病毒的形态与构造.ppt

第四章第四章病毒和亚病毒病毒和亚病毒 真病毒：真病毒：至少至少含有核酸和蛋白质两种组分含有核酸和蛋白质两种组分非细胞生物非细胞生物 类病毒：类病毒：只只含有含有独立侵染性独立侵染性的的RNARNA组分组分 亚病毒亚病毒 拟病毒：拟病毒：只只含不具独立侵染性的含不具独立侵染性的RNARNA组分组分 朊病毒：朊病毒：只只含含单一蛋白质单一蛋白质组分组分 卫星病毒：与真病毒伴生的缺陷病毒卫星病毒：与真病毒伴生的缺陷病毒 卫星卫星RNARNA：只含：只含与侵染无关与侵染无关的的RNARNA组分组分 一、病毒的特点一、病毒的特点形体极其微小形体极其微小；可通过细菌滤器可通过细菌滤器没有细胞构造没有细胞构造，称为分子生物；，称为分子生物；主要成分为蛋白质和主要成分为蛋白质和核酸核酸（不是（不是DNADNA就是就是RNARNA）；既无产能酶系也无蛋白质和核酸合成系统；既无产能酶系也无蛋白质和核酸合成系统；在活细胞内营在活细胞内营专性寄生专性寄生，在离体条件下以，在离体条件下以无生命的生物大分子状态存在，可长期保无生命的生物大分子状态存在，可长期保持其侵染活力；持其侵染活力；对一般抗生素不敏感，但对对一般抗生素不敏感，但对干扰素干扰素敏感；敏感；有些病毒的核酸可整合到宿主的基因组中，有些病毒的核酸可整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。并诱发潜伏性感染。抑制病毒在细胞内增殖抑制病毒在细胞内增殖的一类活性蛋白质的一类活性蛋白质 病毒核酸的类型病毒核酸的类型病毒的种类病毒的种类根据病毒所侵染的根据病毒所侵染的宿主宿主:原核生物的病毒原核生物的病毒(即即噬菌体噬菌体）动物病毒动物病毒植物病毒植物病毒动物病毒：多为线状的动物病毒：多为线状的dsDNAdsDNA和和ssRNAssRNA植物病毒：多为植物病毒：多为ssRNAssRNA噬菌体：多为线状的噬菌体：多为线状的dsDNAdsDNA二、典型病毒粒子的二、典型病毒粒子的构造构造 核心：核心：由由DNA或或RNA组成组成 核衣壳（核衣壳（基本构造基本构造）衣壳：由衣壳粒蛋白组成衣壳：由衣壳粒蛋白组成 包膜（包膜（envelope）：）：类脂双层膜，含蛋类脂双层膜，含蛋 非基本构造非基本构造 白质或糖蛋白白质或糖蛋白 刺突（刺突（spike）病毒粒子病毒粒子三、病毒粒的三、病毒粒的对称体制对称体制螺旋对称螺旋对称：烟草花叶病毒：烟草花叶病毒(TMV)二十面体对称二十面体对称：腺病毒：腺病毒复合对称复合对称：T4 噬菌体噬菌体核心为线状双链核心为线状双链DNA噬菌体噬菌体蝌蚪状蝌蚪状球状（小顶衣壳粒）球状（小顶衣壳粒）球状（大顶衣壳粒）球状（大顶衣壳粒）丝状丝状四、病毒的四、病毒的繁殖繁殖方式方式吸附吸附侵入侵入 核酸复制核酸复制 增殖增殖 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成装配装配释放（裂解）释放（裂解）裂解量：平均每个宿主细胞裂解后产生的子代噬裂解量：平均每个宿主细胞裂解后产生的子代噬菌体数。菌体数。感染复数：一个细胞表面能吸附噬菌体的最大数感染复数：一个细胞表面能吸附噬菌体的最大数目。目。自外裂解：大量噬菌体吸附在同一宿主细胞表面自外裂解：大量噬菌体吸附在同一宿主细胞表面并释放众多溶菌酶导致细胞裂解。并释放众多溶菌酶导致细胞裂解。五、病毒的五、病毒的群体形态群体形态包涵体包涵体（inclusion body）：）：具有一定形态、具有一定形态、构造并能用光镜观察和识别的特殊群体。构造并能用光镜观察和识别的特殊群体。空斑空斑（plaque）：）：动物病毒在宿主单层细胞动物病毒在宿主单层细胞培养物上形成。培养物上形成。枯斑（枯斑（lesion）：）：植物病毒在植物叶片上形植物病毒在植物叶片上形成。成。噬菌斑噬菌斑（plaque）一个噬菌斑是由一个噬菌体粒子形成；一个噬菌斑是由一个噬菌体粒子形成；噬菌体效价噬菌体效价：每：每mL试样中所含有的具侵试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位数（单位数（pfu）或感染中心数。或感染中心数。双层平板法双层平板法 底层平板底层平板：2%琼脂培养基琼脂培养基78ml双层平板法双层平板法 上层培养基：上层培养基：1%琼脂培养基琼脂培养基3ml 上层平板上层平板 宿主菌悬液：对数期菌液宿主菌悬液：对数期菌液0.2ml 噬菌体试样：合适稀释液噬菌体试样：合适稀释液0.1ml混混匀匀优点优点弥补培养皿底部不平的缺陷；弥补培养皿底部不平的缺陷；所有噬菌斑大小一致、边缘清晰、无重所有噬菌斑大小一致、边缘清晰、无重叠现象；叠现象；因上层培养基琼脂较稀，噬菌斑形态较因上层培养基琼脂较稀，噬菌斑形态较大，特征明显。大，特征明显。成斑率成斑率：同一样品根据噬菌斑计算出来的：同一样品根据噬菌斑计算出来的效价与用电镜直接计数得到的效价之比。效价与用电镜直接计数得到的效价之比。噬菌体成斑率噬菌体成斑率50%动植物病毒成斑率一般为动植物病毒成斑率一般为10%六、六、一步生长曲线一步生长曲线定量定量描述描述烈性噬菌体烈性噬菌体生长规律的实验曲线生长规律的实验曲线三个时期三个时期潜伏期潜伏期隐晦期隐晦期胞内累积期胞内累积期裂解期裂解期平稳期平稳期短时间内能连续完成繁殖短时间内能连续完成繁殖5个阶段的噬菌体个阶段的噬菌体七、溶源性（七、溶源性（Lysogeny）溶源性溶源性：噬菌体（：噬菌体（温和噬菌体温和噬菌体）侵入宿侵入宿主细胞后，主细胞后，基因组整合到宿主的基因组基因组整合到宿主的基因组上上，并随宿主的复制而进行同步复制，并随宿主的复制而进行同步复制，不裂解宿主细胞不裂解宿主细胞（溶源菌溶源菌）的特性的特性。溶源菌溶源菌溶源菌溶源菌：指核染色体组上整合有：指核染色体组上整合有前噬菌体前噬菌体并能并能正常生长繁殖正常生长繁殖而而不被裂解不被裂解的细菌（或的细菌（或其他微生物）。其他微生物）。前噬菌体前噬菌体：整合到宿主核染色体组上的：整合到宿主核染色体组上的噬菌体核酸噬菌体核酸。温和噬菌体温和噬菌体烈性噬菌体与温和噬菌体生活史的烈性噬菌体与温和噬菌体生活史的比较比较温和噬菌体的温和噬菌体的三态三态整合态整合态营养态营养态游离态游离态 温和噬菌体的温和噬菌体的表示方法表示方法E.coli K12()：表示一株带有表示一株带有前噬菌体前噬菌体的大肠杆菌的大肠杆菌K12溶源菌株溶源菌株烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较吸吸附附侵侵入入增增殖殖成成熟熟裂裂解解整整合合同同步步复复制制自自发发或或诱诱导导多次循环多次循环裂解性循环裂解性循环溶源性循环溶源性循环噬菌体噬菌体蝌蚪状，头部蝌蚪状，头部是二十面体，是二十面体，核心是线状核心是线状dsDNA，尾，尾部是非收缩长部是非收缩长尾。尾。溶源菌特点溶源菌特点特性特性裂解性裂解性免疫性免疫性溶源性转换特性溶源性转换特性复愈性复愈性溶源菌的检验方法溶源菌的检验方法八、噬菌体与发酵工业八、噬菌体与发酵工业噬菌体污染的噬菌体污染的判断判断与与检查检查发酵液发酵液变清变清发酵周期发酵周期延长延长发酵产物发酵产物难以形成难以形成 双层平板法双层平板法预防预防噬菌体污染的措施噬菌体污染的措施决不使用决不使用可疑可疑菌种菌种溶源菌溶源菌不纯菌种不纯菌种消灭消灭噬菌体噬菌体净化净化环境环境控制控制活菌体排放活菌体排放加强加强发酵系统的灭菌发酵系统的灭菌选育选育抗噬菌体菌株抗噬菌体菌株定期轮换定期轮换不同噬菌体谱系的生产菌种不同噬菌体谱系的生产菌种 依据？依据？专一性专一性药物药物防治：金属螯合剂、抗菌素、表面活性防治：金属螯合剂、抗菌素、表面活性剂等剂等 抑制吸附、侵入、增殖抑制吸附、侵入、增殖污染噬菌体后的污染噬菌体后的补救措施补救措施尽快提取产品尽快提取产品使用药物抑制使用药物抑制改用抗噬菌体生产菌株改用抗噬菌体生产菌株九、噬菌体在基因工程中的应用九、噬菌体在基因工程中的应用运用运用DNADNA的体外操纵技术，把病毒改造的体外操纵技术，把病毒改造成不同外源基因的优良成不同外源基因的优良载体载体，把任何动，把任何动物、植物或微生物的目的基因导入到合物、植物或微生物的目的基因导入到合适的受体系统中，从而获得具有新性状适的受体系统中，从而获得具有新性状的的“工程细胞工程细胞”或或“工程菌工程菌”。E.coliE.coli LamdaLamda phage phage：必要基因必要基因 dsDNAdsDNA 非必要基因：可被外源基因取代。非必要基因：可被外源基因取代。载有外源遗传因子的重组载有外源遗传因子的重组LamdaLamda phage phage，侵入宿侵入宿主细胞后，可整合到宿主核基因组上，进行同步主细胞后，可整合到宿主核基因组上，进行同步复制和表达。复制和表达。十、亚病毒因子十、亚病毒因子类病毒类病毒拟病毒拟病毒朊病毒朊病毒卫星病毒卫星病毒卫星卫星RNARNA1、类病毒、类病毒一类只含一类只含RNA（环状、单链）一种成分、（环状、单链）一种成分、专性专性活细胞活细胞内寄生的分子生物。内寄生的分子生物。只在植物体中发现只在植物体中发现 1971年瑞士学者迪纳从年瑞士学者迪纳从马铃薯纺锤形块茎病马铃薯纺锤形块茎病（PSTD）中发现了）中发现了马铃薯纺锤形块茎病马铃薯纺锤形块茎病类病类病毒毒（PSTVd），），PSTVd是闭合环状是闭合环状ssRNA，呈棒形。呈棒形。2、拟病毒、拟病毒又称类类病毒、壳内类病毒，是一类包裹在又称类类病毒、壳内类病毒，是一类包裹在真真病毒病毒粒子（粒子（辅助病毒辅助病毒）中的）中的有缺陷有缺陷的的类病毒类病毒。1981年兰德里等在绒毛烟斑驳病毒（年兰德里等在绒毛烟斑驳病毒（VTM0V）中发现一种类似类病毒的环状中发现一种类似类病毒的环状ssRNA分子及其分子及其线状形式。线状形式。丁型肝炎病毒丁型肝炎病毒-拟病毒（含拟病毒（含ssRNA），），宿主即宿主即辅助病毒辅助病毒-乙型肝炎病毒乙型肝炎病毒HBV拟病毒的复制和侵染都必须依赖辅助病毒拟病毒的复制和侵染都必须依赖辅助病毒与辅助病毒基因组与辅助病毒基因组有同源性有同源性拟病毒可干扰辅助病毒的复制，减轻其对宿主的拟病毒可干扰辅助病毒的复制，减轻其对宿主的病害，可用于生物防治病害，可用于生物防治3.3.卫星病毒卫星病毒是一类基因组缺损、必须依赖某形态较大的专一是一类基因组缺损、必须依赖某形态较大的专一辅助病毒辅助病毒才能复制和表达的小型伴生才能复制和表达的小型伴生病毒病毒（线状（线状ssRNA或或dsDNA)。19601960年发现烟草坏死病毒（年发现烟草坏死病毒（TNVTNV）的卫星病毒）的卫星病毒（STNVSTNV）。）。STNVSTNV是一个二十面体病毒，核心是是一个二十面体病毒，核心是线状线状ssRNAssRNA。与辅助病毒基因组与辅助病毒基因组无同源性无同源性。无辅助病毒时，卫星病毒使宿主无辅助病毒时，卫星病毒使宿主溶源化溶源化。4 4、卫星、卫星RNARNA是一类存在于某专一辅助病毒衣壳内，并完全依是一类存在于某专一辅助病毒衣壳内，并完全依赖后者才能复制的小分子赖后者才能复制的小分子RNARNA。19691969年发现伴随烟草环斑病毒（年发现伴随烟草环斑病毒（TRV)TRV)的的RNARNA分分子。子。它它不是不是辅助病毒的侵染性的必要条件。辅助病毒的侵染性的必要条件。与辅助病毒基因组与辅助病毒基因组无同源性无同源性。5、朊病毒、朊病毒又称又称“普列昂普列昂”或蛋白质侵染因子，是一类或蛋白质侵染因子，是一类不不含核酸含核酸的的传染性蛋白质分子传染性蛋白质分子。1982年美国的年美国的S.B.Prusiner发现羊瘙痒病的病原发现羊瘙痒病的病原体是一种蛋白质，称朊病毒，杆状颗粒，直径体是一种蛋白质，称朊病毒，杆状颗粒，直径25nm，长长100200nm。至今发现至今发现与哺乳动物脑部相关的与哺乳动物脑部相关的10余种疾余种疾病病都是由朊病毒引起都是由朊病毒引起，如羊瘙痒病、牛海，如羊瘙痒病、牛海绵状脑病绵状脑病(疯牛病疯牛病)、人的克、人的克-雅氏病雅氏病CJ（早早老性痴呆病）、库鲁病（震颤病）等。老性痴呆病）、库鲁病（震颤病）等。“朊病毒朊病毒”引起的疾病引起的疾病 18世纪世纪 冰岛冰岛 羊瘙痒病羊瘙痒病1920s H.Creutzfieldt 人人 C J 病病（克雅氏综合症）（克雅氏综合症）A.Jacob 1950s 巴布亚新几内亚巴布亚新几内亚 Kuru病病 Gajdusek1980s 英国英国 疯牛病疯牛病特点特点:潜伏期潜伏期很长很长，都有都有神经系统退行性症状；神经系统退行性症状；脑部脑部出现出现淀粉样沉淀，淀粉样沉淀，形成形成海绵状空斑海绵状空斑。“朊病毒朊病毒”引起的疾病引起的疾病 普列昂普列昂概念的提出，引起轩然大波。概念的提出，引起轩然大波。许多人问：许多人问：没有核酸，这个病原物如何增殖？没有核酸，这个病原物如何增殖？如何复制本身的遗传信息？如何复制本身的遗传信息？许多人怀疑：许多人怀疑：可能还是存在核酸，只是未能检可能还是存在核酸，只是未能检测出来。测出来。随着研究的深入，得到更多打破传统观念的结随着研究的深入，得到更多打破传统观念的结果：果：（1 1）寻找寻找PrnPrnp p基因基因 编码普列昂蛋白（编码普列昂蛋白（PrPPrP）的基因，不但在染的基因，不但在染病动物脑中存在，亦在正常动物脑中找到，而病动物脑中存在，亦在正常动物脑中找到，而且表达得且表达得一样多一样多。分别把分别把 PrnPrnp p 基因基因在正常和染病小鼠在正常和染病小鼠中的表达产物称为中的表达产物称为PrPPrPc c正常小鼠正常小鼠PrPPrPsc sc得病小鼠得病小鼠 看来，看来，PrPPrP 蛋白不是病鼠才有。蛋白不是病鼠才有。（2 2）普列昂蛋白（）普列昂蛋白（PrPPrP c c）在正常动物脑中的功在正常动物脑中的功能是什么？能是什么？找不到答案。找不到答案。切除切除 PrPPrP 基因的遗传工程小鼠（基因的遗传工程小鼠（PrPPrP%）,看看不出病症，似乎一切正常，亦能正常生育。不出病症，似乎一切正常，亦能正常生育。（3 3）PrPPrP%小鼠作出贡献小鼠作出贡献 把染病小鼠的脑提取物接种给把染病小鼠的脑提取物接种给PrPPrP%小鼠，后小鼠，后者不染病。同样的脑提取物，接种给普通小鼠者不染病。同样的脑提取物，接种给普通小鼠 PrPPrP+/+/+，后者被染病。后者被染病。看来，看来，PrPPrP c c 的存在是染病的必要前提的存在是染病的必要前提染病小鼠染病小鼠脑提取物脑提取物PrPPrP%小鼠小鼠PrPPrP+/+/+小鼠小鼠（4 4）对对 PrPPrP c c 和和PrPPrP sc sc 两种蛋白质做结构分析。两种蛋白质做结构分析。都是由都是由 208 208 个氨基酸残基组成的疏水性很强糖蛋白。个氨基酸残基组成的疏水性很强糖蛋白。氨基酸序列氨基酸序列 RNARNA剪辑剪辑 翻译后修饰翻译后修饰均无差别均无差别（5 5）最后，终于找到差别最后，终于找到差别 PrPPrP c c 和和 PrPPrP sc sc 在在高级结构高级结构上有巨大差别上有巨大差别 PrPPrP c c PrPPrP sc sc螺旋螺旋 4040 21 21折叠折叠 3 3 54%54%PrP c(上)PrP sc(下)（6 6）PrPPrP c c 和和 PrPPrP sc sc 在高级结构上的差别在高级结构上的差别,在细胞内的在细胞内的行为行为和代谢特征和代谢特征上也反映出来。上也反映出来。PrPPrP c c PrPPrP sc sc 胞内定位胞内定位 细胞表面细胞表面 胞质内胞质内蛋白酶水解蛋白酶水解 水解完全水解完全 局部水解局部水解（7 7）综合上面得到的结果，）综合上面得到的结果，提出一个理论设想：提出一个理论设想：瘙痒病的发生是因为瘙痒病的发生是因为 PrPPrP sc sc 的入侵，把脑细胞中原有的入侵，把脑细胞中原有的的 PrPPrP c c “带坏带坏”，使，使 PrPPrP c c 重新折叠，形成新的高级结重新折叠，形成新的高级结构，变成了构，变成了 PrPPrP sc sc 。增多的增多的 PrPPrP sc sc 形成淀粉样斑，造成脑细胞破坏，形成淀粉样斑，造成脑细胞破坏，出现出现空斑。空斑。（8 8）什么叫什么叫 PrPPrP sc sc 把把 PrPPrP c c “带坏带坏”？实际上是：实际上是：蛋白质大分子与蛋白质大分子之间的蛋白质大分子与蛋白质大分子之间的相互作相互作用用。(b)接着，初始和新形成的瘙接着，初始和新形成的瘙痒病粒子就攻击另外的两个痒病粒子就攻击另外的两个正常的正常的 PrP 分子；分子；(a)瘙痒病瘙痒病 PrP的一个分子的一个分子(红红色色)和正常的和正常的 PrP 分子分子(褐色褐色)相接触并以某种方式展开而相接触并以某种方式展开而形成瘙痒病构型时；形成瘙痒病构型时；(c)后者反过来又去攻击其他后者反过来又去攻击其他正常分子，以此方式连续进正常分子，以此方式连续进行下去直至瘙痒病行下去直至瘙痒病 PrP 积累积累到危害量。到危害量。细胞质核瘙痒病 PrP正常 PrP原有的PrP分子转化了的PrP分子病毒的形态病毒的形态病毒粒子的构造病毒粒子的构造衣壳粒衣壳粒核酸核酸衣壳衣壳核衣壳核衣壳衣壳粒衣壳粒核酸核酸包膜包膜刺突刺突烟草花叶病毒烟草花叶病毒腺病毒腺病毒噬菌体噬菌体疱疹病毒疱疹病毒吸附、侵入吸附、侵入增增 殖殖装装 配配噬菌体噬菌体 的的 生生 活活 史史 吸附增殖组装侵染裂解狂犬病毒的包涵体：内基氏小体狂犬病毒的包涵体：内基氏小体天花病毒的包涵体：顾氏小体天花病毒的包涵体：顾氏小体狂犬病毒包涵体（狂犬病毒包涵体（Negri body）巨细胞病毒包涵体巨细胞病毒包涵体Plaques（空斑）空斑）on animal cell culture噬菌斑噬菌斑双层平板法双层平板法一步生长曲线一步生长曲线苹果皱果类病毒苹果皱果类病毒 鳄梨白斑类病毒鳄梨白斑类病毒 马铃薯纺锤形块茎病马铃薯纺锤形块茎病块茎变长，一头尖，块茎变长，一头尖，呈纺锤状。芽眼较多，呈纺锤状。芽眼较多，有时突起。有时突起。病株茎很少分枝，叶病株茎很少分枝，叶缘呈波状或向上卷，缘呈波状或向上卷，叶色浓绿，叶片变小，叶色浓绿，叶片变小，重病株表现矮化。重病株表现矮化。羊瘙痒病羊瘙痒病早衰症是人体衰老中的一种病症早衰症是人体衰老中的一种病症Kuru正在火化病牛以防止正在火化病牛以防止“疯牛病疯牛病”的传的传播播CJD-humanBSE-cowKuruScrapie