普通微生物第七章-病毒.ppt

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,*,第一节 概述,第二节 病毒学研究的基本方法,第三节 毒粒的性质,第四节 病毒的复制,第一节 概述,一、病毒的发现和研究历史,1886,年，,A.Mayer,发现具有传染性的烟草花叶病；,1892,年，,D.Ivanovsky,发现烟草花叶病病原体能通过滤器：,一种能通过滤器的,“细菌毒素”,或,极小的细菌,1898,年，,M W Beijerinck,对烟草花叶病病原体的研究结果：,能通过细菌滤器；,可被乙醇沉淀而不失去其感染性；,能在琼脂凝胶中扩散；,用培养细菌的方法不能被培养出来，推测只能在植物活细胞中生活；,比细菌小的具有传染性的活的流质,1900,年前后，包括口蹄疫（,foot and mouth disease,）在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。,Filterable viruses(,滤过性病毒）,viruses,（病毒）,F W Twort(1915,年）、,F dHerelle(1917,年），分别发现细菌（,Shigella dysenteriae,）病毒,bacteriophages,Phago:,“,to eat”,噬菌体（,phage,）,1935,年，,W M Stanley,首次提纯并结晶了烟草花叶病毒；,Bawden,等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白；1940,年，,Kausche,首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；,1946,年获诺贝尔化学奖,二、病毒的特点和定义,1.,特点,1,）不具有细胞结构，具有一般化学大分子的特征。,例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳构成，故可把它们视为核蛋白分子。,2,）一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，,DNA,或,RNA,。,朊蛋白（,prion,）甚至仅由蛋白质构成？,3,）没有酶或酶系极不完全，不含催化能量代谢的酶，不能进行独立的代谢作用。,4,）严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖体，没有个体生长，也不进行二分裂，必须依赖宿主细胞进行自身的核酸复制，形成子代。,5,）个体微小，在电子显微镜下才能看见6,）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。,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。,超显微的、没有细胞结构的、,专性活细胞内寄生的实体,表,7-1,病毒与单细胞微生物性质比较,A,：一部分,DNA,和,RNA,病毒；,b,：利福平可抑制痘病毒复制,P163,2.,定义,迄今为止仍无一个科学而严谨的定义,病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物，它的,DNA,或,RNA,基因组被其所编码的蛋白质壳体化。,（,Fields,等，,1990,年）,（真）病毒：至少含有核酸和蛋白质二种组分,类病毒：,只含有侵染性的,RNA,组分,亚病毒,卫星病毒：只含有不具侵染性的,RNA,组分,朊病毒：只含蛋白质（？）,病 毒,非细胞生物,2.,定义,迄今为止仍无一个科学而严谨的定义,病毒为具有独立于其宿主的进化史的绝对细胞内寄生物，它的,DNA,或,RNA,基因组被其所编码的蛋白质壳体化。,（,Fields,等，,1990,年）,由一个或数个,RNA,或,DNA,分子构成的感染性因子，通常（但非必需）覆盖有由一种或数种蛋白质构成的外壳，有的外壳外还有更为复杂的膜结构；这些因子能将其核酸从一个宿主细胞传递给另一个宿主细胞；它们能利用宿主的酶系统进行细胞内的复制；有些病毒还能将其基因组整合入宿主细胞,DNA,，依靠这种机制，或是导致持续性感染发生，或是导致细胞转化，肿瘤形成。,三、病毒的宿主范围,病毒几乎可以感染所有的细胞生物，并具有宿主特异性,噬菌体（,phage,）,植物病毒（,plant viruses),动物病毒（,animal viruses),第二节 病毒学研究的基本方法,一、病毒的分离与纯化,通过病毒的分离与纯化获得有感染性的病毒制备物是病毒学研究和实践的基本技术。,二元培养物,1,、病毒的分离,用于分离病毒的标本应含有足够量的活病毒；,确定最适采集时间和标本处理的方法；,加入抗生素除菌或用离心和过滤方法处理；,研磨或超声波处理破碎细胞,立即接种、注意保存,1,）标本的采集与处理2,）标本接种与感染表现,标本接种于何种实验宿主（动物、植物、细菌）、鸡胚或细胞培养以及选择何种接种途径主要取决于病毒的宿主范围和组织嗜性，同时应考虑操作简单、易于培养、所产生的结果容易判定等要求。,噬菌体,细菌培养物,培养液,营养琼脂平板,培养液变得清亮,细菌平板成为残迹平板,动物病毒,实验动物,鸡 胚,多种细胞培养,植物病毒,敏感植物叶片,产生坏死斑（枯斑）,2,、病毒的纯化,病毒是有感染性的生物体,纯化的病毒制备物应保持其感染性,病毒具有化学大分子的属性,纯化的病毒制备物的理化性质应具有均一性,标 准,主要化学组分为蛋白质,蛋白质提纯的方法,方 法,具有一定的大小、形状和密度,差速离心超速离心,（盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析、离子交换等）,二、病毒的测定,病毒的定量分析,理化性质,免疫学性质,与宿主或宿主细胞的相互作用,病毒的物理颗粒计数,病毒的感染性测定,（,EM,）,噬斑测定,终点法,第三节 毒粒的性质,毒粒（病毒颗粒）：,病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式。,毒粒是一团能够,自主复制的遗传物质,，它们被其自身编码的,蛋白质外壳,所包围，有的还具有,包膜,，以保护其遗传物质免遭环境破坏，并作为将遗传物质从一个宿主细胞传递给另一个宿主细胞的载体,一、毒粒的形态结构,1,、毒粒的大小和形状,个体小，必须在电镜下观察；,不同病毒的毒粒大小差别很大,形状：球形颗粒（或称拟球形颗粒）,杆状颗粒,复杂形状颗粒（如蝌蚪状、卵形）,2,、毒粒的壳体结构,壳体或衣壳：,包围着病毒核酸的蛋白质外壳，由蛋白质亚基按对称的形式，有规律地排列而成，是病毒毒粒的基本结构。,壳体结构类型,螺旋对称,二十面体对称,双对称,螺旋对称壳体：,蛋白质亚基有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。,二十面体对称壳体：,蛋白质亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。,具有双对称结构的典型例子是有尾噬菌体，其壳体有头部和尾部组成，包装有病毒核酸的头部为变形的二十面体对称，尾部呈螺旋对称结构。,3,、毒粒的包膜结构,核壳病毒颗粒的壳体与核心一起构成的复合物,裸露毒粒：,仅由核（衣）壳构成的病毒颗粒,包膜：,仅出现在有包膜的病毒,核衣壳外的一层脂蛋白膜，是病毒以出芽方式成熟时，由细胞膜衍生而来。,作用：保护病毒核壳；启动病毒感染。,4,、毒粒的结构类型,四种主要结构类型,裸露的二十面体毒粒,裸露的螺旋毒粒,有包膜的二十面体毒粒,有包膜的螺旋毒粒,复 杂 病 毒,昆虫多角体病毒,痘病毒：较大，光镜下勉强可见,二、毒粒的化学组成,核酸,蛋白质,聚胺类化合物,无机阳离子,毒粒,（化学组成）,基本化学组成,脂类,糖类,有包膜病毒和某些无包膜病毒,病毒颗粒在化学上表现为核蛋白,1,、病毒的核酸,核酸是病毒的遗传物质；一种病毒的毒粒只含有一种核酸：,DNA,或,RNA,；,除逆转录病毒外，其他病毒基因组都是单倍体。,DNA,RNA,双链,RNA,单链,RNA,单负链,RNA,单正链,RNA,双链,DNA,单链,DNA,病毒核酸的类型,个别病毒的,RNA,是双意的，即部分正极性、部分为负极性,病毒核酸的结构特征,不同病毒的核酸均可能,具有各自不同的结构特征,黏性末端,循环排列,末端重复序列,噬菌体,病毒核酸的结构特征,2,、病毒的蛋白质,病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但不结合于毒粒中的蛋白质,构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质,病毒的蛋白质,非结构蛋白,结 构 蛋 白壳体蛋白,包膜蛋白,毒粒酶,保护作用,启动感染,表面抗原,决定感染的特异性,参与病毒的入侵或复制,第四节 病毒的复制,病毒是严格胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖,细 胞,有繁殖性的病毒基因组,（有感染性的毒粒消失）,病毒核酸和蛋白质,病毒基因组复制、表达,装配成有感染性的毒粒,胞 外,一、病毒的复制周期,1,、一步生长曲线,1939,年，,Max Delbruck&Emory Ellis,E.coli,/bacteriophage,该实验标志着分子病毒学、分子生物学和分子遗传学的建立。,Max Delbruck,因此获,1969,年的,Nobel Prize,。,以适量的病毒接种处于标准培养的高浓度的敏感细胞（比例一般为,1:10,）；,待病毒吸附后，以病毒抗血清处理病毒,-,细胞培养物，以中和未吸附的噬菌体；,将上述混合物，以培养液进行高倍稀释，以防止第二次吸附和感染；,培养后，定时取样测定培养物中的病毒效价（噬斑测定）；,以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线。,取培养物直接测定病毒数量,将培养物过滤去细胞后测定病毒数量,将细胞裂解后测定病毒的数量。,前期可将培养物先离心去上清以消除未吸附病毒的影响,潜伏期：毒粒吸附于细胞到受染细胞释放出子代毒粒所需的最短时间。,隐蔽期：自病毒在受染细胞内消失到细胞内出现新的感染性病毒的时间,隐蔽期病毒在细胞内存在的动力学曲线呈线性函数，而非指数关系，从而证明子代病毒颗粒是由新合成的病毒基因组与蛋白质经装配成熟，而不是通过双分裂方式产生。,裂解量：每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目，,其值等于潜伏期受染细胞的数目被除以稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，,即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。,3,、复制周期,/,复制循环,自病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从感染细胞释放到细胞外的病毒复制过程。,1,）吸附；,2,）侵入；,3,）脱壳；,4,）病毒大分子的合成，,包括病毒基因组的表达与复制；,5,）装配与释放。,病毒感染的起始,二、病毒感染的起始,1,、,吸附：,决定病毒组织亲嗜性,静电结合：,病毒吸附蛋白，非特异性吸附，可逆的,特异性结合：,病毒配体与细胞受体结合,分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体,动物宿主细胞及细菌表面病毒受体的存在可通过生化、遗传等实验证明,但至今仍未发现植物病毒的细胞受体存在,2,、侵入：,又称内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤。,不同的病毒,宿主系统的病毒侵入机制不同,有尾噬菌体,注射方式将核酸注入细胞,1,）裸露病毒直接穿过细胞膜的移位方式,3,）包膜病毒通过细胞的内吞功能,2,）毒粒包膜与细胞质膜的融合,植物病毒,通过人为或自然的机械损伤所形成的微伤口进入细胞；或者靠携带有病毒的媒介，主要是靠有吮吸式口器的昆虫取食将病毒带入细胞。,植物病毒一旦进入细胞后，增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动蛋白与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞。,3,、脱壳：,病毒侵入后，病毒的包膜和,/,或壳体除去而释放出病毒基因组的过程，它是病毒基因组进行复制和功能表达所必需的感染事件。,T-,偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的。,动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式，其脱壳过程也较复杂。,病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，,进入潜隐期。,病毒在细胞内能否复制的关键,细胞溶酶体酶、脱壳酶的参与,三、病毒大分子的合成,病毒基因组进入胞内,宿主细胞的代谢发生改变,病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。,病毒基因组的表达与复制存在着强烈的时序性,四、病毒的装配与释放,在病毒感染的细胞内，新合成的毒粒结构组分以一定的方式结合，装配成完整的病毒颗粒，这一过程称做病毒的装配亦称成熟或形态发生。,成熟的子代病毒颗粒依一定的途径释放到细胞外,病毒的释放标志着病毒复制周期的结束,T4,噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程。,大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放,丝杆噬菌体（如,M13,或,fd,）不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装。,有包膜病毒的装配与释放有时也是同时完成的,有些有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核、高尔基体膜、粗面内质网膜等或细胞质膜芽出过程中裹上包膜而形成包膜病毒。,烟草花叶病毒的装配：,RNA,穿过螺旋的中心孔并在生长端形成一个可移动的环。,病毒大分子合成,噬菌体的复制周期,THANKS！,