第一章 导论――病毒学概述

病毒学第一章导论——病毒学概述第二章病毒的分类与命名第三章病毒的形态与结构第四章病毒的复制第五章病毒的遗传与变异第六章病毒的进化第七章病毒的感染第八章人及动物病毒第九章昆虫病毒第十章植物病毒第十一章病毒基因工程第一章导论——病毒学概述第一节病毒学知识的起源及发展第二节病毒和病毒学第三节病毒的主要类群第四节病毒性病害因果关系的概念第五节病毒性质的两重性第六节病毒研究的发展趋势第一节病毒学知识的起源及发展一、经验时期二、病毒的发现时期三、病毒本质的研究时期四、病毒与宿主相互关系的探索时期3000BC，埃及孟非思壁画中长老患小儿麻痹症。一、经验时期核型多角体病毒郁金香花叶病毒二、病毒的发现时期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，M.W.Beijerinck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（contagiousvividfluid）DmitriIvanowski（1864-1920）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）FWTwort（1915年）、Fd’Herelle（1917年），分别发现细菌（Shigelladysenteriae）病毒bacteriophagesPhago：“toeat”噬菌体（phage）三、病毒本质的研究时期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；四、病毒与宿主相互关系的探索时期1、细菌病毒发现DNA是有DNA噬菌体的遗传物质。病毒核酸可以整合到宿主细胞DNA中。细胞基因可以被病毒从一个细胞传递到另一个细胞。感染作用可以在细胞内又到出一种新的对病毒特异的酶。证明了信使RNA（mRNA）的存在。了解调节遗传信息的转录和翻译的某些机制和分子遗传学的某些问题，明确基因概念。2、动物病毒某些RNA动物病毒中存在着一种RNA指导的DNA聚合酶（反转录酶）。翻译作用的异常途径主要表现在某些微RNA病毒在蛋白质合成中先合成大的多肽前体，然后再断裂成几种具有特殊功能的蛋白质。完整的病毒粒子和病毒核酸相比显示出不同的寄主范围。某些病毒引起细胞生长习性和形态特征有关的细胞转化。某些病毒感染引起细胞融合，产生合胞体。有囊膜病毒在细胞膜上成熟时，伴随着宿主组分掺入到病毒粒子内。有些病毒核酸是分成一段一段的以及基因型的混合。阐明了某些病毒基因的结构与功能的关系，以及一些病毒的基因表达调控原理。阐明了某些病毒致病与免疫的分子机制。多种病毒载体的出现。发现羊瘙痒病是由一种蛋白质感染因子引起，并命名为“prion”。3、植物病毒阐明由病毒各组成部分重组成有感染性的病毒粒子。阐明病毒的突变反映到一个基因产物的结构上，这个基因产物就是TMV的外壳蛋白。卫星病毒和具有多分基因组病毒的存在。发现了一种新病原体和一般病毒不同，它是相对分子质量很低的RNA，没有蛋白质的存在，称为类病毒（viroid），能在植物中引起病害。第二节病毒和病毒学病毒是指那些在化学组成和增殖方式是独具特点的，只能在宿主细胞内进行复制的微生物或遗传单位。它的特点是：只含有一种类型的核酸（DNA或RNA）作为遗传信息的载体；不含有功能性核糖体或其他细胞器；在RNA病毒，全部遗传信息都在RNA上编码，这种情况在生物学上是独特的；体积比细菌小得多，仅含有少数几种酶类；不能在无生命的培养基中增殖，必须依赖宿主细胞的代谢系统复制自身核酸、合成蛋白质并装配成完整的病毒颗粒，或称病毒体（virion）。病毒学是一门生物学科，作为一独立学科的出现是在20世纪50年代后建立起来的。随着科学技术的进步，病毒学的研究日益深入和广泛，目前已派生出诸多分支学科，如医学病毒学、兽医病毒学、植物病毒学、昆虫病毒学、细菌病毒学、肿瘤病毒学、环境病毒学、分子病毒学等；普通病毒学是包括人、动植物病毒和噬菌体的总称，主要是讨论病毒的本质、病毒的结构与功能的相似性和特点等，概括各方面共同的理论和概念。研究病毒学的主要目的：1、为了有效地防治和控制各种病毒性疾病的发生和流行；2、通过对病毒的认识，使我们对生命物质的一些基本问题，得到进一步了解，从而对生命起源有所启示；3、利用病毒为人类造福。第三节病毒的主要类群一、原核生物的病毒1、细菌病毒迄今为止，几乎没有一群细菌尚未发现其相应的噬菌体。已报道的细菌病毒有几百种。噬菌体的寄主范围不会跨越已经确立的细菌类群之间的分类学界限。4、其他病毒2、放线菌病毒不同株的放线菌对病毒的特异性非常明显。3、蓝藻病毒所有被研究过的蓝藻噬菌体均含有双链DNA，有大的基因组，而且其颗粒在结构和组分方面和细菌的大的DNA带尾丝噬菌体很相似。菌原体和立克次氏体中也发现有病毒粒子。病毒界本身也受到卫星RNA和卫星病毒的寄生。二、真核生物的病毒1、低等植物的病毒（1）真核藻类病毒：珊瑚轮藻病毒是第一个发现的具有感染性的真核藻类病毒。小球藻中也发现有病毒的存在。（2）真菌病毒迄今为止已报道的真菌病毒已超过100种。2、高等植物的病毒高等植物病毒绝大多数属于RNA病毒。花椰菜花叶病毒组和双链病毒组属于DNA病毒。烟草花叶病毒的研究，对促进病毒学的发展起到特殊的作用。黄瓜花叶病毒的寄主范围极为广泛，能感染40科191种植物，其中包括双子叶植物及单子叶植物。3、无脊椎动物的病毒在无脊椎动物中，昆虫的病毒病最多，已知有1671种。在水螅、牡蛎、虾、蟹等中也发现有病毒的存在。昆虫杆状病毒的研究日益引起人们的重视。（生物杀虫剂、表达载体）4、脊椎动物的病毒鱼类的病毒病至少有35种。两栖动物也发现有病毒病。在鸟类中发现许多种病毒病，有些病毒病在经济上是极重要的。人类的病毒病种类繁多，对人类的身体健康造成很大的威胁。第四节病毒性病害因果关系的概念由于在寄主细胞内发生了某些反常现象才能识别病毒的存在，这些反常的现象可以是自然的病害，也可能是实验的感染，如有疑有病毒存在，则必须寻找一组条件，如适当的寄主、适当的感染途径，使病毒在生物体内产生可辨别的变化，因此，大量的病毒学的实践是建立实验性感染。要证明一种传染性病害是由某一感染因子所引起，在病毒学发展的早起阶段，往往必须遵循Henle/Koch（1840/1890）所拟定的传染病因果关系的定律。1937年Rivers提出确定病毒性病害因果关系的法则，Rivers法则作如下规定：1、必须发现某种特异病毒以一定程度的规律性与某种疾病有关系，并从患病寄主中分离出病毒；2、在实验寄主或寄主细胞中培养；3、证明培养物的滤过性（排除较大的病原体）；4、在原始的寄主种或有关的种内产生类似的病害；5、能重新分离出同一种病毒。在确定人类病毒病害的因果关系时要遵循下列要求（1973年Evans提出的免疫学证据）：1、病毒必须存在于人的组织、血液，并在该处反复出现；2、病毒必须是一个“实体”，也就是在实验室中能很好地经动物或组织培养传代；3、在患病前有规律地缺乏病毒特异抗体；4、在疾病期间抗体有规律地出现，包括：（1）暂时的病毒特异IgM抗体；（2）持续的IgG抗体；（3）局部抗体（IgA）——在原发增殖部位；5、抗体的产生伴随有在相应组织中存在病毒；6、无类似有关的其他病毒或抗体；7、能用特异性疫苗预防此种疾病。第五节病毒性质的两重性一、病毒生命形式的两重性二、病毒结构和功能的两重性三、病毒病理学的两重性一、病毒生命形式的两重性1、病毒存在的两重性——细胞内形式与细胞外形式2、病毒的结晶性与非结晶性——化学结晶型与生命活动型3、颗粒形式与基因形式——细胞外具感染性的颗粒形式与细胞内以基因形式增殖。二、病毒结构和功能的两重性1、标准病毒与缺陷病毒2、假病毒与真病毒3、杂种病毒与纯种病毒1、标准病毒与缺陷病毒在病毒增殖的过程中，由于病毒基因组因某种微环境因素的影响或转录过程的错误而发生突变，以致有装配不全的病毒颗粒产生，称为缺陷病毒（defectivevirusparticle）。产生缺陷病毒的原亲代病毒，则称为标准病毒（standardvirus）。缺陷病毒颗粒有干扰标准病毒增殖的作用，所以缺陷病毒颗粒，又称为缺陷干扰颗粒，简写为DI颗粒（defectiveinterferingparticle）。2、假病毒与真病毒一种细胞有两种病毒同时感染的情况，在增殖过程中，一种病毒可以穿上本身的外壳，这就是真病毒，是这种病毒的应有“面目”。如果一种病毒的核酸被以另一病毒编码的外壳，则称为假型病毒（pseudotypevirus），此时一种病毒的本来性质，被另一种病毒的性质所掩盖。有时细胞的DNA片段，可被病毒的外壳所包被，则称为假病毒，亦即假病毒颗粒（pseudovirion）。3、杂种病毒与纯种病毒两种病毒混合感染时，除了出现假型病毒外，还有可能出现病毒核酸重组的情况，即一种病毒颗粒之中，可含有两种病毒的遗传物质，此可称为杂种病毒，这是病毒学中的一个相当常见的现象。三、病毒病理学的两重性1、病毒的致病性与非致病性2、病毒感染的急性和慢性1、病毒的致病性与非致病性关于致病性与非致病性问题，是同宿主细胞相对而言的。在分子水平、细胞水平和机体水平，可能有不同的含义。在细胞水平有细胞病变作用，但在机体水平可能并不显示临床症状，此可称为亚临床感染或不显感染。病毒的致病性，是对宿主的有关条件而言的，也是对宿主的生态条件而言的。一种病毒对一宿主为致病性，对另一宿主则为非致病性。一种病毒对同一宿主，在一个时期为致病性，在另一个时期为非致病性。2、病毒感染的急性和慢性病毒感染所致的临床症状有急、慢之分，有的病毒一般只表现急性感染而很少表现慢性感染，如流行性感冒、乙型脑炎等。有的病毒，既有急性过程，也有慢性过程，例如麻疹病毒，急性发病时称为麻疹，慢性发病时称为亚急性硬化性全脑炎，其发生可能是麻疹病毒发生变异成为缺陷型，也可能有其他生态因素。第六节病毒研究的发展趋势一、全球消灭脊髓灰质炎二、病毒功能基因组学和功能蛋白质组学的研究三、朊病毒（prion）的分子生物学与疾病的控制四、DNA疫苗的研究五、病毒分子病理学研究