第9章微生物学6-1

1四、病毒大分子的合成：病毒特异性酶的合成；病毒核酸复制；病毒结构蛋白质合成。五、病毒的装配与释放装配：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）。释放：成熟的子代病毒颗粒然后依一定途径释放、裂解、分泌到细胞外病毒的释放标志病毒复制周期结束。大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放丝杆噬菌体（如M13或fd）不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装。有包膜病毒的装配与释放有时也是同时完成的；有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核芽出或细胞质膜芽出的过程中裹上包膜而形成包膜病毒；烟草花叶病毒的装配：RNA穿过螺旋的中心孔并在生长端形成一个可移动的环。第五节病毒的非增殖性感染增殖性感染（productiveinfection）：感染发生在病毒能在其内完成复制循环的允许细胞内，并以产生有感染性病毒子代颗粒为特征。非增殖性感染（nonproductiveinfection）：感染由于病毒、或是细胞的原因，致使病毒的复制在病毒进入敏感细胞后的某一阶段受阻，结果导致病毒感染的不完全循环。在此过程中，由于病毒与细胞的相互作用，虽然亦可能导致细胞发生某些变化，甚至产生细胞病变，但在受染细胞内，不产生有感染性的病毒子代颗粒。一、非增值性感染的类型流产感染（abortiveinfection）；限制性感染（restrictiveinfection）；潜伏感染（latentinfection）；自学上述概念二、缺损病毒讲授“温和噬菌体的溶源性反应”，其余内容自学。四、病毒大分子的合成病毒基因组的表达与复制存在着强烈的时序性病毒基因组进入胞内宿主细胞的代谢发生改变病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。2温和噬菌体的溶源性反应：烈性噬菌体（virulentphage）：感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并最终杀死细胞，形成裂解循环（lyticcycle）的噬菌体。温和噬菌体或称溶源性噬菌体（lysogenicphage）：感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生，这一噬菌体称为温和噬菌体或称溶源性噬菌体。这一现象称做溶源性（lysogeny）现象。在大多数情况下，温和噬菌体的基因组都整合于宿主染色体中（如λ噬菌体），亦有少数是以质粒形成存在（如P1噬菌体）。原噬菌体（prophage）：整合于宿主细菌染色体或以质粒形成存在于宿主细胞内的温和噬菌体基因组称做原噬菌体。在原噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞。溶源性细菌（lysogenicbacteria：）细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌。溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，进入裂解循环。溶源性感染对细胞的影响：(1)免疫性被温和噬菌体感染后形成的溶源性细菌具有“免疫性”，即其它同类噬菌体虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致溶源性细菌裂解。免疫性是由原噬菌体产生的阻遏蛋白的可扩散性质所决定的。(2)溶源转变原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括溶源性细菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源转变(lysogenicconversion)。溶源性细菌有时还能获得一些新的生理特性，例如白喉杆菌只有在含有特定类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病。第六节亚病毒因子一、卫星病毒（satelliteviruses）寄生于与之无关的辅助病毒（heperviruses）的基因产物的病毒。二、卫星RNA(satRNA)是指一些必须依赖一些辅助病毒进行复制的小分子单链RNA片段，它被包装在辅助病毒的壳体内。本身对辅助病毒的复制不是必需的，且他们与辅助病毒的基因组无明显的同源性。三、类病毒（virord）能在免干细胞内自我复制，并不需要辅助病毒。含有244~375个核苷酸的的单链RNA分子。四、朊病毒是一类能引起哺乳动物的亚急性海面样脑病的病原因子。思考题：试结合一步生长曲线分析病毒的特点，并与细菌进行比较。第八章微生物的遗传遗传：亲代与子代相似。3变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同。遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一。遗传型：生物的全部遗传因子及基因。表型（表现型）：具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。表型饰变：表型的差异只与环境有关。特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为。遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变。特点：遗传性、群体中极少数个体的行为自发突变频率通常为10-6---10-9微生物是遗传学研究中的明星：微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。第一节遗传的物质基础一、DNA作为遗传物质Griffith的转化实验（DNA）；T2噬菌体感染实验（DNA）；植物病毒重建实验（DNA\RNA）。三、朊病毒的发现与思考（一）发现：朊病毒是亚病毒的一种，是一种具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚未发现该蛋白内含有核酸。致病机理：其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrPc改变折叠状态为PrPsc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。二、RNA作为遗传物质生化提取分别获得含RNA的烟草花叶病毒蛋白质外壳（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清处理，证明杂种病毒的蛋白质外壳来自病毒1，而非病毒2杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现为病毒2，而非病毒1遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质4引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病，如羊搔痒症(scrapie)，牛海绵状脑病(spongiformencephalopathy)，人的库鲁病(kuru)、克雅氏病(CreutzfeldtJakobdisease,CJD)等。StanleyB.Prusiner(1982)提出羊搔痒病因子是一种蛋白质侵染颗粒（proteinaceousinfectiousparticle），并将之称做Prion或Virino，即朊病毒。1997年，StanleyB.Prusiner荣获诺贝尔奖。（二）思考1）蛋白质是否可以作为遗传物质？prion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？2）蛋白质折叠与功能的关系，是否存在折叠密码？3）DNA→RNA→肽链→蛋白质第二节质粒和转座因子质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。转座因子（transposableelement）：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中。质粒和转座因子是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子一、质粒的分子结构1、结构通常以共价闭合环状(covalentlyclosedcircle，简称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒；质粒分子的大小：从1kb左右到1000kb，（细菌质粒多在10kb以内）。2、质粒的检测1）提取所有胞内DNA后电镜观察；2）超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；3）对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。对于由于三种构型同时存在时造成的多带现象（提取质粒时造成或自然存在），可以进行特异性单酶切，使其成为一条带。特定的质粒提取方法和后处理使染色体和RNA均被除掉。二、质粒的主要类型作用：在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能；质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的，从而使宿主得到生长优势。根据质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应，质粒包括下列主要类型：致育因子（Fertilityfactor，F因子）抗性因子（Resistancefactor，R因子）产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）毒性质粒（virulenceplasmid）代谢质粒（Metabolicplasmid）隐秘质粒（crypticplasmid1、致育因子(Fertilityfactor，F因子)又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。5F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以又称之为附加体(episome)。携带F质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），无F质粒的菌株称为F-菌株（相当于雌性）。2、抗性因子（Resistancefactor，R因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。R100质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：汞（mercuricion，mer）、四环素（tetracycline，tet）、链霉素(Streptomycin,Str)、磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素(Chlorampenicol,Cm)、夫西地酸（fusidicacid，fus），并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。3、产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因以及赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。细菌素一般根据产生菌的种类进行命名：大肠杆菌（E.coli）产生的细菌素为colicins（大肠杆菌素），而质粒被称为Col质粒。由G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与colicins有所不同，但通常也是由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例如一种乳酸细菌产生的细菌素NisinA能强烈抑制某些G+细菌的生长，而被用于食品工业的保藏。4、毒性质粒（virulenceplasmid）许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒素编码的质粒。苏云金杆菌含有编码δ内毒素(伴孢晶体中)的质粒根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子。5、代谢质粒（Metabolicplasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。降解质粒：将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药(2,4dichlorophenoxyaceticacid)、辛烷和樟脑等的能力。6、隐秘质粒（crypticplasmid）细菌素抗生素抑制或杀死近缘，甚至同种不同株的细菌较广的抗菌谱通过核糖体直接合成的多肽类物质一般是次级代谢产物编码细菌素的结构基因及相关的基因一般位于质粒或转座子上一般无直接的结构基因，相关酶的基因多在染色体上6隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体（一般加上抗性基因）。几个概念：高拷贝数(highcopynumber)质粒：每个宿主细胞中可以有10-100个拷贝。也称松弛型质粒(relaxedplasmid)。低拷贝数(lowcopynumber)质粒：每个宿主细胞中可以有1-4个拷贝。也称严谨型质粒(stringentplasmid)。窄宿主范围质粒(narrowhostrangeplasmid)：只能在一种特定的宿主细胞中复制。广宿主范围质粒(broad