病毒與噬菌體

關(guān)于病毒與噬菌體病毒一、概述二、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學組分三、四類病毒及其繁殖方式核酸(Nucleicacid)蛋白質(zhì)衣殼(Proteincoat)第2頁,共62頁，2024年2月25日，星期天一、概述

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“非細胞型生物”，其本質(zhì)是一種只含DNA或RNA的遺傳因子，能以感染態(tài)和非感染態(tài)兩種狀態(tài)存在。病毒(virus)，拉丁語的原意是“毒素”。病毒和病毒顆粒、病毒粒、病毒體(virijon)是其同義詞。

第3頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（一）人類對病毒的發(fā)現(xiàn)和認識過程1892：俄國伊萬諾夫斯基首次發(fā)現(xiàn)煙草花葉病毒的感染因子能通過細菌過濾器。1898：荷蘭貝哲林克證實該致病因子可以被乙醇從懸液中沉淀下來而不失去其感染性但用培養(yǎng)細菌的方法培養(yǎng)不出來；給這樣的病原體起名叫virus。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)兩種成分，而只有核酸具感染和復制能力。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、擬病毒。第4頁,共62頁，2024年2月25日，星期天1、形態(tài)極其微小,必須在電鏡下觀察,一般具過濾性;2、沒有細胞構(gòu)造,其主要成分僅是核酸和蛋白質(zhì)兩種，故稱分子生物;3、每一種病毒只含一種核酸,不是DNA就是RNA;4、既無產(chǎn)能酶系,也無蛋白質(zhì)和核酸酶合成系統(tǒng)，只能活細胞內(nèi)專性寄生，5、靠其宿主代謝系統(tǒng)的協(xié)助來復制核酸、合成蛋白質(zhì)等組分，然后再進行裝配而得以增殖，形成子代；6、在離體條件下,能以無生命的化學大分子狀態(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。

（二）病毒特征第5頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（三）宿主范圍（分布）及重要性病毒在自然界分布廣、數(shù)量多。幾乎可以感染所有的生物，包括各類微生物、植物、昆蟲、魚類、禽類、哺乳動物和人類。根據(jù)宿主可以分為：動物病毒植物病毒細菌病毒（或稱噬菌體）等第6頁,共62頁，2024年2月25日，星期天電子顯微鏡法(利用負染法)分級過濾法超速離心沉降法電泳法X射線晶體衍射（四）研究方法1、病毒大小不同可采用不同的方法進行研究

2、病毒(virus)、病毒提純的方法離心、沉淀、吸附、酶處理、抗血清處理、有機溶劑提取以及電泳、層析等等。第7頁,共62頁，2024年2月25日，星期天二、病毒（virus）的形態(tài)構(gòu)造和化學成分（一）病毒大小（二）病毒的形態(tài)構(gòu)造（三）化學組成病毒粒子(virusparticle)：指成熟的、結(jié)構(gòu)完整的、有感染性的病毒個體。在電子顯微鏡下呈特定的形態(tài)。第8頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（一）病毒大小測定病毒大小的單位是納米（10－9)，多數(shù)病毒的直徑在100nm以下:<50nm小型病毒

50nm～150nm中等大小病毒（大多數(shù)）

>150nm大型病毒（最大300nm）絕大多數(shù)病毒是能通過細菌濾器,須用電鏡才能觀察到其具體形態(tài)和大小。第9頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

病毒大小牛痘苗病毒傳染性濃泡皮炎病毒腮腺炎病毒T偶數(shù)病毒皰疹病毒大蚊病毒流感病毒煙草花葉病毒腺病毒多瘤病毒脊髓灰質(zhì)炎病毒1微米第10頁,共62頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（二）病毒的形態(tài)多數(shù)病毒呈球形或近似球形，桿狀，絲狀，少數(shù)可為子彈狀、磚塊狀，噬菌體可呈蝌蚪狀。第12頁,共62頁，2024年2月25日，星期天1、病毒粒子的基本結(jié)構(gòu)

衣殼

核心包膜刺突核衣殼衣殼粒第13頁,共62頁，2024年2月25日，星期天病毒粒子結(jié)構(gòu)模式圖A結(jié)構(gòu)簡單的病毒粒子；B結(jié)構(gòu)復雜的病毒粒子第14頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2、病毒的對稱體制三類典型形態(tài)的病毒：廿面體對稱的結(jié)構(gòu)(球狀)螺旋對稱的結(jié)構(gòu)(桿狀)復合對稱的結(jié)構(gòu)(蝌蚪狀)大腸桿菌的T偶數(shù)噬菌體是由橢圓形的二十面體頭部和螺旋對稱的尾部組合而成，是病毒中復合對稱的代表。第15頁,共62頁，2024年2月25日，星期天螺旋對稱二十面體對稱復合對稱(A)Filamentous(B)Complex(C)Eicosahedral(D)EnvelopedRNAorDNAProteinCoat(Capsomers)Lipidenvelope病毒粒子的對稱體制第16頁,共62頁，2024年2月25日，星期天3、三類典型形態(tài)的病毒及其代表二十面體對稱的代表-腺病毒復合對稱的代表-T偶數(shù)噬菌體螺旋對稱的代表-煙草花葉病毒(TMV)第17頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（1）螺旋對稱的代表-煙草花葉病毒

(tobacomosaicvirus,TMV)有三種類型：纖維狀、直桿狀和彎曲桿狀。衣殼形似一中空柱，內(nèi)包核酸，衣殼粒和核酸呈螺旋對稱形排列。由95％衣殼Pr和5％SSRNA組成。蛋白質(zhì)衣殼由衣殼粒（2130個）一個緊挨一個地呈螺旋排列而成，ssRNA位于衣殼內(nèi)側(cè)螺旋狀溝中。

第18頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（2）二十面體對稱的代表－腺病毒(Adenovirus)具有20個面，30條邊和12個頂角。核衣殼由不同數(shù)量的衣殼粒按一定方式排列成對稱體。腺病毒粒子共由252個球形的衣殼粒排列成一個具有廿面的對稱體，線狀dsDNA。噬菌體X174只有12個衣殼粒，最大的廿面體是由1，472個衣殼粒組成的昆蟲病毒粒子。第19頁,共62頁，2024年2月25日，星期天絕大多數(shù)噬菌體為蝌蚪形，現(xiàn)以E.coliT4為例，介紹蝌蚪形噬菌體的結(jié)構(gòu)：大腸桿菌T4噬菌體構(gòu)造（3）復合對稱的代表－T偶數(shù)噬菌體95nm95nm65nm24環(huán)頸環(huán)第20頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

3、病毒的群體形態(tài)包涵體(inclusionbody)噬菌斑(plaque)空斑(plaque)枯斑(lesion)病毒的群體形態(tài)有：第21頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（1）包涵體（inclusionbody）概念：感染病毒的宿主細胞內(nèi)，出現(xiàn)在光學顯微鏡下可見的大小、形態(tài)、數(shù)量不等的小體，稱為包涵體。在宿主細胞內(nèi)形成包涵體是病毒的特征，不同的病毒其形成的包涵體具有不同的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和特性。包涵體在細胞中的形成部位：位于細胞核內(nèi)—如包疹病毒位于細胞質(zhì)內(nèi)—如狂犬病毒等胞核內(nèi)胞質(zhì)都有—麻疹病毒

第22頁,共62頁，2024年2月25日，星期天包涵體（inclusionbody）是病毒的聚集體;是病毒的合成部位;是病毒蛋白和與病毒感染有關(guān)的蛋白質(zhì)非病毒性包涵體,由化學因子或細菌感染形成包涵體的實踐意義—-病毒鑒定、臨床診斷依據(jù)。第23頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(2)噬菌斑(plaque)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。應用：1、噬菌體定量計數(shù)2、噬菌體的鑒定第24頁,共62頁，2024年2月25日，星期天空斑和病斑在動物細胞培養(yǎng)物上的與噬菌斑類似的空斑,稱為病斑.因為受腫瘤病毒感染?？瞻吆筒“哂糜趧游锊《玖Ｗ拥挠嫈?shù)也可以采用噬菌斑法類似的技術(shù)。第25頁,共62頁，2024年2月25日，星期天枯斑：植物病毒在植物葉片上形成的群體

稱為枯斑。第26頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（三）化學組成

病毒的主要成分為核酸（DNA或RNA）和蛋白質(zhì)。有的病毒還含有脂質(zhì)、糖類等其他組分。第27頁,共62頁，2024年2月25日，星期天1、病毒的核酸病毒核酸是病毒粒中最重要的成分，是病毒繁殖、遺傳變異與感染性的物質(zhì)基礎(chǔ)。核酸構(gòu)成了病毒的基因組。病毒核酸的種類很多，是病毒分類鑒定中的重要指標：①是DNA還是RNA；②是單鏈還是雙鏈；③呈線狀還是環(huán)狀；④是閉環(huán)還是開口環(huán)；⑤基因組是單分子、雙分子、三分子或多分子；⑥核酸的堿基或堿基對數(shù)；⑦核苷酸序列等。第28頁,共62頁，2024年2月25日，星期天◆一種病毒至少含有一種核酸（DNA或RNA）。植物病毒絕大多數(shù)含DNA;少數(shù)含RNA；動物病毒一部分含DNA，一部分含RNA；細菌病毒普遍含DNA，含RNA的極少。◆病毒的核酸類型極為多樣化：病毒的DNA與RNA均有單鏈和雙鏈：

dsDNAssDNAdsRNAssRNA病毒核酸的種類第29頁,共62頁，2024年2月25日，星期天病毒DNA分子有線狀和環(huán)狀之分。

第30頁,共62頁，2024年2月25日，星期天▼有的病毒只有一種蛋白質(zhì)，多數(shù)含有為數(shù)不多的幾種蛋白質(zhì)。▼病毒蛋白質(zhì)的氨基酸組成與其他生物一樣，但不同病毒蛋白質(zhì)的氨基酸組成和含量各不相同。▼病毒蛋白質(zhì)主要在構(gòu)成病毒結(jié)構(gòu)、病毒的侵染與增殖過程中發(fā)揮作用。

3.其他成分一些較復雜的病毒（如包膜病毒）除含有核酸和蛋白質(zhì)兩種成分外，還含有脂類、多糖等其他成分。2.病毒的蛋白質(zhì)第31頁,共62頁，2024年2月25日，星期天三、各類病毒及其繁殖方式原核生物病毒——噬菌體植物病毒人類和脊椎動物病毒昆蟲病毒第32頁,共62頁，2024年2月25日，星期天(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、藍細菌的病毒叫噬菌體，包括噬細菌體、噬放線菌體、噬藍細菌體等。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。噬菌體共有六類形態(tài)。第33頁,共62頁，2024年2月25日，星期天噬菌體的六類形態(tài)：★T-系噬菌體——T-系噬菌體是研究的最廣泛而又深入的細菌噬菌體，按發(fā)現(xiàn)的先后順序進行從T1---T7編號，后來發(fā)現(xiàn)其中偶數(shù)者的形態(tài)都相同（蝌蚪形收縮性長尾），故統(tǒng)稱T偶數(shù)噬菌體。第34頁,共62頁，2024年2月25日，星期天噬菌體的類型溫和噬菌體（temperatephrage）——噬菌體感染細胞后，將其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以隨宿主DNA的復制而進行同步復制，在一般情況下，不引起寄主細胞裂解的噬菌體。烈性噬菌體（virulentphage）——感染細胞后,能在寄主細胞內(nèi)增殖，產(chǎn)生大量子代噬菌體并引起細菌裂解的噬菌體。第35頁,共62頁，2024年2月25日，星期天噬菌體的繁殖分為：吸附、侵入、增殖（復制與生物合成）、成熟（裝配）和裂解（釋放）5個階段。（1）噬菌體的繁殖裂解性周期（增殖性周期）：烈性噬菌體的繁殖過程。第36頁,共62頁，2024年2月25日，星期天①

吸附(adsorption)噬菌體對宿主細胞的吸附具高度的特異性。吸附的機理：尾絲尖端與受體發(fā)生共價結(jié)合。第37頁,共62頁，2024年2月25日，星期天影響吸附的因素：噬菌體數(shù)量；陽離子濃度；溫度；輔助因子（生物素）等。自外裂解：大量噬菌體吸附在同一細胞表面并釋放眾多的溶菌酶，最終因外在的原因?qū)е录毎呀?。?8頁,共62頁，2024年2月25日，星期天②侵入(penetration)頭部的核酸通過中空的尾髓壓入細胞內(nèi)，而蛋白質(zhì)外殼則留在細胞外。尾鞘的收縮性可明顯提高噬菌體核酸注入的速率。第39頁,共62頁，2024年2月25日，星期天③增殖(replication)包括核酸的復制和蛋白質(zhì)的生物合成。增殖是通過噬菌體基因表達實現(xiàn)的。核酸的復制與病毒蛋白質(zhì)的合成是分開進行的。第40頁,共62頁，2024年2月25日，星期天病毒核酸鏈接入寄主核酸鏈

病毒核酸復制病毒核酸的復制第41頁,共62頁，2024年2月25日，星期天④成熟（裝配）已合成的各部件進行自行裝配成新的噬菌體的過程。T偶數(shù)噬菌體裝配過程模式圖第42頁,共62頁，2024年2月25日，星期天被感染細胞裂解，成熟的子代噬菌體轉(zhuǎn)移到外界。開始新的生活史。

⑤裂解（釋放）

裂解量：平均每一宿主細胞裂解后所產(chǎn)生的子代噬菌體數(shù)。第43頁,共62頁，2024年2月25日，星期天

有囊膜病毒以“出芽”方式釋放第44頁,共62頁，2024年2月25日，星期天2、噬菌體效價的測定效價（噬菌斑形成單位數(shù)、感染中心數(shù)）：每ml樣品中所含有的具侵染性的噬菌體粒子數(shù)。測定方法：

斑點試驗法、液體稀釋管法、單層平板法、雙層平板法、快速玻片法第45頁,共62頁，2024年2月25日，星期天瓊脂平板菌液+噬菌體試樣+瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)10余小時計數(shù)噬菌斑噬菌斑數(shù)=試樣中噬菌體數(shù)雙層平板法第46頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（1）一步生長曲線的基本實驗步驟離心術(shù)抗病毒血清培養(yǎng)定時取樣測噬菌斑數(shù)以培養(yǎng)時間為橫坐標，以噬菌斑數(shù)為縱坐標，繪出的曲線為一步生長曲線。3、噬菌體增殖規(guī)律的描述方法—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。第47頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（2）一步生長曲線的三個階段:潛伏期、裂解期、平穩(wěn)期

1）潛伏期噬菌體的核酸侵入宿主細胞至第一個成熟噬菌體粒子裝配前的一段時間。可分為兩個階段：隱晦期、胞內(nèi)累積期。2）裂解期緊接在潛伏期后的宿主細胞迅速裂解、溶液中噬菌體粒子急劇增多的一段時間。3）平穩(wěn)期感染后的宿主細胞已全部裂解，溶液中噬菌體效價達到最高點的時期。第48頁,共62頁，2024年2月25日，星期天溫和噬菌體特點游離態(tài)溫和整合態(tài)(原噬菌體）營養(yǎng)態(tài)具有整合能力；具有同步復制能力；都是dsDNA;4、溶源性溶源性：溫和噬菌體侵入宿主細菌細胞后，由于其核酸整合到宿主核基因組上，并隨宿主核酸同步復制，并不引起宿主細胞裂解的特性。子代均具有溶源性。溫和噬菌體存在形式第49頁,共62頁，2024年2月25日，星期天溶源性與溶源性細菌溶源性細菌：含有原噬菌體的細菌稱為溶源性細菌（lysogenicbacteria）或溶源化細胞(lysogeniccell)。溶源菌是一類能和溫和噬菌體長期共存，一般不會出現(xiàn)有害影響的細胞。溶源性（溶源現(xiàn)象）：是溫和噬菌體侵入宿主細菌細胞后，由于其核酸整合到宿主核基因組上，并隨宿主核酸同步復制，并不引起宿主細胞裂解的特性。凡能引起溶源性的噬菌體即為溫和噬菌體。第50頁,共62頁，2024年2月25日，星期天溶源性廣泛存在于各種細菌中，如大腸桿菌、假單胞菌、沙門氏菌、鏈球菌、芽孢桿菌、棒桿菌、弧菌和極毛桿菌等。溶源性菌株命名：在敏感菌株的名稱后面加一括號，其中寫上溶源性噬菌體，例如E.coli

K12(λ)。第51頁,共62頁，2024年2月25日，星期天溶源性細菌的測定

1）將少量溶源菌與大量敏感性的指示菌相混合；2）與瓊脂培養(yǎng)基混勻后倒平板；3）經(jīng)培養(yǎng)后溶源菌長出如圖菌落。第52頁,共62頁，2024年2月25日，星期天噬菌體的應用噬菌體會給人類造成損失，利用微生物進行發(fā)酵的工業(yè)常深受其害。但是，由于噬菌體的某些生物學特性，使其在人類的生產(chǎn)實踐和生物學基礎(chǔ)理論研究中都有一定價值?？筛爬橐韵聨追矫?。第53頁,共62頁，2024年2月25日，星期天1)用于鑒定未知細菌在醫(yī)學上，有些難鑒別的病原菌，利用噬菌體對宿主細胞的高度?；缘拿舾行?，不僅可鑒定到菌種，而且可鑒定到菌型。2)用于臨床治療某些傳染性疾病。如果將噬菌體制劑與抗生素或者磺胺藥物配合應用，則效果更好。3)檢驗植物病原菌利用噬菌體可以檢驗由種子攜帶的植物病原菌。4)測定輻射劑量某些噬菌體(如T2)對輻射劑量的反應敏感而精確。5)噬菌體在分子生物學研究中的作用噬菌體現(xiàn)已成為進行分子生物學研究的較為理想的重要材料。

第54頁,共62頁，2024年2月25日，星期天（二）植物病毒已知的植物病毒多達700種（1989年），多數(shù)是ssRNA病毒。形態(tài)：桿、絲、球狀，一般無包膜。1619年荷蘭畫師描畫的有病郁金香的畫像。第55頁,共62頁，2024年2月25日，星期天花葉、黃化或紅化等癥狀植株發(fā)生矮化，叢枝或畸形等形成枯斑或壞死等癥狀植物黃萎病植物感染病毒后的主要癥狀第56頁,共62頁，2024年2月25日，星期天借昆蟲刺吸式口器進入、通過傷口或嫁接進入，再通過胞間連絲或輸導組織迅速向其它部位擴散引起普遍感染。1、“侵入”方式3、核酸的復制和蛋白質(zhì)的合成2、脫殼植