环境工程微生物学-病毒.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章,微生物形态,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章,非细胞结构生物,病毒,第一部分,微生物学基础,2,生物中的微生物,生 物,细胞生物,非细胞生物：病毒、亚病毒,原核生物,：三菌、三体,真核生物：真菌、单细胞藻类、,原生动物,非细胞生物,至少含核酸和蛋白质二种组分,(,真,),病毒,亚病毒,类病毒,卫星,RNA,朊病毒,只含具侵染性的,RNA,组分,只含有不具侵染性的,RNA,组分,只含蛋白质,1.1,病毒的一般属性,1.1.,1,病毒的定义和特点,1.1.,1.1,定义,目前，病毒尚无确切定义，一般可描述为：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。,病毒是专性细胞内寄生物,其大小在,10300nm,之间。,在形状和化学组成上有所不同，但都仅含有,RNA,或,DNA,。,完整的颗粒称为“病毒粒子”，它包括一个衣壳，在衣壳的外面常包围有糖蛋白,脂类的膜。,病毒对抗生素不敏感。,1.1.2,病毒的一般属性,超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞内寄生,的实体。,在活细胞外具有一般,化学大分子特征,。,一旦病毒进入细胞，毒粒便会解体，释放出的病毒基因组具有繁殖性，能利用宿主细胞的大分子合成装置进行复制表达、病毒繁殖，表现出遗传、变异等一系列,生命特征,。,Sizes and Shapes of Viruses(Animal RNA Viruses),Sizes and Shapes of Viruses(Animal DNA Viruses),Sizes and Shapes of Viruses(Bacteriophages),1.1.4,病毒的化学组成和结构,（,1,）病毒粒子的结构,核壳,(,nucleo-capsid,),病毒主要由壳体和核酸二部分构成，二者统称核壳。,壳粒,(,capsomere,),是构成病毒粒子的,最小形态单位,，每个壳粒由,1-6,个同种多肽分子折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。也称为衣壳粒。,壳体,(,capsid,),由壳粒以对称的形式，有规律地排列成杆状、球状、二十面体或其它形状，构成病毒的外壳。也称作衣壳，蛋白质外壳。,Viral Structure(Helical Virus),Viral Structure(Polyhedral Virus),包膜,(envelope),在壳体外层还具有一层由病毒编码的封套，有包膜的病毒粒子是以出芽的方式穿过被侵染细胞的核膜或原生质膜。,病毒的包膜上具有受体，能使粒子附着并感染宿主细胞。,Viral Structure(Enveloped Helical Virus),Viral Structure(Enveloped Polyhedral Virus),（,2,）病毒的对称性病毒的衣壳具有螺旋体对称或二十面体对称。,1,）螺旋体对称,可以看作蛋白亚基通过有序的螺旋方式，排列在病毒核酸周围。,2,）二十面体,规则的立体结构，由许多蛋白亚基的重复聚集组成，从而形成一种类似于球形的结构。,病毒粒的对称体制,螺旋状对称型：烟草花叶病毒,(TMV),二十面体对称型,:,腺病毒,复合对称型：偶数噬菌体,（,3,）病毒的化学组成,1,）病毒蛋白,病毒蛋白，无论是,结构蛋白,(,衣壳、包膜,),还,是非结构蛋白,(,例如，酶,),都是由病毒的,基因组编码,的，这些蛋白在组织培养的复制中可以是必要或非必要的。,结构蛋白,是核衣壳、基质，或者是包膜中的蛋白，这些蛋白对病毒基因组起保护作用，并且能够利用宿主上的受体在宿主间传递基因组。同样在病毒粒子的装配过程中也起到了主要作用。,非结构蛋白,包含在病毒体内的非结构蛋白，并不作为病毒体的结构，通常具有酶的活性，对启动病毒的感染是必要的。,2,）病毒的核酸,核酸是病毒的,遗传物质,；控制着病毒的增殖及对宿主的感染性；,一种病毒的毒粒只含有,一种,核酸：,DNA,或是,RNA,；,病毒基因组,在大小、结构和核苷酸的组成上是多种多样的，有线状、环状、双链,DNA(dsDNA),、单链,DNA(ssDNA),、双链,RNA(dsRNA),、单链,RNA(ssRNA),、分段的或者不分段的。,3,）脂类,病毒所含的脂类主要是一些,磷脂,、,胆固醇,和,中性脂肪,，多数存在于包膜。,4,）糖类,病毒所含的糖类主要是,葡萄糖,、,龙胆二糖,、,岩藻糖,、,半乳糖,等。,（,4,）病毒的群体形态,寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，内含有,1,至几个病毒粒子。,有的病毒在寄主细胞内可形成,包含体,结构，它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞核内和细胞质都存在的类型。,噬菌斑,(plaque),枯斑,(lesin),Electron Micrograph of Poliomyelitis Virus,Caption:-Polio virus;RNA virus,Picornaviridae Family.,Transmission Electron Micrograph of HIV-1.,The nucleocapsid(arrows)can be seen within the envelope.,1.2,噬菌体,噬菌体,(bacteriophage),，通常称为噬菌体,(phage),，是侵染细菌的病毒。,它们是专性细胞内寄生物，可以噬菌体颗粒在细菌细胞外存在，但只能在细胞内繁殖。,它们由核酸基因组和被称为衣壳的病毒外壳包围而构成。,噬菌体侵染细菌后，在细胞内指令细胞合成噬菌体的组分。,1.2.1,噬菌体的结构,噬菌体有许多类型。,20,面体，丝状，复合体,基因组是,DNA,或,RNA,；单链,(ss),或双链,(ds),，环状或线状。,1.2.1.1,噬菌体的形态,(1)20,面体,(icosahedron),由,20,个三角形面构成的特殊的形状，,20,面体在自然界是非常普遍的形状，因为很容易装配成一个由亚单位包裹的外壳。,(2),丝状,(filamentous),由衣壳蛋白装配成的螺旋状结构的长的蛋白管。,(3),复合体,(complex),某些噬菌体由,20,面体头部和连接螺旋状尾部复合构成。,头部为拉长的,20,面体。,尾部 尾部作用是帮助遗传物质注入细胞。,Viral Structure(Binal),A T-even bacteriophage consisting of a head,sheath,and tail.,Electron Micrograph of Coliphage T4,Caption:-T4 bacteriophage(DNA virus).,1.2.2,噬菌体的生活周期,1.2.2.1,典型噬菌体（毒性噬菌体）生活周期,(1),侵染过程,一个噬菌体典型的生活周期，从噬菌体在细菌细胞表面的特异受体吸附开始，随后遗传物质注入宿主。细菌含有降解外源,DNA,的限制修饰系统，许多侵染是不成功的。,接着核酸复制开始，噬菌体基因编码的酶被合成。最后，合成噬菌体衣壳蛋白，装配成新的噬菌体外壳，同时包装一个拷贝的基因。然后，噬菌体释放，普遍通过裂解进入周围培养基。也即经过,吸附,，,侵入,，,复制,，,组装,和,释放,5,个阶段。,1),吸附,(,附着,)(adsorption,attachment),Adsorption,during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage,The bacteriophage binds to receptors on the bacterial cell wall.,2),侵入,(Penetration),Penetration,during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage,The bacteriophage injects its genome into the bacteriums cytoplasm.,3),核酸复制,(nucleic acid replication),Early Replication,during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage,The bacteriophage genome replicates and bacteriophage components begin to be produced by way of the host bacteriums metabolic machinery.,Late Replication,during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage,The production of bacteriophage components and enzymes progresses.,4),噬菌体装配,(Phage assembly),Maturation,during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage,The bacteriophage components assemble.,5),释放,(release),Release,during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage,A bacteriophage-coded enzyme breaks down the peptidoglycan in the bacterial cell wall causing osmotic lysis.,Animation of the,Lytic Life Cycle,of a Bacteriophage,噬菌体,效价,表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位,(,pfu,),或感染中心。,测定的方法,双层平板法,用双层平板法测出的效价比用电镜直接记数得到的效价低。,前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是计噬菌体的总数。,（,2,）,噬菌体效价,（,3,）,噬菌体生长曲线,1,）一步生长曲线定义,定量描述,烈性噬菌体生长规律,的实验曲线称作,一步生长曲线,。,2,）一步生长曲线可分为三个时期,潜伏期,是指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。,裂解期,是指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。,稳定期,溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期。,1.2.2.2,溶源性噬菌体生活周期,许多噬菌体，典型的为,噬菌体，在细胞进入裂解周期前，产生终止噬菌体复制的阻遏蛋白,使得这些噬菌体不进入裂解循环，而是它们进入称为,溶源性,(lysogeny),的阶段,。,在此阶段它们或者整合至染色体上形成,原噬菌体,(prophage),(,如,噬菌体,),或者像质粒存在细胞质中,(,如,P1,噬菌体,),。结果，这些溶源性噬菌体,(,有时称为温和噬菌体,),随宿主染色体复制而复制，然后分配到子细胞中。,溶源性噬菌体特性,噬菌体进入,溶源化,阶段，噬菌体的基因组随染色体复制而复制，而且通过一个世代传至下一个世代。,溶源噬菌体可从溶源阶段,自发诱导,，进入裂解周期。,大多数溶源性噬菌体,(,有时称为温和噬菌体,),以原噬菌体状态,整合,至染色体上随宿主复制；但某些噬菌体，如,P1,噬菌体，却像一个质粒存在细胞质中。,溶源性噬菌体生活周期,溶源性噬菌体具有特别的特性，因为它们能携带改变宿主表型的功能性基因。称为,溶源性转变,(lysogenic conversion),，溶源性噬菌体的特性有助于细菌在寄主中存活的能力。,沙门氏菌噬菌体溶源化时改变细菌脂多糖,(LPS)O-,抗原的组分，因此改变细菌抗原的特性。许多细菌的毒素基因也由温和噬菌体携带，包括白喉棒杆菌,(Corynebacteria diphtheriae),的噬菌体携带的白喉毒素基因。霍乱毒素也在此类之中。,溶源性噬菌体特性,溶源细菌自发裂解和诱发裂解,在溶源细菌中极少数,(,约,10,-6,),会发生原噬菌体大量复制、成熟，导致寄主细胞裂解，称为溶源细菌的自发裂解；,若用低剂量的紫外线照射处理或其他理化方法处理，能够诱发溶源细胞大量溃溶，释放成熟噬菌体粒子，称为诱发裂解。,溶源细菌细胞复愈,溶源细胞中的原噬菌体有时会消失，成为非溶源细胞，不会裂解，称为溶源细菌细胞复愈。,Prophage Formation during the Lysogenic Life Cycle of a Temperate Bacteriophage.,The bacterium inserts its genome into the bacteriums nucleoid to become a prophage.,Animation of the Lysogenic Life Cycle,of a Temperate Bacteriophage,1.,3,植物病毒,没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。,进入宿主细胞后脱去蛋白质外壳。,TMV,的衣壳粒以双层盘的形式组装成衣壳，,PH,的改变、,RNA,的嵌入对衣壳的装配起关键作用。,植物感染病毒后的主要症状,植物黄萎病,黄豆黄萎病毒,如何防治,?,1.4,人类和脊椎动物病毒,脊椎动物病毒包括,DNA,和,RNA,病毒,腺病毒的复制可代表,DNA,病毒的复制,脊髓灰质炎病毒的复制可代表,RNA,病毒的复制,动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几种形式：,无包膜的病毒，如腺病毒通过细胞裂解或局部破裂而释放。,有包膜的,DNA,病毒，如疱疹病毒，以细胞质中通道释放到细胞外。,有包膜的,RNA,病毒，如副流感病毒用出芽方式通过寄主细胞膜，释放到细胞外并获得细胞源性的包膜和产生刺突。,生活周期,吸附：腺病毒吸附在宿主细胞表面的糖蛋白受体上。,穿入：通过吞噬作用进入胞内。,脱壳：寄主细胞的蛋白酶水解腺病毒衣壳。,在宿主细胞核内转录早期,mRNA,并翻译早期蛋白。,在宿主细胞核内复制出病毒的,DNA,和晚期,mRNA,。,生活周期,一些带有囊膜的病毒，如单纯疱疹病毒，当其核酸和衣壳蛋白组装完毕后，以“出芽”的方式，包裹寄主细胞的细胞膜或核膜，从寄主细胞中释放出来。,人类免疫缺陷病毒(HIV),感染引起人的获得性人类免疫缺陷综合征(Acquired Immune Deficiency Syndrome,即AIDS)。,1.5,亚 病 毒,类病毒,(Viroid),是一个裸露的闭合环状,RNA,分子，它能感染寄主细胞并在其中自我复制使寄主产生病症。,拟病毒,通常，病毒粒子含有核酸和蛋白质组分，拟病毒则是存在于植物病毒颗粒中的环状,RNA,分子。,朊病毒(Prion&Virion),Prusiner于1982年发现，是一种对人有侵染性的蛋白质颗粒。引起羊的“瘙痒症”、牛的海绵状脑“疯牛症”、人的苦鲁病。,朊病毒的三维结构,PrP,sc,PrP,c,海绵状脑病,羊 肉 干 粉,疯牛病,牛,PrP,c,PrP,sc,？,病羊肉,病牛肉,人,不致病,克雅氏病,