第一篇第1章病毒

第一章非细胞结构的超微生物——病毒了解病毒的形态、化学组成、结构和病毒的繁殖、培养。了解病毒对环境因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果。在微生物家族中比较特殊的是病毒。它们的个体实在太小，只有在电子显微镜下放大几万倍，才显露原形。与其他微生物不同，病毒没有细胞结构，只能在寄主细胞内繁殖。进入“病毒户口簿”的大约有2800种。病毒与人类关系极为密切，病毒能引起人类、动植物、昆虫的多种疾病，像艾滋病、肝炎等。目前人类还没找到一种对病毒有直接治疗效果的药说。当然，病毒并不全“坏”，它们在分子生物学领域中的应用、在病虫害防治中的作用正被人类所认识。病毒学（virulogy）发展史十九世纪末，动植物病毒性传染病致病因子的认识；1935年，Stanley分离提纯了TMV(烟草花叶病毒)结晶(NobelPrize)；Bawden提示了TMV实质是核蛋白；1940年，Kausche用电镜看到了TMV的杆状外形；1952年，Kershey和Chase噬菌体传物质是DNA；1955年，Franenkel——Conrat完成病毒拆开实验；Cncnc-micro1960年，Anderer弄清了TMV外壳蛋白亚基aa排序；1965年，Spiegelma首次在细胞外复制E.coly噬菌体；1970年，Baltimore和Temin发现反转录酶1；以后相继发现了亚病毒、朊病毒、拟病毒，并相继测出各类病毒核酸一级结构；随后相继完成了几种病毒基因组的测序并将完成所有病毒测序。病毒的研究方法电子显微镜法(利用负染法)分级过滤法超速离心法沉降法电泳法X射线晶体衍射烟草花叶病毒TMVTobaccoMosaicVirus(TEMx376,200)(TEMx207,480)T4噬菌体T4Bacteriophage(TEMx390,000)PolioVirus(TEMx350,000)Listeriasp.BacteriophageoftheBacterium流感病毒InfluenzaAVirus(TEMx240,980)被病毒感染的T淋巴细胞HumanT-lymphocyteVirusAttackingaT-lymphocyteT淋巴细胞中的爱滋病毒HIVInfectioninHumanLymphTissue血液淋巴细胞中的单疱病毒HerpesSimplexVirus(TEMx169,920)大豆黄萎病毒CowpeaChloroticMottleVirus(TEMx326,040)第一节病毒的一般特征及其分类一、病毒的特点二、病毒的分类宿主：动物、植物、细菌等核酸：DNA或RNA所致疾病、大小、结构、被膜病毒的特征形态极其微小，必须在电镜下才能观察，一般都具过滤性；没有细胞构造，故也称分子生物；其主要成分仅是核酸和蛋白质两种；每一种病毒只含一种核酸，不是DNA就是RNA；既无产能酶系，也无蛋白合成系统；利用宿主细胞设备进行增殖,不存在个体生长和二均分裂等细胞繁殖方式；在宿主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,并可行成结晶；对一般抗生素不敏感,但对于干扰素敏感。AviruscanhaveeitherDNAorRNAbutneverboth!!最大的病毒与最小的病毒天花病毒200×300nm脊髓灰质炎病毒口蹄疫病毒10nm病毒的大小和组成第二节病毒的形态和结构一、病毒的形态和大小病毒的形体微小，只能以nm计量，一般为10~300nm。病毒大小牛痘苗病毒传染性浓泡皮炎病毒腮腺炎病毒T偶数病毒疱疹病毒大蚊病毒流感病毒烟草花叶病毒腺病毒多瘤病毒脊髓灰质炎病毒1µm病毒的形态:病毒的形态结构病毒粒子的对称体质螺旋对称二十面体对称复合对称RNAorDNALipidenvelopeProteinCoat(Capsomers)三类典型形态的病毒螺旋对称的代表-烟草花叶病毒(TMV)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(tobaomosaicvirus,TMV)二十面体对称的代表:腺病毒(Adenovirus)衣壳粒总数N=10(n-1)2+2；n为每条边的衣壳粒数复合对称的代表：T噬菌体(TBacteriophage)T噬菌体结构模式图蛋白质、核酸、类脂质、多糖蛋白质——衣壳粒——衣壳核酸——内芯类脂质+多糖——被膜（囊膜）核衣壳病毒颗粒病毒颗粒第三节病毒的化学组成和结构病毒的蛋白质构成病毒外壳，保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏；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亲合力,促使病毒粒子的吸附；决定病毒的抗原性,并能刺激机体产生相应的抗体；病毒蛋白还构成了病毒组成的酶。Cncnc-micro病毒的核酸DNA，RAN之分；单双链（singlestrsnd,ss/doublestrand,ds）之分；环状，线状之分(闭合，开放)；正负链之分；基因组是单分子、双分子、三分子、多分子。Cncnc-micro病毒的基因第四节病毒的繁殖一、烈性噬菌体的繁殖吸附侵入复制与聚集裂解和释放吸附(adsorption)吸附的机理：尾丝尖端与受体发生共价结合；影响因素：噬菌体数量、阳离子、辅助因子、温度等。侵入(penetration)T噬菌体的尾部借助尾丝固着在细菌细胞壁上，尾部的酶水解细胞壁上的肽聚糖形成小孔，尾鞘消耗ATP获得能量收缩将尾髓压入宿主细胞内，尾髓将头部的DNA注入宿主细胞内，蛋白质外壳留在细胞外。噬菌体的核酸进入宿主细胞后，借用宿主细胞的合成机构如核糖体mRNA、tRNA、ATP及酶等复制核酸，进而合成噬菌体蛋白，核酸和蛋白质聚集合成新的噬菌体，即装配。在这个过程中，宿主细胞内的核酸不能按自身的遗传特征复制和合成蛋白质。复制(replication)和装配(assembly)噬菌体的水解酶水解宿主细胞壁，宿主死亡并破裂，释放出里面的病毒，新一代病毒开始新的生命旅程。裂解(lytic)和释放(release)二、温和性噬菌体的溶原性毒(烈)性噬菌体：侵入宿主细胞后，随即引起宿主细胞裂解的噬菌体。是正常表现的噬菌体。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，和宿主核酸同步复制，宿主细胞不裂解继续生长。前噬菌体(prophage)：整合在细菌基因组中的噬菌体基因组；溶原性细菌(lysogenicbacterium)：带有前噬菌体基因组的细菌。温和噬菌体可有三种存在状态：A.游离的具有感染性的噬菌体颗粒；B.宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸；C.前噬菌体。前噬菌体偶尔可自发地或在某些理化和生物因素的诱导下脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。温和噬菌体这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力，称为溶原性(lysogeny)。某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变，这称为溶原性转换(lysogenicconversion)。温和噬菌体侵染宿主病毒的溶原性动物病毒感染的结果一、病毒的培养特征液体:透明的裂解溶液；固体:空斑(噬菌斑)二、病毒的培养基要求苛刻；专一性强三、病毒的培养第五节病毒的培养噬菌斑试验(PlaqueAssay)若将噬菌体按一定倍数稀释，通过噬斑计数，可测定一定体积内的噬斑形成单位(plaqueformingunits,pfu)数目，即噬菌体的数目。噬菌斑噬斑荧光假单胞菌亚病毒类病毒拟病毒朊病毒类病毒(Viroid)为裸露的单链RNA，营专性细胞内寄生的最小分子生物。RNA为闭合环状，形似棒状。核酸分子量约为100,000道尔顿，350个核苷酸。借宿主细胞内依赖DNA的RNA聚合酶Ⅱ以非对称模型复制。较耐热，90℃下仍存活。主要感染植物，可通过种子传播。亚病毒拟病毒(Virusoids)为包裹在植物病毒衣壳内的单链环状RNA分子.如：绒毛烟斑驳病毒（VTMoV）；辅助病毒—RNA-1;拟病毒—RNA-2；二者单独接种,都不能感染和复制,合在一起才可以感染和复制；借助宿主细胞内依赖于RNA的RNA聚合酶以滚环方式进行复制。亚病毒朊病毒(Prion)一类能侵染动物的并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质，亦称蛋白质感染因子(prionproteinPrP)。可引起中枢神经系统退化性紊乱疾病，如:克雅氏综合症(Creatzfeldt-Jokobdisease)；库鲁病(Kuradisease)；羊瘙痒症(Scrapie)；致死性家族失眠症；疯牛病。亚病毒羊瘙痒病PrPC与PrPSC的三维结构β折叠病毒、类病毒、朊病毒的区别蛋白质(衣壳)核酸感染性病毒有有有或无类病毒无有有朊病毒有无有第六节病毒与人类的关系在发酵工业中，噬菌体感染菌体后会使发酵周期明显延长，发酵产物形成缓慢或不形成，造成经济损失；某些植物病毒能够感染经济植物，造成植株死亡或减产，如烟草花叶病毒、黄豆黄萎病毒等；引起家畜的疾病，如疯牛病、口蹄疫等，导致家畜死亡；病毒能够引起人类疾病和癌症，如流感病毒、乙肝病毒、HIV病毒等。病毒可以作为基因工程的载体，将特定的DNA片段导入目的生物中；昆虫病毒可用作生物农药，具有专一性强、效果好、后效长、对人畜安全、无公害等优点；噬藻体可以用来防治海洋赤潮和湖泊水华；噬菌体可以用来治疗某些由真菌引起的疾病；某些植物病毒可以用作除草剂；可以利用病毒来生产疫苗和干扰素。口蹄疫斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂一种核型多角体病毒（NPV）第七节病毒对物理、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温度高温能使病毒的核酸和蛋白质衣壳变性，蛋白质变性能阻碍病毒吸附到宿主细胞上，削弱病毒感染力。低温不会灭活病毒，通常在-75℃保存病毒。光及其他辐射紫外辐射、可见光、X射线、γ射线等都有灭活病毒的作用。干燥干燥是控制环境中病毒的重要因素。二、病毒对化学因素的抵抗力体内灭活体内灭活的化学物质有抗体和干扰素体外灭活体外灭活的化学物质有：酚、低渗缓冲液、甲醛、亚硝酸、氨、醚类、十二烷基硫酸钠、氯仿、去氧胆酸钠、氯（或次氯酸、二氧化氯、漂白粉）、溴、碘、臭氧、乙醇、强酸、强碱、氧化剂等。他们能够破坏病毒的蛋白质、核酸或脂类被膜。三、病毒对抗菌物质的抵抗力链霉菌、青霉菌、藻类等会分泌一些抗菌物质，各种链霉菌产生的抗生素对大多数病毒无灭活作用，只有鹦鹉—淋巴肉芽肿病毒例外。藻类产生的抗菌物质如丙烯酸和多酚对病毒有灭活作用。枯草杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞杆菌具有抗病毒活性，病毒的蛋白质衣壳可用作细菌生长底物。四、病毒在环境中的存活和在污水处理过程中的去除病毒在环境中的存活水体、土壤和大气等自然环境中的各种物理、化学和生物因子会影响病毒的存活时间。污水处理过程中对病毒的去除效果污水处理分一级、二级和三级处理。一级处理的去病毒率为30%，二级处理的区病毒率高达90%-99%，三级处理可使病毒的滴度常用对数值下降4-6。本章授课内容到此结束欢迎大家提出宝贵意见湖南大学环境科学与工程系学院