第二章病毒

第一章非细胞结构的超微生物——病毒烟草mosaic病毒登革热病毒照片冠状病毒非典病毒爱滋病毒冠状病毒丝状病毒,如病毒出血热杆状病毒，如烟草病毒痘病毒，如天花多瘤乳头病毒，如宫颈癌噬菌体副粘病毒，如腮腺炎弹状病毒，如狂犬病腺病毒，上呼吸道感染流感病毒球状噬菌体直径只有30nm最大的病毒仅300~450×170~260nm只能用电子显微镜观察（×10～18万倍）主要内容：病毒的一般特征及其分类病毒的形态和结构病毒的繁殖病毒的培养病毒对物理化学因素的抵抗力病毒的危害、对策与应用病毒：19世纪末才被发现的、没有细胞结构、专性寄生在活的敏感宿主体内的超微小微生物。病毒定义病毒是一类超显微的非细胞生物，每一种病毒只含有一种核酸；它们只能在活细胞内营专性寄生，靠其宿主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分，然后再进行装配而得以增殖；在离体条件下，它们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。非细胞生物真病毒Euvirus亚病毒subvirus至少含核酸和蛋白质二种组分类病毒拟病毒朊病毒只含具侵染性的RNA组分含不具独立侵染性的RNA组分只含蛋白质类病毒viroid1922年在美国发现了一种严重影响马铃薯产量的马铃薯纺锤形块茎病(Potatospindletubedisease，PSTD)。1960年以来，在我国的黑龙江省也发现了这类病毒，造成马铃薯减产20～70％。1971年瑞士的T.O.Diener经过研究证实：是一种不具蛋白质衣壳，仅有RNA组成的新病毒，称它为马铃薯纺锤形块茎病类病毒(Potatospindletuberviroid，PSTV)。类病毒是当今所知道的只含RNA一种核酸的最小的，专性细胞内寄生的分子生物。目前只在植物体中发现。拟病毒Virusoid1981年Randles等在绒毛烟草(Nicotianavelutina)上分离到一种直径为30nm的二十面体病毒，称为绒毛烟斑驳病毒(VTMoV，velvettobaccomottlevirus)。当他们在鉴定该病毒时，发现其基因组除含一种大分子线状ssRNA(称RNA-1)外，还含有一种类似于类病毒的环状ssRNA分子(称RNA-2)及它的线状形式(称RNA-3)。进一步研究表明，对VTMoV的RNA-1和RNA-2进行单独接种时，都不能感染和复制，只有把两者合在一起时才可以感染和复制。因此，这种环状ssRNA分子(RNA-2)是一种类似于类病毒的新型RNA分子，于是Haseloff等(1982)将这种包被于病毒（辅助病毒）衣壳内的环状RNA分子称为拟病毒。又称类类病毒(viroid-like)或病毒卫星。朊病毒prion又称“普列昂”或蛋白质侵染因子，是一类不含核酸的传染性蛋白质分子；羊瘙痒病是羊的一种中枢神经系统退化性紊乱疾病。表现为毛脱落，皮肤瘙痒，失去平衡和后肢麻痹等症状。1982年美国的S.B.Prusiner发现羊搔痒病的病原体是一种蛋白质，称朊病毒，杆状颗粒，呈丛状排列，直径25nm，长100~200nm；病毒的发现1886年，A.Mayer发现具有传染性的烟草花叶病；1892年，D.Ivanovsky（伊万诺夫斯基）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”或极小的细菌；1898年，MWBeijerinck对烟草花叶病病原体的进行研究。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。FWTwort(1915年)、Fd’Herelle(1917年)，分别发现细菌(Shigelladysenteriae)病毒。即陶尔特—第赫兰尔现象。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；第一节病毒的一般特征及其分类一、病毒的一般特征形体极其微小（0.2um），必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器；“分子生物”：没有细胞结构，大多数由蛋白质和核酸组成，有的含有类脂质、多糖等，只有一种核酸（DNA或RNA）。既无产能酶系也无蛋白质合成系统；在宿主细胞的协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体的生长和二分裂法等细胞繁殖方式；在宿主的活细胞内营专性寄生；在离体条件下，能以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶；对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。由于病毒与其他微生物差别很大，具自身独有的特点，所以把它单列为一界—病毒界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----+存在状态感染态：在宿主体内，专性寄生，具有生命的超微小生物。非感染态：宿主体外，呈现不具生命特征的大分子物质，并长期保持感染宿主的潜在能力。其分类依据主要有：病毒的宿主、所致疾病、核酸种类、病毒粒子的大小、病毒的结构、有无被膜等。（1）根据病毒不同的专性宿主，可把病毒分为：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（噬藻类体）、真菌病毒（噬真菌体）动物病毒寄生在人体和动物体内引起人和动物疾病：如流行性感冒、水痘麻疹、腮腺炎、乙型脑炎、脊髓灰质炎、甲型肝炎、乙型肝炎、天花、爱滋病等。植物病毒引起植物疾病：烟草花叶病、番茄丛矮病等。噬菌体寄生在细菌体内引起细菌疾病，如用蓝细菌噬菌体控制水华。（2）按核酸分类，可把病毒分为：DNA病毒和RNA病毒。二、病毒的分类第二节病毒的形态和结构一、病毒的形态和大小病毒的形状•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)典型的病毒粒子的形态T-噬菌体烟草花叶病毒腺病毒流感病毒螺旋对称壳体：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。若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒壳体多取二十面体对称（icosahedralsymmetry）结构。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。病毒有五种形态：①球形：大多数人类和动物病毒，如脊髓灰质炎病毒；②丝形：多见于植物病毒，如烟草花叶病病毒；③子弹形：形似子弹头，如狂犬病病毒。④砖形：如痘病毒；⑤蝌蚪形：如噬菌体。其中①为二十面体对称;②、③为螺旋对称;④、⑤复合对称。数种病毒与细菌大小之比较病毒的大小：单位为nm，即10-9m支原体痘病毒疱疹病毒流感病毒1μ葡萄球菌细小核糖核酸病毒天花病毒200×300nm病毒的大小常用纳米(nm)来度量，病毒大小从10~300nm之间；通常大小在100nm左右。口蹄疫病毒10nm脊髓灰质炎病毒有代表性的若干病毒的直径或大小二、病毒的化学组成和结构成熟的、具有侵染力的单个病毒颗粒常称作病毒粒子。其化学组成和结构为：由于病毒是非细胞生物，故单个病毒个体不能称作“单细胞”，这样，就产生了病毒粒子（virion）的名词。病毒粒子有时也称病毒颗粒（virusparticle），是指成熟的、结构完整的单个病毒。核酸(DNA或RNA)衣壳(蛋白质)；由衣壳粒构成由蛋白质、多糖和脂类构成,上常有刺突；如流感病毒.核衣壳囊膜(有的病毒具有)病毒结构壳体核酸囊膜刺突核衣壳病毒的粒子的基本结构病毒的主要化学组成：病毒蛋白：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。核酸：RNA或DNARNA多为ss，DNA多为ds。脂类和糖类：是病毒被膜（囊膜）的组成成分如：痘病毒、腮病毒等。RNA核衣壳图6-5烟草花叶病病毒结构（螺旋对称）病毒蛋白质的功能保护病毒使其免受环境的影响决定病毒感染的特异性，使病毒与敏感细胞表面特定部位有特异亲和力致病性、毒力和抗原性病毒核酸的功能DNA或RNA，只含其中一种核酸是病毒分类学中最可靠的分子基础病毒粒子中最重要成分：决定病毒遗传、变异和感染力核酸类型病毒代表动物病毒植物病毒微生物病毒DNAssDNA线状细小病毒H-1等玉米条纹病毒等待发现环状待发现待发现E.Coli的M13噬菌体等dsDNA线状单纯疱疹病毒等待发现E.Coli的T系和λ噬菌体环状猿猴病毒40等花椰菜花叶病毒等铜绿假单胞菌的PM2噬菌体等RNAssRNA线状脊髓灰质炎病毒等豆花叶病毒等E.Coli的MS2噬菌体等dsRNA环状呼肠孤病毒等玉米矮缩病毒等各种真菌病毒的噬菌体等第三节病毒的繁殖——以噬菌体为例一、病毒的繁殖过程裂性噬菌体增殖吸附、侵入、复制与装配、释放1、吸附是指病毒以其特殊结构（吸附位点）与宿主细胞表面的特异受体（受体位点）发生特异性结合的过程。如噬菌体是以其尾丝尖端的蛋白质吸附在菌体表面的特异受体上的。吸附具有高度专一性，即只有当吸附位点与受体位点为合适的匹配，吸附才能够发生。吸附脱壳侵入复制合成装配释放受体（脂蛋白、脂多糖、磷壁酸）吸附是病毒感染细胞的第一步，病毒对寄主细胞的吸附有高度的特异性，是吸附在寄主细胞表面的某种特定受体（细胞壁的化学成分、性菌毛等）上。受体实际上是细胞表面的一定化学组成部分，如流感病毒的受体是糖蛋白，存在于敏感动物红细胞及黏膜细胞上。脊髓灰质炎病毒的受体是脂蛋白，存在于对病毒敏感的人或猴的肠道和神经细胞表面。没有受体位点时，病毒不能吸附，也就不能感染。如果受体位点发生改变，寄主细胞就对病毒感染产生了抗性。T噬菌体的侵染复制过程2、侵入•过程：尾丝收缩、释放溶菌酶、尾丝尾鞘收缩、DNA注入病毒或其一部分进入宿主细胞的过程称侵入。T4噬菌体侵入E.coli的过程是：吸附后，尾丝收缩，使尾管触及细胞壁，尾管所含酶类物质可使细胞壁产生一些小孔（尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖产生一小孔），然后尾鞘收缩，尾髓刺入细胞壁，并将核酸注入细胞内，蛋白质外壳留在细胞外。动物病毒多数通过胞饮和吞噬作用整个进入宿主细胞，被膜病毒也可通过膜融合使核衣壳进入宿主细胞，裸露的20面体病毒可直接穿入。植物病毒往往借宿主细胞受外力损伤而侵入（伤口、昆虫刺吸）。侵入方式：（1）注入（细菌病毒）、（2）伤口、昆虫刺吸（植物病毒）（3）吞噬（动物病毒）病毒侵入宿主的方式视宿主细胞性质而定。3复制与装配噬菌体核酸进入宿主细胞后，一方面抑制宿主细胞的正常生长，一方面利用宿主细胞内的原料与合成系统，合成噬菌体的核酸和蛋白质。装配：就是将合成的病毒各部件组装在一起成为成熟病毒粒子的过程。主要步骤有：DNA分子的缩合——通过衣壳包裹DNA而形成头部——尾丝及尾部的其它部件独立装配完成—头部与尾部相结合——最后装上尾丝，至此，一个个成熟的形状、大小相同的噬菌体装配完成。病毒的核酸和蛋白质是分别合成的，因而需要将它们组装在一起才能成为成熟的病毒粒子。装配就是将合成的病毒各部分组装在一起成为成熟病毒粒子的过程。成熟的病毒粒子从被感染细胞内转移到外界的过程。没有包膜的病毒合成溶解细胞的酶，引起内裂解。有包膜的病毒以下图方式进行：流感病毒中，其核衣壳迁移到细胞质膜上，在芽出穿过细胞膜的过程中裹上包膜，然后释放。释放出的病毒可再次进行新的感染。4释放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膜糖蛋白取代。刺突（spike）：包膜或核衣壳上的突起。二、噬菌体的溶原性噬菌体感染细菌细胞后引起细胞的破裂，这类噬菌体称为烈性噬菌体。另一类噬菌体—温和噬菌体，它感染细菌后，细