第三章病毒和亚病毒因子

上次教学回顾•第二章真核微生物–第三节霉菌•霉菌细胞形态和构造：菌丝体及其各种分化形式•霉菌的繁殖–无性孢子：孢囊孢子、分生孢子、节孢子、厚垣孢子–有性孢子：卵孢子、结合孢子、子囊孢子、担孢子•霉菌的菌落–比较四大类微生物的细胞形态和菌落特征–讨论：比较四大类微生物细胞壁成分的异同及其原生质体制备方法–第四节蕈菌•菌丝分化过程：二级菌丝的锁状联合第三章病毒和亚病毒•一、教学目的与要求–学习病毒的形态和大小，掌握病毒的化学组成、形态结构、增殖方式和生活周期，了解亚病毒的特点，了解病毒在生产实践中的应用。•二、教学内容：–1、病毒的形态结构、化学成分与增殖方式(★)–2、亚病毒的组成与特点–３、病毒与实践(☆)第一节病毒•病毒的概念：–病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”。其本质是一种只含有DNA或RNA的遗传因子，它们能以感染态和非感染态两种状态存在。•在宿主体内呈感染态，只能在活的、敏感细胞内以复制方式增殖(活细胞内专性寄生)；在离体条件下，能以无生命的生物大分子颗粒状态长期存在，并可保持其侵染活性，即非感染态。•可以作为致病因子，也可以当作遗传成分。第一节病毒•病毒的特点–1、形体极微小，都通过细菌滤器，只能在电镜下观察；–2、无细胞构造，其主要成分仅为核酸和蛋白质两种。故又称“分子生物”；–3、每一种病毒只含一种核酸，不是DNA就是RNA；–4、既无产能酶系，又无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质组分；–5、以核酸和蛋白质等“元件”的装配实现大量繁殖；–6、在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可长期保持侵染活力；–7、对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感；–8、有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。第一节病毒•病毒的主要类群真病毒：亚病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分类病毒：卫星因子：朊病毒：只含不具独立侵染性的核酸组分只含具独立侵染性的核酸组分只含单一蛋白质组分病毒第一节病毒•病毒与人类的关系–病毒种类多样性：凡在有细胞的生物生存之处都有与其相对应的病毒存在。–与人类关系密切•至今和许多有益动物疑难疾病和威胁性最大的传染病几乎都是病毒病•发酵工业中的噬菌体污染会严重危及生产•许多侵染有害生物的病毒则可制成生物防治剂而用于生产实践•许多病毒还是生物学基础研究和基因工程中的重要材料或工具一、病毒的形态构造和化学成分•一）病毒的大小•二）病毒的形态•三）病毒的化学组成、结构和对称性重点一）病毒的大小•测量单位为纳米,直径20-200nm(病毒：细菌：真菌约为1：10：100)50nm小型病毒50nm-150nm中型病毒（大多数）150nm大型病毒最大：痘病毒，直径约为200nm最小：菜豆畸矮病毒，直径9-11nm微生物的大小比较葡萄球菌(1000nm）牛痘病毒300×250nmABCDEFG立克次体450nm衣原体390nmA、大肠杆菌噬菌体(65×95nm)B、腺病毒(70nm)C、脊髓灰质炎病毒(30nm)D、乙脑病毒(40nm)E、蛋白分子(10nm)F、流感病毒(100nm)G、烟草花叶病毒二）病毒的形态•1、病毒的细胞形态–多种多样，有杆状、球状、蝌蚪状、砖状、子弹状–杆状：直杆状----烟草花叶病毒、苜蓿花叶病毒----马铃薯X病毒、甜菜黄化病毒–球状：豌豆花叶病毒、黄瓜花叶病毒、大多数动物病毒–蝌蚪状：有些细菌病毒杆状球状蝌蚪状二）病毒的形态•2、病毒的群体形态–①包涵体–②噬菌斑–③病斑和空斑–④枯斑①包涵体（inclusionbody）概念：感染病毒的宿主细胞内，出现在光学显微镜下可见的大小、形态、数量不等的小体，称为包涵体。在细胞中的形成部位：位于细胞核内—如包疹病毒位于细胞质内—如狂犬病毒等细胞核、细胞质内都有—麻疹病毒包涵体的本质—大多数是病毒粒子组成的，少数是细胞对病毒的反应。了解研究包涵体的实践意义—病毒鉴定、临床诊断依据②噬菌斑(plaque)概念：指在宿主细菌的菌苔上，噬菌体使菌体裂解而形成的一个具有一定形状、大小、边缘和透明度的空斑（负菌落）。应用：1、噬菌体定量计数2、噬菌体的鉴定烈性噬菌体噬菌斑温和噬菌体噬菌斑③空斑和病斑：由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成的。也可以采用噬菌斑法类似的技术。用于动物病毒粒子的计数。④枯斑：植物病毒在植物叶片上形成的群体称为枯斑三）病毒的组成、结构与对称性•1、病毒的化学组成–基本成分为核酸和蛋白质，有的还有脂质、糖类等。–①病毒核酸•一种病毒只有一种核酸，核酸构成了病毒的基因组，具有遗传信息的载体和传递体的作用。•是病毒系统分类中最可靠的分子基础。大多数病毒粒子中只有一个核酸分子，但有少数RNA病毒含2个或以上的核酸分子，各个分子担负着不同的遗传功能，它们一起构成了病毒的基因组，这些病毒为双组分基因组、三组分基因组和多组分基因组。•类型极为多样化：病毒DNA和RNA不仅有是单链(singlestrand,ss)还是双链(doublestrand,ds)，线状和环状，而且有正链(+链)和负链(-链)，其类型为生物之最。若干有代表性病毒的核酸类型病毒种类核酸形态DNARNAssDNAdsDNAssRNAdsRNA动物病毒线状细小病毒(鼠细小病毒)痘病毒。疱疹病毒腺病毒，彩虹病毒细小RNA病毒(脊髓灰质炎病毒)呼肠孤病毒、质型多角体病毒环状乳多孔病毒(鼠多瘤病毒)植物病毒线状双生病毒(玉米条纹病毒)(烟草花叶病毒、黄瓜花叶病毒)伤瘤病毒(玉米矮缩病毒)环状花椰菜花叶病毒组微生物病毒线状E.coil的T系和λ系噬菌体E.coil的MS2和RNA噬菌体(真菌病毒、假单菌的Φ6噬菌体)环状(E.coli的ΦX174、fd、f1噬菌体)铜绿假单胞菌的PM2噬菌体细菌病毒真菌病毒三）病毒的组成、结构与对称性•1、病毒的化学组成–②病毒蛋白质：由病毒核酸编码•结构功能：结构蛋白组成病毒体的成分衣壳蛋白：包在病毒外构成病毒的基本结构——核衣壳包膜蛋白：基质蛋白：连接衣壳蛋白与包膜蛋白的部分吸附功能：噬菌体尾丝及包膜糖蛋白刺突吸附在宿主表面的受体上破坏宿主细胞膜与细胞壁：如噬菌体的溶菌酶增殖：各种酶。如DNA和RNA聚合酶，RNA复制酶、逆转录酶等三）病毒的组成、结构与对称性裸露病毒：基本结构(核衣壳)包膜：核心(基因组)：衣壳：病毒核酸由许许多多衣壳粒(蛋白质亚单位)组成由类脂双层膜(来自宿主的细胞膜)组成，有的长有刺突包膜病毒：•2、病毒的构造–病毒粒(病毒体)：有时也称病毒颗粒或病毒粒子，专指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。病毒粒的模式构造衣壳粒衣壳核心（核酸）核衣壳包膜包膜病毒包膜子粒3、病毒粒的对称体制杆状：烟草花叶病毒(TMV)等丝状：E.coil的f1、fd、M13噬菌体等卷曲状：正粘病毒(流感病毒)等弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等小型：脊髓灰质炎病毒等，Φ174噬菌体等大型：腺病毒等无包膜：E.coil的T偶数噬菌体(蝌蚪状)等有包膜：痘病毒(砖块状)三）病毒的组成、结构与对称性无包膜无包膜有包膜螺旋对称二十面体对称复合对称有包膜：疱疹病毒等ssRNA(5%)衣壳粒(95%)烟草花叶病毒的模式构造腺病毒的模式构造A二十面体的形态五邻体腺病毒的模式构造B衣壳粒形态12个角，20个面，30条棱，252个球状衣壳粒70-80nm六邻体腺病毒的模式构造C腺病毒的形态核心为线状dsDNAE.coil的T偶数噬菌体的模式构造T2、T4、T665nm95nm95nm20nm（中空的核心）二、4类病毒及其繁殖方式•一）原核生物病毒—噬菌体•二）植物病毒•三）人类和脊椎动物病毒•四）昆虫病毒一）原核生物病毒—噬菌体•概念：–即原核生物的病毒。包括噬细菌体、噬放线菌体和噬蓝细菌体等。•分布：–噬菌体在自然界广泛存在，凡有原核生物活动之处几乎都发现有相应噬体菌存在。•种类：–可归纳成6种主要形态噬菌体的六类形态★T-系噬菌体——T-系噬菌体是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，按发现的先后顺序进行从T1---T7编号，后来发现其中偶数者的形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称T偶数噬菌体（A型）。1、噬菌体的繁殖•吸附(adsorption)•侵入(penetration)•增殖(复制与生物合成）•成熟（装配）(assembly)•裂解（释放）(release)几个概念•烈性噬菌体（virulentphage）–——感染细胞后，能在寄主细胞内短时间完成吸附、侵入、增殖、成熟和裂解5个阶段而实现繁殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。•温和噬菌体（temperatephrage）–——噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。•裂解性周期（增殖性周期）–——烈性噬菌体所经历的繁殖过程TheLyticLifeCycleofLyticBacteriophages•吸附：–接触→结合→特异性吸附（病毒以其特殊结构与宿主细胞表面的特异受体结合）•噬菌体:尾丝、刺突---------细胞壁(脂多糖、脂蛋白、磷壁酸)荚膜、鞭毛、性毛•动物病毒：刺突、吞噬作用和胞饮作用被动进入•植物病毒：刺突•侵入–病毒或其一部分进入宿主细胞的过程•噬菌体:吸附后尾丝收缩，使尾管碰及细胞壁，这时，尾管端所携带的少量溶菌酶水解细胞上的肽聚糖，然后，尾鞘收缩，把尾管推出并插入细胞壁中，头部的核酸就通过尾管迅速注入宿主细胞中，而将蛋白质外壳留在壁外。•动物病毒：核衣壳侵入，需脱壳•植物病毒：通过表面伤口或昆虫口器插入细胞而侵入吸附和侵入Thebacteriophagebindstoreceptorsonthebacterialcellwall.Thebacteriophageinjectsitsgenomeintothebacterium'scytoplasmFig.2:PenetrationFig.1:Adsorption增殖（复制和生物合成）•①核酸复制增殖（复制和生物合成）•②蛋白质的生物合成–首先是设法利用宿主细胞内原有的RNA聚合酶转录出噬菌体的mRNA–病毒一转录出其mRNA，就由这些mRNA合成出病毒蛋白质(酶、衣壳粒)•早期转录:早期蛋白•次早期转录:次早期蛋白•晚期转录:晚期蛋白噬菌体的基因组转录和表达具有严格的时序性装配(成熟)•①偶数噬菌体的装配–指导装配：需要有一些非结构蛋白作指导成熟(装配)•②TMV的装配–自体装配：各个组分自发地组装形成病毒粒完整病毒粒双层盘双圈螺旋裂解(释放)•裂解（Disintegration）:裸露病毒–裂解•当宿主细胞内的大量子代噬菌体成熟后，由于水解细胞膜的脂肪酶和水解细胞壁的溶菌酶等的作用，促进了细胞的裂解，从而完成了子代噬菌体的释放。–自外裂解•指大量噬菌体吸附在同一宿主细胞表面并释放众多的溶菌酶，最终因外在的原因而导致细胞裂解。–裂解量：平均每一宿主细胞裂解后产生的子代病毒粒子数•出芽（Budding）:包膜病毒–装配好的核衣壳迁移到宿主细胞膜上对应特异部位，在出芽穿过细胞膜的过程中裹上包膜，释放.植物病毒的繁殖过程2、噬菌体效价的测定•效价(滴度,Titre)–—表示每毫升试样中所含有的具有侵染性的病毒粒子数。•噬菌体效价–—或噬菌斑形成单位（plaque-formingunit,pfu）或感染中心数（infectivecentre），指噬菌体的浓度，即每毫升试样中含具有侵染性的噬菌体的个数。•噬菌体效价测定方法–电镜直接计数法、血细胞凝集试验、抗原试验（免疫沉淀试验、酶联免疫吸附试验等）、分光光度法–双层平板法•成斑率–同一样品根据噬菌斑计算出来的效价与用电镜计算出来的效价比。•主要操作步骤：双层平板法（2%琼脂底层培养基7-8mL）上层培养基（1%琼脂培养基3mL）底层平板宿主菌悬液（对数期菌液0.2mL）噬菌体试样（合适稀释液0.1mL）上层平板双层平板混均37℃10余h计数噬菌斑双层平板法计算出来的噬菌体