67病毒1中国药科大学微生物考研复试.pptx

第三章第三章 病病 毒毒前前 言言1、定义、定义病毒是一类体积微小，结构简单，含一种类型核酸（DNAorRNA），必须在活细胞内才能生长增殖的非细胞型微生物。2、病毒的特点、病毒的特点l 个体微小，以纳米计，能通过细菌滤器，必须用电子显个体微小，以纳米计，能通过细菌滤器，必须用电子显微镜才能观察微镜才能观察l 无细胞结构，由内部核酸和外部蛋白质组成，且每种病无细胞结构，由内部核酸和外部蛋白质组成，且每种病毒只有一种核酸（毒只有一种核酸（DNA or RNA）l 存在形式：完整有感染性的病毒粒子存在形式：完整有感染性的病毒粒子宿主细胞外，病宿主细胞外，病毒基因组（核酸）毒基因组（核酸）宿主细胞内宿主细胞内 l 严格的专性活细胞内寄生，不能在无生命的人工培养基严格的专性活细胞内寄生，不能在无生命的人工培养基上增殖上增殖 l 在宿主细胞协助下，以自身基因组为模板，以复制方式在宿主细胞协助下，以自身基因组为模板，以复制方式进行增殖进行增殖 l 对一般抗生素不敏感，对干扰素敏感对一般抗生素不敏感，对干扰素敏感 l 具感染性具感染性第一节第一节 病毒的生物学特性病毒的生物学特性一、病毒的大小一、病毒的大小 极小，以纳米计，一般为10300nm牛痘苗病毒300250100nm口蹄疫病毒21nm乙型肝炎病毒18nm大肠杆菌f1噬菌体：5800nm病毒大小示意图病毒大小示意图最大病毒最小病毒：口蹄疫病毒，约10nm二、二、病毒的形态和结构病毒的形态和结构球形，杆形，砖形，丝状，蝌蚪状球形，杆形，砖形，丝状，蝌蚪状 1：痘病毒；2：弹状病毒；3：副粘病毒；4：疱疹病毒；5：正粘病毒；6：冠状病毒；7：包膜病毒；8：T2噬菌体；9：腺病毒；10：呼肠病毒；11：乳多空病毒；12：小核糖核酸病毒；13：小脱氧核糖核酸病毒；14：烟草花叶病毒狂犬病病毒 Rabies virus心脏病毒 Cardiovirus:MolecularsurfaceofMengovirus,radiallydepthcued,assolvedbyX-raycrystallography口蹄疫病毒 Aphthovirus:MolecularsurfaceofFootandMouthDiseaseVirus,radiallydepthcued,assolvedbyX-raycrystallography流感病毒 Influenza Virus病毒的电镜照片病毒的电镜照片-1病毒的电镜照片病毒的电镜照片-2H5N1型禽流感病毒HIVVirusParticlesHepatitisAvirusreproducinginsideacellhepatitisBvirus烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus）病毒的电镜照片病毒的电镜照片-3BacteriophageSARS冠状病毒（SARS Coronavirus）图图 病毒的基本结构病毒的基本结构1-1 病毒形态学术语病毒形态学术语（1）病毒粒子（viron）：成熟的，结构完整的，有感染性的病毒颗粒（2）衣壳（capsid）：包围和保护病毒核酸的蛋白质外壳（3）衣壳粒（capsomer）：构成衣壳的形态单位，由多肽链组成（4）核心（core）基因组（genome）：病毒粒子的中心部分，由DNA或RNA构成1-2 病毒形态学术语病毒形态学术语（5）核衣壳（nucleocapsid）：病毒核心和衣壳合在一起的合称，是病毒所必须具备的基本结构（6）包膜（envelope）：由类脂或脂蛋白组成的病毒外膜，病毒在成熟过程中的出芽方式从宿主细胞释放时获得一层外膜（含宿主细胞膜成分）（7）刺突蛋白（spikeprotein）/包膜子粒（peplomer）：来自宿主细胞膜但被病毒改造成具有其独特抗原特性的膜状结构2 病毒的对称体制病毒的对称体制根据病毒颗粒中蛋白质外壳上衣壳粒的排列方式，可将病毒分为以下几种排列：（1）二十面体对称无包膜：脊髓灰质炎病毒、X174噬菌体、腺病毒有包膜：疱疹病毒（2）螺旋对称无包膜：烟草花叶病毒（TMV）有包膜：流感病毒，狂犬病毒（3）复合对称无包膜：大肠杆菌的T偶数噬菌体有包膜：痘病毒（砖块状）图图 病毒衣壳对称型式病毒衣壳对称型式 A：螺旋对称型，如烟草花叶病毒（TMV）B：二十面体对称型如腺病毒三、三、病毒的组成病毒的组成核酸、蛋白质核酸、蛋白质（1）核心）核心/基因组基因组线性，共价闭合环状，节段DNAds-DNA（double-strandedDNA）ss-DNA（single-strandedDNA）RNAss-RNA（-）ss-RNA(不具感染性)（-）RNA（+）ss-RNA(有感染性)（+）RNAds-RNA（+）RNA：正链RNA，指病毒复制时可以把病毒RNA直接作为m-RNA进行生物合成，即病毒RNA与m-RNA同极性（-）RNA：负链RNA，不同极性（2）蛋白质衣壳）蛋白质衣壳 螺旋衣壳螺旋衣壳以以TMV为例为例 由结构单位聚集形成一平坦的非螺旋的碟状体（helical capsid）,碟状体与病毒RNA连接,95%Protein+5%ss-RNA 碟状体形成螺旋。2130个成皮鞋状的蛋白质亚基（衣壳粒）158AA，11750 dalton亚基逆时针方向螺旋排列，共130圈,每3个核苷酸与一个蛋白质亚基相结合。二十面体衣壳二十面体衣壳（icosahedral capsids）（以腺病毒为例）（以腺病毒为例）20个等边三角形平面，含12个顶角，30条边.共 252个衣壳粒，其中240个六邻体（hexon）（由多肽组成的六边形），12个顶角每个角含1个五邻体（penton）（由多肽组成的五边形）每个五邻体上突出一根末端带有顶球的蛋白纤维。复杂衣壳复杂衣壳（以痘病毒（以痘病毒Poxvirus为例）为例）呈砖形，在电子显微镜下不具明显的衣壳 在核酸外面有双层的包膜围绕，包膜里面围绕一层可溶性的蛋白质抗原，再里面是镶嵌管状突出物的脂蛋白内膜 病毒粒子的最内部是致密而呈哑铃状的DNA核心。（3）包膜）包膜(envelope)由含有病毒糖蛋白（特异性抗原）的脂质双层组成。其中病毒糖蛋白系病毒基因组编码，脂质来源于宿主细胞。（病毒的出芽部位各异。）图图 病毒包膜的形成过程病毒包膜的形成过程1.核衣壳；2.细胞膜；3.包膜；4.核衣壳；5.成熟有包膜的病毒粒子 图图 流感病毒粒子的刺突流感病毒粒子的刺突l刺突(spike)病毒的包膜上具有功能性的突起物如流感病毒的刺突上含有神经氨酸酶(neuraminidase，NA)和血凝素(hemagglutinin,HA)。麻疹病毒和腮腺炎病毒都具有神经氨酸酶 脊髓灰质炎病毒、腺病毒、麻疹病毒、腮腺炎病毒等具有血凝特性。四、病毒的分类四、病毒的分类1“真病毒真病毒”l核酸类型：DNAorRNA，dsorss等，线状或环状，分节段或不分节段l病毒的形态：球形，杆形，砖形，蝌蚪形等l壳粒的数目，排列和对称形式l包膜的有无l病毒的抗原性l宿主的种类l传播方式或媒介种类等病毒的主要类群病毒的主要类群（1）动物病毒脊椎动物病毒：感冒，肝炎，麻疹，水痘，腮腺炎，脊髓灰质炎，口蹄疫，鸡瘟（2）昆虫病毒桑蚕、蜜蜂避免病毒感染，防止农林害虫，新型无污染农药（3）植物病毒：TMV能侵染200种植物（4）微生物病毒：细菌噬菌体、放线菌噬菌体、真菌病毒2 亚病毒（亚病毒（subvirus）（类病毒，拟病毒，朊病毒）（类病毒，拟病毒，朊病毒）(1)类病毒（类病毒（Viroid）只含单独侵染性RNA组分l大小：比一般病毒（真病毒）小，eg：马铃薯纺锤型块茎病（PSTD）为50nm长。l成分：裸露的RNA分子。MW105Dal耐热性：至90仍存活l传播：可通过种子传播举例举例马铃薯纺锤型块茎类病毒（马铃薯纺锤型块茎类病毒（PSTV）l裸露闭合环状RNA分子l2个互补核苷酸链179核苷酸、180核苷酸l122个碱基对、27个内环（Potatospindlefuberdisease，PSTV）（2）拟病毒（拟病毒（Virusoid）只含不具单独侵染性的只含不具单独侵染性的RNA组分。组分。又称卫星病毒 l定义：包被于病毒衣壳内的环状RNA（ss-RNA）分子，RNA-2l特性：只有和真病毒核酸RNA-1合在一起才能感染和复制（依靠辅助病毒的存在才能复制）。辅助病毒的复制不需要拟病毒的存在。l拟病毒RNA复制的滚环模型自身侵染性RNA为模板，合成多拷贝-RNA。以-RNA为模板合成一系列+RNA，形成复制中间体RI。从RI上形成线状ss-RNA-3。RNA-3在RNA连接酶作用下环化成RNA-2（拟病毒分子）。26植物病毒中的拟病毒植物病毒中的拟病毒e.g.绒毛烟斑驳病毒（VTMoV）、苜蓿暂时性条斑病毒（LTSV）、莨菪斑驳病毒（SNMV）、地下三叶草斑驳病毒（SCMoV）。动物病毒中的拟病毒动物病毒中的拟病毒e.g.丁型肝炎病毒（hepatitis D virus）,它的宿主是乙型肝炎病毒（HBV）。中心法则中心法则（3）朊病毒（朊病毒（Prion，virino）蛋白侵染因子蛋白侵染因子l只含蛋白质一种组分l基本结构单位；朊病毒蛋白（PrP），2700030000Da，不具感染性。l朊病毒单体：由3个PrP构成，具极强的感染性。l朊病毒大约由1000个PrP组成。l举例：羊瘙痒病，疯牛病（海绵体脑）与动物饲料有关，能侵染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。朊病毒蛋白有两种构象：细胞型（正常型PrPc）和搔痒型（致病型PrPsc）。举例：举例：Prion（普里昂（普里昂）Aprionshortforproteinaceousinfectiousparticle(-onbyanalogytovirion)isatypeofinfectiousagentcomposedonlyofprotein.Theycauseanumberofdiseasesinavarietyofanimals,includingBSE(牛海绵状脑病)incattleandCJD(克雅氏病)inhumans.Allknownpriondiseasesaffectthestructureofthebrainorotherneuraltissue,andallareuntreatableandfatal.傳染性海綿狀腦病傳染性海綿狀腦病TSE发病率约百万分之一发病率约百万分之一潜伏期潜伏期520年年第二节第二节 病毒的增殖病毒的增殖病毒的增殖过程（五个阶段）l吸附(attachmentoradsorption)l穿入和脱壳(penetration&uncoating)l生物合成(biosysthesis)l装配(assembly)l释放(release)图图3-18 dsDNA病毒增殖过程示意图病毒增殖过程示意图1吸附；2侵入；3脱壳；4早期mRNA的转录；5早期蛋白质的翻译；6病毒DNA的复制；7晚期mRNA的转录；8晚期蛋白质的翻译；9装配；10释放一、吸附（一、吸附（attachment）lV+易感宿主细胞碰撞/静电病毒吸附（可逆吸附）lV+易感宿主细胞V表面特殊成分（分子）/宿主细胞膜上特异性受体V.hostcell（不可逆）eg：腮腺炎病毒的包膜与呼吸道上皮细胞的唾液酸(sialicacid，是一类近40种神经氨酸的天然衍生物)二、侵入和脱壳二、侵入和脱壳(penetration&uncoating)1 侵入侵入l直接侵入V与宿主细胞的膜上的受体结合，膜开口，V核酸进入胞浆。l胞吞作用宿主细胞的吞饮作用，胞内酶消化衣壳，释放核酸。l融合有包膜病毒的包膜与宿主细胞的细胞膜融合，核衣壳进入细胞，胞内酶消化衣壳，释放病毒核酸。2 脱壳脱壳l 穿入时脱壳 l 核衣壳通过宿主细胞溶酶体酶后释放病毒核酸。l 痘病毒核衣壳通过溶酶体酶使病毒释放部分病毒核酸，转录和翻译脱壳酶。病毒穿入宿主细胞方式病毒穿入宿主细胞方式隐蔽期和生物合成隐蔽期和生物合成（eclipse&biosynthesis）隐蔽期隐蔽期隐蔽期隐蔽期（eclipsephase）V在脱壳后释放出核酸，完整的V粒子不存在，从最初失去感染性至出现V第一个粒子时期。潜伏期潜伏期潜伏期潜伏期（latentphase）V核酸侵入宿主细胞后至宿主细胞裂解的这段时期。潜伏期潜伏期潜伏期潜伏期=隐蔽期+V颗粒从宿主细胞中释放出来所需的时间生物合成生物合成生物合成生物合成核酸复制+蛋白质合成装配核蛋白（病毒粒子）基因组复制m-RNA的转录蛋白质的转译成熟三、病毒的生物合成三、病毒的生物合成根据核酸类型和mRNA合成方法可将病毒分为6组lds-DNA病毒（痘病毒，腺病毒，疱疹病毒）lss-DNA病毒（+）DNA（细小病毒，目前尚未发现-DNAvirus）lds-RNAvirus（呼肠病毒）l(+)RNA病毒（脊髓灰质炎病毒）l(-)RNA病毒（正粘病毒，如流感病毒等）l(+)RNA逆转录病毒（RNA肿瘤病毒，HIV）1.-dsDNA(DNA)病毒的复制过程病毒的复制过程 线状或环状双链DNA，如腺病毒、疱疹病毒和痘病毒均具有线性双链DNA，乳多空病毒(Papovaviruses)具有环状双链DNA。双链DNA病毒的复制与一般微生物相同，以半保留方式进行复制，即亲代DNA既可以作为转录mRNA的模板，又可作为合成子代DNA的模板 2.-ssDNA(+DNA)病毒的复制过程病毒的复制过程 病毒以单链DNA作为基因组，复制时以单链DNA为模板，合成双链的DNA，然后以-DNA为模板合成mRNA和+DNA 3.-dsRNA(RNA)病毒的复制过程病毒的复制过程 4.-ssRNA(+RNA)病毒的复制过程病毒的复制过程 图图3-23 脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒RNA的合成的合成 复制中间体复制中间体(replicativeIntermediate，RI)是指以-RNA链作为模板，由结合在模板上的病毒蛋白病毒蛋白g（VPg）启动，合成新的多拷贝的+RNA链，每一条新生子链藉助RNA多聚酶多聚酶微弱地与-RNA模板相连，这种结构称之复制中间体。新生的+RNA链在合成完成时从模板上脱落下来，复制型复制型(replicativeform，RF)是指复制过程中的RNA(dsRNA)形式。5.-ssRNA(-RNA)病毒的复制过程病毒的复制过程6.-ssRNA(+RNA)逆转录病毒的复制过程逆转录病毒的复制过程图图3-26 不同核酸类型病毒的不同核酸类型病毒的mRNA合成方式合成方式四、装配四、装配(assembly)l细胞核内大多数DNA病毒的核酸在细胞核内复制，蛋白质在细胞质中合成，最后在细胞核内装配。eg：腺病毒。l细胞质中大多数RNA病毒核酸和蛋白质的合成及装配均在细胞质中。eg：脊髓灰质炎病毒。五、释放五、释放(release)l裂解性释放l出芽（有包膜病毒）（buding）l仍在宿主细胞内，通过宿主细胞与其他正常细胞之间的接触而扩散（前病毒provirus）。病毒的装配和释放病毒的装配和释放-summary释放释放裂解性释放裂解性释放出芽释放出芽释放细胞间接触或融合细胞间接触或融合装配装配DNA病毒病毒RNA病毒病毒核酸产生：细胞核内核酸产生：细胞核内蛋白质产生：细胞质中蛋白质产生：细胞质中装配：核装配：核中完成中完成核酸产生：细胞质中核酸产生：细胞质中蛋白质产生：细胞质中蛋白质产生：细胞质中装配：细胞装配：细胞质中完成质中完成病病毒毒的的生生活活史史第三节第三节 病毒的培养病毒的培养一、动物接种一、动物接种 病毒只能在活细胞内增殖，故培养病毒必须提供活的细胞一、动物接种 病毒接种敏感的实验动物，eg：幼鼠、豚鼠、大鼠、兔、猴等。二、鸡胚培养二、鸡胚培养 病毒在鸡胚上增殖的现象包括组织坏死、出现痘疤、血凝试验阳性等l孵育715天受精卵l注射器接种l受精卵培养4872小时，使病毒增殖l分离病毒图图3-27 鸡胚构造和病毒接种部位示意图鸡胚构造和病毒接种部位示意图三、细胞培养（三、细胞培养（cell culture）l原代细胞机械法或胰蛋白酶消化，eg：人成纤维细胞，新生瘤细胞，猴肾细胞等。l传代细胞系能在体外持续培养增殖，贴壁型/悬浮型。四、病毒在细胞内大量增殖的现象四、病毒在细胞内大量增殖的现象 1-细胞病变效应（细胞病变效应（cytopathogenic effect，CPE）l病毒DNA编码一种能抑制宿主细胞RNA和蛋白质合成的蛋白质，宿主细胞的大分子合成受到抑制，导致死亡lCPE现象为：变圆，坏死，溶解，脱落，凝集。细胞病变正常细胞正常细胞病变细胞病变细胞ControlVirus4M16M64M8MH1N1H3N2SA-2OCControlVirus4M16M64M8MH1N1H3N2SA-2OCMDCKA5492-红细胞吸附红细胞吸附l被感染的宿主细胞膜上表达病毒特异性的血凝素,eg：流感病毒病毒的特异性抗原在宿主细胞上的表达，导致感染细胞能吸附动物红细胞红细胞红细胞与血凝583-被感染的细胞出现被感染的细胞出现包含体包含体（狂犬病毒）（狂犬病毒）4-干扰现象干扰现象感染病毒后的感染病毒后的 host cell 能干能干扰随后进入的病毒的增殖。扰随后进入的病毒的增殖。病毒感染细胞后形成的包涵体病毒感染细胞后形成的包涵体 Cellsinfectedwithadenovirusinclusionswithinthenuclei(a)：牛痘苗病毒感染后在细胞浆内形成的嗜酸性包涵体（顾氏小体）；(b)：呼肠病毒感染后在核周胞浆内形成的嗜酸性包涵体；(c)：狂犬病毒感染后在细胞浆内形成的嗜酸性包涵体（内基小体）；(d)：单纯疱疹病毒感染后在核内形成的嗜酸性包涵体；(e)：腺病毒感染后在核内形成的嗜碱性包涵体；(f)：麻疹病毒在核内和胞浆内形成的嗜酸性包涵体5-细胞代谢改变细胞代谢改变 如：肿瘤病毒感染细胞后，一般不导致死亡，而是引起细胞性质的变化，称为转化(transformation)，并能将所获新特性传于后代。这种遗传学的稳定变化属于恶性转化。在转化细胞中，病毒特异性核酸已整合到宿主细胞的基因组中去。DNA病毒的核酸可直接整合。转化细胞移植易感动物，引起肿瘤；增加植物血凝素的凝集能力；引起形态学变化。转化细胞的关键特征是：失去接触抑制(正常细胞相接触时即停止生长)；高度密集生长，即所谓“疯长”；出现病毒特异性抗原