环境工程微生物学-3病毒新

第三章病毒与亚病毒第一节病毒第二节亚病毒第三节病毒与实践第一节病毒概述病毒的形态和结构病毒的复制病毒的溶原性病毒对理化因素抵抗力一、病毒的特点和定义第一节概述1、特点1）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征。2）一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，DNA或者RNA。3）大部分病毒没有酶或酶系极不完全，不含催化能量代谢的酶，不能进行独立的代谢作用。4）严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体，没有个体生长，也不进行二均分裂，必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制，形成子代。5）个体微小，在电子显微镜下才能看见。6）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳（coat）构成，故可把它们视为核蛋白分子。朊病毒甚至仅由蛋白质构成例如利福平可抑制痘病毒复制病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。第一节概述1、特点一、病毒的特点和定义病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体第一节概述1、特点一、病毒的特点和定义单细胞微生物与病毒性质的比较aDNA病毒和RNA病毒中的一部分;b性质细菌立克次氏体支原体衣原体病毒直径大于300nm++±±-在无生命培养基生长+-±--专性活细胞内寄生-+±++双分裂++++-含有DNA和RNA++++-核酸感染性----+a核糖体++++-产能代谢++++-细胞膜++++-对抗生素的敏感++++-b对干扰素的敏感----+第一节概述2、定义一、病毒的特点和定义迄今仍无一个科学而严谨的定义病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物，它的DNA或RNA基因组被其所编码的蛋白质壳体化（encapsidation）。-------------（Fields等，1990年）非细胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒(subvirus)类病毒（viroid)：只含具侵染性的RNA组分拟病毒（virusoid)：只含有不具侵染性的RNA组分朊病毒（prion)：只含蛋白质二病毒的宿主范围第一节概述病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性噬菌体（phage）、植物病毒（plantviruses）动物病毒（animalviruses）第一节概述同微生物学其他学科分支一样，病毒学的进步完全得益于研究方法和技术手段的发展。通过病毒的分离与纯化获得纯化的、有感染性的病毒制备物是病毒学研究和实践的基本技术。1、病毒的培养病毒的培养：二元培养物法四、病毒的培养和纯化1、病毒的培养噬菌体细菌培养物培养液营养琼脂平板细菌培养液变清亮细菌平板成为残迹平板若是噬菌体标本经过适当稀释再接种细菌平板，经过一定时间培养，在细菌菌苔上可形成圆形局部透明区域，即噬斑（plague）。双层平板法优点：①弥补玻璃皿底面不平的缺陷②所形成全部噬菌体斑都接近处于同一平面上③形成的噬菌斑较大，更有利于计数噬菌斑蛋白质提纯方法（盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等）四、病毒的培养和纯化2、病毒纯化标准纯化的病毒制备物应保持其感染性病毒是有感染性的生物体病毒具有化学大分子的属性纯化的病毒制备物的理化性质应具有均一性方法主要化学组成为蛋白质具有一定的大小、形状和密度差速离心梯度离心（超速离心）第二节毒粒的性质病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。毒粒（病毒颗粒）：病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式。一团能够自主复制的遗传物质保护遗传物质免遭环境破坏，并作为将遗传物质从一个宿主细胞传递给另一个宿主细胞的载体。蛋白质外壳包膜第二节毒粒的性质一、毒粒的形态结构1、病毒的大小和形状个体小，必需在电镜下观察；不同病毒的毒粒大小差别很大；毒粒的形状:动物病毒有球状、卵圆状、砖形植物病毒有杆状、丝状、球状噬菌体有蝌蚪状和丝状采用各种电镜技术观察毒粒的形态结构Orfvirus：口疮病毒(接触性脓疱皮炎病毒)（负染技术）Ebolavirus：埃博拉病毒（正染技术）Vacciniavirus痘苗病毒（投影技术）第二节毒粒的性质毒粒的化学组成毒粒（化学组成）核酸；蛋白质；脂类；碳水化合物；基本化学组成病毒颗粒在化学上表现为核蛋白二、毒粒的化学组成1、病毒的核酸核酸是病毒的遗传物质；一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是RNA；病毒核酸单链DNA（ssDNA，single-strandedDNA）；双链DNA（dsDNA）；单链RNA（ssRNA）；双链RNA（dsRNA）；二、毒粒的化学组成2、病毒的蛋白质病毒蛋白质结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于毒粒中的蛋白质。构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质壳体蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶；二、毒粒的化学组成2、病毒的蛋白质病毒结构蛋白的主要生理功能：1）构成蛋白质外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其它理化因子的破坏；2）决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在的受体具特异性亲和力，促使病毒粒子的吸附和入侵；3）决定病毒的抗原性，能刺激机体产生相应的抗体；4）构成毒粒酶，或参与病毒对宿主细胞的入侵（如T4噬菌体的溶菌酶等），或参与病毒复制过程中所需要病毒大分子的合成（如逆转录酶等）；一般来说，病毒是不具酶或酶系极不完全的，所以一旦离开宿主就不能独立进行代谢和繁殖。第二节病毒的性质2、病毒的壳体结构壳体或衣壳（capsid）：包围着病毒核酸的蛋白质外壳，由蛋白质亚基按对称的形式、有规律地排列而成，是病毒毒粒的基本结构。壳体结构类型螺旋对称壳体二十面体对称壳体复合对称结构螺旋对称壳体：亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。二十面体对称壳体：构成对称结构壳体的第二种方式是蛋白质亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。具有复合对称结构的典型例子是有尾噬菌体（tailedphage）,其壳体由头部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。一、病毒的形态结构3、病毒的包膜结构病毒包膜的基本结构与生物膜相似，是脂双层膜。在包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包糖蛋白取代。刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。第二节病毒的性质一、病毒的形态结构3、病毒的包膜结构病毒的蛋白质壳体和病毒核酸（核心）构成的复合物，又称核衣壳。核壳（nucleocapsid）：仅由核衣壳构成的病毒颗粒裸露毒粒（nakedvirion）：如烟草花叶病毒、脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）等一些简单的病毒的毒粒。包膜（envelope）：有些病毒核衣壳包裹着的一层脂蛋白膜，它是病毒以出芽（budding）方式成熟时，由细胞膜衍生而来的。有维系毒粒结构，保护病毒核壳的作用。特别是病毒的包膜糖蛋白，具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的。有包膜的病毒第二节病毒的性质一、病毒的形态结构4、病毒的结构类型四种主要结构类型裸露的二十面体；裸露的螺旋；有包膜的二十面体；有包膜的螺旋；有些病毒，如有尾噬菌体、痘病毒等结构更为复杂，不能包括在这些结构类型之内。不同病毒的毒粒结构复杂程度有很大的区别3、三类典型形态的病毒及其代表二十面体对称的代表-腺病毒复合对称的代表-T偶数噬菌体螺旋对称的代表-烟草花叶病毒(TMV)（1）螺旋对称的代表-烟草花叶病毒(tobacomosaicvirus,TMV)有三种类型：纤维状、直杆状和弯曲杆状。衣壳形似一中空柱，内包核酸，衣壳粒和核酸呈螺旋对称形排列。由95％衣壳Pr和5％SSRNA组成。蛋白质衣壳由衣壳粒（2130个）一个紧挨一个地呈螺旋排列而成，ssRNA位于衣壳内侧螺旋状沟中。（2）二十面体对称的代表－腺病毒(Adenovirus)具有20个面，30条边和12个顶角。核衣壳由不同数量的衣壳粒按一定方式排列成对称体。腺病毒粒子共由252个球形的衣壳粒排列成一个具有廿面的对称体，线状dsDNA。噬菌体X174只有12个衣壳粒，最大的廿面体是由1，472个衣壳粒组成的昆虫病毒粒子。绝大多数噬菌体为蝌蚪形，现以E.coliT4为例，介绍蝌蚪形噬菌体的结构：大肠杆菌T4噬菌体构造（3）复合对称的代表－T偶数噬菌体95nm95nm65nm24环颈环3、病毒的群体形态包涵体(inclusionbody)噬菌斑(plaque)空斑(plaque)枯斑(lesion)病毒的群体形态有：（1）包涵体（inclusionbody）概念：感染病毒的宿主细胞内，出现在光学显微镜下可见的大小、形态、数量不等的小体，称为包涵体。在宿主细胞内形成包涵体是病毒的特征，不同的病毒其形成的包涵体具有不同的形态、结构、和特性。包涵体在细胞中的形成部位：位于细胞核内—如包疹病毒位于细胞质内—如狂犬病毒等胞核内胞质都有—麻疹病毒包涵体（inclusionbody）是病毒的聚集体;是病毒的合成部位;是病毒蛋白和与病毒感染有关的蛋白质非病毒性包涵体,由化学因子或细菌感染形成包涵体的实践意义—-病毒鉴定、临床诊断依据。(2)噬菌斑(plaque)噬菌斑是指在宿主细菌的菌苔上，噬菌体使菌体裂解而形成的空斑。应用：1、噬菌体定量计数2、噬菌体的鉴定空斑和病斑在动物细胞培养物上的与噬菌斑类似的空斑,称为病斑.因为受肿瘤病毒感染。空斑和病斑用于动物病毒粒子的计数也可以采用噬菌斑法类似的技术。枯斑：植物病毒在植物叶片上形成的群体称为枯斑。第三节病毒的复制病毒的特点：严格细胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖。毒粒宿主细胞有繁殖性的病毒基因组具有感染性的毒粒消失病毒基因组复制、表达病毒核酸和蛋白质装配形成具有感染性的毒粒释放至细胞外原料；能量；生物合成场所；第三节病毒的复制病毒的复制：病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。第三节病毒的复制一、病毒的复制周期1、一步生长曲线（onestepgrowthcurve）1939年，MaxDelbruck&EmoryEllis：E.coli/bacteriopage1、用噬菌体的稀释液感染高浓度的宿主细胞；2、数分钟后，加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬菌体）；3、将上述混合物大量稀释，终止抗血清的作用和防止新释放的噬菌体感染其它细胞；4、保温培养并定期检测培养物中的噬菌体效价（对噬菌体含量进行计数）；5、以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线；该实验标志着分子病毒学、分子生物学和分子遗传学的建立MaxDelbruck因此荣获1969年NobelPrize一、病毒的复制周期1、一步生长曲线（onestepgrowthcurve）噬菌体复制（繁殖）的三个阶段：1、吸附期；游离的噬菌体吸附到宿主细胞2、潜伏期；从噬菌体吸附到细胞到释放出新噬菌体的最短时期3、裂解期；随着菌体不断破裂，新噬菌体数目增加，直到最高值一、病毒的复制周期1、一步生长曲线（onestepgrowthcurve）取培养物直接测定病毒数量将培养物过滤去细胞后测定病毒数量将细胞裂解后测定病毒的数量。前期可将培养物先离心去上清以消除未吸附病毒的影响裂解量：每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目。其值等于潜伏期受染细胞的数目除以稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。一、病毒的复制周期2、隐蔽期（eclipseperiod）在潜伏期的前一段，受染细胞内检测不到感染性病毒，后一阶