第一节-病毒

第一节病毒第二节亚病毒因子第三节病毒与实践病毒是以其致病性被发现的。1886年，德国人麦尔（Mayer）把患有花叶病的烟草叶片加水研碎，取其汁液注射到健康烟草的叶脉中，能引起花叶病，证明这种病是可以传染的，指出烟草花叶病是由细菌引起的。1892年俄国植物病理学家伊万诺夫斯基(DmitriiIvanowski)研究了烟草花叶病的病原，认为它是一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”，但他并未深入研究下去。第一节病毒伊万诺夫斯基1898年荷兰细菌学家马丁乌斯·贝杰林克（MartinusWillemBeijerinck）独立进行了烟草花叶病病原体的研究。贝杰林克指出，引起烟草花叶病的致病因子有三个特点：1，能通过细菌过滤器；2，仅能在感染的细胞内繁殖；3，在体外非生命物质中不能生长。根据这几个特点他提出这种致病因子不是细菌，而是一种新的物质，称为“有感染性的活的流质”，并取名为病毒，拉丁名叫“Virus”。贝杰林克1931年，德国工程师恩斯特·鲁斯卡（ErnstRuska）和马克斯·克诺尔（MaxKnoll）发明了电子显微镜，使得研究者首次得到了病毒形态的照片。几乎与比贝杰林克工作的同时，两位德国学者莱夫勒(Loeffler)和弗罗施（Frosch）通过一系列实验又分离出第一种人畜共患的传染病口蹄疫（footandmouthdisease，FMD）的病毒性病原。19世纪的这些发现，为20世纪对病毒的进一步研究以及病毒学的建立奠定了基础。1935年，美国加州大学的生化学家斯坦利（(WendellMeredithStanley）首次提纯并结晶了烟草花叶病毒(tobaccomosaicvirus,TMV)，TMV的结晶及其化学本质的发现是对医学和生物科学的巨大贡献，它不仅引导人们从分子水平去认识生命的本质，而且为分子病毒学和分子生物学的诞生奠定了基础。鉴于斯坦利在TMV研究中的突出贡献，1946年他被授予诺贝尔化学奖，这是病毒学领域第一个获此殊荣的科学家。自1971年起人们陆续发现了各种亚病毒——类病毒、拟病毒和朊病毒。1996年，国际病毒分类委员会（InternationalCommitteeonTaxonomyofViruses，ICTV）提出了病毒命名规则,其主要如下：病毒分类系统依次采用目（order）、科(family)、属（genus）、种（species）为分类等级，在未设立病毒目的情况下，科则为最高的病毒分类等级。现在的分类系统将已发现的病毒分为dsDNA病毒、ssDNA病毒、DNA和RNA逆转录病毒、dsRNA病毒、负意ssRNA病毒、正意ssRNA病毒和亚病毒因子等7大类、62个病毒科。目前对病毒下一个完整、确切及能被普遍接受的定义还不容易。现将病毒区别于其他生物的主要特征归纳如下：无细胞构造，一般可通过细菌滤器，故也称分子生物；其主要成分是核酸和蛋白质；每一种病毒只含有一种核酸，DNA或RNA；既无产能酶系也无蛋白质合成系统，在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖；活细胞专性寄生，离体条件下以无生命的化学大分子存在，可形成结晶。生命活动仅是物质的一种特殊运动形式！对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。病毒个体用纳米（nm）来量度。病毒的大小悬殊，直径在10～300nm之间，通常在100nm左右。较大的病毒比最小的细菌支原体（直径200～250nm）还大。最小的病毒比血清蛋白分子（直径22nm）还小。1.病毒的大小一、病毒的形态构造及化学组成(一)、病毒的形态构造成熟的具有侵染力的病毒颗粒称为病毒粒子（virion）。在电子显微镜下观察到的病毒粒子一般为球状、棒杆状、蝌蚪状和线状等多种形态。人、动物和真菌的病毒大多呈球状（如腺病毒、蘑菇病毒），少数为弹状或砖状（如弹状病毒、痘病毒）。植物病毒和昆虫病毒则多数为线状和杆状（如烟草花叶病毒、家蚕核型多角体病毒），少数为球状（如花椰菜花叶病毒）。细菌病毒称噬菌体，部分呈蝌蚪状（T2，T4，λ噬菌体），部分线状（fd、M13等）或球状（MS2、φX174等）2.形态核衣壳（基本构造）病毒包膜（非基本结构）：由类脂或脂蛋白构成刺突（非基本结构）3.病毒的结构衣壳是由一种或几种多肽链折叠而成的蛋白质亚单位，衣壳的排列组合方式不同，使病毒表现出不同的构型和形状。核心：由DNA或RNA构成衣壳：由许多衣壳粒蛋白构成衣壳核酸包膜刺突核衣壳SARS病毒爱滋病病毒美国莱斯大学的科学家绘制出了最清晰病毒衣壳图，表明有500万个原子共同建造了此保护性外壳。此图是由高能X光拍摄的，发表在2009年2月16日出版的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。此蛋白外壳叫衣壳（capsid），用于包住病毒的基因组。病毒的化学组成因种而异,分析表明,病毒的基本化学组成是核酸和蛋白质。有包膜的病毒和某些无包膜的病毒除核酸和蛋白质外,还含有脂类和多糖(常以糖脂、糖蛋白方式存在)。有的病毒还含有聚胺类化合物及无机阳离子等组份。(二)、病毒的化学组成1.病毒核酸只含一类核酸（DNA或RNA），至今还没发现一种病毒同时兼有两类核酸。大多数植物病毒的核酸为RNA，少数为DNA；噬菌体的核酸大多数为DNA，少数为RNA；动物病毒，包括昆虫病毒，则部分是DNA，部分是RNA。含DNA的病毒称为DNA病毒，含RNA的病毒称为RNA病毒。无论是DNA还是RNA，都有单链(ss，Single-strandedDNA)和双链(ds，Double-strandedDNA)之分。RNA病毒多数是单链，极少数为双链，DNA病毒多数为双链，少数为单链。核酸有线状和环状之分，如玉米条纹病毒的核酸为线状单链DNA，大丽菊花叶病毒的核酸为闭合环状双链DNA。但RNA病毒核酸都呈线状，罕见环状。病毒核酸的功能与细胞型生物一样，是遗传的物质基础，携带着遗传信息，指导病毒蛋白质的合成，控制着病毒的遗传、变异、增殖以及对宿主的感染性。同时对衣壳的形成与稳定也有一定的作用。若干代表性病毒的核酸类型若干代表性病毒的核酸类型2.病毒蛋白病毒一般只含一种或少数几种蛋白。蛋白质在病毒中的含量随病毒种类而异，如狂犬病毒的蛋白质含量约占整个病毒粒子的96%，而大肠杆菌T3、T4噬菌体则只占40%。病毒蛋白的氨基酸组成和其他生物一样，但半胱氨酸和组氨酸在病毒蛋白中较少见。不同种病毒蛋白的氨基酸含量各不相同，大肠杆菌噬菌体M13的外壳蛋白只有49个氨基酸，烟草花叶病毒普通株的外壳蛋白有158个氨基酸，家蚕核型多角体病毒蛋白有244个氨基酸。病原蓝舌病毒衣壳蛋白HIV病毒衣壳的CA蛋白六聚物《细胞》杂志2009年6月11日网络版刊发文章称，美国斯克里普斯研究所的马克·耶格尔教授和他在弗吉尼亚大学、犹他大学的同事一起，采用X光晶体照相术，第一次详细描述了构成艾滋病病毒(HIV)衣壳的六边形蛋白体的高清分子结构，他们称这种六边形蛋白体为CA蛋白六聚物。3.脂类少数有包膜的大型病毒含有蛋白质和核酸外，还含有脂类和糖类等其他成分。如流感病毒除含19%脂类外，还含有6%的非核糖成分的糖类。病毒所含的脂类主要是一些磷脂、胆固醇和中性脂肪。脂质主要存在于病毒的包膜内，它们构成脂双层而成为病毒包膜的骨架。包膜的脂质成分均来源于宿主细胞膜或核膜，所以包膜内的脂质含量与种类都与宿主细胞膜相同，即具有宿主特异性。4.碳水化合物在有包膜的病毒中，碳水化合物以寡糖侧链的形式与蛋白质结合形成包膜糖蛋白，也有碳水化合物与包膜中的脂质结合成糖脂的情况存在。在无包膜的病毒中有少数病毒也含有碳水化合物，且均以糖蛋白的形式存在。糖蛋白位于有包膜病毒的表面，功能为抵抗核酸酶降解；还参与凝集反应，与血清反应有关。5.病毒的包含体有些病毒在寄主细胞内还形成包含体的结构，它们多数位于细胞质内，少数位于细胞核内，也有胞质和胞核内都存在。包含体是寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，内含1个到几个病毒粒子。包含体的个体较大，在光学显微镜下就能看到，有多角形和颗粒形两种，前者称为多角形包含体，后者称为颗粒状包含体。颗粒状包含体呈圆筒形或椭圆形，内含1个（偶尔2个）病毒粒子。多角形包含体一般呈六角形、五角形、四角形和三角形，内含多个病毒粒子。按宿主的不同将病毒分为微生物病毒、植物病毒、脊椎动物病毒和昆虫病毒。(1)微生物病毒：侵染细菌、放线菌等原核生物的病毒，通常称为噬菌体，微生物病毒广泛存在于自然界中，在真菌、蓝细菌中也发现有病毒的感染。噬菌体在病毒学中以E.coli中发现的噬菌体最多，研究也最深入。(2)植物病毒：植物病毒大部分属于ssRNA病毒，其基本形态有杆状、丝状和等轴对称的近球状二十面体，一般没有包膜。只有少数种类才有包膜，例如植物弹状病毒组的莴苣坏死黄化病病毒等。二、病毒的主要类群(3)脊椎动物病毒：在人类、哺乳动物、禽类和鱼类等各种脊椎动物中，广泛存在着相应的病毒。目前研究得较广泛和深入的还是那些与人类健康、畜牧业直接相关的脊椎动物病毒。常见的如流感病、麻疹、腮腺炎、肝炎、疱疹、流行乙型脑炎、艾滋病以及狂犬病等。此外，根据统计，在人类的恶性肿瘤中，约有15%是由于病毒的感染而诱发的。(4)昆虫病毒：在病毒学领域内，昆虫病毒的研究和开发工作起步较晚，但发展较快。据记载，当前国际上已报道的昆虫病毒有1671种（1990），根据是否形成包含体，把昆虫病毒分为包含体病毒和非包含体病毒。噬菌体：是病毒中的一种，一般把侵染细菌、放线菌的病毒叫噬菌体。（把侵染真菌的病毒叫噬真菌体）据Bradley(1967)归纳，噬菌体共有六类形态。三、噬菌体(Phage)（一）噬菌体的形态结构与组成1、组成：主要由蛋白质和核酸组成。2、基本形态：蝌蚪形、微球形和纤丝形。以大肠杆菌T4噬菌体为例：头部：廿面体对称结构，由蛋白质衣壳构成，内含一条DNA。颈部：薄盘状，附颈须。尾鞘：长95nm,衣壳粒螺旋对称；可伸缩。尾髓:中空，DNA可由此进入细胞。大肠杆菌T4噬菌体构造蝌蚪形噬菌体的构造基板:六角形盘状物，其上有刺突、尾丝。刺突:有吸附功能。尾丝:有识别吸附功能。噬菌体并没有个体的生长过程，而只有基本成分的合成和装配，所以一般将噬菌体的繁殖称做复制。根据噬菌体与宿主的关系：烈性噬菌体温和噬菌体（或溶源性噬菌体）（二）噬菌体(phage)的繁殖T-系噬菌体：是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，按发现的先后顺序进行从T1～T7编号，后来发现其中偶数者的形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称T偶数噬菌体。烈性噬菌体：感染细胞后，能在寄主细胞内增殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。烈性噬菌体的繁殖过程一般分为五个阶段：即吸附、侵入、增殖（复制与生物合成）、成熟（装配）和裂解（释放）1、烈性噬菌体的繁殖①吸附：噬菌体和宿主细胞上的特异性吸附部位进行特异性结合，噬菌体以尾丝牢固吸附在受体上后，靠刺突“钉”在细胞表面上。②侵入：核酸注入细胞的过程。噬菌体尾部所含酶类物质可使细胞壁产生一些小孔，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。③复制：包括核酸的复制和蛋白质合成。噬菌体核酸进入宿主细胞后，会控制宿主细胞的合成系统，然后以噬菌体核酸中的指令合成噬菌体所需的核酸和蛋白质。④装配：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。⑤释放：方式：裂解：多以裂解细胞的方式释放。分泌：噬菌体穿出细胞，细胞并不裂解。通常情况下，一个噬菌体通过上述五个过程能合成100～300个噬菌体。烈性噬菌体的这种生长繁殖方式也称为一步生长。烈性噬菌体繁殖过程示意图噬菌体一步生长曲线1.实验设计依据：1个菌体被1个噬菌体感染，避免二次吸附；细菌群体被噬菌体同步感染。2.实验过程:敏感菌10mlPhage1ml混匀，5min，使之吸附离心或用抗phage血清处理，去除过量phage高倍稀释，吸附phage的菌悬液(避免多次吸附)37℃培养，定时取样取样人为裂解处