微生物学-1.3.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,微生物学,-,第四章,四川农业大学应用微生物学系,Department of Microbiology,Sichuan Agricultural University,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,*,生物中哪些是微生物,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,病毒和亚病毒,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,本章的要点,病毒的形态,、,结构,、,类型,、,化学组成,噬菌体烈性噬菌体温和噬菌体,亚病毒,本章的重点和难点,病毒和噬菌体的形态结构、增殖及其特性。,4.1,病毒的一般属性,病毒的定义和特点,病毒是超显微的、没有细胞结构的专性胞内寄生物，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。,4.1,病毒的一般属性,病毒的定义和特点,它们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,。,4.1,病毒的一般属性,病毒的定义和特点,基本特征,没有细胞结构；,只含有,DNA,或,RNA,一类核酸；,不以二分分裂法繁殖，只能在特定的寄主细胞内以核酸复制的方式增殖；,没有核糖体，不含与能量代谢有关的酶，在活体外没有生命特征。,4.2,病毒的大小和形态,大小,纳米,(nm),，,10300nm,，,100nm,。,形态,球状,球状病毒,(,或多面体病毒,),。动物病毒多为球状。,杆状,杆状病毒,(,包括棒状或线状,),。植物病毒多呈杆状。,蝌蚪状,蝌蚪状病毒。细菌病毒也即噬菌体多呈蝌蚪状。,Sizes and Shapes of Viruses(Bacteriophages),4.3,病毒的化学组成和结构,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。,壳粒,(capsomere),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（,蛋白质亚基,）折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。也称为衣壳粒。,Viral Structure(Helical Virus),Viral Structure(Polyhedral Virus),4.3,病毒的化学组成和结构,病毒粒子的结构,包膜,(envelope),P105,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，它能使粒子附着并感染宿主细胞。,核髓,核髓,壳体,壳体,核壳,/,核衣壳,包膜,刺突,壳粒,（包膜表面向外伸出的糖蛋白突起物）,4.3,病毒的化学组成和结构,病毒核壳的构型（,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,是一种有规则的立体结构，它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,螺旋对称体病毒：,病毒壳体呈螺旋对称（,helical symmetry,），即蛋白质亚基有规律地沿着中心轴呈螺旋排列，进而形成高度有序的稳定结构。,病毒核壳的对称构型,烟草花叶病毒（,TMV,）,15,18 nm300 nm,2,130,个壳粒,每圈约,16.3,个壳粒,共,130,圈螺旋,螺距：,2.3 nm,孔直径：,4 nm,RNA,分子含,6,395,个核苷酸,病毒核壳的对称构型,廿面体对称病毒,由蛋白质亚基围绕立方对称的正多面体的角或边进行排列，形成一个封闭的蛋白质的鞘。,20,个面,30,条边,12,个顶角,腺病毒（,Adenovirus,）,d=70,80nm,252,个壳粒,顶角：,五邻体的壳粒,1,12,=12,个,面：,六邻体的壳粒,4,30,=120,个,6,20,=120,个,核髓：,ds DNA,36,500,个核苷酸,(icosahedral symmetry),多瘤病毒,42,个壳粒（,1,个,/,边）,乳头瘤病毒,72,个壳粒（,3/,面）,脊髓灰质炎病毒,32,个壳粒（,1/,面）,SV 40,病毒,72,个壳粒,疱疹病毒,162,个壳粒（,3/,边，,3/,面）,3,、复合对称型：偶数噬菌体,具有复合对称结构的典型例子是有尾噬菌体（,tailed phage,）,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。,DNA,核心,哑铃状,一层可溶性的蛋白质抗原,刺突,脂蛋白内膜,核壳,侧体,双层,包膜,DNA,蛋白质,ds 185kb,150,200,基因,痘病毒（,pox viruses,）,形态：,砖形、卵圆形、扁平柱状,大小：,400240200nm,其他：结构复杂的病毒,弹状病毒（,rhabdovirus,）,形态：长圆形似弹头,大小：,70175nm,核酸：,ssRNA,衣壳：壳粒成螺旋对称排列,包膜：脂蛋白,刺突：有红血蛋白凝集,毒粒酶：依赖于,RNA,的,RNA,聚合酶,RNA,甲基化酶、加帽酶,其他：结构复杂的病毒,4.3,病毒的化学组成和结构,病毒的化学组成,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。,4.3,病毒的化学组成和结构,病毒的化学组成,1,、病毒蛋白,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,),，它们通常具有酶的活性，这对启动病毒的感染是必要的。,4.3,病毒的化学组成和结构,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。,病毒核酸的类型,在复制循环的不同阶段，能以,DNA,或,RNA,为复制中间型,分子量：,DNA,病毒为,1,20010,6,；,RNA,病毒为,1,1510,6,4.3,病毒的化学组成和结构,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。,4.3,病毒的化学组成和结构,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),病毒的包含体（,inclusion body,）,包含体：,有些病毒在侵染寄主细胞后，在寄主细胞内形成一个光学显微镜下可见的聚集体。,包含体,完整的病毒颗粒,未装配的病毒亚基,由寄主编码的蛋白质,形态：,圆形、卵圆形、,不定形,体积：,较大,包含体在宿主细胞中的位置不同,a,、细胞质：大多数痘病毒和狂犬病毒,b,、细胞核：疱疹病毒、昆虫多角体病毒,c,、同时出现于受到重复感染的细胞中,Electron Micrograph of Poliomyelitis Virus,脊髓灰质炎病毒,Caption:-Polio virus;RNA virus,Picornaviridae Family.,Transmission Electron Micrograph of HIV-1.,The nucleocapsid(arrows)can be seen within the envelope.,4.4,噬菌体,细菌噬菌体,(bacteriophage),，通常称为噬菌体,(phage),，是侵染细菌的病毒。,陶尔德,-,第赫兰尔现象,1915,年，英国人陶尔德（,Twort,）在培养,葡萄球菌是发现了透明斑,1917,年，法国人第赫兰尔（,dHerelle,）,也观察到污水无菌滤液对痢疾杆菌的溶菌,现象,细菌被一种更小的生物溶解了，这种生物被称为,噬菌体,。,4.4.1,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。,4.4.2,噬菌体的形态,20,面体,(icosahedron),由,20,个三角形面构成的特殊的形状。,丝状,(filamentous),由衣壳蛋白装配成的螺旋状结构的长的蛋白管。,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。,尾 部,L=95 nm,，,24,环螺旋,144,个壳粒（,MW,：,55 000,）,24,环螺旋，,895 nm,中空孔道：,d=2.5,3.5nm,椭圆形廿面体，,6595 nm,线状,ds DNA,壳体有,212,个壳粒,d=6 nm,8,种蛋白质,76,81%,头部,颈环：六角形的盘状结构,d=37.5 nm,颈须：,6,根,颈部,6,根，,L=20 nm,，吸附,六角形 盘状结构，,d=30.5 nm,L=140nm,，等长的两段,d=2nm,，吸附,Viral Structure(Binal),A T-even bacteriophage consisting of a head,sheath,and tail.,Electron Micrograph of Coliphage T4,Caption:-T4 bacteriophage(DNA virus).,4.4.3,噬菌体的生活周期,典型噬菌体生活周期,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.,T,4,：尾丝和刺突,E coli,：细胞壁、细胞膜、鞭毛和性菌毛,T,2,、,T,6,的受体：,脂蛋白,；,T,3,、,T,4,、,T,7,的受体：,脂多糖层,2),侵入,(Penetration),Penetration,during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage,The bacteriophage injects its genome into the bacteriums cytoplasm.,DNA injection,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.,复制（,replication,）,T,4,DNA,的复制,DNA,：线状、,ds,，,1.710,5,bp,正向末端重复，,3,000,6,000bp,T,4,DNA,可编码超过,135,种蛋白,其中包括几种不同的,tRNA,T,4,的,DNA,650,头部,DNA,高度折叠并紧密地装配在头部内,T,4,蛋白质的合成,晚期转录：,噬菌体颗粒的结构组成成分及装配和,释放噬菌体所需要的酶类,早期和中期蛋白是参与,DNA,复制和转录的酶,早期转录：,通过宿主细胞的,RNA,聚合酶，,20,多种,主要是噬菌体进行,DNA,复制所需酶,中期转录：,MotA,修饰的宿主,RNA,聚合酶,亚基,能形成,5-,羟基甲基胞嘧啶的酶、,DNA,聚合酶和连接酶,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.,Lytic Life Cycle,of a Bacteriophage,4.4.3,噬菌体的生活周期,(P121),溶源性噬菌体生活周期,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，而进入称为,溶源性,(lysogeny),的阶段,。,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，溶源性噬菌体,(,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。,溶原化途径,裂解性周期,4.4.3,噬菌体的生活周期,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。,溶源性噬菌体、原噬菌体、溶源化、免疫性,（,P121,）,。,多数溶源噬菌体,(,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。,温和噬菌体,烈性噬菌体,自发裂解,0.0001%,0.1%,诱导裂解,4.4.3,噬菌体的生活周期,溶源性噬菌体生活周期,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，这种现象称为溶源细菌的,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，这就是溶源细菌的,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,应用,在,1958,年，我国第一位细菌学博士,余贺,教授，就利用噬菌体成功治疗了,绿脓杆菌,对烧伤病人的感染，成为,微生物学,界的一段佳话。这件事情还被拍成了一部名为,春满人间,的电影。,噬菌体有时有益，有时有害，,益,是因为它会“吃”掉某些在人体内的病菌，可能起到治病的效果。,害,是因为它可能会“吃”掉一些有益菌或其它本身属于害菌但被人利用做一些有益的事的细菌（如：大肠杆菌、葡萄球菌、,酵母菌,等）造成很大的损失。,4.5,昆虫病毒*,多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成光镜下呈多角形的包涵体，称多角体，成分为碱溶性结晶蛋白，其内包裹着数目不等的病毒粒。,主要有三种类型：,核形多角体病毒（,NPV,）：在昆虫细胞核内增殖、具有蛋白质包涵体的杆状病毒。,质形多角体病毒（,CPV,）：在昆虫细胞质内增殖、可形成蛋白质包涵体的球状病毒。,颗粒体病毒（,GV,）：具有蛋白质包涵体，每个包涵体 内通常仅含一个病毒粒的昆虫杆状病毒。,4.6,真菌病毒（,mycovirus,）,目前发现了,100,多种真菌病毒或类似病毒的粒子（,virus-like particles,，,VLP,）,名称：嗜真菌体（,mycophage,）,嗜酵母菌体（,zymophage,）,以,蘑菇病毒,为例，目前已发现有,5,种类型：,除类型,为杆状，其余均为球状，直径分别为,25,、,29,、,35,和,50nm,，双孢蘑菇病毒（廿面体）,基因组：,dsRNA,真菌病毒特点,基因组具有分节段的,dsRNA,，且每个病毒颗粒只含有一个,ds RNA,节段。,真菌病毒对宿主无毒性、无感染症状；,有些真菌病毒可对宿主产生不同的影响：,感染减弱了病原真菌对其宿主植物的毒性；,有些病毒具有杀死敏感真菌的能力：,在特定条件下发生，小概率事件,只在蘑菇中发现过,ssRNA,型的真菌病毒,4.7,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。,4.7,亚 病 毒,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：,一类比类病毒还小的病原物，不含任何类型的核酸，能侵染人和动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水蛋白质，称为“,prion,”,。,（,1,）朊病毒的形态,大小：,25nm100,200nm,一般为,125,150nm,MW,：,2.710,4,3.0 10,4,形态：,杆状,颗粒,排列方式：,丛状,，每丛的大小和形状不一,多时可达,100,多个,（,2,）朊病毒的性质,具有很强的热稳定性：,90,保持,30min,不失活,在,360,保持,1h,不失活,抗辐射：,紫外辐射和电离辐射,抗水解：,DNA,及,RNA,水解酶、,Zn,2+,所催化的水解反应,对蛋白质变性剂很敏感：,尿素、十二磺酸酯钠、苯酚,（,3,）朊病毒的增殖,PrP,c,：一种由宿主细胞基因组编码的蛋白质，含,254,个氨基酸。在健康脑组织中以正常构型,PrP,c,出现，主要分布在神经元表面。,朊病毒,PrP,sc,：,是,PrP,c,的异构型，能被部分水解，产生,1,个含,141,氨基酸的小分子蛋白质，其具有高度抗蛋白酶活性。,PrP,c,的结构：含有,4,个,螺旋折叠区（,H1,H4,），占总结构区的,40%,；而,-,折叠区很小。,（,4,）,PrP,构型转换机制,PrP,sc,的形成主要由于,N-,末端的构型变化,免疫学方法确定：发生在氨基酸残基,90,112,区域,PrP,c,通过构型转变形成,PrP,sc,N-,末端：,2,个,螺旋区（,H1,和,H2,）重新折叠成,-,折叠,C-,末端：,二硫键仍连接,H3,和,H4,，以保持,PrP,c,的稳定性,朊病毒的三维结构,PrP,sc,PrP,c,克病最初病例养殖场主,克病潜伏期可达数十年,克病可通过血液传染,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,思 考 题,1,、什么是病毒？阐述病毒的特点、形态和结构。,2,、请简述烈性噬菌体的生活周期。,3,、请简述温和噬菌体的生活周期。,4,、请解释下列名词：,烈性噬菌体、温和噬菌体、原噬菌体、温和细菌、溶原性、类病毒、卫星病毒、真菌病毒、朊病毒、,SARS,、,AIDS,、,HIV,、噬菌斑、空斑,68,病毒（,virus,）,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。,烈性噬菌体（,virulent phage,）,噬菌体的繁殖一般可分为五个阶段，即吸附、侵入、增殖、成熟、裂解。凡在短时间内能连续完成这五个阶段而实现其繁殖的噬菌体，称为烈性噬菌体。,温和噬菌体（,temperate phage,）,凡吸附并侵入细胞后，噬菌体的,DNA,只整合在宿主的核染色体组上，并可长期随宿主,DNA,的复制而进行同步复制，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解的噬菌体称温和噬菌体。,溶源菌（,lysogen,）,指在核染色体组上整合有前噬菌体并能正常生长繁殖而不被裂解的细菌（或其他微生物）。,前噬菌体（,prophage,）,整合到宿主核染色体组上的噬菌体核酸，是具有一定形态、构造并能用光镜观察和识别的特殊群体。,空斑（,plaque,）,动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成。,枯斑（,lesion,）,植物病毒在植物叶片上形成。,噬菌斑（,plaque,）,当一个噬菌体侵染一个敏感细胞后，隔不久即释放出一群子代噬菌体，它们通过琼脂层的扩散又侵染周围的宿主细胞，并引起裂解，如此经过多次重复，就出现了一个由无数噬菌体粒子构成的群体,噬菌斑。,