表：含dsDNA的腺病毒腺病毒直徑70~80nm衣殼由252個衣殼粒組成包括12個五鄰體240個六鄰體183、復(fù)合對稱的代表：含dsDNA的T偶數(shù)噬菌體1920(三)病毒的核酸和蛋白DNAssDNA——線狀、環(huán)狀dsDNA——線狀、環(huán)狀RNAssRNA——線狀、環(huán)狀dsRNA——線狀、環(huán)狀1、病毒的核酸21TypesofViralGenomes22

核酸：一種病毒只含有一種核酸，RNA或DNA；植物病毒大多數(shù)屬RNA型，少數(shù)DNA型；細(xì)菌病毒多數(shù)屬DNA型，少數(shù)屬RNA型；而動物病毒有的屬DNA型，有的屬RNA型。此外，無論DNA還是RNA都有單鏈和雙鏈之分；核酸有正鏈、負(fù)鏈之分。

232、病毒的蛋白質(zhì)

是病毒的主要成分，種類不多，蛋白含量隨病毒種類不同而不同(40~96%)。病毒蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白非結(jié)構(gòu)蛋白病毒基因組編碼的，在病毒復(fù)制過程中產(chǎn)生并具有一定功能，但并不結(jié)合于毒粒中的蛋白質(zhì)。構(gòu)成一個形態(tài)成熟的有感染性的病毒顆粒所必需的蛋白質(zhì)殼體蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶；24

病毒蛋白的功能：(1)構(gòu)成病毒粒子外殼，使病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破壞;(2)決定病毒的感染的特異性等。

25

3、病毒的脂類和糖類：少數(shù)有包膜的大型病毒除含有蛋白和核酸以外，還含有脂類和糖類。26噬菌斑：是由噬菌體在菌苔上形成的“負(fù)菌落”。是由于噬菌體侵蝕裂解菌苔上的細(xì)菌細(xì)胞而逐步形成的噬菌體群體(四)病毒的群體形態(tài)27包涵體：在某些感染病毒的宿主細(xì)胞內(nèi)，出現(xiàn)光學(xué)顯微鏡可見的大小、形態(tài)和數(shù)量不等的小體，稱為包涵體。是寄主細(xì)胞經(jīng)病毒感染后形成的蛋白質(zhì)晶體，它主要是由一些病毒亞基、完整的病毒體和寄主編碼的蛋白質(zhì)在受侵染的細(xì)胞中形成的聚集體，包涵體內(nèi)含零到幾個病毒粒子?？煞譃轭w粒體包涵體和多角體包涵體，多角體包涵體又可分為核型多角體包涵體和質(zhì)型多角體包涵體。空斑：由動物病毒在宿主單層細(xì)胞培養(yǎng)物上形成的空斑。枯斑：由植物病毒在植物葉片上形成的枯斑。28Plaquesonanimalcellculture29二、4類病毒及其繁殖方式(一)原核生物的病毒——噬菌體(二)植物病毒(三)人類和脊椎動物病毒(四)昆蟲病毒30病毒增殖的特點：嚴(yán)格細(xì)胞內(nèi)寄生物，只能在活細(xì)胞內(nèi)繁殖毒粒宿主細(xì)胞有繁殖性的病毒基因組具有感染性的毒粒消失病毒基因組復(fù)制、表達(dá)病毒核酸和蛋白質(zhì)裝配形成具有感染性的毒粒釋放至細(xì)胞外原料；能量；生物合成場所；31(一)原核生物的病毒——噬菌體形態(tài)及核酸類型代表——大腸桿菌T偶數(shù)噬菌體321.噬菌體的繁殖烈性噬菌體感染細(xì)菌后凡在短時間內(nèi)完成增殖、成熟和裂解的噬菌體為烈性噬菌體。烈性噬菌體進入細(xì)菌細(xì)胞后馬上大量復(fù)制，子代噬菌體以裂解的形式釋放。裂解性周期烈性噬菌體所經(jīng)歷的繁殖過程。包括吸附、侵入、增殖、裝配、裂解五個過程。33Virusmultiplication3435吸附感染復(fù)數(shù)：每一敏感細(xì)菌所能吸附的相應(yīng)噬菌體的數(shù)量。36影響吸附作用的內(nèi)外因素：①

噬菌體的數(shù)量：由于每一宿主細(xì)胞表面的特異受體有限，因此所能吸附噬菌體的數(shù)目也有一定限量。②

陽離子：Ca2+、Mg2+和Ba2+等陽離子對吸附有促進作用；Al3+、Fe3+和Cr3+等陽離子則可引起失活。③

輔助因子：色氨酸、生物素可促進吸附作用。④

pH值：在中性時有利于吸附，在<5和>10時不易吸附。⑤

溫度：在生長最適溫度范圍內(nèi)最有利于吸附。37(2)侵入有尾噬菌體的侵入：以注射方式將噬菌體核酸注入細(xì)胞吸附尾釘固著尾鞘收縮尾管穿入DNA注入如果大量噬菌體在短時間內(nèi)吸附于同一細(xì)胞上，使細(xì)胞壁產(chǎn)生許多小孔，也可引起細(xì)胞立即裂解，但并未進行噬菌體的增殖，這種現(xiàn)象稱為自外裂解（lysisfromwithout）。38動物病毒的侵入：以3種方式侵入39病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成病毒復(fù)制所需要的病毒特異性酶蛋白及蛋白質(zhì)外殼的合成（5種核酸，6條途徑）(3)增殖40病毒基因組的表達(dá)與復(fù)制存在著強烈的時序性病毒基因組進入胞內(nèi)宿主細(xì)胞的代謝發(fā)生改變病毒利用宿主的生物合成機構(gòu)和場所，使病毒核酸表達(dá)和復(fù)制，產(chǎn)生大量的病毒蛋白質(zhì)和核酸。414243(4)裝配新合成的毒粒結(jié)構(gòu)組分組裝成完整的病毒顆粒，稱做病毒的裝配，亦稱成熟（maturation）或形態(tài)發(fā)生（morphogenesis）。44T4噬菌體的裝配是一個極為復(fù)雜的自我裝配的過程45釋放（裂解）主要有兩種方式第一種是當(dāng)宿主細(xì)胞內(nèi)大量子代噬菌體成熟后，由于水解細(xì)胞膜的脂肪酸酶和水解細(xì)胞壁的溶菌酶的作用，從細(xì)胞內(nèi)部促進了細(xì)胞的裂解，從而實現(xiàn)了噬菌體的釋放；第二種是噬菌體成熟后并不破壞細(xì)胞壁，而是一個個的噬菌體DNA外出穿過細(xì)胞膜時才與衣殼蛋白結(jié)合，然后穿出細(xì)胞，這種情況下，宿主細(xì)胞仍可繼續(xù)生存。成熟的子代病毒顆粒然后依一定途徑釋放到細(xì)胞外46474849自外裂解：大量噬菌體吸附在同一宿主細(xì)胞表面并釋放眾多的溶菌酶，最終因外在的原因而導(dǎo)致細(xì)胞裂解。裂解量：每個感染了噬菌體的細(xì)菌細(xì)胞平均釋放的子代噬菌體顆粒的數(shù)目。噬菌體的相互排斥作用：如果有兩種或兩種以上不同的噬菌體同時侵入一個宿主細(xì)胞，最后只有一種噬菌體得以增殖，且不影響其釋放的子代噬菌體數(shù)量，稱為噬菌體的相互排斥作用。502.噬菌體效價的測定噬菌體效價：表示每ML試樣中所含有的具侵染性的噬菌體粒子數(shù)。常用雙層平板法測定噬菌體的效價。雙層平板法底層平板（2%瓊脂培養(yǎng)基7~8ml）上層平板上層培養(yǎng)基（1%瓊脂培養(yǎng)基3ml）宿主菌懸液敏感噬菌體

51Plaqueassay52532.噬菌體效價的測定使用雙層平板法的優(yōu)點①

加了底層培養(yǎng)基后，可使原來底面不平的玻璃皿的缺陷得到了彌補；②

所形成全部噬菌斑都接近處于同一平面上，因此不僅每一噬菌斑的大小接近、邊緣清晰，而且不致發(fā)生上下噬菌斑的重疊現(xiàn)象；③

因上層培養(yǎng)基中瓊脂較稀，故形成噬菌斑較大，更利于計數(shù)。54553.一步生長曲線定量描述烈性噬菌體生長規(guī)律的實驗曲線。一步生長曲線的繪制：用噬菌體的稀釋液去感染高濃度的宿主細(xì)胞，以保證每個細(xì)胞所吸附的噬菌體至多只有一個，經(jīng)數(shù)分鐘后，在混合液中加入適量的相應(yīng)抗血清，借以中和尚未吸附的噬菌體。然后用保溫的培養(yǎng)液稀釋此混合液，同時終止抗血清的作用，隨即置于適宜的溫度下培養(yǎng)。其間每隔數(shù)分鐘取樣，連續(xù)測定其效價，再把結(jié)果繪制成圖即可。56感染后培養(yǎng)過程被噬菌體侵染的菌群培養(yǎng)過程定時取培養(yǎng)液與敏感菌混合平板培養(yǎng)不同取樣時間培養(yǎng)液與敏感菌混合平板培養(yǎng)產(chǎn)生的噬菌斑數(shù)量的動態(tài)57(2)裂解期

緊接在潛伏期后的宿主細(xì)胞迅速裂解、溶液中噬菌體粒子急劇增多的一段時間。(3)平穩(wěn)期

指感染后的宿主細(xì)胞已全部裂解，溶液中噬菌體效價達(dá)到最高點的時期。5859

一步生長曲線分三個時期：

(1)潛伏期

指噬菌體的核酸侵入宿主細(xì)胞后至第一個成熟噬菌體粒子裝配前的一段時間。可分兩個時期隱晦期在潛伏期前期人為地裂解宿主細(xì)胞后，此裂解液仍無侵染性的一段時間胞內(nèi)積累期在潛伏期后期人為裂解宿主細(xì)胞后，其裂解液已呈現(xiàn)侵染性的一段時間60TimecourseofeventsinphageT4infection614.溶源性溫和噬菌體：進入細(xì)菌細(xì)胞后其核酸就整合到細(xì)菌的核酸中，即并不馬上復(fù)制而使細(xì)胞裂解。前噬菌體：以核酸的形式整合在寄主細(xì)胞染色體上的溫和噬菌體稱為前噬菌體。6263ThealternativesoninfectionareintegrationofthevirusDNAintothehostDNA(lysogenization)orreplicationandreleaseofmaturevirus(lysis).Thelysogeniccellcanalsobeinducedtoproducematurevirusandlyse.

64溫和噬菌體的存在形式游離態(tài)指成熟后被釋放并有侵染性的游離噬菌體粒子整合態(tài)指已整合到宿主基因組上的前噬菌體。營養(yǎng)態(tài)指前噬菌體經(jīng)理化因子誘導(dǎo)后，脫離宿主核基因組而處于積極復(fù)制、合成和裝配的狀態(tài)。65細(xì)菌的溶源轉(zhuǎn)變當(dāng)正常的溫和噬菌體感染其宿主而使其發(fā)生溶源化時，因噬菌體基因整合到宿主的核基因組上，而使宿主獲得了除免疫性以外的新遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為溶源轉(zhuǎn)變。溶源菌含前噬菌體的細(xì)菌。66(二)植物病毒多為ssRNA病毒感染癥狀因葉綠素被破壞或不能合成而使葉片發(fā)生花葉、黃化或紅化植株發(fā)生矮化、叢枝或畸形形成枯斑或壞死67Themanyfacesofviruses:plantviruses

68YellowmosaicsymptomsonlettucecausedbyLettucemosaicvirusFruitdistortiononeggplantfruitcausedbyTomatobushystuntvirus69(三)人類和脊椎動物病毒可分為dsDNA、ssDNA、dsRNA、ssRNA病毒艾滋病病毒（HIV）屬逆轉(zhuǎn)病毒，含有反轉(zhuǎn)錄酶，能以病毒的ssRNA為模板轉(zhuǎn)錄出dsDNA并將其整合到宿主的核基因組上的病毒

70艾滋病的病原體：

人類免疫缺陷病毒的構(gòu)造HIV侵染人的淋巴組織71冠狀病毒:（Coronavirus）

手足口病72Possibleeffectsthatanimalvirusesmayhaveoncellstheyeffect73(四)昆蟲病毒核型多角體病毒質(zhì)型多角體病毒顆粒體病毒無包涵體病毒Spodoptera

exigua

infectedbyNPV74細(xì)胞中的昆蟲多角體病毒昆蟲病毒基本分三類:

(1)

病毒核衣殼顆粒為游離的，沒有囊膜包被，也沒有結(jié)晶狀蛋白質(zhì)包被的；(2)

核衣殼外有囊膜包被的；(3)

核衣殼外面有很多蛋白質(zhì)晶體包被，形成多角形的包涵體，呈四面、長方、六面和十二面等，所以稱為多角體病毒。

75第二節(jié)亞病毒

凡在核酸和蛋白質(zhì)兩種成分中，只含其中之一的分子病原體，稱為亞病毒。

76一、類病毒是一類只含RNA一種成分、專性寄生在活細(xì)胞內(nèi)的分子病原體。為裸露的環(huán)狀ssRNA，通常由246~375個核苷酸分子組成。由于它們具有感染作用，類似于病毒，故稱為類病毒（viroid）。類病毒不能像病毒那樣感染細(xì)胞，只有當(dāng)植物細(xì)胞受到損傷，失去了膜屏障，它們才能在供體植株與受體植株間傳染。

77最早發(fā)現(xiàn)的類病毒

馬鈴薯紡錘形塊莖病類病毒，為裸露的閉合環(huán)狀ssRNA，相對分子質(zhì)量為1.2×105，整個環(huán)由兩個互補的半體組成，其一含179個核苷酸，另一含180個核苷酸。發(fā)現(xiàn)類病毒對生命科學(xué)研究的意義

①為探索生命起源提供一個新的低層次的好對象；②為研究生物大分子提供一個絕好的材料；③為揭開人類和動、植物的各種傳染性疑難雜癥的病因帶來一個新的視角；④為哲學(xué)家對生命本質(zhì)問題的認(rèn)識提供一個新的例證。78二、擬病毒

是指一類包裹在真病毒粒中的有缺陷的類病毒。一般僅有裸露的RNA或DNA所組成。目前發(fā)現(xiàn)的主要為RNA。擬病毒首次是在絨毛煙斑駁病毒中分離到。該病毒是一種直徑為30nm的二十面體病毒，在其核心中除含有大分子線狀ssRNA（RNA-1，屬病毒）外，還含有環(huán)狀ssRNA（RNA-2）及其線狀形式（RNA-3），后兩者即為擬病毒。實驗證明，只有當(dāng)RNA-1與RNA-2或RNA-3合在一起時才能感染宿主。79三、朊病毒定義：

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)成的同類蛋白質(zhì)分子發(fā)生與其相似的構(gòu)象變化，從而可使宿主致病。

特點：①呈淀粉樣顆粒狀②無免疫原性③無核酸成分④由宿主細(xì)胞內(nèi)的核酸編碼⑤抗逆性強，能耐殺菌劑和高溫80朊病毒——羊瘙癢病1982年S.B.Prusiner以敘利亞倉鼠為實驗材料，發(fā)現(xiàn)羊瘙癢?。╯crapie）的病原體是一種蛋白質(zhì)，不含核酸，命名為prion，譯為蛋白質(zhì)感染因子或朊病毒，Prusiner因此項發(fā)現(xiàn)更新了醫(yī)學(xué)感染的概念，獲1997年的諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。81朊病毒——瘋牛病瘋牛病，即牛海綿狀腦?。╞ovinespongiformencephalopathy，BSE）也屬于此類疾病，發(fā)現(xiàn)于1986年，是由于牛被喂以由死羊骨粉制造的飼料而被感染，病牛腦內(nèi)灰質(zhì)及神經(jīng)元都有典型的海綿狀退化，出現(xiàn)淀粉樣（amyloid）