病毒的性状与分类课件

第四章 病毒（virus）一、病毒的性状与分类1.病毒的定义、基本特点及来源（1）病毒的定义：病毒是一类原始的、独特的微小生物体（2）病毒的基本特点a.个体微小（20300 nm）大多能通过细菌滤器 b.结构简单不具有细胞结构只有一种核酸不具有完全独立的代谢酶系及核糖体c.专性寄生性细胞内专性寄生不能分裂增殖，只能复制有些病毒的核酸可与宿主细胞染色体的 DNA 整合并传递给宿主的下一代（基因水平上的寄生）d.抵抗力特殊一般耐冷不耐热（肝炎病毒除外）能耐甘油的脱水作用（保存病毒用）对抗生素、抗真菌药及磺胺药不敏感（3）病毒的来源a.病毒的本质 最原始的生物，活的大分子b.病毒的起源 原始生物的后代 细菌退化的生存形式 正常细胞中失去调控的自主片段2.病毒的宿主范围（1）原生生物：噬菌体（phage）噬菌体、噬真菌体、噬藻体（2）植物：植物病毒（3）动物：动物病毒 原生动物病毒 无脊椎动物病毒（昆虫病毒为主，含虫媒病毒）脊椎动物病毒（含虫媒病毒）3.病毒的分类与命名（1）病毒的分类原则 按核酸类型分大类，按形态、致病等分科（2）病毒分类系统 4000 多种，7 大类，66 科，244 属 （国际病毒分类委员会，ICTV，2001）（3）病毒的命名规则较混乱，一般到科 地名：马尔堡病毒、西尼罗河病毒、埃博拉病毒 症状：出血热病毒 疾病：乙脑病毒、乙肝病毒、流感病毒、天花病毒 人名：EB 病毒 缩拼字及字母、数字：CMV、HIV、肠道病毒71 毒粒形态：轮状病毒、冠状病毒常见病毒举例大 类科 名代表病毒名dsDNA疱疹病毒科单纯疱疹病毒乳多空病毒科乳头瘤病毒ssDNA大肠杆菌M13噬菌体逆转录病毒噬肝病毒科人乙肝病毒逆转录病毒科HIV正意 ssRNA冠状病毒科SARS病毒小RNA病毒科甲肝病毒黄病毒科登革热病毒常见病毒举例（续）正意 ssRNA披膜病毒科风疹病毒反意 ssRNA正黏病毒科禽流感病毒副黏病毒科麻疹病毒弹状病毒科狂犬病病毒布尼亚病毒科汉滩病毒亚病毒类朊病毒疯牛病病毒缺陷病毒丁肝病毒dsRNA呼肠孤病毒科轮状病毒真菌病毒二、病毒的形态、结构与化学成分1.病毒的大小及结构（1）病毒的大小 病毒:细菌：真菌=1：10：100 最大：牛痘病毒（200 300nm）最小：口蹄疫病毒 20 nm（2）病毒的结构a.典型病毒颗粒的基本结构 病毒颗粒：核心（core）核酸 （virus particle）衣壳（capsid）蛋白（保护支架，有抗原性）或称毒粒（virion）核壳体（nucleocapsid）核酸+蛋白 b.病毒颗粒的辅助结构 包膜（envelope）含糖蛋白的类脂（部分病毒有），有抗原特异性，上可有突起（spike），如流感病毒上有两种突起 其它辅助结构：尾丝等c.病毒的壳粒（capsomere）单个或多个多肽分子，是核壳的组成单位2.病毒颗粒的形态及其对称体制（1）病毒颗粒的形态螺旋对称：杆状：烟草花叶病毒 丝状：大肠杆菌 M13 噬菌体 卷曲状：流感病毒 弹状：狂犬病毒等轴对称（二十面体对称）：冠状病毒、脊髓灰质炎病毒复合对称：蝌蚪状（无包膜）：大肠杆菌 T4 噬菌体 砖块状（有包膜）：痘病毒（2）病毒的群体形态包涵体（inclusion body）噬菌斑及空斑（plaque）枯斑（lesion）（3）3 类典型形态的病毒及其代表a.螺旋对称的代表烟草花叶病毒 （tobaco mosaic virus，TMV）b.二十面体对称的代表腺病毒（adenovirus）c.复合对称的代表T4 噬菌体 头部（二十面体）、颈部（杆状）、尾部（丝状）3.病毒的化学组成及其功能（1）核酸种类：DNA 或 RNA，单倍体（逆转录病毒为二倍体）单/双链线状或环状（闭环或缺口环）功能：病毒生命的物质基础，病毒感染的启动者（2）蛋白质 存在于衣壳与包膜上（结构蛋白），某些内部有少量（逆转录酶、DNA 聚合酶等酶，为非结构蛋白）功能：支架作用：保持病毒结构的稳定性 保护作用：保护核酸免受外界因素破坏 辅助作用：吸附宿主细胞，辅助感染 有抗原性：可引起机体的免疫反应（3）脂质 多存在于包膜上功能：保护作用：维护病毒结构的完整性 辅助作用：与宿主细胞膜融合，辅助感染（4）糖类主要在包膜上糖蛋白形式为主，也有糖脂、黏多糖功能：共同表现抗原特异性 赋予病毒某些功能（如流感病毒血凝素）（5）其它：一些金属阳离子和阳离子化合物功能：与病毒的结构有关三、病毒的复制（增殖）1.病毒复制的特点及方式（1）病毒复制的特点a.在活细胞内进行b.病毒的复制周期 吸附侵入脱壳mRNA 转录早期蛋白质（功能蛋白，酶）翻译 DNA 复制mRNA 转录晚期蛋白质（结构蛋白）翻译装配释放c.病毒的一步生长曲线：潜伏期（生物合成）、裂解量（子代量）（2）病毒复制的方式 自我复制，然后装配释放a.溶解性相互作用：溶解细胞作用（无包膜病毒多见）：细胞溶解 稳定感染状态（有包膜病毒多见）：芽生释放b.转化性相互作用：前病毒形成，病毒核酸整合入宿主细胞的 DNA 中，肿瘤病毒多见2.病毒复制的过程（1）吸附：离子的电荷吸引（随机的、可逆的）（adsorption）；化学的亲和（特异的、不可逆的，与病毒受体结合）植物病毒细胞受体至今未发现（2）侵入：胞饮（大多数无包膜的病毒）（penetration）融合（大多数有包膜的病毒）直接穿入（3）脱壳：溶酶体酶消化病毒外壳，病毒核酸释放入胞浆 （uncoating）（4）生物合成：DNA 病毒在胞核（噬肝病毒、痘病毒例外）（biosynthesis）RNA 病毒在胞浆（正黏病毒、肿瘤病毒例外）a.早期生物合成：先抑制宿主细胞本身的生物合成，早期转录mRNA，由 mRNA 转译早期蛋白（功能蛋白，主要是酶），病毒核酸复制b.晚期生物合成：晚期转录 mRNA，转录晚期蛋白（主要是结构蛋白）（5）装配（成熟）（assembly or maturation）：复制的核酸与合成的病毒蛋白组合成完整的病毒体 核酸浓聚（线状 团状），壳粒集聚，装灌核酸，附加包膜 （来自核膜疱疹病毒；来自质膜流感病毒）（6）释放（release）：破胞，芽生3.病毒复制的形式（1）dsDNA 病毒：半保留复制，转录 mRNA，胞核装配（2）ssDNA 病毒：先合成 cDNA链，再转录 mRNA，胞浆装配（3）dsRNA 病毒：以正链作为 mRNA（4）ssRNA 病毒+：直接作为 mRNA（5）ssRNA 病毒-：合成互补链作为 mRNA（6）逆转录病毒：以 RNA 为模板合成 DNA 链，再合成 cDNA 链，与宿主细胞 DNA 整合4.病毒的异常复制 即病毒的非增殖性感染（non-productive infection）（1）流产感染（abortive infection）又称顿挫感染 病毒在宿主细胞中只能合成部分病毒成分，不能成熟、装配 a.感染的是非允许细胞（nonpermissive cell），不能提供病毒增殖所必需的酶及 tRNA；b.病毒本身为缺损病毒，在无“辅助病毒”时（2）隐（潜）伏感染（latent infection）病毒隐藏在宿主细胞中，平时并不复制，也不引起明显的症状，待体内免疫力降低或受到某些刺激后又可增殖致病 单纯疱疹病毒、水痘-带状疱疹病毒（3）慢发感染（slow infection）又称迟发感染 某些病毒在体内的增殖极为缓慢，经很长时间（可达数十年）才发病 狂犬病毒、慢病毒 （4）整合感染（integrated infection）见于肿瘤病毒 平时为潜伏感染，发作时为慢性持续性感染（5）耐受性感染（tolerence infection）属病毒感染的特殊类型，见于先天性感染 不引起免疫反应5.病毒的干扰现象（1）干扰的定义：在两种病毒共同感染同一种细胞时，可发生一种病毒抑制另一种病毒复制的现象（2）干扰的类型a.自身干扰：b.同种干扰：同种异型（流感病毒A、B）同型异株（流感病毒A1、A2）c.异种干扰：最常见 灭活病毒也可干扰活病毒，用于制备疫苗（3）干扰的机理a.产生干扰素：最主要的干扰方式b.干扰病毒的吸附：阻断病毒受体c.改变宿主细胞的代谢途径：争夺宿主细胞的酶及生物合成原料，干扰病毒的复制d.缺损病毒引起的干扰：（4）干扰的意义a.阻止或中断病毒感染，自愈b.有病毒感染时暂不能预防接种减毒活疫苗6.缺损病毒（1）定义 在复制时需要其它病毒辅助的病毒（2）分类a.干扰缺损病毒（defective interfering virus，DI 病毒）b.卫星病毒（satellite virus）c.条件缺损病毒（conditionally defective virus）d.整合的病毒基因组 温和噬菌体溶源性（lysogeny）、动物病毒整合（integrated）四、病毒对理化因素的抵抗力1.病毒的灭活及其机理（1）灭活（inactivation）：病毒失去感染性（2）灭活机理：a.直接破坏核酸b.改变病毒结构，使之不能进入宿主细胞2.物理因素（1）温度：病毒大多耐冷不耐热，但乙肝病毒例外。高压蒸汽、干热均能杀死病毒（2）射线：电离辐射（X线、射线）、非电离辐射（紫外线）均敏感，但剂量略大于细菌 某些病毒有光复活作用，尤其是紫外线照射后（3）干燥：常温干燥易被灭活，但冷冻干燥长期存活，常用此法保存病毒株3.化学因素 大多较强（1）脂溶剂：乙醚、氯仿、去氧胆盐等 仅对有包膜的病毒有作用，故这些病毒不能在肠道中生存（2）酚类：苯酚等，为蛋白质退变剂，作用力不强（3）醛类：甲醛可用于灭活病毒，而不改变抗原性 戊二醛有效（4）氧化剂与卤素及其化合物：过氧化氢、环氧乙烷、次氯酸钠、碘伏等敏感五、病毒的遗传与变异1.突变（mutation）（1）突变的定义：非由于他种病毒或生物体的介入所引起的病毒核酸基因组的遗传型变异（2）突变的产生方式 a.自然突变：产生的频率与细菌相似（10-410-8）b.诱导突变：射线（物理）或 5-FU（化学）（3）突变的类型a.点突变：大多为条件致死性突变：在容纳性条件（如一定的温度范围）下增殖，在限制性条件下（较高温度37度)不能增殖。最常见的是温度敏感突变株（temperature sensitive mutants，ts 突变株）脊髓灰质炎病毒减毒活疫苗就是 ts 突变株 还有毒力变异、耐药性突变、宿主适应性突变（狂犬病野毒株固定毒株等b.缺失性突变：往往致死2.基因重组（recombination）（1）定义：不同而有亲缘关系的病毒感染同一细胞时可发生病毒之间交换核酸（2）类型：a.分节段基因组：节段交换重配 b.不分节段基因组：病毒核酸分子断裂交叉连接 L M S l m s M N m n l M S m N （a）（b）（3）方式：a.两种活性（感染性）病毒之间：如流感病毒b.活性与非活性病毒之间（交叉复活，cross reactivation）c.两种非活性病毒之间（多重复活，multiple reactivation）：如紫外线照射后d.与宿主细胞之间（不产生病毒后代，但致宿主细胞恶变）（4）意义：a.产生具有双亲表型特性的重组病毒b.逃避免疫c.非活性病毒产生有活性的后代d.致宿主细胞恶变3.基因产物的相互作用 由病毒产生的蛋白质参与作用所致（1）表型混合：一种病毒的核壳或包膜包在另一种病毒的核酸外面，病毒的表型变异，但不遗传（2）基因型混合：二种病毒的核酸在同一病毒的外壳内或二种病毒核壳体在同一包膜内，也无遗传性（3）互补（complementation）：指两种病毒通过产生基因产物相互间补充不足，如缺损病毒与辅助病毒（4）增强（enhancement）：当两种病毒混合培养时，一种病毒促进、增高另一种病毒的产量，其机理是通过抑制干扰素的产生4.人工定向变异 利用理化的诱变方法以提高病毒的突变率，再在合适的条件下筛选出所需的突变株（1）改变宿主的亲嗜性（2）培育冷适应突变株或 ts 突变株（3）通过基因重组获取杂交株六、病毒与宿主的相互作用1.噬菌体感染对原核细胞的影响（1）抑制宿主细胞大分子合成（2）宿主限制系统的改变（3）噬菌体颗粒释放对细胞的影响（4）溶源性感染对细胞的影响2.病毒感染对真核细胞的影响（1）致细胞病变 a.细胞病变效应（cytopathic effect，CPE）体外培养时 b.杀细胞效应（cytocidal effect）又称溶细胞效应（cytolysis effect)体内（2）对宿主细胞大分子合成的影响 a.抑制宿主细胞的转录 b.抑制宿主细胞的翻译 c.抑制宿主细胞 DNA 的复制（3）对细胞结构的影响 a.对宿主细胞膜的影响 细胞融合(cell fusion)：外部融合、内部融合形成合胞体 形成新的膜表面抗原 b.对宿主细胞骨架的影响 c.形成包涵体（inclusion body）d.细胞凋亡（apoptosis）（4）稳定感染状态（5）细胞生长特性的改变 a.失去接触抑制（contact inhibition）b.基因整合至转化（transformation）表达新的产物，细胞性质改变七、病毒学研究的基本方法1.病毒的分离与纯化（1）病毒的分离 a.标本的采集与处理：来源，及时，无菌 b.标本的接种：细胞培养，鸡胚接种，动物接种（2）病毒的纯化 同一般蛋白提纯法，最佳超速离心2.病毒的检测（1）颗粒计数（2）感染性测定：感染单位（infectious units，IU）a.蚀（空、枯）斑测定：蚀斑形成单位（plaque forming units，PFU）b.终点法：半数感染剂量（ID50），属半定量法，多用于不能形成空斑的病毒3.病毒的鉴定以下方法的特异性依次增强（1）宿主范围及感染表现（2）核酸的型别（3）理化性质（4）血细胞凝集性质（5）血清学（6）分子生物学八、亚病毒因子1.卫星病毒：属缺损病毒，有核酸及蛋白衣壳2.卫星 RNA：也需辅助病毒，只含有不具侵染性的RNA 组分3.类病毒：无蛋白衣壳，无 mRNA，只有具侵染性的 RNA，复制不需辅助病毒，目前仅见于植物病毒4.朊病毒（prion）：可能仅含蛋白质 依次结构越简单