环境微生物学教案-病毒

授课教案教学院（部）任课教师授课题目病毒授课时间授课类型理论课■讨论课□实验或实习课□习题课□其他□所用教材《环境工程微生物学》教学目标和要求1.知识目标：了解病毒的概念；掌握病毒的特点、大小、形态、化学组成和结构。2.能力目标：掌握病毒的概念。教学重点1.病毒的结构和对称形式。教学难点1.病毒的结构和对称形式。教学方法讲授■讨论□启发□演示□辩论□讲练结合□其他□教学手段板书■多媒体■模型□实物□标本□录像带□挂图□幻灯片□其他□教学过程设计导课_____2_____分钟；讲授新课内容____40__分钟；总结_____2____分钟；布置作业______1____分钟。具体教学内容与过程备注第一部分导课先回顾上节课的重点内容。微生物分类-病毒界第二部分讲授新课一、病毒的概念非细胞型微生物包括病毒和亚病毒。*病毒（virus）是一类体积微小，没有细胞结构，但有遗传、变异、增殖、侵染等生物特征，专性活细胞内寄生的、在活体外能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性的生物。病毒可以作为遗传信息的载体。病毒形体微小，直径为10-400nm。口蹄疫病毒(foot-and-mouthdiseasevirus,FMDV)的直径为22nm，略大于核糖体，痘苗病毒（Poxvirus）的体积为100nm×200nm×300nm，接近细菌体积。另外，由于病毒能通过细菌滤器，也称为“滤过性”生物。二、病毒的特性1.个体很小，在电子显微镜下才能看到。大多数病毒不能在光学显微镜下看到，只能借助电子显微镜观察，称为“超显微”生物。2.不具细胞结构，具有一般化学大分子的特征。简单的病毒仅有核酸和蛋白质外壳构成，故可把它们视为核蛋白分子。3.一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，DNA或RNA。阮病毒仅有蛋白质4.大部分的病毒没有酶或酶系极不完整，不含催化能量合成的酶，不能进行独立的代谢作用。5.严格的活细胞内寄生，没有核糖体，没有个体生长和二均分裂;必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制，形成子代。病毒增殖的方式不是二分裂,而是自我复制。6.对一般抗生素不敏感，但对于干扰素敏感。抗生素是对付细菌的,不是对付病毒的。干扰素具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫及抗肿瘤作用。7.在离体条件下,能以无生命的生物大分子状态存在,并可以长期保持侵染活性。8.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。温和型病毒三、病毒的分类动物病毒植物病毒细菌病毒（噬菌体）放线菌病毒（噬放线菌体）藻类病毒（噬藻体）真菌病毒（噬真菌体）艾滋病毒：血液途径传播,性途径传播,母婴途径传播。脊髓灰质炎病毒：病毒常侵犯中枢神经系统，损害脊髓前角运动神经细胞，通过消化道传播。SARS病毒：呼吸系统感染肝炎病毒：除了甲型和戊型病毒通过肠道感染外，其他类型病毒均通过密切接触、血液和注射方式传播。狂犬病病毒：狂犬病病毒宿主范围广，可感染鼠，家兔、豚鼠、马、牛、羊、犬、猫等，侵犯中枢神经细胞中增殖。人狂犬病主要被患病动物咬伤所致，或与畜密切接触有关。也可能通过不显性皮肤或粘膜而传播。EBV埃博拉病毒：是一种能引起人类和灵长类动物产生埃博拉出血热的烈性传染病病毒，有很高的死亡率。不能通过非墨传播，通过唾液等分泌物直接接触传播。天花病毒：主要经呼吸道黏膜侵入人体，通过飞沫吸入或直接接触而传染。米米病毒是世界已知最大病毒。法国地中海大学微生物专家，于1992年在英国发现。寄生在阿米巴变形虫中，直径可达800nm。“米米病毒”的DNA包含约1260个基因，并且有50个基因编码，具有DNA修复以及将信使核糖核酸转化为蛋白质的能力。此外，它还能自行制造150种蛋白质。第二节病毒的形态和结构一、病毒的化学组成病毒的主要化学成分是核酸和蛋白质，也含有脂质和多糖。病毒的基本结构由核酸（nucleicacid）和蛋白质衣壳（capsid）组成；核酸为DNA或RNA，每种病毒只含一种核酸；衣壳由衣壳粒（capsomers）组成，衣壳粒的化学成分是蛋白质。病毒蛋白的主要功能：A.病毒粒子外壳，保护病毒核酸活性。B.感染的特异性。C.具有酶活性溶菌酶神经氨酸酶DNA和RNA聚合酶RNA转录酶逆转录酶。核酸的主要功能:病毒遗传变异和对宿主细胞的感染力。核酸与衣壳合称核衣壳（nucleocapsid）。由核衣壳构造而成的病毒粒子，称为简单病毒粒子。由核衣壳和包膜（脂质和糖蛋白）构造而成的病毒粒子，称为复合病毒粒子。二、病毒的形态结构（一）病毒的大小绝大多数病毒都是能够通过细菌过滤器的微小颗粒，大小在10—400nm的范围内，必须在电镜下观察。最大的病毒：200×300nm牛痘病毒（smallpox）最小的病毒之一d=20nm口蹄疫病毒。大多数病毒不能在光学显微镜下看到，只能借助电子显微镜观察，称为“超显微”生物。另外，由于病毒能通过细菌滤器，也称为“滤过性”生物。（二）病毒的形状病毒的形态有球状、卵圆状、砖状、杆状、丝状、蝌蚪状等。杆状或丝状(大多为植物病毒)多面体或球形(大多为动物、真菌病毒)（三）病毒的结构•廿面体对称的结构(球状)•螺旋对称的结构(杆状)•复合对称的结构(蝌蚪状)（四）病毒的群体形态包涵体是外源基因在原核细胞中表达时，尤其在大肠杆菌中高效表达时，形成的由膜包裹的高密度、不溶性蛋白质颗粒。噬菌斑：在固体培养基上的细菌，由于噬菌体侵染后出现的透明空斑叫噬菌斑。空斑（lacuna）在将产生大肠杆菌素的细菌和对该种大肠杆菌素敏感的指示菌与软琼脂混合涂在琼脂面上培养时，即可见到单个细胞产生的大肠杆菌素对指示菌起生长抑制作用的小形抑制斑，这就是空斑。枯斑(lesion)第三节病毒的繁殖一、烈性病毒繁殖的主要过程（重点和难点）病毒感染宿主细胞后，病毒的核酸进入宿主细胞，通过复制与表达，产生子代病毒的基因组和蛋白质，然后装配成子代的毒粒，并以一定的方式释放到细胞外，病毒的这种特殊的繁殖方式称作复制（replication）。1、吸附2、侵入和脱壳3、生物合成4、装配5、释放a)吸附和侵入宿主对噬菌体的吸附具有高度特异性。吸附过程一方面取决于宿主细胞表面受体位点的结构，另一方面取决于噬菌体尾部吸附位点的结构。噬菌体被吸附到敏感细菌表面后，将尾丝展开并固着于细胞上。尾鞘收缩将头部的核酸通过中空的尾髓压入细菌细胞内，蛋白质外壳则留在细菌细胞外。一种细菌可以吸附几种噬菌体，但只允许其中一种噬菌体侵入。噬菌体尾鞘并非为侵入所必需，但尾鞘收缩可明显提高噬菌体注入核酸的速度。噬菌体核酸和蛋白质的合成噬菌体DNA进入宿主细胞后，立即利用宿主细胞的RNA聚合酶，以噬菌体DNA为模板转录早期mRNA，由早期mRNA翻译噬菌体复制所需的酶类并抑制宿主细胞代谢所需的调节蛋白。在这些酶的催化下，以噬菌体DNA为模板，合成子代DNA。噬菌体DNA开始复制后，DNA继续被转录，产生晚期mRNA。由晚期mRNA翻译组成噬菌体外壳的结构蛋白（如头部蛋白和尾部蛋白）。噬菌体的装配噬菌体核酸和蛋白质分别合成后，就开始装配，形成大量成熟和有侵染力的子代噬菌体。例如，在大肠杆菌T4噬菌体的DNA、头部、尾鞘、尾髓、基板、尾丝等合成后，DNA收缩聚集，外壳蛋白形成20面体的噬菌体头部并将DNA包围在内，尾鞘、尾髓、基板、尾丝等装配成尾部，再与头部连接，最后装配成子代噬菌体。噬菌体的释放成熟的噬菌体通过宿主细胞裂解而释放。细菌裂解可导致液体培养基内的培养物由混浊变清；也可导致培养基平板上的培养物形成噬菌斑*（plaque）。但也有噬菌体（如丝状噬菌体fd）成熟后，不裂解宿主细胞而从中钻出来，宿主细胞可以继续生长。从被吸附到粒子成熟释放，大肠杆菌T系偶数噬菌体大约需要15-30分钟。二、噬菌体的溶原性烈性噬菌体：病毒粒子复制装配释放从而导致寄主细胞崩溃的噬菌体。温和噬菌体：侵入宿主细胞后，其核酸附着并整合在宿主染色体上，与寄主核酸同步复制而不导致寄主细胞裂解的噬菌体。——溶原现象溶源细胞：含有温和噬菌体的寄主细胞原噬菌体：溶源细胞中的噬菌体。溶源性细胞的特点溶源性：溶源性细菌稳定的遗传特性；自发裂解：机率低0.001%-0.1%；诱发裂解：溶源菌在紫外线、Χ射线、氮芥、乙烯亚胺等因子作用下发生高频裂解；复愈性；免疫性。溶源性：溶源性细菌稳定的遗传特性；自发裂解：机率低0.001%-0.1%；原因：少数溶源菌中的温和噬菌体转变成烈性噬菌体。诱发裂解：溶源菌在紫外线、Χ射线、氮芥、乙烯亚胺等因子作用下发生高频裂解。复愈性：在溶源菌细菌群体增殖时，部分细胞丧失细胞内的噬菌体，成为非溶源性细菌。免疫性：溶源菌对已感染的噬菌体以及其同源噬菌体具抵制能力。第四节病毒的测定1、一步生长试验一步生长试验（onestepgrowthexperiment）是用于定量研究噬菌体增殖的一种方法。将噬菌体稀释液与敏感细菌培养物混合，使细菌过量，以免一个细菌受一个以上噬菌体感染。噬菌体被吸附数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清，以中和未被吸附的噬菌体。然后用温肉汤稀释上述混合培养物，消除抗血清的影响。在30min内，每隔几分钟从混合培养物中取样，接入敏感细菌的菌苔平板，将平板培养6~8h后，对每一平板上出现的噬菌斑进行计数，以培养时间为横坐标，以噬菌斑数目为纵坐标，可绘出一步生长曲线*（onestepgrowthcurve）。2、重要特性参数*从噬菌体被吸附至宿主细菌表面到新的噬菌体被宿主细菌释放所经历的时间，称为潜伏期（latentperiod）。潜伏期可分为隐蔽期和显现期。在隐蔽期，宿主细胞不含完整、具有感染性的病毒粒子。在显现期，宿主细菌含有完整、具有感染性的病毒粒子，但没有释放。经过潜伏期，被感染的细菌开始裂解，所形成的噬菌斑数目急剧增加，曲线上升；被感染的细菌完全裂解后，噬菌斑数目达到稳定，曲线趋平。从噬菌斑开始出现到噬菌斑数目达到稳定所经历的时间，称为裂解期（lysisperiod）。每个被感染的宿主细菌所释放的新噬菌体的平均数量，称为裂解量（burstsize）。第五节理化因子对病毒的影响一、物理因子1.温度1)高温：对热不稳定，55—65℃，30—60min灭活。原因：蛋白质和核酸受损2)低温：病毒保持感染性。2.光及其他辐射病毒对紫外光、X—射线、γ—射线等均较敏感，能够被灭活。紫外光使病毒核酸受损，核苷酸链上邻近的胸腺嘧啶形成二聚体。3.渗透压低渗透压使肠道病毒灭活。4.干燥相对湿度低，有被膜病毒存活好；相对湿度高，无包膜病毒存活好。二、化学因素体内灭活1.干扰素:是宿主细胞抵抗侵入的病毒而产生的一种糖蛋白，它进而诱导宿主产生一种抗病毒蛋白，将病毒灭活，间接作用。2.抗体：由B细胞产生的可溶性蛋白，能与抗原相互作用，也叫免疫球蛋白。抗原：能与免疫系统中特异性免疫组分相互作用的分子。体外灭活pH、酚甲醛醇醚亚硝酸强酸强碱氯物质/因素影响备注pH破坏蛋白质衣壳和核酸pH6.0—8.0：稳定，pH5以下或pH9以上：迅速失活；氯、臭氧破坏蛋白质和核酸包括次氯酸、二氧化氯、漂白粉等；酚破坏蛋白质的衣壳常用于分离有感染性的核酸。甲醛破坏核酸不改变抗原特性。亚硝酸破坏核酸导致嘌呤和嘧啶碱基的脱氨作用。氨可引起RNA裂解醚、十二烷基硫酸钠、氯仿、去氧胆酸钠破坏被膜有囊膜的病毒容易被脂肪溶剂破坏；可用于鉴别病毒有无被膜，第七节动物及植物病毒一、艾滋病病毒二、埃博拉出血热（EBV）——烈性病毒三、禽流感四、手足口病（Hand-foot-mouthdisease,HFMD）五、昆虫病毒六、植物病毒第三部分总结1.病毒的分类2.病毒的特征3.病毒的结构4.繁殖过程5.溶源性细胞的特征6.噬菌体的一步生长曲线7.理化因子对病毒的影响布置作业简要说明烈性噬菌体（病毒）的繁殖过程和特点。从其繁殖特点分析它们与人类生产实践的关系。教学反思通过大量的图片展示病毒的形态和大小；着重介绍与人类关系密切的一些病毒。