环境微生物学 第一章 病毒

第一章病毒第二章原核微生物第三章真核微生物第四章微生物的生理第五章微生物的生长繁殖与生存因子第六章微生物的遗传与变异第一篇微生物学基础第一节病毒的一般特征及其分类第二节病毒的形态和结构第三节病毒的繁殖第四节病毒的培养第五节病毒对物理、化学因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果第一章病毒第一节病毒的一般特征及其分类一、病毒的特点二、病毒的分类一、病毒的特点1.个体极小，能通过细菌滤器，需借助电子显微镜观察；2.专性寄生，没有独立的代谢功能，只能在特定的宿主细胞内繁殖；3.没有细胞结构，大多数病毒只是蛋白质和核酸组成的大分子，且只含单种核酸（DNA或RNA）；4.繁殖方式是依靠宿主的代谢体系进行“复制”；5.它对一般的抗生素不敏感，但对于干扰素敏感；6.只有在宿主体内才表现出生命的特征，在体外具有生物大分子的特征。二、病毒的分类随着对病毒研究的深入，人们还发现了类病毒因子。所以现在病毒有真病毒、亚病毒和朊病毒之分。通常根据宿主将病毒分为三大类：动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）据文献报道统计，已经发现的人类病毒有300多种（1984年），脊椎动物病毒有931种（1981年），昆虫病毒有1671种（1990年），植物病毒有600余种（1983年），真菌病毒有近100种（1982年）。1995年在ICTV上共报道了4000余种病毒第二节病毒的形态和结构一、病毒的形态和大小二、病毒的化学组成和结构一、病毒的形态和大小动物病毒的形态有：球形、卵圆形、砖形植物病毒的形态有：杆状、丝状和球状噬菌体病毒的形态有：蝌蚪状和丝状病毒的形态一、病毒的形态和大小动物病毒的形态有：球形、卵圆形、砖形植物病毒的形态有：杆状、丝状和球状噬菌体病毒的形态有：蝌蚪状和丝状病毒的形态细菌病毒——噬菌体植物病毒——烟草花叶病毒非典型肺炎元凶——冠状病毒病毒的大小动物病毒：大小痘病毒(200~350nm)(200~250nm)口踢役病毒(10~22nm)植物病毒：甜菜黄叶病毒(1250nm)南瓜花病毒(22nm)噬菌体病毒：大肠杆菌噬菌体T2、T4、T6头部：9060nm尾部：10020nm25nm大肠杆菌噬菌体f2二、病毒的化学组成与结构病毒的主要化学组成有蛋白质、核酸、少数较大的病毒含脂类和多糖，如痘病毒。脂类中磷脂占50~60%，其余则为胆固醇；多糖常以糖脂、糖蛋白形式存在。（一）化学组成（二）病毒结构整个病毒体可以分成两部分：蛋白质部分和核酸部分病毒的三种结构：1.衣壳粒以对称的方式，有规律地排列，构成病毒的蛋白质外壳，称蛋白质衣壳(Capsid)；2.衣壳中包含病毒的核酸，即核髓；3.有的病毒的核衣壳外还有被膜(Envelope)包围。核髓和衣壳合称核衣壳。完整的病毒颗粒称病毒粒子(Virion)。裸露的病毒粒子有被膜的病毒粒子衣壳粒衣壳核髓核髓衣壳粒被膜（整个外层）核衣壳1.蛋白质衣壳蛋白质衣壳是由一定数量的衣壳粒（由一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位）按一定排列组合构成的病毒外壳，称蛋白质衣壳。由于衣壳粒的排列组合不同，使病毒有三种对称性构型：立体对称型、螺旋对称型和复合对称型立体对称型螺旋对称型复合对称型蛋白质衣壳的功能：蛋白质是病毒的主要成分，它主要用于构成病毒的外壳。以保护病毒的核酸。病毒蛋白质外壳决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在的受体有特异亲和力，能促进病毒粒子的吸附。病毒的蛋白质还决定其抗原性，会刺激机体产生相应的抗体。2.核酸内芯每种病毒只含有单一类型的核酸（DNA或RNA）。动物病毒有的是DNA型，有的是RNA型；植物病毒绝大多数属RNA型，少数为DNA型，噬菌体多数为DNA型，少数为RNA型。核酸内芯的功能：决定病毒的遗传、变异和对敏感宿主细胞的感染力。3.被膜有的病毒的核衣壳外有一层松散的被膜（囊膜），被膜主要由蛋白质（常为糖蛋白）和脂类组成。病毒的结构蛋白质衣壳核酸被膜第三节病毒的繁殖一、病毒的繁殖过程二、病毒的溶原性一、病毒的繁殖过程病毒复制研究得较为清楚的是大肠杆菌T系噬菌体。其繁殖过程包括：吸附(Absorption)——侵入(Penetration)——增殖(Breeding或复制Replication)——成熟(Maturity或称装配Assembly)——释放(Release)。噬菌体蛋白质噬菌体DNA吸附侵入增殖成熟释放一、病毒的繁殖过程噬菌体的结构（一）吸附吸附是病毒感染宿主细胞的第一步。以大肠杆菌T系噬菌体的繁殖过程为例：首先，大肠杆菌T系噬菌体以它的尾部末端吸附到敏感细胞表面上某一特定的化学成分，或是细胞壁，或是鞭毛，或是纤毛。病毒对宿主细胞的吸附具有高度的特异性。噬菌体吸附位点是细菌表面的特定受体，这些受体是细胞表面的化学组分。如：流感病毒的受体为糖蛋白。（二）侵入病毒侵入的方式以T系噬菌体最复杂：动物病毒往往通过动物细胞吞噬(Phagocytosis)或胞饮(Pinocytosis)而进入细胞。病毒进入细胞后，核酸再与蛋白质外壳分离。植物病毒通过表面伤口或借助昆虫器进入植物体。大肠杆菌T系噬菌体以其尾部吸附到敏感菌的表面后，将尾丝展开，通过尾部的突刺固着在细胞上；然后用尾部释放的酶水解细胞壁的肽聚糖，使菌壁产生一小孔；接着尾鞘收缩，将尾髓压入细胞。（如左图）（三）增殖（复制）病毒侵入细胞后，宿主细胞的代谢将发生变化，它的生物合成将受到病毒核酸的遗传信息控制。病毒利用宿主的RNA聚合酶等进行转录，生成噬菌体的mRNA。再由宿主的蛋白质合成体系进行翻译，合成复制噬菌体DNA所需要的酶类。（四）聚集（装配）当所有噬菌体的成分合成完毕后，就开始装配，形成大量的子代噬菌体。如大肠杆菌噬菌体T4的装配过程：先合成含有DNA的头部，然后合成尾部的尾鞘、尾髓和尾丝，装配成一个完整的噬菌体。（五）释放噬菌体粒子成熟后，籍细胞裂解而释放出来，重新感染新的宿主细胞。细胞裂解可导致肉眼可见的培养物溶解，即产生噬菌体斑或使液体培养物由浑浊变清。但是也有例外，如线性噬菌体fd成熟后，并不破坏细胞壁，而是从宿主细胞中钻出来，细菌细胞仍可继续生长。二、病毒的溶源性烈性噬菌体：感染宿主细胞后，立即引起细胞裂解的噬菌体称为烈性噬菌体。温和性噬菌体：感染宿主细胞后，并不马上引起细胞裂解，而是以“原噬菌体”方式整合在宿主细胞的DNA中，随寄主繁殖而延续传代的噬菌体称为温和性噬菌体或溶源性噬菌体。含有温和噬菌体核酸的宿主细胞就称作溶原细胞。噬菌体有烈性噬菌体和温和性噬菌体两种类型：病毒侵入细胞的两种反应宿主DNA噬菌体DNA裂解反应溶原性反应溶原性是细菌的遗传特性，即每个溶原性细菌的子细胞一般也是溶原性的。在溶原性细菌内的温和噬菌体核酸称原噬菌体。原噬菌体不同于营养期的噬菌体，它没有感染性，对宿主一般无不良影响。细菌的溶原性溶原性细菌的特征：1.具有产生噬菌体的潜在能力：溶原性细菌培养时，大多数原噬菌体不进行营养繁殖，但少数会自发脱离染色体，导致细菌裂解。2.具有抗同原噬菌体感染的“免疫性”。即溶原性细菌对其本身产生的噬菌体或外来的同源性噬菌体不敏感，这些噬菌体虽然可以进入溶原性细菌，但不能增殖，也不能导致溶原性细菌细菌的裂解。3.溶原性细菌的复愈。溶原性细菌有时会丢失原噬菌体，又成为非溶原性细菌，称为溶原性细菌的非溶原化，此时，溶原性细菌并没有发生裂解。4.获得新的生理特性。如白喉杆菌只有感染了特定的原噬菌体后，才会产生白喉毒素，引起被感染机体发病。第四节病毒的培养一、病毒的培养特征二、病毒的培养基三、病毒的培养一、病毒的培养特征（一）病毒在液体中的培养特征将噬菌体的敏感细菌接种在液体培养基中，经培养后敏感细菌均匀分布在培养基中而使培养基浑浊。然后接种噬菌体，敏感细菌被噬菌体感染后发生菌体裂解，原来浑浊的悬浮液变成透明的溶液。（二）病毒在固体培养基中的培养特征将噬菌体的敏感细菌接种在固体培养基上生长形成许多菌落，当接种稀释适度的噬菌体后引起点性感染，在感染点上进行反复的感染过程，宿主细菌菌落就一个个地被裂解成一个个的空斑，这些空斑就叫噬菌斑。二、病毒的培养基敏感细胞要具备如下条件：1.必须是活的敏感动物或活的敏感动物组织细胞；2.能提供病毒附着的受体；3.敏感细胞内没有破坏特异性病毒的限制性核酸内切酶。病毒是专性寄生在活的敏感宿主细胞内才能生长繁殖的微生物。所以病毒的培养基——活的敏感细胞。三、病毒的培养（一）动物病毒的培养动物病毒的培养方法有动物接种、鸡胚接种和组织培养技术。现在动物接种很少用，仅柯萨奇A病毒组（肠病毒）的分离仍用此法。鸡胚接种常用于分离流感病毒，鸡胚的羊膜腔和尿囊腔用作常规注射部位，如痘病毒被注射入绒毛尿囊膜上，以呈现在尿囊膜表面的痘斑或痘疱进行计数。鸡胚注射（二）噬菌体的分离培养用双层琼脂法培养。首先制作底层琼脂培养基：适合某种宿主细菌的生长；再制作含宿主细菌的软琼脂培养基，加入噬菌体，倒入先前制作的琼脂平板上，凝固后培养。第五节病毒对物理、化学因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果一、病毒对物理因素的抵抗力二、病毒对化学因素的抵抗力三、病毒对抗菌物质的抵抗力四、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除效果一、病毒对物理因素的抵抗力1.温度一般情况下，高温使病毒的核酸和蛋白质衣壳受损伤，高温对病毒蛋白质的灭活比对病毒核酸的灭活要快。2.光及其他辐射（1）紫外辐射：紫外光可以使病毒的核酸受到损伤。UV促使胸腺嘧啶形成胸腺嘧啶二聚体尿嘧啶水合反应（2）可见光：日光对病毒也有灭活作用（3）离子辐射：X射线射线对病毒也有灭活作用。3.干燥相对湿度较低时，病毒存活时间较短，反之，相对湿度较高，则病毒容易存活。二、病毒对化学因素的抵抗力病毒的灭活分为体内灭活和体外灭活。体内灭活的化学物质有：抗体和干扰素抗体：是病毒入侵有机体后，由机体产生的一种特异性蛋白，用以抵抗入侵的外来病毒。干扰素：宿主抵抗入侵病毒而产生的一种糖蛋白，可以诱导宿主产生一种抗病毒蛋白，使病毒灭活。二、病毒对化学因素的抵抗力体外灭活的化学物质有：酚、低渗缓冲溶液、甲醛、亚硝酸、氨、醚类、十二烷基硫酸钠、氯仿、去氧胆酸钠、氯（此氯酸、二氧化氯、漂白粉）、溴、碘、臭氧、乙醇、强酸、强碱及其它氧化剂等。三、病毒对抗菌物质的抵抗力抗生素：链酶菌、青霉菌、藻类等会分泌出一些抗生物质。抗生素对大多数病毒无灭活作用。四、病毒在在污水处理过程中的去除效果在污水处理过程中，分一级、二级和三级处理。一级处理是物理过程，以过筛、除渣、初级沉淀为目的；二级处理是生物过程，以生物吸附、和降解和絮凝沉降为目的，病毒去除率在90%~99%；三级处理是深度处理。病毒主要是通过三级处理，使废水中的病毒得到灭活。三级处理是继生物处理之后的深度处理，有生物和化学及物理的处理过程。它包括絮凝、沉淀、过滤和消毒（加氯或臭氧）过程，进一步去除有机物、脱氮和除磷。病毒的化学组成、结构噬菌体的繁殖过程病毒和细菌的溶原性（概念：温和噬菌体、溶原细胞）本章要点病毒培养基的要求、培养基及在液体、固体培养基上的培养特征（概念：噬菌斑）病毒的特点