微生物学第三章-病毒

•第一节病毒形态与结构•第二节病毒的分类•第三节噬菌体•第四节植物病毒•第五节昆虫病毒•第六节动物和人类共患病毒•第七节亚病毒第一节病毒形态与结构MorphologyandStructureofVirus病毒（Virus）病毒是超显微的、无细胞结构的、只含一种核酸(或DNA或RNA)、只能在活细胞内存活的寄生物。病毒在活细胞外以病毒粒子的形式存在，不能进行代谢和繁殖，不具有生命特征，但一旦进入宿主细胞就具有生命特征2，病毒的基本特性：•（1）没有细胞结构•（2）只含DNA或RNA一种核酸•（3）不以二分裂法繁殖，只能在特定的寄主细胞内以核酸复制的方式增殖•（4）没有核糖体，不含与能量代谢有关的酶，在活体外没有生命特征。病毒与其他微生物的区别微生物DNA无生命培养二分裂核糖体抗生素干扰素种类&RNA基上生长敏感性敏感性细菌+++++-支原体+++++-立克次氏体+-+++-衣原体+-++++病毒DNAorRNA----+•病毒的起源?•美国伊利诺伊大学农作物科学教授古斯塔沃·埃塔诺-阿诺里斯和博士后研究员孙峰杰（音译）称，他们发现，在细胞内转移核糖核酸（tRNA）分子的结构中保存有进化史上某些早期和最重要的信息。相关论文发表在了新一期《公共科学图书馆·计算生物学》杂志上(2008.3)。在目前已发现的众多核糖核酸中，转移核糖核酸是基因和蛋白质之间最直接的媒介。像许多其他核糖核酸一样，转移核糖核酸帮助把基因翻译成构成蛋白质的氨基酸链。在特殊酶的帮助下，每个转移核糖核酸分子识别并与特定的氨基酸结合，并将氨基酸运送到合成蛋白质的系统中。为了将携带的氨基酸成功地加入一个正在生长的蛋白质的末端，转移核糖核酸还必须准确地阅读信使核糖核酸的编码段，信使核糖核酸给出了蛋白质的氨基酸准确顺序的指令。•塔诺-阿诺里斯发现转移核糖核酸的结构属性有可能为生物体和病毒如何进化提供新信息后，开始了对转移核糖核酸的研究。他认为，转移核糖核酸对于构建蛋白质的任务十分重要事实，可能意味着它在很早之前就出现了。所有的转移核糖核酸都会自我组装成一种形状，如果把它压扁了，就会发展成为类同于苜蓿叶的形状。塔诺-阿诺里斯领导的研究组从寻找这种苜蓿叶结构的模式入手，使用了数百种分子的详细数据，这些分子代表了病毒以及生物的三个超界：古菌、细菌和真核生物。•研究人员把各个转移核糖核酸苜蓿叶结构的所有特征转化成了编码符号，这个过程可以让计算机搜索最“简约”的转移核糖核酸“家谱”。他们对每一个超界的转移核糖核酸也进行了同样的分析，从而弄清这些分组在整个“家谱”中的分化。这种比较可以让他们确定病毒和每一个超界的分化顺序。过去，塔诺-阿诺里斯的领导研究小组分析了蛋白质折叠的广大分类，并认为古菌是首先出现的在进化上具有可辨别特征的群体。此次完成的新的分析支持了过去的研究结论。古菌是一种微生物，它可以在沸腾的酸液、靠近含硫的海底火山喷口或者其他极端环境中生存。塔诺-阿诺里斯说，新的分析还表明病毒是在古菌出现之后不久出现的，而真核生物和细菌依次在更晚的时候出现。该发现可能影响目前的关于病毒究竟是在细胞出现之前还是之后才存在的争论。他表示：“这一发现支持了病毒起源于细胞域的理论。”所有的转移核糖核酸都会自我组装成一种形状，如果被压扁，就会像一片苜蓿叶，这些结构的模式提供了早期进化史的线索。病毒的大小•非常微小，以nm表示。较大的痘病毒直径约为300nm，较小的口蹄疫病毒颗粒直径为10~22nm。•动物病毒•腺病毒（Adenovirus）70~90nm•骨髓灰质炎病毒（Poliovirus）27~30nm•植物病毒•南瓜花叶病毒（Squashmosaicvirus）22nm•噬菌体大肠杆菌噬菌体fd（Coliphagefd）700x5nm•大肠杆菌噬菌体T2,T4,T6（ColiphageT2,T4,T6）•头部90x60nm尾部100x20nm•大肠杆菌噬菌体M13（ColiphageM13）•长600~800nm病毒一般呈球形或杆形，也有呈卵圆形、砖形、丝状和蝌蚪状动物病毒多呈球形、卵圆形或砖形。如腺病毒为球状，痘病毒为砖形植物病毒多呈杆形或丝状，少数为球状。如烟草花叶病毒为丝状，苜蓿花叶病毒为杆状，花椰菜花叶病毒为球状细菌病毒即噬菌体多为蝌蚪状，也有为球状和丝状，如大肠杆菌偶数T噬菌体系列为蝌蚪状，大肠杆菌噬菌体fd为丝状，фX174为球形病毒的形态几种病毒的形态和大小病毒粒子（Virion）是指一个结构和功能完整的病毒颗粒。简称毒粒。病毒的结构组成：核酸（nuclearacid)蛋白质壳体(proteincoast)囊膜(envelope)病毒粒子的结构病毒结构示意图病毒模式图病毒的核酸位于病毒粒子中心，构成了其核心或基因组（Genome）。一种病毒只有一种类型的核酸，或RNA或DNA。可能单股，也可能双股。大病毒含有1904个碱基对，小的仅含5个基因。作用：病毒核酸储存有病毒的遗传信息，控制着病毒的遗传变异、增殖和对宿主的感染性。无蛋白质壳体的病毒核酸仍具有感染性，且感染范围更广，但感染力较弱。病毒的蛋白质壳体是指围绕病毒核酸并与之紧密相连的蛋白质外壳，由许多壳粒（Capsomere）组成壳粒是指在电子显微镜下可以认辩的组成壳体的亚单位，由一个或多个多肽分子组成功能：主要是构成病毒粒子外壳，保护病毒核酸；决定病毒感染的特异性，与易感染细胞表面存在的受体有特异亲和力；还具有抗原性，能刺激机体产生相应抗体。组成壳体的壳粒基本上有两种对称排列：一种为二十面体，即壳粒沿着三根相互垂直的轴形形成对称体，壳体即为二十面体。另一种为螺旋状体，壳粒和核酸呈螺旋对称形排列成直杆形,伸长的纤维状，弯曲杆状病毒壳体的对称性烟草花叶病毒结构示意图病毒的二十面体结构病毒的囊膜囊膜也称封套或包膜（Envelope）是指包被在病毒核壳体外的一层包膜，含有脂类、蛋白质和糖类囊膜为双脂层膜，与之相连的是病毒特异性蛋白囊膜表面具有突起物，称为刺突（Spike），也称为包膜子粒（Peplomer）囊膜对脂溶剂敏感有囊膜的病毒易于吸附于寄主细胞表面，破坏宿主细胞表面受体，易于侵入细胞。包膜的作用：维系毒粒结构，保护病毒核壳。尤其是病毒的包膜糖蛋白，是启动病毒感染所必需的。病毒结构示意图病毒的包涵体包涵体（Inclusionbody）是指宿主细胞被病毒感染后存在于细胞内形成的一种光学显微镜下可见的小体。是由完整的病毒颗粒或尚未装配的病毒亚单位聚集而成的小体。也有宿主细胞对病毒侵染的反应产物包涵体多为圆形、卵圆形或不定形的蛋白质。不同病毒在细胞中的包涵体形状、数量、大小、位置各异。或在细胞质中，或在细胞核中，或在两者内都有包涵体壳从宿主细胞中移出，接种至其他细胞仍可引起感染。特殊名称：天花病毒包涵体称为顾氏小体（Guarnier），狂犬病毒包涵体称为内基氏体（Negri），烟草花叶病毒包涵体称为X体病毒的包涵体图第二节病毒的分类ClassificationofVirus分类实用性分类——寄主型分类动物性病毒植物性病毒细菌病毒病毒理化特性分类科（viridae）亚科（virrinae）属（virus）以病毒核酸分类类型：DNA或RNA股数:单股或双股病毒粒子有无囊膜•随着电镜技术的发展以及分离、提纯病毒新方法的应用，逐渐转向病毒本身的结构特征、化学组成的研究、使病毒的分类朝着自然系统的方向发展。•病毒分类的依据有：•①基因组性质与结构；•②衣壳对称性；•③有无包膜；•④病毒粒子的大小、形状；•⑤对理化因素的敏感性；•⑥病毒脂类、碳水化合物、结构蛋白和非结构蛋白的特征；•⑦抗原性；•⑧生物学特性（繁殖方式、宿主范围、传播途径和致病性）。国际病毒分类委员会(InternationalCommitteeonTaxonomyofViruses，简称ICTV)在2001年公布的病毒分类和命名第七次报告中病毒分类系统设立了3个病毒目、66个病毒科（包括2个类病毒科）、9个病毒亚科和244个病毒属（包括32个暂定属和7个类病毒属）。•国际病毒分类系统采用目、科、属、种的分类单元，但是亚病毒感染因子采用任意分类。病毒分类图1病毒分类图2第三节噬菌体Bacteriophage不同噬菌体的形态结构在电子显微镜下观察噬菌体有三种基本形态：蝌蚪形、微球形和丝状大肠杆菌T偶数噬菌体典型图T4噬菌体的示意图与电镜照片噬菌体的分类烈性噬菌体（Virulentphage）凡侵入寄主细胞后进行复制繁殖并导致细胞裂解的噬菌体即为烈性噬菌体。温和性噬菌体（Temperatephage）凡侵入细胞后与宿主细胞同步复制，并随宿主细胞的生长繁殖而传代下去，在一般情况下不引起宿主细胞裂解的噬菌体，称为温和性噬菌体。噬菌体的增殖周期吸附（Absorption）侵入（Penetration）复制（Replication）装配（Assembly）裂解（Lysis）噬菌体的吸附(Absorption)吸附是噬菌体侵染宿主细胞的第一步吸附过程决定于：1）细胞表面受体的结构；2）噬菌体的吸附器官吸附过程为噬菌体的吸附器官与敏感细菌细胞表面的敏感接受点相互特异性的互补不可逆接合一种细菌细胞表面可被多种和多个噬菌体吸附感染。据测定，一个细菌细胞表面可被250~360个噬菌体吸附达到饱和量吸附受环境因子温度、pH、阳离子浓度等噬菌体的吸附与侵染图噬菌体的侵染(Penetration)侵染即注入核酸噬菌体以其尾部固着于敏感细菌细胞表面后，将尾丝展开固着于细胞，尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生一个小孔，然后尾鞘收缩，将头部的核酸通过中空的尾髓压入细胞内，而蛋白质外壳则留在细胞外。此过程可在几十秒内完成通常一种细菌可受到几种噬菌体的侵染，但细菌细胞一般只允许一种噬菌体进入细胞。往往先进入的噬菌体可排斥或抑制后进入者。即使进入了，也不能增殖而消亡尾鞘并不是侵染的必备条件，无尾鞘者也可有效侵染，但有尾鞘者可提高侵染效率。噬菌体的复制(Replication)包括噬菌体DNA的复制和蛋白质的合成DNA的复制：噬菌体进入细胞后立即以噬菌体DNA为模板，利用细菌原有的RNA合成酶合成早期的mRNA，由早期mRNA翻译成早期蛋白质。这些早期蛋白质是病毒复制所需的酶及抑制细胞代谢的调节蛋白在这些酶催化下，以亲代DNA为模板，半保留复制出子代DNA在DNA开始复制后转录的mRNA为晚期mRNA，再由晚期mRNA翻译成晚期蛋白质即噬菌体外壳的结构蛋白，如头部蛋白质、尾部蛋白质此时为潜伏期，在细胞内还观察不到噬菌体粒子潜伏期（Latentperiod）是指噬菌体栖于宿主细胞至宿主细胞裂解，释放噬菌体的最短时间噬菌体的装配(Assembly)装配是将分别合成的噬菌体核酸、蛋白质装配成一个成熟的、有侵染力的噬菌体粒子的过程。大肠杆菌噬菌体的DNA、头部蛋白质亚单位、尾鞘、尾髓、基板、尾丝等合成后，收缩聚集，被头部外壳蛋白包围，形成二十面体的噬菌体头部。尾部也同时装配，并与头部连接。最后装配完毕，成为新的子代噬菌体噬菌体各元件的装配噬菌体的裂解(Lysis)成熟的噬菌体粒子大多借宿主细胞的裂解而得到释放。细菌细胞的裂解可导致原浑浊的培养液变清，固体培养物出现噬菌斑。也有丝状噬菌体fd成熟后不裂解细菌细胞，而是从宿主细胞中钻出来，细菌细胞仍可生长。大肠杆菌的T偶数噬菌体从吸附到粒子成熟释放需15~30min时间。噬菌体的侵染、复制和释放1.Attachment(adsorption)oftheviriontoasusceptiblehostcell.2.Penetration(injection)ofthevirionoritsnucleicacidintothecell.3.Earlystepsinreplicationduringwhichthehostcellbiosyntheticmachineryisalteredasapreludetovirusnucleicacidsynthesis.Virus-specificenzymesaretypicallymade.4.Replicati