病毒和朊病毒

一、病毒的发现和研究历史1886年，A.Mayer发现具有传染性的烟草花叶病；1892年，D.Ivanovsky:烟草花叶病病原体能通过细菌滤器：一种能通过细菌滤器的”细菌毒素”或极小的细菌1898年，MWBeijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果：能通过细菌滤器；可被乙醇沉淀而不失去其感染性，能在琼脂凝胶中扩散；用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活；比细菌小的具有传染性的活的流质（contagiumvivumfluidum）1900年前后，包括口蹄疫（footandmouthdisease）在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。filterableviruses（滤过性病毒）viruses（病毒）1935年，WMStanley首次提纯并结晶了烟草花叶病毒；Bawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白；1940年，Kausche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；禽流感病毒正在侵染细胞（2007年）病毒学（Virology）：研究病毒（virus）的本质及其与宿主的相互作用的科学。例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳（coat）构成，故可把它们视为核蛋白分子。二、病毒的特点和定义特点1）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征。2）一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，DNA或者RNA。3）没有催化能量代谢的酶或酶系极不完全，不能进行独立的代谢作用。4）严格的活细胞内寄生，必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制，形成子代。5）个体微小，在电子显微镜下才能看见。6）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。性质细菌立克次氏体支原体衣原体病毒直径大于300nm++±±-在无生命培养基生长+-+--专性活细胞内寄生-+±++双分裂++++-含有DNA和RNA++++-核酸感染性----+a核糖体++++-产能代谢+++--细胞膜++++-对抗生素的敏感++++-b对干扰素的敏感----+单细胞微生物与病毒性质的比较aDNA病毒和RNA病毒中的一部分;b病毒的个体特点1.形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；2.无细胞构造；3.主要成分仅为核酸和蛋白质；4.每一种病毒只含一种核酸，DNA或RNA；5.无产能酶系，也无蛋白质合成系统；6.不存在个体的生长；7.细胞内专性寄生；8.在离体条件下，以无生命的大分子存在。病毒的定义迄今仍无一个科学而严谨的定义病毒为具有独立于其宿主进化史的绝对细胞内寄生物，它的DNA或RNA基因组被其所编码的蛋白质壳体化（encapsidation）。-------------（Fields等，1990年）非细胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒类病毒：只含具侵染性的RNA组分卫星RNA：只含有不具侵染性的RNA组分朊病毒（普列昂）：只含蛋白质三、病毒的宿主范围及其多样性病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性噬菌体（phage）植物病毒（plantviruses）动物病毒（animalviruses）-形态：最小：细小病毒（20nm）最大：痘病毒（300nm）最长：线状病毒（800-900nm,最长：14000nm）–核酸类型：DNA/RNA；单链/双链/部分单链；线状/环状。病毒的多样性四、病毒的培养和纯化1、病毒的培养噬菌体细菌培养物培养液营养琼脂平板细菌培养液变清亮细菌平板成为残迹平板二元培养物法噬菌体经过适当稀释再接种细菌平板，培养后在菌苔上可形成圆形局部透明区域，即噬菌斑(plague)如同对细菌计数一样，形成的噬菌斑也可用于对噬菌体的数目进行估算。动物病毒的培养：1、实验动物2、鸡胚3、多种细胞培养•免疫缺陷动物(SCID小鼠）•对病毒感染无免疫排斥•可接入人的免疫细胞等，使之具有人的免疫功能，用于研究HIV、疱疹病毒等与免疫系统的相互关系SCID：severecombinedimmunodeficient鸡胚的构造和病毒培养羊膜腔尿囊腔卵黄囊尿囊绒膜单纯疱疹病毒痘病毒劳氏肉瘤病毒流感病毒腮腺炎病毒单纯疱疹病毒流感病毒腮腺炎病毒新城疫病毒鸟类腺病毒1、病毒的培养若标本经过适当稀释进行接种并辅以染色处理，病毒可在培养的细胞单层上形成肉眼可见的局部病损区域，即蚀斑（plaque）或称空斑。大多数动物病毒感染敏感细胞培养层能引起其显微表现的改变，即致细胞病变效应（cytopathiceffect,CPE），例如细胞聚集成团、肿大、圆缩、脱落，细胞融合形成多核细胞，细胞内出现包涵体（inclusionbody），乃至细胞裂解等。植物病毒的培养植物病毒敏感植物叶片产生坏死斑，或称枯斑蛋白质提纯方法（盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等）2、病毒纯化标准纯化的病毒应保持感染性病毒是有感染性的生物体病毒具有化学大分子的属性纯化的病毒应具有理化性质均一性方法主要化学组成为蛋白质具有一定的大小、形状和密度差速离心梯度离心（超速离心）四、毒粒的性质毒粒（病毒颗粒）：病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式。一团能够自主复制的遗传物质蛋白质外壳包膜1、毒粒的形态病毒的大小和形状个体小，必需在电镜下观察；不同病毒的毒粒大小差别很大；形状：球形（或称拟球形颗粒）杆状等少数几类。复杂形状（如蝌蚪状，卵形）采用各种电镜技术观察毒粒的形态结构Orfvirus：口疮病毒(接触性脓疱皮炎病毒)（负染技术）Ebolavirus：埃博拉病毒（正染技术）Vacciniavirus痘病毒（投影技术）2、毒粒的壳体结构壳体或衣壳（capsid）：包围着病毒核酸的蛋白质外壳壳体结构类型螺旋对称二十面体对称双对称螺旋对称壳体：亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。例：烟草花叶病毒二十面体对称壳体：蛋白质亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedralsymmetry）结构。具有双对称结构的典型例子是有尾噬菌体（tailedphage）,其壳体由头部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。双对称结构/复杂对称：3、病毒的包膜结构蛋白质壳体+核酸（核心），又称核衣壳。核壳体（nucleocapsid）：裸露毒粒（nakedvirion）：仅由核衣壳构成的病毒颗粒包膜（envelope）：核衣壳外的一层脂蛋白膜，由宿主细胞膜衍生而来作用：保护病毒核壳；启动病毒感染；•病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是脂双层膜。•在包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。•刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。有包膜的二十面体毒粒；裸露的二十面体毒粒有包膜的螺旋毒粒裸露的螺旋毒粒；复杂对称的病毒Vacciniavirus痘病毒在病毒中体积最大，在光学显微镜下勉强可见。有尾噬菌体ii.•病毒粒子的基本形态–球状、杆状和复合状的无包膜病毒烟草花叶病毒P2噬菌体T2噬菌体脊髓灰质炎病毒•病毒粒子的基本形态–包膜病毒疱疹病毒流感病毒腺病毒HIV病毒人类免疫缺陷病毒（HumanImmunodeficiencyVirus），它会造成人类免疫系统的缺陷。1981年，此病毒在美国首次发现。它是一种感染人类免疫系统细胞的慢病毒（Lentivirus），属反转录病毒的一种。至今无有效疗法的致命性传染病。该病毒破坏人体的免疫能力，导致免疫系统的失去抵抗力，从而导致各种疾病及癌症得以在人体内生存，发展到最后，导致艾滋病（获得性免疫缺陷综合征）。2008年诺贝尔奖德国科学家哈拉尔德·楚尔·豪森因发现人乳突淋瘤病毒引发子宫颈癌获此殊荣；两名法国科学家弗朗索瓦丝·巴尔－西诺西和吕克·蒙塔尼因发现人类免疫缺陷病毒获此殊荣。SARS病毒为冠状病毒五、毒粒的化学组成毒粒（化学组成）核酸；蛋白质；脂类；碳水化合物；基本化学组成1、病毒的核酸核酸是病毒的遗传物质；一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA；病毒核酸单链DNA（ssDNA）；双链DNA（dsDNA）；单链RNA（ssRNA）；双链RNA（dsRNA）；2、病毒的蛋白质病毒蛋白质结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于毒粒中的蛋白质。构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质。壳体蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶；参与病毒的入侵或复制（如逆转录酶等）；保护作用启动感染（决定感染的特异性）六、病毒的复制病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。1）感染宿主细胞；2）病毒核酸复制与表达；3）产生子代病毒基因组和新的蛋白质；4）组分装配（assembly）成子代毒粒；5）释放到细胞外；6）重复上述过程；病毒的复制过程（复制周期）2、病毒感染的起始1）吸附：毒粒敏感细胞随机碰撞而接触（静电引力或氢键）可逆吸附，无特异性（非细胞颗粒也可吸附）病毒表面蛋白与细胞受体的结合特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段吸附于大肠杆菌上的噬菌体2）侵入：侵入又称病毒内化，一个病毒吸附后几乎立即发生，是一个依赖于能量的感染步骤。不同的病毒-宿主系统的病毒侵入机制不同有尾噬菌体的侵入方式：注射方式将噬菌体核酸注入细胞通过尾部刺突固着于细胞；尾部的酶水解细胞壁，产生小孔；尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内；吸附尾钉固着尾鞘收缩尾管穿入DNA注入存在于毒粒中的酶动物病毒的侵入方式：①病毒穿过细胞膜的移位方式；③细胞的内吞功能；②毒粒包膜与细胞质膜的融合；植物病毒的侵入方式：通过机械损伤所形成的微伤口进入细胞；或者靠携带有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆虫取食将病毒带入细胞。植物病毒一旦进入细胞后，增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动蛋白（movementprotein）与胞间连丝的相互作用3）脱壳：脱壳是病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而放出病毒核酸的过程。T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式，其脱壳过程也较复杂。病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜隐期。3、病毒大分子的合成病毒基因组进入胞内病毒利用宿主的生物合成能力，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成dsDNAvirus(classI):与寄主基因组相同的方式产生mRNA和复制DNA。ssDNAvirus(classII):先合成一条双链DNA，这条双链DNA指导DNA复制与mRNA合成。ssRNA(+)virus(classIV):可直接作为mRNA使用。ssRNA(-)virus(classV):以此为模板合成mRNA反转录病毒(classVI):属RNA病毒，通过反转录产生双链DNA中间媒介，再以此指导mRNA与病毒基因组的合成dsRNAvirus(classIII):以其中一条链为模板合成mRNAVirusesinClassVII(dsDNA)通过一条RNA中间体来合成DNA，需要反转录酶。但与I类病毒以相同方式产生mRNA.病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成特异性酶蛋白及蛋白质外壳的合成4、病毒的装配与释放新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟（maturation）或形态发生（morphogenesis）。成熟的子代病毒颗粒依一定途径释放到细胞外病毒的释放标志病毒复制周期结束七、朊病毒Prions•蛋白质感染性因子，其胞外形式只含有蛋白质而无核酸（可以引起同种或异种蛋白质构象改变而致病或功能改变）。•可引起动物脑部疾病•bovinespongiformencepha’lopathy(madcowdesease)牛海绵状脑病(疯牛病)•HumanKur