病原生物学-教程-第十九章-病毒的基本性状.ppt

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,第十九章 病毒的基本,性状,病原生物学,学习目标,掌握,：,病毒、病毒体的概念,。,熟悉,：,病毒的结构与化学组成,。,了解,：,病毒的大小和形态、病毒的增殖、干扰现象,。,病毒,(virus),是形态最微小，结构最简单的微生物,。,仅,有一种类型核酸（,RNA,或,DNA,）作为其遗传物质。为保护其核酸不被核酸酶等破坏，外围有蛋白衣壳或包膜,。,病毒,因缺少编码能量代谢或蛋白质合成所需元件（线粒体、核糖体）的遗传信息，只有在活细胞内方可显示其生命活性,。,病毒,进入活细胞后,，根据,病毒核酸的指令，改变细胞的一系列生命活动，复制出大量子代病毒，并导致细胞发生多种改变。,病毒在医学微生物中占有十分重要的地位,。,在,微生物引起的疾病中，由病毒引起的疾病约占,75%,。,常见,的病毒性疾病有肝炎、流行性感冒、脑炎、腹泻和艾滋病等,。,病毒性,疾病不仅传染性强、流行广，而且有效药物少,。,除,急性感染外，有些病毒还可引起持续性感染，还与肿瘤和自身免疫病的发生密切相关,。,第一节,病毒的形态与结构,一、,病毒,的大小与形态,一个完整成熟的病毒颗粒称为病毒体（,virion,），是病毒在细胞外的典型结构形式，并有感染性,。,病毒,体积微小，必须用电子显微镜放大数千至数万倍才能看到，故以纳米（,nm,，,1nm=1/1000m,）为测量单位,。,各种,病毒的大小差别悬殊，最大病毒直径约为,300nm,，最小病毒直径约为,20nm,（图,19-1,）,。,病毒,的形态表现为多形性，常见的形态有球形、砖形、杆状、丝状、弹状和蝌蚪形等（图,19-2,）,。,引起,人和动物疾病的多数为球形。,第一节,病毒的形态与结构,1,、葡萄球菌,1000nm 2,、立克次体,450nm,3,、衣原体,390nm 4,、痘苗病毒,300,230nm,5,、大肠埃希菌噬菌体,65,95nm(,头部,)12,100nm(,尾部,),6,、流感病毒,100nm 7,、腺病毒,70nm,8,、乙脑病毒,40nm 9,、脊髓灰质炎病毒,30nm,图,19-1,各类微生物的大小,比较结构示意图,第一节,病毒的形态与结构,图,19-2,各类病毒形态比较结构示意图,第一节,病毒的形态与结构,二、,病毒,的结构与化学,组成,（一）,病毒,的结构,病毒的结构简单，其基本结构由核心（,core,）和衣壳（,capsid,）构成，称为核衣壳（,nucleocapsid,）,。,有些,病毒在核衣壳外还有一层包膜（,envelope,）（图,19-3,）。,第一节,病毒的形态与结构,图,19-3,病毒二十面体立体对称型和螺旋对称型的模式图,A,：无包膜病毒：左为螺旋对称型，右为二十面体立体对称型,B,：有包膜病毒：左为螺旋对称型，右为二十面体立体对称型,第一节,病毒的形态与结构,1.,核心,位于,病毒的中心，为单一核酸（,DNA,或,RNA,），构成病毒的基因组，为病毒的复制、遗传和变异提供遗传信息,。,第一节,病毒的形态与结构,2,.,衣壳,包,绕在核酸外面的蛋白质外壳，称衣壳,。,由,一定数量的壳粒组成，每个壳粒被称为形态亚单位，由一个或多个多肽分子组成，按其数量与排列方式不同可以分为以下几种对称类型：,(1),螺旋对称型,(helical symmetry),：,壳粒,沿着螺旋形盘旋的病毒核酸链对称排列，如正粘病毒、副粘病毒及弹状病毒等,。,第一节,病毒的形态与结构,2,.,衣壳,(,2)20,面体对称型,(icosahedral symmetry),：,核酸,浓集成球形或近似球形，外周的壳粒排列成,20,面体对称型,。,20,面体的每个面都呈等边三角形，由许多壳粒镶嵌组成。大多数病毒体顶端的壳粒由,5,个同样的壳粒包围，称为五邻体；而在三角形面上的壳粒，周围都有,6,个同样壳粒，称为六邻体,。,大多数,球状病毒呈此对称型,。,多数,情况下病毒的衣壳是包绕核酸形成的，但也可见到先形成空衣壳，再装灌核酸的情况,。,第一节,病毒的形态与结构,2,.,衣壳,(,3),复合对称型,(complex symmetry),：,病毒体,结构较复杂，既有螺旋对称又有,20,面体对称形式,。,仅见,于痘病毒和噬菌体等,。,经,测定，用,20,面立体构成的外壳最为坚固，内部容积最大,。,螺旋对称,型衣壳则相对不坚固，衣壳外需有包膜,。,第一节,病毒的形态与结构,3,.,包膜,是,某些病毒在成熟过程中穿过宿主细胞，以出芽方式向宿主细胞外释放时获得的，含有宿主细胞膜或核膜成分，包括脂质和少量的糖类,。,有些,病毒包膜表面具有长短不等，呈放射状排列的突起，称为刺突（,spike,），如流感病毒包膜上的血凝素和神经氨酸酶。,第一节,病毒的形态与结构,（二）,病毒,的化学组成与功能,1.,病毒,核酸,其,化学成分为,DNA,或,RNA,，藉此分为,DNA,和,RNA,病毒两大类,。,病毒,核酸是主导病毒感染、增殖、遗传和变异的物质基础,。,失去,衣壳的病毒核酸进入宿主细胞后能增殖，仍具有传染性，称为感染性核酸,。,第一节,病毒的形态与结构,2.,病毒,蛋白质,蛋白质,是病毒的主要组成部分，由病毒基因组编码，具有病毒的特异性,。病毒,蛋白可分为结构蛋白和非结构,蛋白,:,结构,蛋白指的是组成病毒体的蛋白成分，主要分布于衣壳、包膜和脂质中,。,其,重要功能有,：,（,1,）保护病毒核酸免受酶或其他理化因素的破坏,；,（,2,）可与宿主细胞膜上的受体特异性结合，介导病毒进入细胞，引起宿主细胞的感染,；,（,3,）具有抗原性，可以诱导机体产生免疫应答,。,第一节,病毒的形态与结构,2.,病毒,蛋白质,病毒,的非结构蛋白是指由病毒基因组编码，但不参与病毒体构成的病毒蛋白多肽,。,它,不一定存在于病毒体内，也可存在于感染细胞中,。,它,包括病毒编码的酶类和特殊功能的蛋白，如蛋白水解酶、,DNA,聚合酶、逆转录酶等,。,第一节,病毒的形态与结构,3.,脂,类和糖,病毒体,的脂质主要存在于包膜中，有些病毒含少量糖类，以糖蛋白形式存在，也是包膜的表面成分之一,。,包膜,对衣壳有保护作用，并与病毒吸附宿主细胞有关。,第二节,病毒的复制,病毒缺乏完整的酶系统和细胞器，不能独立生存，必须借助易感宿主细胞提供的原料、酶系统及能量等来进行增殖,。,病毒,增殖的方式是以其基因为模板，合成与原来一样的基因,。,这种,以病毒核酸分子为模板进行复制的方式称为自我复制。,第二节,病毒,的复制,从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制，转录，翻译出相应的病毒蛋白质，最后释放出子代病毒，称为一个复制周期,。,人和,动物病毒的复制周期依次包括吸附、穿入、脱壳、生物合成及组装、成熟和释放等步骤。,第二节,病毒的复制,（,一）,吸附,病毒,需先吸附于易感细胞后方可穿入,。吸附,可分为两个阶段,：,1,.,病毒与细胞的静电结合。该过程与,Na,+,、,Mg,2+,、,Ca,2+,等阳离子浓度有关。这种结合是非特异可逆的,；,2,.,宿主细胞表面受体与病毒包膜或衣壳表面的配体特异性结合，是特异不可逆的，决定了病毒侵入的细胞类型。,第二节,病毒的复制,（二）,穿,入,病毒,吸附在宿主细胞膜后，主要是通过,吞饮,或,融合,方式穿入细胞膜,。,1,.,吞饮，即病毒与细胞表面结合后内凹入细胞，细胞膜内陷形式类似吞噬泡，病毒原封不动地进入细胞质内。无包膜的病毒多以吞饮形式进入易感动物细胞内,；,2,.,融合，是指病毒包膜与细胞膜密切接触，在融合蛋白的催化下，融合孔开口，病毒包膜与细胞膜融合，而将病毒的核衣壳释放至细胞质内。有包膜的病毒都以融合的形式穿入细胞。,第二节,病毒的复制,（三）,脱壳,病毒穿入胞质中的核衣壳脱去蛋白质外壳，使基因组核酸裸露的过程。,病毒体必须脱去蛋白质衣壳后，核酸才能发挥作用。,病毒脱壳必须有酶的参与。,第二节,病毒的复制,（四）,生物合成,病毒,借助宿主细胞提供的原料、能量和场所合成病毒核酸和蛋白质,。,用,血清学方法和电镜检查宿主细胞，在生物合成阶段找不到病毒颗粒，称为隐蔽期,。,人和,动物,DNA,病毒多数是双链,DNA(dsDNA),。例如疱疹病毒、腺病毒,。,它们,在细胞核内合成,DNA,，在细胞质内合成病毒蛋白；只有痘病毒例外，因其本身携带,DNA,多聚酶，,DNA,和蛋白质都在细胞质内合成。,第二节,病毒的复制,双链,DNA,病毒首先利用细胞核内依赖,DNA,的,RNA,聚合酶，转录出早期,mRNA,，再在胞质内核糖体转译成早期蛋白。这些早期蛋白是非结构蛋白，主要为合成病毒子代,DNA,所需要的,DNA,多聚酶及脱氧胸腺嘧啶激酶,。,然后,以子代,DNA,分子为模板，大量转录晚期,mRNA,，继而在胞质核糖体上转译出病毒的晚期蛋白即结构蛋白，主要为衣壳蛋白,。,其实,，病毒在合成衣壳蛋白时，首先合成一个大的蛋白，再由蛋白酶将其降解为若干个小的衣壳蛋白，为以后的组装做好准备，如果没有蛋白酶作用，或者由于蛋白酶抑制剂的作用灭活了蛋白酶，不能形成衣壳蛋白，则病毒无法完成组装,。,第二节,病毒的复制,dsDNA,复制为半保留复制形式，即亲代,DNA,的双链在解旋酶的作用下，打开成为正、负两个,DNA,单链,。,再,分别以这两条单链为模板，在,DNA,聚合酶的作用下，分别合成互补的,DNA,（负链或正链），形成新的,dsDNA,。,通过,这个复制过程，大量生成与亲代结构完全相同的子代,DNA,。,第二节,病毒的复制,（四）,组装、成熟和释放,子代,病毒的核酸与蛋白质合成后，当衣壳蛋白达到一定浓度时，将聚合成衣壳并包装相应的核酸而形成核衣壳，成为子代病毒，称为组装,。,绝大多数,DNA,病毒在细胞核内组装，大多数,RNA,病毒则在细胞质内组装,。,裸露,病毒在组装完成后，随宿主细胞破裂而把病毒全部释放到周围环境中，导致宿主细胞死亡,。,胞膜,病毒，则以出芽方式释放到细胞外，病毒易获得胞膜，宿主细胞通常不死亡。,第三节,病毒的干扰现象,两种病毒感染同一宿主细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒增殖的现象称为干扰现象,。,干扰现象,不仅发生在异种病毒之间，也可发生在同种、同型及同株病毒之间,。,干扰现象,不仅在活病毒间发生，灭活病毒也能干扰活病毒。,第三节,病毒的干扰现象,病毒间干扰现象的机制有多个方面，主要是某一病毒作用宿主细胞、诱导其产生抑制病毒复制的蛋白质，被称为干扰素,。,此外,，第一种病毒破坏了宿主细胞表面受体或改变了宿主细胞代谢途径等，均可影响另一种病毒的复制过程。,第三节,病毒的干扰现象,病毒之间的干扰现象能够阻止、中断发病，也可以使感染终止，导致宿主康复,。,构成,机体非特异性免疫的一部分。在预防病毒性疾病的疫苗应用时，应注意避免同时使用有干扰现象的两种病毒疫苗，以防止降低免疫效果；当机体正患病毒性疾病时应暂停接种。,第,四,节,病毒,的异常增殖,病毒在宿主细胞内复制时，并非所有的病毒成分都能组装成完整的病毒体，常有异常增殖。,第,四,节,病毒,的异常增殖,一、,顿挫,感染,：,病毒,进入宿主细胞后，如细胞不能为病毒增殖提供所需要的酶、原料、能量，则病毒不能复制出有感染性的病毒颗粒，称为,顿挫感染,。,不,能为病毒复制提供必要条件的细胞称为非容纳细胞,。,非,容纳细胞对另一种病毒可能成为容纳细胞,。,病毒,在非容纳细胞内呈顿挫感染，而在另一些细胞内则可能增殖，造成感染。,第,四,节,病毒,的异常增殖,二、,缺陷,病毒,：,指,因病毒基因组不完整或某一基因位点改变，不能进行正常增殖，复制不出完整的有感染性的病毒颗粒，此病毒称为,缺陷病毒,。,但,当与另一种病毒共同培养时，若后者能为前者提供所缺乏的物质，就能使缺陷病毒完成正常的增殖，这种有辅助作用的病毒被称为,辅助病毒,。,在,同一病毒株中混有缺陷病毒，当与完整病毒同时感染同一细胞时，完整病毒的增殖受到抑制的现象叫,自身干扰现象,，发挥干扰作用的缺陷病毒称为,缺陷干扰颗粒,（,DIP,）。,第五节,理化因素对病毒的影响,病毒受理化因素作用后，失去感染性称为灭活,。,灭,活的病毒仍能保留其他特性，如抗原性、红细胞吸附、血凝及细胞融合、干扰现象等。,第五节,理化因素对病毒的影响,一、物理因素,（一）,温度,大多数,病毒耐冷不耐热，在,0,以下的温度，特别是在干冰温度,(,70,),和液氮温度,(,196,),下，可长期保持其感染性,。,大多数,病毒,50,60,、,3,分钟即被灭活,。,热,对病毒的灭活作用，主要是使病毒衣壳蛋白变性和病毒包膜的糖蛋白刺突发生变化，阻止病毒吸附于宿主细胞,。,热,也能破坏病毒复制所需的酶类，使病毒不能脱壳,。,第五节,理化因素对病毒的影响,一、物理因素,（二）,pH,大多数,病毒在,pH5,9,的范围内比较稳定，而在,pH5,0,以下或,pH9,0,以上迅速灭活，但不同病毒对,pH,的耐受能力有很大不同,。,第五节,理化因素对病毒的影响,一、物理因素,（三）,射线,和紫外线,r,线、,X,线和紫外线都能使病毒灭活,。,射线,引起核苷酸链发生致死性断裂；紫外线是引起病毒的多核苷酸形成双聚体（如胸腺核苷与尿核苷），抑制病毒核酸的复制，导致病毒失活,。,但,有些病毒经紫外线灭活后，若再用可见光照射，因激活酶的原因，可使灭活的病毒复活，故不宜用紫外线来制备灭活病毒疫苗。,第五节,理化因素对病毒的影响,二、化学因素,病毒,对化学因素的抵抗力一般较细菌强，可能是病毒缺乏酶类的原故。,（一）,脂,溶剂,病毒,的包膜含脂质成分，易被乙醚、氯仿、去氧胆酸盐等脂溶剂溶解。因此，包膜病毒进入人体消化道后，即被胆汁破坏,。,乙醚,在脂溶剂中对病毒包膜具有最大的破坏作用，所以乙醚灭活试验可鉴别有包膜和无包膜病毒,。,第五节,理化因素对病毒的影响,二、化学因素,（二）,酚,类,酚,类及其衍生物为蛋白变性剂，故可作为病毒的消毒剂。,（三）,氧化剂,、卤素及其化合物,病毒,对这些化学物质都很敏感。,第五节,理化因素对病毒的影响,二、化学因素,（四）,抗生素,与中草药,现在,的抗生素对病毒无抑制作用，但可以抑制待检标本中的细菌，有利于分离病毒,。,近年来,研究证明，有些中草药如板蓝根、大青叶、大黄、黄芪和七叶一枝花等对病毒有一定的抑制作用。,第,六,节,病毒,的遗传变异,一、,基因突变,病毒,在增殖过程中常发生基因组中碱基序列的置换、缺失或插入，引起基因突变，其自发突变率为,10,-6,10,-8,，用物理因素（如紫外线或,r,射线）或化学因素（如亚硝基胍）处理病毒时，也可诱发突变，提高突变率,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,一、,基因突变,由,基因突变,产生的,病毒表型性状改变的毒株为突变株,(mutant),，突变株可呈多种表型，如病毒空斑或痘斑的大小、病毒颗粒形态、抗原性、宿主范围、营养要求、细胞病变以及致病性的改变等,。,采用,的突变株是从自然界分离的，或是用理化因子诱变而获得的，其中最常见并有实际意义的是,条件致死性突变株,等,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,1,条件致死性,突变株,只能,在某种条件下增殖，而在另一种条件下则不能增殖的病毒株，如温度敏感性突变株,（,ts,）在,28,35,条件下可增殖（称容许性温度），而在,37,40,条件下不能增殖（称非容许性温度）,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,1,条件致死性,突变株,ts,株可来源于基因任何部位的改变，产生各种各样的,ts,突变株，典型,ts,株的基因所编码的酶蛋白或结构蛋白质，在较高温度下,(36,41,),失去功能，故病毒不能增殖,。,ts,突变株常具有减低毒力而保持其免疫原性的特点，是生产减毒活疫苗的理想株，但,ts,株容易出现回复突变,(,回复率为,10,-4,),，因此在制备疫苗株时，必须经多次诱变后，才可获得在一定宿主细胞内稳定传代的突变株，亦称变异株,(variant),。,脊髓灰质炎,减毒活疫苗就是这种稳定性,ts,变异株,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,2,缺陷型干扰突变株,（,DIM,）,指,因病毒基因组中碱基缺失突变引起，其所含核酸较正常病毒明显减少，并发生各种各样的结构重排,。,多数,病毒可自然的发生,DIM,。,当,病毒以高感染复制（高,PFU,）传代时可出现,DIM,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,2,缺陷型干扰突变株,（,DIM,）,其,特点是由于基因的缺陷而不能单独复制，必须在辅助病毒（通常是野生株）存在时才能进行复制，并同时能干扰野生株的增殖,。,我们,对,DIM,的认识是来自细胞培养中的增殖试验，通过对野毒株的干扰作用，可以减弱原病毒的毒性，但,DIM,在一些疾病中起重要作用，特别是与某些慢性疾病的发病机制有关,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,3,宿主范围突变株,(hr,),指,病毒基因组突变而影响了对宿主细胞的感染范围，能感染野生型病毒所不能感染的细胞，利用此特性可制备狂犬病疫苗，也可对分离的流感病毒株等进行基因分析，及时发现是否带有非人来源（禽、猪）流感毒株血凝素的毒株等,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,4,耐药突变株,(drug-resistant mutant),临床,上应用针对病毒酶的药物后，,有时病经短暂被抑制后又重新复制，常因编码病毒酶基因的改变而降低了靶酶对药物的亲和力或作用，从而使病毒对药物产生抗药性而能继续增殖。,从研究角度也可分析病毒酶的基因编码区，以发现碱基序列的变异与耐药性发生的关系。,第,六,节,病毒,的遗传变异,二、,基因重组与重配,当两种或两种以上病毒感染同一宿主细胞时，它们之间可发生多种形式的相互作用，如干扰现象、共同感染、基因转移与互换、基因产物的相互作用等，但常发生于有近缘关系的病毒或宿主敏感性相似的病毒间,。,两种,病毒感染同一宿主细胞发生基因的交换，产生具有两个亲代特征的子代病毒，并能继续增殖，该变化称为,基因重组,(gene recombination),。其,子代病毒称为重组体,。,基因重组不仅能发生于两种活病毒之间，也可发生于一活病毒和另一灭活病毒之间，甚至发生于两种灭活病毒之间。,第,六,节,病毒,的遗传变异,二、,基因重组与重配,对于,基因分节段的,RNA,病毒，如流感病毒、轮状病毒等，通过交换,RNA,节段而进行基因重组的被称为,重配,(reassortment),。,一般而言,，发生重配几率可高于不分节段病毒的基因重组的几率,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,二、,基因重组与重配,已,灭活的病毒在基因重组中可成为具有感染性的病毒，如经紫外线灭活的病毒与另一近缘的活病毒感染,同一,宿主细胞时，经基因重组而使灭活病毒复活，称为,交叉复活,（,crossing reactivation,）,；,当,两种或两种以上的近缘的灭活病毒（病毒基因组的不同部位受损）感染同一细胞时，经过基因重组而出现感染性的子代病毒，称为,多重,复活,(,multiplicity reactivation),。,第,六,节,病毒,的遗传变异,三、,基因整合,指,病毒基因组与宿主细胞基因组的整合,。,在,病毒感染宿主细胞的过程中，有时病毒基因组中,DNA,片段可插入到宿主染色体,DNA,中，这种病毒基因组与细胞基因组的重组过程称为基因整合,(gene integration),。,第,六,节,病毒,的遗传变异,三、,基因整合,转导,性噬菌体可引起宿主菌基因的普遍转导和局限性转导，溶原性噬菌体可使宿主菌变为溶原状态，这已在细菌遗传学中介绍,。,多种,DNA,病毒、逆转录病毒等均有整合宿主细胞染色体的特性，整合既可引起病毒基因的变异，也可引起宿主细胞染色体基因的改变,(,如出现,V-Onc),，导致细胞转化发生肿瘤等。,第,六,节,病毒,的遗传变异,四、,病毒基因产物的相互作用,当两种病毒感染同一细胞时，除可发生基因重组外，也可发生病毒基因产物的相互作用，包括互补、表型混合与核壳转移等，产生子代病毒的表型变异,。,1,互补作用和加强作用,互补,作用,(complementation),是指两种病毒感染同一细胞时，其中一种病毒的基因产物（如结构蛋白和代谢酶等）促使另一病毒增殖,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,四、,病毒基因产物的相互作用,1,互补作用和加强作用,达,种现象可发生于感染性病毒与缺陷病毒或灭活病毒之间，甚至发生于两种缺陷病毒之间的基因产物互补，而产生两种感染性子代病毒,。,其,原因并非是缺陷病毒之间的基因重组，而是两种病毒能相互提供另一缺陷病毒所需的基因产物。例如病毒的衣壳或代谢酶等,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,2,表型混合与核壳转移,由于,病毒增殖过程中，核酸复制与转录，转译病毒蛋白质分别在细胞的不同部位进行，因此有时两株病毒共同感染同一细胞时，一种病毒复制的核酸被另一病毒所编码的蛋白质衣壳或包膜包裹，也会发生诸如耐药性或细胞嗜性等生物学特征的改变，这种改变不是遗传物质的交换，而是基因产物的交换，称表型混合（,phenotypic mixing),。,表型,混合获得的新性状不稳定，经细胞传代后又可恢复为亲代表型,。,第,六,节,病毒,的遗传变异,2,表型混合与核壳转移,无,包膜病毒发生的表型混合称核壳转移,(transcapsidation),，如脊髓灰质炎病毒与柯萨奇病毒感染同一细胞时，常发生衣壳的张冠李戴，甚至有两亲代编码的壳粒相互混合组成的衣壳,。,因此,，在,获得新,表型病毒株时，应通过传代来确定病毒新性状的稳定性，以区分是基因重组体还是表型混合,。,Thank You!,