复旦微生物学课件5- 病毒和亚病毒因子（1）

第三章病毒和亚病毒因子微生物学2014年西非埃博拉病毒疫情埃博拉（Ebola）病毒，以1976年首次发生地非洲刚果民主共和国的埃博拉河命名，具有50%至90%的致死率。2014年西非埃博拉病毒疫情：自2014年2月开始爆发，截至2014年12月17日，世界卫生组织（WHO）发表数据显示埃博拉出血热疫情肆虐的利比里亚、塞拉利昂和几内亚等西非三国的感染病例（包括疑似病例）已达19031人，其中死亡人数达到7373人。病毒危害对象：人和灵长类动物发生病毒性出血热途径传播：通常通过血液和其他体液（粪便、尿液、唾液和精子）等，迄今尚未有确认的通过空气传播的情形；感染潜伏期从2天到21天。一般5-10天症状是突然发烧、头痛、随后是呕吐、腹泻和肾功能障碍、最后是体内外大出血，死亡。自然界的完美杀手——埃博拉病毒2014年广州登革热疫情•2014年6月份，广州爆发的感染登革热病例的疫情，随后疫情在各地发展。截至2014年10月21日，2014年广东全省共有20个地级市累计报告登革热病例38753例，其中重症病例20例，死亡6例。登革热病毒属于黄病毒属，B组虫媒病毒。埃及伊蚊和白纹伊蚊是主要传播媒介。病毒2015-2016年巴西寨卡病毒疫情非洲的埃博拉疫情还没有完全结束，美洲就出现了一种虫媒病毒的暴发流行，这种虫媒病毒为寨卡病毒（ZikaVirus）。该病毒为黄病毒科，黄病毒属，单股正链RNA病毒，直径20nm，是一种通过蚊虫进行传播的虫媒病毒，宿主不明确，主要在野生灵长类动物和栖息在树上的蚊子，如非洲伊蚊中循环。该病毒最早于1947年偶然通过黄热病监测网络在乌干达寨卡丛林的恒河猴中发现。2015年巴西的寨卡暴发流行中发现了很多小头畸形的新生儿。在2015年5月-2016年1月间，共报道4000例感染寨卡病毒的孕妇分娩了小头畸形儿，与往年小头畸形的比例相比，上升了20倍。越来越多的证据表明寨卡病毒与小头症之间存有关联。ComputedTomographicFindingsinMicrocephalyAssociatedwithZikaVirusNEnglJMed2016;374:2193-2195•现存病毒感染者总数：4000万•艾滋病总死亡人数：2400万•2001年新感染的人数：500万•2001年艾滋病死亡人数：300万现代瘟疫：艾滋病全世界艾滋病流行情况25－44岁美国人各主要死亡原因的年死亡率动态每十万人死亡数年份意外事故肿瘤心脏病自杀艾滋病谋杀慢性肝病中风糖尿病TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2008fortheirdiscoveryofhumanimmunodeficiencyvirusforhisdiscoveryofhumanpapillomavirusescausingcervicalcancerFrançoiseBarré-SinoussiLucMontagnierHaraldzurHausen人乳头瘤病毒（HPV）人乳头瘤病毒（humanpapillomavirus,HPV）属乳多空病毒科（Papovaviridae）球形，50～55nm,20面体，无包膜，环状dsDNA部分HPV可导致宫颈癌HPV直接接触，对皮肤和粘膜上皮细胞高度亲嗜，诱导上皮增殖形成乳头状瘤（疣）HPV-6,11尖锐湿疣HPV-1,2,4寻常疣HPV3，4－扁平疣HPV－16.18.31.34.宫颈癌现已发展了多种基于HPV的宫颈癌疫苗1、什么是病毒？2、病毒什么样？（形态、组成、结构）3、病毒在哪里？（宿主）4、病毒怎样感染宿主细胞？5、病毒的存在状态？6、病毒的种类？7、病毒的研究方法？8、病毒发现的意义？病毒第一节病毒•一、病毒概述•二、病毒的形态和特征•三、病毒的复制•四、病毒的多样性（按寄主分）一、病毒概述•（一）病毒的发现•（二）病毒及病毒学的概念病毒的古老历史3000BC埃及孟非思壁画中长老患小儿麻痹症。早在1566年就有了关于疯狗咬人致病，即狂犬病的记载并发现它能够传染给其他许多动物。（一）病毒的发现（一）病毒的发现天花与种痘人类最早抵御天花，据史籍记载，11世纪中国，出现了预防天花的种痘术（人痘），17世纪的明朝普及；总原则：从天花患者身上获得毒性尽可能小的毒液，通过主动感染而获得免疫能力。人痘接种法流传到欧洲后，在18世纪末年，英国乡村医生琴纳（E.Jenner，1749-1823）发明了牛痘法，使得通过种痘预防天花更加安全可靠。1977年10月26日，世界上最后一位天花患者在非洲索马里梅尔卡市医院痊愈，然后经过2年的观察，1979年10月26日，世界卫生组织郑重宣布：人类历史上最后一名天花病人被完全治愈。狂犬病与巴斯德Virus:来自拉丁文，意为有毒的液体由巴斯德(LouisPasteur)在研究狂犬病时最早使用(1885)第一个记载的植物病毒病：郁金香碎色花病，至今荷兰阿姆斯特丹的博物馆还保存着一张1619年荷兰画家的一幅得病的郁金香静物画。在当时的荷兰一枚碎色的郁金香球茎竟能换来一头牛、猪或羊，甚至成吨的谷物或上千磅的奶酪。植物病毒与花卉1886年，德国A.Mayer发现烟草上出现深浅相间的绿色区域，他称之为烟草花叶病，随后又用实验证实它具有传染性。1892年，俄国学者D.Ivanovsky首次发现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。病毒的研究历史181898年，荷兰生物学家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；病毒的研究历史病毒（Virus）是在19世纪末才被发现的一类微小病原体。1935：美国W.Stanley从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，又证实了结晶中含核酸和蛋白质两种成分，而只有核酸具感染和复制能力，并因此获得1946年诺贝尔奖。1952：Hershey和Chase证实噬菌体的遗传物质仅仅是DNA,开创了病毒分子生物学。1971后：陆续发现了各种亚病毒——类病毒、朊病毒。病毒的研究历史病毒（virus）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DNA或RNA的遗传因子。（二）病毒及病毒学的概念专性活细胞内寄生【分子病原体】21病毒学（virulogy）-----研究病毒（virus）的本质及其与宿主的相互作用的科学。极大地丰富了现代生物学的理论与技术；为有效地控制和消灭病毒病害提供了基础；可利用病毒进行生物防治；可发展以病毒基因工程为中心的生物技术产业；二、病毒的形态和特征•（一）病毒的一般性质•（二）病毒粒子的特性•（三）病毒的检测与群体形态（一）病毒的一般性质1、病毒的细胞外和细胞内形式：在细胞外，病毒以颗粒形式存在，病毒颗粒没有自主代谢，也没有呼吸和生物合成功能。病毒颗粒由核酸、核酸外的蛋白围绕形成，特殊的病毒还含有其他大分子。在细胞内，病毒发生复制，形成新的病毒基因组并合成病毒衣壳的组分。病毒复制的过程极度依赖宿主细胞的结构和代谢组分。病毒反过来指导宿主的代谢以利于病毒的复制和新病毒粒子的组装。（2）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征；例如核蛋白分子或仅蛋白质或仅核酸，仅一种核酸。2、病毒的特点（1）个体微小（3）离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并可长期保持其侵染活力。（4）严格的活细胞内寄生：没有酶或酶系极不完全，无独立的代谢作用。（5）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。25几乎所有的细胞生物，并具有宿主特异性。3、病毒的宿主范围人或动物植物细菌动物病毒（animalviruses）植物病毒（plantviruses）噬菌体（phage,bacteriophage）不同宿主的主要病毒类型•线状dsDNA,ssRNA为主•ssRNA为主•噬菌体：线状dsDNA为主•真菌病毒：dsRNA为主（二）病毒粒子的特性1、大小•病毒比原核细胞小，大小为20-300nm间；例如痘病毒，最大的病毒之一，直径约200nm，脊髓灰质炎病毒，最小的病毒之一，直径仅28nm。•绝大多数病毒是能通过细菌滤器；•须用电镜才能观察到其具体形态和大小.2、病毒形态病毒形态多种多样，其基本形态为球状（或近似球状）、杆状和蝌蚪状，还有子弹状和丝状、冠状等。283、病毒的结构与化学组成病毒结构基本结构（核衣壳）辅助结构衣壳（壳粒→衣壳）包膜病毒粒子(virion)——成熟的（结构完整）、具有侵染力的单个病毒，又称病毒颗粒(virusparticle)。29病毒的结构示意图核心一般只含一种核酸，DNA或RNA（分别称DNA病毒和RNA病毒）控制病毒的增殖、变异、毒力等性状除去病毒衣壳仍具有感染性的核酸称感染性核酸病毒的核酸（基因组）•基因组的多样性–从细菌到人，细胞生物的基因组都是双链DNA–而病毒的基因组有DNA，RNA，有单链和双链，还有部分双链•基因组的大小‒最大的病毒基因组噬菌体G，大小约670kb。‒小的病毒基因组只有不到5个基因，5kb左右。化学成分为蛋白质构型：螺旋对称、20面体立体对称、复合对称具有保护核酸的作用具有抗原性，能刺激机体产生免疫应答通过与宿主细胞表面受体结合参与感染衣壳包膜化学成分：类脂、多糖和蛋白质类脂、多糖来自宿主细胞蛋白质由病毒基因编码包膜蛋白形成刺突包膜蛋白的作用：具有抗原性参与病毒感染可引起机体发热4、病毒的对称性Ͽ衣壳粒排列具有高度对称性Ͽ基本类型：螺旋对称、二十面体对称Ͽ复合对称：兼有螺旋对称和二十面体对称Ͽ螺旋对称、二十面体对称与复合对称分别相当于杆状、球形和蝌蚪状这3种形态的病毒36①螺旋对称的病毒粒子TobaccoMosaicVirusssRNA②二十面体对称病毒粒子Adenovirus（腺病毒）dsDNA核心：由36500bp（碱基对）线状双链DNA（dsDNA）构成。有12个角、20个面、30条棱。衣壳由252个衣壳粒组成。二十面体对称病毒的代表——腺病毒③复合对称的病毒粒子—T偶数噬菌体T4Bacteriophage5、病毒粒子中的酶感染过程中的酶，例如一些噬菌体颗粒上包含裂解酶；一些病毒含有它们自己的聚合酶，如逆转录酶；一些病毒含有能帮助它们从宿主细胞释放的酶，例如神经氨酸酶。噬菌体颗粒上的水解酶可以使细菌细胞壁产生小孔，病毒核酸得以进入宿主明胶酶谱法Phagelysis：endolysinandholinHolin：破环细胞内膜Endolysin：破环细胞壁噬菌体感染后期会有另一类裂解酶可以将细菌细胞壁裂解，病毒颗粒得以释放RNAP24衣壳蛋白P14内膜蛋白Gp120Gp41包膜蛋白逆转录酶逆转录酶，RNA依赖的DNA聚合酶，HIV复制所必须HIV粒子中的酶44HIV结构示意图流感病毒粒子中的NA45电子显微镜、X衍射（结构）荧光显微镜（观察运动轨迹）包涵体（光学显微镜）噬菌斑（细菌病毒的检测）空斑（动物病毒）枯斑（植物病毒）（三）病毒的检测与群体形态HIV-1在感染细胞中的运动病毒粒大量聚集并使宿主细胞发生病变时，就形成了具有一定形态、构造并能用光镜加以观察和识别的特殊“群体”，称之为包涵体。包涵体（inclusionbody）包涵体的存在部位•多数位于细胞质内，具嗜酸性，例如，痘病毒和狂犬病毒的包涵体。•少数位于细胞核内，具嗜碱性，例如，疱疹病毒和腺病毒的包涵体。•在细胞质＋细胞核内，例如，麻疹病毒的包涵体。噬菌斑50空斑（plaque）由动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成一个与噬菌斑类似的肉眼可见的局部病损区域，称之为蚀斑或称空斑（plaque）Dulbecco和Vogt于1953年发明了单层动物细胞上的病毒空斑计数法，可进行有活性的动物病毒粒子的计数。由植物病毒在植物叶片上形成的局部坏死斑，称之为枯斑（lesion，病斑）。枯斑(lesion)病毒测定•物理计数（电镜）•效价测定（噬菌斑测定和终点法）•免疫学