天津工業(yè)大學考研微生物課件

第四章

病毒當前1頁，總共42頁。三、溫和性噬菌體和溶源性1.烈性噬菌體（virulentphage）：感染宿主細胞后能在細胞內正常復制并引起宿主細胞迅速裂解的噬菌體。2.溫和噬菌體（temperatephage）：感染宿主細胞后，噬菌體基因組長期存在于宿主細胞內（整合于宿主的基因組上或以質粒形成獨立存在），并隨宿主基因組的復制而同步復制，沒有成熟噬菌體產生，不引起宿主細胞裂解的噬菌體。這種噬菌體與宿主之間的關系稱為溶源性（lysogeny）。凡能引起溶源性的噬菌體稱為溫和噬菌體，其宿主稱為溶源菌。第三節(jié)噬菌體當前2頁，總共42頁。溫和噬菌體的存在形式有3種：游離態(tài)：前噬菌體所攜帶的遺傳信息由于受噬菌體本身編碼的一種特異阻遏物的阻遏作用而得不到表達，因此不進行DNA復制和蛋白質合成。但隨宿主菌基因組的復制而同步復制。營養(yǎng)態(tài)：整合態(tài)：指成熟后被釋放并有侵染性的游離噬菌體粒子已整合到宿主基因組上的噬菌體核酸，稱為前噬菌體（prophage）。指前噬菌體經外界理化因子誘導后，脫離宿主核基因組而處于積極復制、合成和裝配的狀態(tài)當前3頁，總共42頁。溫和噬菌體的溶源性反應：（參見P82）整合于細菌染色體或以質粒形成存在的溫和噬菌體基因組稱做原噬菌體（prophage）細胞中含有以原噬菌體狀態(tài)存在的溫和噬菌體基因組的細菌稱做溶源性細菌（lysogenicbacteria）當前4頁，總共42頁。當前5頁，總共42頁。λ噬菌體的的溶源性反應：進入宿主后線狀基因組依靠粘性末端環(huán)化λ噬菌體以大腸桿菌K12為宿主了解最充分的一種溫和噬菌體，dsDNA，頭部為二十面體，非收縮性長尾。當前6頁，總共42頁。λ噬菌體的的溶源性反應：基因組的表達與復制存在著強烈的時序性λ噬菌體基因組有40多個基因，大多數(shù)基因根據(jù)功能不同聚集在一起，分別涉及頭部合成、尾部合成、溶源性及調控、DNA復制和細胞裂解。當前7頁，總共42頁。λ噬菌體的溶源性反應：通過特定位點（att位點）以線狀形式整合進大腸桿菌半乳糖操縱子和生物素操縱子之間，成為原噬菌體。對于溶源性來說，整合并非絕對需要。大腸桿菌噬菌體P1在溶源菌中以獨立的環(huán)狀DNA分子存在，并與宿主染色體同步復制。當前8頁，總共42頁。3.溶源菌（lysogen或lysogenicbacteria）含有λ噬菌體基因組的大腸桿菌，表示：E.coliK12(λ)溶源菌的檢測方法：

法1：少量溶源菌+大量敏感指示菌+肉湯瓊脂培養(yǎng)基

特殊噬菌斑（中央溶源菌菌落，周圍透明）法2：溶源菌經uv照射，進一步培養(yǎng)，濾去培養(yǎng)物中活細菌，將濾液與敏感菌混合培養(yǎng)，形成透明噬菌斑。溶源菌的特性：1）遺傳特性（溶源菌產生的子細胞一般也是溶源菌）；2）可自發(fā)裂解（10-2~10-5）；當前9頁，總共42頁。3）可誘導裂解（uv，x-射線，絲裂霉素C，氮芥）；4）免疫性（溶源菌對超感染具有“免疫性”，即另一個同類噬菌體不感染該溶源菌，有時雖然可再次感染該溶源菌，但其核酸不能復制和表達。而溶源菌可同時被非同源噬菌體感染，表現(xiàn)出雙重溶源性。免疫性是由原噬菌體產生阻遏蛋白的可擴散性質決定的。）5）復愈性（10-5，喪失其前噬菌體，變?yōu)榉侨茉淳┊斍?0頁，總共42頁。6）溶源轉變(lysogenicconversion)，溶源菌有時還能獲得新的生理特性（原噬菌體引起的溶源菌除免疫性以外的其他表形改變，包括細胞表面性質的改變和致病性轉變）。白喉棒桿菌（不產毒素）：β噬菌體感染而發(fā)生溶源化（溶源化后產白喉毒素）鴨沙門氏菌：ε15噬菌體感染而發(fā)生溶源化（細胞表面多糖結構改變，導致ε15噬菌體不再感染該宿主細胞）當前11頁，總共42頁。（一）動物病毒的分類第四節(jié)真核細胞病毒

一、動物病毒主要參考兩方面的特征:形態(tài)學特征、核酸特征

（二）動物病毒的復制

與噬菌體基本相同，其復制可以分成六個階段：吸附、侵入和脫殼，病毒核酸的復制，病毒外殼的合成與裝配，最后是成熟病毒的釋放。當前12頁，總共42頁。1.病毒粒子的吸附毒粒敏感細胞(1)隨機碰撞而接觸（靜電引力或氫鍵）可逆吸附，無特異性（非細胞顆粒也可吸附）(2)病毒吸附蛋白與細胞受體的結合特異性，不可逆吸附，啟動病毒感染的第一階段當前13頁，總共42頁。動物病毒：3種侵入方式①無包膜病毒只有核酸注入細胞質中；③大多數(shù)包膜病毒或部分無包膜病毒通過細胞的內吞功能②病毒包膜與細胞質膜的融合；2.侵入當前14頁，總共42頁。脫殼動物病毒存在不同的結構類型和不同的侵入方式，其脫殼過程也較復雜。病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，進入潛隱期。當前15頁，總共42頁。（1）DNA病毒核酸的復制、轉錄3.病毒核酸的復制

DNA復制：通常在宿主細胞核完成，也有一些病毒的基因組在細胞質中復制(如痘病毒)。早期mRNA通常由宿主的酶以病毒DNA為模板進行轉錄，仍有例外情況，如痘病毒利用自身的聚合酶合成mRNA。

轉錄當前16頁，總共42頁。（2）RNA病毒核酸的復制、轉錄

RNA的復制：在宿主細胞基質中進行的。單鏈RNA病毒通常將ssRNA轉變?yōu)閺椭菩蚫sRNA，指導合成新的病毒RNA基因組。雙鏈RNA病毒一般包含多條不同的dsRNA，RNA要與特定蛋白結合形成一個復合體，在復合體中復制形成一個雙鏈基因組。

轉錄當前17頁，總共42頁。（3）逆轉錄酶病毒核酸的復制

、轉錄反轉錄病毒核酸的復制：在其它病毒也顯著不同。形成的dsDNA進行環(huán)化，然后整合到宿主細胞染色體上，之后病毒核酸才開始增殖，或轉錄和合成能使細胞腫瘤化的蛋白。

轉錄當前18頁，總共42頁。4．衣殼的合成和病毒粒子的裝配晚期mRNA指導衣殼蛋白的合成，衣殼蛋白的自發(fā)裝配過程與噬菌體的裝配過程類似。裝配在細胞質中進行。在裝配過程中，空的前衣殼首先形成，然后核酸以某種未知的方式插入衣殼中。有包膜病毒的衣殼的裝配通常與無包膜病毒相同。當前19頁，總共42頁。5．病毒粒子的釋放無包膜病毒粒子和有包膜病毒粒子釋放的機制是不同的。包膜病毒的釋放與包膜的形成通常是并行的，宿主細胞可以在一段時間里持續(xù)釋放病毒粒子。病毒編碼的蛋白質與細胞膜融合，然后在釋放核衣殼的同時，細胞膜以出芽的形式形成病毒包膜。無包膜病毒通常是通過裂解宿主細胞而釋放的。當前20頁，總共42頁。

有包膜病毒的裝配與釋放有時也是同時完成的。當前21頁，總共42頁。二、植物病毒主要依據(jù)形態(tài)學特征：(很多植物病毒具有螺旋型衣殼，多數(shù)植物病毒衣殼是由一種類型的蛋白質組成的)（一）植物病毒的分類幾乎所有的植物病毒都是單鏈或雙鏈的RNA病毒，極少數(shù)是DNA病毒。當前22頁，總共42頁。通過因人為地或自然的機械損傷所形成的微傷口進入細胞；或者靠攜帶有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆蟲取食將病毒帶入細胞。（二）植物病毒的繁殖

1.植物病毒的侵染

2.植物病毒生物大分子的合成

+RNA

翻譯

RNA復制酶

±RNA(ds)

+RNA

可作為mRNA噬菌體蛋白其單鏈RNA為正鏈，可作為mRNA指導噬菌體蛋白合成組裝成噬菌體當前23頁，總共42頁。2.植物病毒裝配

病毒粒子整個裝配過程高度有序。在衣殼蛋白和RNA基因組合成完畢后，衣殼?？繑n，衣殼蛋白與TMVRNA同時從專一的裝配起始位點開始裝配。衣殼粒不斷地以螺旋方式裝配，形成一個長桿狀衣殼。隨著桿的延長，RNA也螺旋形盤繞于衣殼的中間通道內，并在末端形成環(huán)狀結構。增殖產生的子代病毒或病毒核酸可通過病毒編碼的運動蛋白（movementprotein）與胞間連絲的相互作用從受染細胞進入鄰近細胞。3.子代病毒釋放和再侵染當前24頁，總共42頁。三、昆蟲病毒依據(jù)病毒是否能感染昆蟲并在其體內繁殖以及是否以昆蟲為主要宿主，可把病毒分為7個科：（一）昆蟲病毒的分類桿狀病毒科、虹彩病毒科、呼腸弧病毒科、痘病毒科、細小病毒科、微小核糖核酸病毒科、彈狀病毒科最重要的3個科當前25頁，總共42頁。很多昆蟲的感染伴隨著細胞內包涵體的形成。根據(jù)包涵體的形狀和形成位置可將病毒分為三類：顆粒體病毒、細胞質多面體和核心多面體病毒。顆粒體病毒：在細胞質內形成的顆粒狀蛋白包含體

多面體病毒：在被感染細胞的細胞核或細胞質中形成多面體包含體。包涵體的成分是蛋白質，其內包裹一個或多個病毒粒子。多面體病毒粒子對高溫、低pH和多種化學物質有耐受力，但當接觸到昆蟲腸中的堿性物質后，包含體就會溶解，釋放出病毒粒子，隨后感染昆蟲的中腸細胞。（二）昆蟲病毒的包涵體和殺蟲機理殺蟲機理：當前26頁，總共42頁。第一，昆蟲病毒只攻擊無脊椎動物，有很強的宿主專一性，因此相對安全可靠。第二，由于包含體對病毒具有保護作用，當散布到環(huán)境中這些病毒粒子有較長的保存期和較高的存活率。第三，這些病毒粒子在昆蟲的幼蟲組織內能夠達到很高的濃度（每只幼蟲含有高達1010個病毒粒子），因此非常適合商業(yè)生產。（三）昆蟲病毒用于殺蟲劑的原因當前27頁，總共42頁。大多數(shù)真菌病毒來自高等真菌，如青霉菌屬和曲霉菌屬，一般包含有雙鏈RNA，真菌病毒大多是具有潛伏性的病毒，該病毒在宿主體內可誘發(fā)植物疾病。低等真菌的病毒知之甚少，在研究過的少量病毒中，含有dsRNA和dsDNA基因組。與高等真菌的病毒不同，低等真菌病毒的繁殖都伴隨著宿主損傷和裂解。真核藻類的病毒只有少數(shù)被分離出來，目前所有研究過的這類病毒都具有dsDNA基因組和多面體結構衣殼。四、真菌病毒和藻類病毒當前28頁，總共42頁。第五節(jié)亞病毒類病毒擬病毒（衛(wèi)星病毒）朊病毒自然界中一些只含有核酸或只含有蛋白質的分子病原體，被稱為亞病毒。

亞病毒當前29頁，總共42頁。一、類病毒（viroids）1.定義：只含RNA組分、專性活細胞內寄生的分子病原體。2.與其它病毒不同點：沒有衣殼；閉合ssRNA(250-370bp)；堿基配對的桿狀區(qū)與未配對的環(huán)狀區(qū)相間排列（棒狀閉合環(huán)狀分子）不作mRNA指導蛋白質合成；能在宿主細胞內自我復制。3.致病性：馬鈴薯紡錘形塊莖病，柑橘裂皮病當前30頁，總共42頁。二、擬病毒（virusoids）擬病毒：一類包裹在真病毒粒子中的有缺陷的亞病毒。輔助病毒：包裹擬病毒的真病毒被稱為輔助病毒。擬病毒特點：擬病毒一般不具有衣殼，基因組為RNA或DNA，多數(shù)只含300-400個核苷酸，是輔助病毒的“衛(wèi)星病毒”（所以又稱衛(wèi)星病毒），不能獨立復制，必須依賴輔助病毒的協(xié)助。擬病毒和輔助病毒基因組沒有同源性。輔助病毒的復制不需要擬病毒的參與當前31頁，總共42頁。三、朊病毒（prion）又稱“普利昂”或“蛋白侵染子”1.定義：一類不含核酸的侵染性蛋白質分子，通常稱為PrP(prionprotein)2.致病性：引起人與動物的致死性中樞神經系統(tǒng)疾病羊瘙癢病牛海綿狀腦病（瘋牛病）庫魯氏病克雅氏病格-史氏綜合癥當前32頁，總共42頁。3.朊病毒致病的可能機制推測其致病機制是：prp存在兩種類型，即在患病組織中的prpsc（致病型）和正常腦組織與患病組織中都存在的prpc（細胞型）。兩種蛋白的一級結構相同，但二級結構有很大差異，細胞型prp對蛋白酶敏感，無聚集能力，而致病型prp對蛋白酶有一定抗性，且可聚集成纖維狀組織。動物體內如果未被朊病毒感染，通常細胞型prp不會自發(fā)轉變?yōu)橹虏⌒蚿rp，而當被朊病毒感染后，患者體內的細胞型prp會發(fā)生構象轉變而成為致病型prp。朊病毒感染會導致多拷貝的朊病毒蛋白質的產生，是否違背“中心法則”？當前33頁，總共42頁。朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考1）蛋白質是否可以作為遺傳物質？prion是生命的一個特例？還是僅僅為表達調控的一種形式？2）蛋白質折疊與功能的關系，是否存在折疊密碼？當前34頁，總共42頁。1.噬菌體的侵染與異常發(fā)酵

發(fā)酵周期延長；碳源消耗緩慢；OD值不升或下降；pH值變化大，明顯上升；發(fā)酵液產氣泡，粘稠，拉絲；革氏染色不均勻，菌體少，有碎片；發(fā)酵產物形成緩慢或根本不形成；用敏感菌作平板檢查時，出現(xiàn)大量噬菌斑；電鏡觀察，可見大量噬菌體粒子。一、噬菌體與發(fā)酵工業(yè)第六節(jié)病毒與發(fā)酵工業(yè)當前35頁，總共42頁。2.噬菌體的分離與檢查直接觀察法（電鏡）雙層平板法或液體法3.預防噬菌體污染的措施(1)決不使用污染或有污染嫌疑的菌種，并經常輪換生產菌種;(2)嚴格保持環(huán)境衛(wèi)生;(3)各種非生產菌液及時滅活;(4)生產設備定期清洗、滅菌;(5)嚴格操作守則。

當前36頁，總共42頁。4.已染噬菌體后發(fā)酵過程應采取的措施(1)加入少量的表面活性劑，如0.1～0.2％土溫等，抑制噬菌體吸附；(2)加入少量的抗生素，如1～2μg/ml的四環(huán)素、氯霉素等，抑制噬菌體蛋白合成；(3)加入一些金屬螯合劑，如草酸鈉等也對抑制噬菌體的吸附有幫助。(4)如要繼續(xù)發(fā)酵，應及時向發(fā)酵液中補加抗噬菌體的菌種。(5)如果是在發(fā)酵后期感染噬菌體，應盡快將發(fā)酵液中的產品提取以減少損失。

當前37頁，總共42頁。二、噬菌體與基因工程通過結構改造，可成為理想的基因工程的載體作為基因工程載體的優(yōu)點：(1)由于λ噬菌體基因組中約一半基因不是噬菌體生長和噬菌斑形成所必需的，可被外源基因取代而不影響其生長繁殖。(2)λ噬菌體能將其自身基因組與宿主基因組進行整合，可使插入的外源基因隨宿主基因共同復制，便于目標基因的收獲。(3)λ噬菌體載體感染效率高，對宿主不需要象質粒轉化那樣制備感受態(tài)細胞，操作簡便。p91p921.λ噬菌體當前38頁，總共42頁。作為基因工程載體的優(yōu)點：(1)有大的基因片段可以接受改造。(2)子代病毒粒子是通過病毒DNA穿出宿主細胞膜而釋放，宿主細胞并不裂解，可使病毒粒子上攜帶的基因實現(xiàn)持續(xù)表達和分泌。(3)基因組為單鏈DNA，是測序和突變分析