第一章非細胞結構的超微生物-病毒

第一章非細胞結構的超微生物——病毒小思考：問題1.大家耳熟能詳的病毒有哪些？艾滋病病毒，乙肝病毒，瘋牛病病毒，SARS病毒，禽流感病毒……病毒對人類、動物和植物等生命體的生存造成了極大的威脅。問題2.病毒有沒有有益的一面？病毒疫苗(vaccine)的發(fā)展，為控制人類疾?。ㄈ缣旎?、黃熱病、脊髓灰質炎、麻疹等）和畜禽疾?。ㄈ缗Ｎ?、豬瘟等）提供了有效措施；病毒殺蟲劑取代傳統(tǒng)的化學殺蟲劑，就可以避免對自然環(huán)境的嚴重污染和破壞。問題3.什么是病毒？病毒的發(fā)現對事物的認知有一個共同的規(guī)律：從現象到本質。在發(fā)現病毒之前，病毒病就已經被人類所認識。病毒學是一門比較年輕的學科，從病毒的發(fā)現到目前僅有百余年的研究歷史。然而，人類對病毒病的明確記載卻已經有四百多年了。

17世紀30年代，一種得病的郁金香在荷蘭掀起“郁金香熱”，這就是被最早記載的植物病毒病——郁金香碎色病。天花是一種具有很高病死率的傳染病，我國幾千年前的文獻中就提到過天花。16世紀的明代，我國率先發(fā)明人痘接種法，預防天花，并隨后飄洋過海傳播到日本和歐洲各國。早在1566年就有了關于瘋狗咬人致病，即狂犬病的記載。巴斯德（Pasteur）作為微生物發(fā)展史上的里程碑式的人物，在1884年發(fā)明了狂犬疫苗，對病毒病的防治做出了巨大貢獻。大神巴斯德----微生物學之父

路易斯·巴斯德（公元1822-1895年），法國微生物學家、化學家。他研究了微生物的類型、習性、營養(yǎng)、繁殖、作用等，奠定了工業(yè)微生物學和醫(yī)學微生物學的基礎，并開創(chuàng)了微生物生理學。循此前進，在戰(zhàn)勝狂犬病、雞霍亂、炭疽病、蠶病等方面都取得了成果。英國醫(yī)生李斯特并據此解決了創(chuàng)口感染問題。從此，整個醫(yī)學邁進了細菌學時代，得到了空前的發(fā)展，人們的壽命因此而在一個世紀里延長了三十年之久。美國學者麥克·哈特所著的《影響人類歷史進程的100名人排行榜》中，巴斯德名列第11位，可見其在人類歷史上巨大的影響力。影響人類歷史進程的100名人排行榜

（1）穆罕默德（約570－632）阿拉伯人，史上最有影響力的人物，他復興和傳播了伊斯蘭教，并在一系列征服中，行成了從伊拉克代摩洛哥一連串有共同的信仰、語言、歷史和文化的阿拉伯國家。（2）牛頓（1642－1727）英國歷史上最偉大最有影響力的科學家。他建立了宏偉的力學體系，奠定科學理論的基礎。（3）耶穌（-30－-6）歷史上最有影響力的宗教啟示者，基督教的道德和精神領袖。他闡述的基督教基本道德觀、精神觀和主要行為準則，深刻地影響了歐洲文化的發(fā)展。（4）孔子（-511－-479）中國古代偉大的哲學家、思想家，獨創(chuàng)了整套信仰體系，他的學說體現出中國人講究實際的氣質，影響中國人生活和文化兩千多年。（5）圣·保羅（-4－64）土耳其基督教使徒，他成功的傳教使基督教由一個猶太教派轉變成一個世界性的宗教。（6）蔡倫（？－121）中國紙的發(fā)明者。8世紀傳入阿拉伯，12世紀傳入歐洲。影響人類歷史進程的100名人排行榜

（7）釋迦牟尼（-566－-486）印度佛教的創(chuàng)始人，覺悟而成佛，以“苦集滅道”四命倡導修行。其小乘教派傳至東南亞一帶，大乘佛派北傳至中國和日本。（8）古騰堡（1400－1468）德國，發(fā)明活字印刷。（9）哥倫布（1451－1506）意大利，1492年發(fā)現美洲新大陸，這是世界歷史上一個重大的轉折點。（10）愛因斯坦（1879－1955）德國，20世紀最偉大的科學家，他的相對論是空時關系的新認識。（11）馬克思（1818－1883）德國，和恩格斯一起創(chuàng)立了馬克思主義學說。（12）巴斯德（1882－1895）法國，在醫(yī)學史上首次倡導疾病細菌學說。大神巴斯德----微生物學之父

路易斯·巴斯德被世人稱頌為“進入科學王國的最完美無缺的人”，他不僅是個理論上的天才，還是個善于解決實際問題的人。他于1843年發(fā)表的兩篇論文——“雙晶現象研究”和“結晶形態(tài)”，開創(chuàng)了對物質光學性質的研究。1856年至1860年，他提出了以微生物代謝活動為基礎的發(fā)酵本質新理論，1857年發(fā)表的“關于乳酸發(fā)酵的記錄”是微生物學界公認的經典論文。1880年后又成功地研制出雞霍亂疫苗、狂犬病疫苗等多種疫苗，其理論和免疫法引起了醫(yī)學實踐的重大變革。此外，巴斯德的工作還成功地挽救了法國處于困境中的釀酒業(yè)、養(yǎng)蠶業(yè)和畜牧業(yè)。病毒的發(fā)現1886年，在荷蘭工作的德國人麥爾（Mayer）把患有花葉病的煙草植株的葉片加水研碎，取其汁液注射到健康煙草的葉脈中，能引起花葉病，證明這種病是可以傳染的。通過對葉子和土壤的分析，麥爾指出煙草花葉病是由細菌引起的。在病毒大家庭中，有一種病毒有著特殊的地位，這就是煙草花葉病毒。無論是病毒的發(fā)現，還是后來對病毒的深入研究，煙草花葉病毒都是病毒學工作者的主要研究對象，起著與眾不同的作用。

病毒的發(fā)現

1892年，俄國的伊萬諾夫斯基（Ivanovski）重復了麥爾的試驗，證實了麥爾所看到的現象，而且進一步發(fā)現，患病煙草植株的葉片汁液，通過細菌過濾器后，還能引發(fā)健康的煙草植株發(fā)生花葉病。這種現象起碼可以說明，治病的病原不是細菌，但伊萬諾夫斯基將其解釋為是由于細菌產生的毒素而引起。生活在巴斯德的細菌致病說的極盛時代，伊萬諾夫斯基未能做進一步的思考，從而錯失了一次獲得重大發(fā)現的機會。病毒的發(fā)現

1898年，荷蘭細菌學家貝杰林克（Beijerinck）同樣證實了麥爾的觀察結果，并同伊萬諾夫斯基一樣，發(fā)現煙草花葉病病原能夠通過細菌過濾器。但貝杰林克想得更深入。他把煙草花葉病株的汁液置于瓊脂凝膠塊的表面，發(fā)現感染煙草花葉病的物質在凝膠中以適度的速度擴散，而細菌仍滯留于瓊脂的表面。從這些實驗結果，貝杰林克指出，引起煙草花葉病的致病因子有三個特點：1，能通過細菌過濾器；2，僅能在感染的細胞內繁殖；3，在體外非生命物質中不能生長。根據這幾個特點他提出這種致病因子不是細菌，而是一種新的物質，稱為“有感染性的活的流質”，并取名為病毒，拉丁名叫“Virus”。

病毒的發(fā)現1936年人們首次通過電子顯微鏡直接觀察到了煙草花葉病毒（TMV），是一種直徑為1.5nm，長為300nm的長桿狀的顆粒。而且證實了病毒顆粒的內部是核酸，外面包裹著蛋白質，有些病毒顆粒外邊被囊膜包裹著。第一節(jié)病毒的一般特征和分類一、病毒的特點無細胞結構，專性寄生于活細胞內；沒有酶或酶系統(tǒng)極不完全，不能進行代謝活動；個體極?。ㄐ∮?.2μm），能通過細菌過濾器；只含一種核酸；通過裝配方式進行繁殖；離體也可長期保持侵染活性；有些能夠整合到寄主的基因組中。

病毒(virus)是超微小的，沒有細胞結構的，專性活細胞內寄生的實體。在活細胞外具有一般化學大分子特征，一旦進入宿主細胞又具有生命特征。第一節(jié)病毒的一般特征和分類二、病毒的分類根據宿主劃分：植物病毒動物病毒微生物病毒——一般稱為噬菌體（phage）根據核酸劃分：DNA病毒、RNA病毒根據形態(tài)劃分：桿狀、多面體、復合型第一節(jié)病毒的一般特征和分類

----（真）病毒：

----亞病毒：

類病毒：只含具侵染性的RNA組分朊病毒：只含蛋白質擬病毒和衛(wèi)星RNA：只含有不具侵染性的RNA組分至少含核酸和蛋白質二種組分三、非細胞生物第二節(jié)病毒的形態(tài)和構造一、病毒的大小和形態(tài)個體小，必需在電鏡下觀察；不同病毒的毒粒大小差別很大；毒粒的形狀大致可分球形、桿狀和復雜形狀等。一、病毒的大小和形態(tài)

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最細的病毒大腸桿菌的F1噬菌體5X800幾種病毒的形狀二、病毒的化學組成和結構1、基本成分核酸——位于中心，稱為核心蛋白質——包圍在核心周圍，形成衣殼核心和衣殼合稱核衣殼，為病毒的基本結構。有些復雜的病毒在衣殼的外面包裹著一層由脂類和多糖組成的被膜（囊膜）。有的囊膜上還長有刺突。二、病毒的化學組成和結構2、病毒的結構——對稱構型立體對稱螺旋對稱復合對稱呈直桿狀，長300nm，寬15nm，中空內徑4nm，由158個氨基酸組成一個皮鞋狀的衣殼粒，相對分子量為17500，總共2130個衣殼粒，排列成130圈螺旋，核酸核心是單鏈的RNA，相對分子質量為260萬，含有6390個核苷酸，每3個核苷酸與一個衣殼粒相結合，盤繞于蛋白質的中空內徑中。(1)螺旋狀對稱型：煙草花葉病毒（TMV）二十面體具有12個角、20個面、和30條棱。腺病毒的衣殼是典型的二十面體對稱，由252個衣殼組成，沒有包膜。腺病毒的核心是由線狀雙鏈DNA構成的。其基因組的大小都約為36500個核苷酸對。(2)立體對稱型：AIDS

T4由頭部（核心是雙鏈線狀DNA）、頸部和尾部（尾鞘、尾管、基板、刺突和尾絲）三個部分構成。(3)復合對稱型：Ｔ偶數噬菌體二、病毒的化學組成和結構3、蛋白質的功能核酸內芯核糖核酸（RNA）脫氧核糖核酸（DNA）植物病毒噬菌體核酸的功能：決定病毒遺傳、變異和感染力蛋白質外殼：保護核心和將病毒的核酸物質注入其他生物的細胞內。第三節(jié)病毒的繁殖病毒粒子并無個體的生長過程，而只有其兩種基本成分的合成和裝配，即：

核酸復制+蛋白質合成→病毒粒子噬菌體的繁殖一般可分四個階段，即吸附侵入復制與聚集（裝配）裂解（釋放）一、病毒的繁殖過程吸附侵入早期：病毒特異性酶的合成病毒核酸復制病毒結構蛋白質合成裝配釋放病毒大分子合成尾絲尖端與宿主細胞表面的特異性受體接觸，可觸發(fā)尾絲散開，附著在受體上，隨之把刺突、基板固定。1）吸附(attachment)病毒吸附蛋白與細胞受體間的結合力來源于空間結構的互補性，相互間的電荷、氫鍵、疏水性相互作用及范德華力。以噬菌體侵染大腸桿菌為例2）侵入(penetration)吸附尾釘固著尾鞘收縮尾管穿入DNA注入尾部的酶水解細胞壁的肽聚糖，使細胞壁產生小孔；尾鞘收縮，核酸通過中空的尾管壓入胞內，蛋白質外殼留在胞外。3）增殖與裝配(synthesisandassembly)病毒利用宿主的生物合成機構和場所，使病毒核酸表達和復制，產生大量的病毒蛋白質和核酸。T4噬菌體的裝配是一個極為復雜的自我裝配的過程3）增殖與裝配4）裂解（釋放）(release)二、噬菌體的溶原性溫和噬菌體----溶原性噬菌體（lysogenicphage）：感染宿主細胞后不能完成復制循環(huán)，噬菌體基因組長期存在于宿主細胞內，沒有成熟噬菌體產生。這一現象稱做噬菌體的溶原性（lysogeny）附著或融合在溶源性細菌染色體上的溫和噬菌體的核酸稱為原噬菌體或前噬菌體。前噬菌體二、噬菌體的溶原性溶原性細菌：含有溫和噬菌體的DNA而又找不到形

態(tài)上可見的噬菌體粒子的宿主細菌。溶原性細菌的基本特性：

①自發(fā)裂解②誘發(fā)裂解③免疫性④復愈性⑤溶原轉變一、病毒的測定第四節(jié)病毒的培養(yǎng)顆粒計數法間接技術法病毒感染效價測定法電子顯微鏡觀察計數紅細胞凝集試驗空斑實驗二、病毒的培養(yǎng)特征第四節(jié)病毒的培養(yǎng)（一）液體培養(yǎng)基：渾濁→澄清（二）固體培養(yǎng)基：菌落→空斑三、病毒的培養(yǎng)基——專一性第四節(jié)病毒的培養(yǎng)1.敏感活體細胞2.受體——指能被病毒吸附蛋白特異性地識別，并與之結合介導病毒進入細胞，啟動感染發(fā)生的細胞表面組分。3.無限制性核酸內切酶（Restrictionendonuclease——能分裂DNA分子。在一限定數目的專一部位上，它能識別外源DNA并將其降解。）四、病毒的培養(yǎng)第四節(jié)病毒的培養(yǎng)（一）動物病毒：1.動物接種是最原始的病毒培養(yǎng)方法，根據病毒種類不同，選擇敏感動物及適宜接種部位，如嗜神經性病毒（狂犬病毒）可接種于小鼠腦內，痘病毒可接種于家兔角膜或皮內。雞胚對多種病毒敏感。一般采用孵化9～14天的雞胚，根據病毒種類不同，將病毒標本接種于雞胚的不同部位，最常用的雞胚接種部位有：羊膜腔、尿囊腔、絨毛尿囊膜和卵黃囊等。2.雞胚培養(yǎng)3.組織培養(yǎng)技術組織培養(yǎng)法(tissueculture)或細胞培養(yǎng)(cellculture)法是將離體活組織塊或分散的組織細胞加以培養(yǎng)的技術總稱，為病毒分離鑒定中的最常用的基本方法。（1）

空斑試驗空斑（plaque）：動物病毒在宿主單層細胞培養(yǎng)物上形成?？莅撸╨esion）：植物病毒在植物葉片上形成。噬菌斑（plaque）：一個噬菌斑是由一個噬菌體粒子形成。每個空斑是由一個感染性病毒顆粒形成的，稱作蝕斑形成單位(plaqueformingunit,PFU)。3.組織培養(yǎng)技術空斑的形成將稀釋的病毒懸液加入單層細胞培養(yǎng)瓶中。病毒吸附后，再覆蓋一層融化的半固體營養(yǎng)瓊脂，使病毒在單層細胞培養(yǎng)中有限擴散。結果是每一個有感染性的病毒在單層細胞中可產生一個局限性的感染灶。用活性染料(如中性紅)染色，則活細胞著色，受病毒感染而破壞的細胞不著色，形成肉眼可見的空斑(plaque)。3.組織培養(yǎng)技術（2）

系列稀釋終點有些病毒在細胞內增殖時可引起特有的細胞病變，稱為細胞病理效應(CPE)。常見的變化有細胞變圓、聚集、壞死、溶解或脫落等。（2）

系列稀釋終點該方法是測定病毒能使50%的組織培養(yǎng)細胞發(fā)生感染的最小量。一般是將病毒懸液作10倍的系列稀釋，分別接種細胞，經一定時間后觀察CPE、血細胞吸附等指標，以最高稀釋度能感染50%細胞的量為終點。最后用統(tǒng)計方法計算出50%組織細胞感染量（50%tissuecultureinfectiousdose,TCID50)。

半致死量（50%lethaldose,LD50

）病毒的滴度——50%組織細胞感染量(TCID50)測定法第五節(jié)病毒對物理、化學因素、抗生素的抵抗力及在污水處理過程中的去除效果病毒受理化因素作用后失去感染性，稱為滅活（inactivation）。滅活的病毒仍保留其抗原性、紅細胞吸附、血凝和細胞融合等活性。物理因素化學因素抗生素溫度——破壞蛋白質

大多數病毒耐冷不耐熱，在0℃以下能良好生存，特別是在干冰溫度（-70℃）和液氮（-196℃）溫度下更可長期保持其感染性。相反，大多數病毒于55-60℃，幾分鐘至十幾分鐘即被滅活，100℃時在幾秒鐘內即可滅活病毒。有蛋白質或Ca2+、Mg2+存在，常可提高某些病毒對熱的抵抗力。

光——破壞核酸

電離輻射中的γ射線和χ射線以及非電離輻射中的紫外線都能使病毒滅活。干燥——病毒成分的解離和核酸的降解一、病毒對物理因素的抵抗力：第五節(jié)病毒對物理、化學因素、抗生素的抵抗力及在污水處理過程中的去除效果體內滅活——抗生素和干擾素

抗生素——指由微生物在生活過程中所產生的具有抗病原體或其它活性的一類物質，其具有良好的選擇性毒性，只會針對病原細胞作用。主要來源于放線菌，少數源于某些真菌和細菌第五節(jié)病毒對物理化學因素的抵抗力

及在污水處理過程中的去除效果二、病毒對化學因素的抵抗力：體內滅活——抗生素和干擾素

干擾素——獲得性免疫由病毒或其他干擾素生劑刺激機體細胞（單核細胞和淋巴細胞）所產生的一種具有抗病毒等作用的糖蛋白，它們在同種細胞上具有廣譜的抗病毒、影響細胞生長和分化、調節(jié)免疫功能等多種生物活性。第五節(jié)病毒對物理化學因素的抵