1第一章非细胞结构超微生物病毒

,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 一 章,非细胞结构的超微生物,病 毒,小思考：,问题1. 大家耳熟能详的病毒有哪些？,艾滋病病毒，乙肝病毒，疯牛病病毒，SARS病毒，禽流感病毒,病毒对人类、动物和植物等生命体的生存造成了极大的威胁。,问题2. 病毒有没有有益的一面？,病毒疫苗(vaccine)的发展，为控制人类疾病（如天花、黄热病、脊髓灰质炎、麻疹等）和畜禽疾病（如牛瘟、猪瘟等）提供了有效措施；,病毒杀虫剂取代传统的化学杀虫剂，就可以避免对自然环境的严重污染和破坏。,问题3. 什么是病毒？,病毒的发现,对事物的认知有一个共同的规律：从现象到本质。在发现病毒之前，病毒病就已经被人类所认识。,病毒学是一门比较年轻的学科，从病毒的发现到目前仅有百余年的研究历史。然而，人类对病毒病的明确记载却已经有四百多年了。,17世纪30年代，一种得病的郁金香在荷兰掀起“郁金香热”，这就是被最早记载的植物病毒病郁金香碎色病。,天花是一种具有很高病死率的传染病，我国几千年前的文献中就提到过天花。16世纪的明代，我国率先发明人痘接种法，预防天花，并随后飘洋过海传播到日本和欧洲各国。,早在1566年就有了关于疯狗咬人致病，即狂犬病的记载。巴斯德（Pasteur）作为微生物发展史上的里程碑式的人物，在1884年发明了狂犬疫苗，对病毒病的防治做出了巨大贡献。,大神巴斯德-微生物学之父,路易斯巴斯德（公元1822-1895年），法国微生物学家、化学家。他研究了微生物的类型、习性、营养、繁殖、作用等，奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础，并开创了微生物生理学。循此前进，在战胜狂犬病、鸡霍乱、炭疽病、蚕病等方面都取得了成果。英国医生李斯特并据此解决了创口感染问题。从此，整个医学迈进了细菌学时代，得到了空前的发展，人们的寿命因此而在一个世纪里延长了三十年之久。美国学者麦克哈特所著的影响人类历史进程的100名人排行榜中，巴斯德名列第11位，可见其在人类历史上巨大的影响力。,影响人类历史进程的100名人排行榜,（1）穆罕默德（约570632）阿拉伯人，史上最有影响力的人物，他复兴和传播了伊斯兰教，并在一系列征服中，行成了从伊拉克代摩洛哥一连串有共同的信仰、语言、历史和文化的阿拉伯国家。,（2）牛顿（16421727）英国历史上最伟大最有影响力的科学家。他建立了宏伟的力学体系，奠定科学理论的基础。,（3）耶稣（-30-6）历史上最有影响力的宗教启示者，基督教的道德和精神领袖。他阐述的基督教基本道德观、精神观和主要行为准则，深刻地影响了欧洲文化的发展。,（4）孔子（-511-479）中国古代伟大的哲学家、思想家，独创了整套信仰体系，他的学说体现出中国人讲究实际的气质，影响中国人生活和文化两千多年。,（5）圣保罗（-464）土耳其基督教使徒，他成功的传教使基督教由一个犹太教派转变成一个世界性的宗教。,（6）蔡伦（？121）中国纸的发明者。8世纪传入阿拉伯，12世纪传入欧洲。,影响人类历史进程的100名人排行榜,（7）释迦牟尼（-566-486）印度佛教的创始人，觉悟而成佛，以“苦集灭道”四命倡导修行。其小乘教派传至东南亚一带，大乘佛派北传至中国和日本。,（8）古腾堡（14001468）德国，发明活字印刷。,（9）哥伦布（14511506）意大利，1492年发现美洲新大陆，这是世界历史上一个重大的转折点。,（10）爱因斯坦（18791955）德国，20世纪最伟大的科学家，他的相对论是空时关系的新认识。,（11）马克思（18181883）德国，和恩格斯一起创立了马克思主义学说。,（12）巴斯德（18821895）法国，在医学史上首次倡导疾病细菌学说。,大神巴斯德-微生物学之父,路易斯巴斯德被世人称颂为 “进入科学王国的最完美无缺的人”，他不仅是个理论上的天才，还是个善于解决实际问题的人。他于1843年发表的两篇论文“双晶现象研究”和“结晶形态”，开创了对物质光学性质的研究。1856年至1860年，他提出了以微生物代谢活动为基础的发酵本质新理论，1857年发表的“关于乳酸发酵的记录”是微生物学界公认的经典论文。1880年后又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗，其理论和免疫法引起了医学实践的重大变革。此外，巴斯德的工作还成功地挽救了法国处于困境中的酿酒业、养蚕业和畜牧业。,病毒的发现,1886年，在荷兰工作的德国人麦尔（Mayer）把患有花叶病的烟草植株的叶片加水研碎，取其汁液注射到健康烟草的叶脉中，能引起花叶病，证明这种病是可以传染的。通过对叶子和土壤的分析，麦尔指出烟草花叶病是由细菌引起的。,在病毒大家庭中，有一种病毒有着特殊的地位，这就是烟草花叶病毒。无论是病毒的发现，还是后来对病毒的深入研究，烟草花叶病毒都是病毒学工作者的主要研究对象，起着与众不同的作用。,病毒的发现,1892年，俄国的伊万诺夫斯基（Ivanovski）重复了麦尔的试验，证实了麦尔所看到的现象，而且进一步发现，患病烟草植株的叶片汁液，通过细菌过滤器后，还能引发健康的烟草植株发生花叶病。这种现象起码可以说明，治病的病原不是细菌，但伊万诺夫斯基将其解释为是由于细菌产生的毒素而引起。生活在巴斯德的细菌致病说的极盛时代，伊万诺夫斯基未能做进一步的思考，从而错失了一次获得重大发现的机会。,病毒的发现,1898年，荷兰细菌学家贝杰林克（Beijerinck）同样证实了麦尔的观察结果，并同伊万诺夫斯基一样，发现烟草花叶病病原能够通过细菌过滤器。但贝杰林克想得更深入。他把烟草花叶病株的汁液置于琼脂凝胶块的表面，发现感染烟草花叶病的物质在凝胶中以适度的速度扩散，而细菌仍滞留于琼脂的表面。从这些实验结果，贝杰林克指出，引起烟草花叶病的致病因子有三个特点：1，能通过细菌过滤器；2，仅能在感染的细胞内繁殖；3，在体外非生命物质中不能生长。根据这几个特点他提出这种致病因子不是细菌，而是一种新的物质，称为“有感染性的活的流质”，并取名为病毒，拉丁名叫“Virus”。,病毒的发现,1936年人们首次通过电子显微镜直接观察到了烟草花叶病毒（TMV），是一种直径为1.5nm，长为300nm的长杆状的颗粒 。,而且证实了病毒颗粒的内部是核酸，外面包裹着蛋白质，有些病毒颗粒外边被囊膜包裹着。,第一节 病毒的一般特征和分类,一、病毒的特点,无细胞结构，专性寄生于活细胞内；,没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢活动；,个体极小（小于0.2m），能通过细菌过滤器；,只含一种核酸；,通过装配方式进行繁殖；,离体也可长期保持侵染活性；,有些能够整合到寄主的基因组中。,病毒(virus)是超微小的，没有细胞结构的，专性活细胞内寄生的实体。在活细胞外具有一般化学大分子特征，一旦进入宿主细胞又具有生命特征。,第一节 病毒的一般特征和分类,二、病毒的分类,根据宿主划分：,植物病毒,动物病毒,微生物病毒 一般称为噬菌体（phage）,根据核酸划分：DNA病毒、RNA病毒,根据形态划分：杆状、多面体、复合型,第一节 病毒的一般特征和分类,-（真）病毒：,-亚病毒：,类病毒：只含具侵染性的RNA组分,朊病毒：只含蛋白质,拟病毒和卫星RNA：只含有不具侵染性的RNA组分,至少含核酸和蛋白质二种组分,三、非细胞生物,第二节 病毒的形态和构造,一、病毒的大小和形态,个体小，必需在电镜下观察；,不同病毒的毒粒大小差别很大；,毒粒的形状大致可分球形、,杆状和复杂形状等。,一、病毒的大小和形态,病毒名称,大小或直径（纳米）,最大的病毒,虫痘病毒,450,牛痘苗病毒,300X250X100,最长的病毒,柑橘衰退病毒,2000,甜菜黄花病毒,1250X10,铜绿假单胞菌噬菌体,1300X10,最小的病毒,口蹄疫病毒,21,乙型肝炎病毒,18,苜蓿花叶病毒,16.5,玉米条纹病毒,12-8,烟草坏死病毒,16,菜豆畸矮病毒,9-11,最细的病毒,大肠杆菌的F1噬菌体,5X800,几种病毒的形状,二、病毒的化学组成和结构,1、基本成分,核 酸位于中心，称为核心,蛋白质包围在核心周围，形成衣壳,核心和衣壳合称核衣壳，为病毒的基本结构。有些复杂的病毒在衣壳的外面包裹着一层由脂类和多糖组成的被膜（囊膜）。有的囊膜上还长有刺突。,二、病毒的化学组成和结构,2、病毒的结构对称构型,立体对称,螺旋对称,复合对称,呈直杆状，长300nm，宽15nm，中空内径4nm，由158个氨基酸组成一个皮鞋状的衣壳粒，相对分子量为17500，总共2130个衣壳粒，排列成130圈螺旋，核酸核心是单链的RNA，相对分子质量为260万，含有6390个核苷酸，每3个核苷酸与一个衣壳粒相结合，盘绕于蛋白质的中空内径中。,(1)螺旋状对称型：,烟草花叶病毒（TMV）,二十面体具有12个角、20个面、和30条棱。腺病毒的衣壳是典型的二十面体对称，由252个衣壳组成，没有包膜。腺病毒的核心是由线状双链DNA构成的。其基因组的大小都约为36500个核苷酸对。,(2)立体对称型：,AIDS,T4由头部（核心是双链线状DNA）、颈部和尾部（尾鞘、尾管、基板、刺突和尾丝）三个部分构成。,(3)复合对称型：偶数噬菌体,二、病毒的化学组成和结构,3、蛋白质的功能,核酸内芯,核糖核酸 （RNA）,脱氧核糖核酸 （DNA）,植物病毒,噬菌体,核酸的功能：决定病毒遗传、变异和感染力,蛋白质外壳：保护核心和将病毒的核酸物质注入其他生物的细胞内。,第三节 病毒的繁殖,病毒粒子并无个体的生长过程，而只有其两种基本成分的合成和装配，即：,核酸复制+蛋白质合成病毒粒子,噬菌体的繁殖一般可分四个阶段，即,吸附,侵入,复制与聚集（装配）,裂解（释放）,一、病毒的繁殖过程,吸附,侵入,早期：病毒特异性酶的合成,病毒核酸复制,病毒结构蛋白质合成,装配,释放,病毒大分,子合成,尾丝尖端与宿主细胞表面的特异性受体接触，可触发尾丝散开，附着在受体上，随之把刺突、基板固定。,1）吸附(attachment),病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范德华力。,以噬菌体侵染大肠杆菌为例,2）侵入(penetration),吸附,尾钉固着,尾鞘收缩,尾管穿入,DNA注入,尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔；尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外。,3）增殖与装配(synthesis and assembly),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。,T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程,3）增殖与装配,4）裂解（释放）(release),二、噬菌体的溶原性,温和噬菌体-溶原性噬菌体（lysogenic phage）：,感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，没有成熟噬菌体产生。,这一现象称做噬菌体的溶原性（lysogeny）,附着或融合在溶源性细菌染色体上的温和噬菌体的核酸称为原噬菌体或前噬菌体。,前噬菌体,二、噬菌体的溶原性,溶原性细菌：含有温和噬菌体的DNA而又找不到形 态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌。,溶原性细菌的基本特性：,自发裂解,诱发裂解,免疫性,复愈性,溶原转变,一、病毒的测定,第四节 病毒的培养,颗粒计数法,间接技术法,病毒感染效价测定法,电子显微镜观察计数,红细胞凝集试验,空斑实验,二、病毒的培养特征,第四节 病毒的培养,（一）液体培养基：浑浊澄清,（二）固体培养基：菌落空斑,三、病毒的培养基专一性,第四节 病毒的培养,1. 敏感活体细胞,2. 受体指能被病毒吸附蛋白特异性地识别，并与之结合介导病毒进入细胞，启动感染发生的细胞表面组分。,3. 无限制性核酸内切酶（Restriction endonuclease 能分裂DNA分子。在一限定数目的专一部位上，它能识别外源DNA并将其降解。 ）,四、病毒的培养,第四节 病毒的培养,（一）动物病毒：,1.动物接种,是最原始的病毒培养方法，根据病毒种类不同，选择敏感动物及适宜接种部位，如嗜神经性病毒（狂犬病毒）可接种于小鼠脑内，痘病毒可接种于家兔角膜或皮内。,鸡胚对多种病毒敏感。一般采用孵化914天的鸡胚，根据病毒种类不同，将病毒标本接种于鸡胚的不同部位，最常用的鸡胚接种部位有：羊膜腔、尿囊腔、绒毛尿囊膜和卵黄囊等。,2.鸡胚培养,3. 组织培养技术,组织培养法(tissue culture)或细胞培养(cell culture)法是将离体活组织块或分散的组织细胞加以培养的技术总称，为病毒分离鉴定中的最常用的基本方法。,（1） 空斑试验,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 ）：一个噬菌斑是由一个噬菌体粒子形成。,每个空斑是由一个感染性病毒颗粒形成的，称作蚀斑形成单位 (plaque forming unit, PFU)。,3. 组织培养技术,空斑的形成,将稀释的病毒悬液加入单层细胞培养瓶中。病毒吸附后，再覆盖一层融化的半固体营养琼脂，使病毒在单层细胞培养中有限扩散。,结果是每一个有感染性的病毒在单层细胞中可产生一个局限性的感染灶。用活性染料 (如中性红) 染色，则活细胞着色，受病毒感染而破坏的细胞不着色，形成肉眼可见的空斑(plaque)。,3. 组织培养技术,（2） 系列稀释终点,有些病毒在细胞内增殖时可引起特有的细胞病变，称为细胞病理效应(CPE)。常见的变化有细胞变圆、聚集、坏死、溶解或脱落等。,（2） 系列稀释终点,该方法是测定病毒能使50%的组织培养细胞发生感染的最小量。一般是将病毒悬液作10倍的系列稀释，分别接种细胞，经一定时间后观察CPE、血细胞吸附等指标，以最高稀释度能感染50%细胞的量为终点。最后用统计方法计算出50%组织细胞感染量（50% tissue culture infectious dose, TCID50)。,半致死量（50% lethal dose, LD50 ）,病毒的滴度50%组织细胞感染量 (TCID50)测定法,第五节 病毒对物理、化学因素、抗生素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果,病毒受理化因素作用后失去感染性，称为灭活（inactivation）。灭活的病毒仍保留其抗原性、红细胞吸附、血凝和细胞融合等活性。,物理因素,化学因素,抗生素,温度破坏蛋白质,大多数病毒耐冷不耐热，在0以下能良好生存，特别是在干冰温度（-70 ）和液氮（-196 ）温度下更可长期保持其感染性。相反，大多数病毒于55-60 ，几分钟至十几分钟即被灭活，100 时在几秒钟内即可灭活病毒。,有蛋白质或Ca2+、Mg2+存在，常可提高某些病毒对热的抵抗力。,光破坏核酸,电离辐射中的射线和射线以及非电离辐射中的紫外线都能使病毒灭活。,干燥病毒成分的解离和核酸的降解,一、病毒对物理因素的抵抗力：,第五节 病毒对物理、化学因素、抗生素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果,体内灭活抗生素和干扰素,抗生素指由微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类物质，其具有良好的选择性毒性，只会针对病原细胞作用。,主要来源于放线菌，少数源于某些真菌和细菌,第五节 病毒对物理化学因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果,二、病毒对化学因素的抵抗力：,体内灭活抗生素和干扰素,干扰素获得性免疫,由病毒或其他干扰素生剂刺激机体细胞（单核细胞和淋巴细胞）所产生的一种具有抗病毒等作用的糖蛋白，它们在同种细胞上具有广谱的抗病毒、影响细胞生长和分化、调节免疫功能等多种生物活性。,第五节 病毒对物理化学因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果,二、病毒对化学因素的抵抗力：,体外灭活化学物质,酚、低渗缓冲溶液破坏蛋白质,甲醛、亚硝酸、氨破坏核酸,醚、氯仿等脂溶剂破坏含被膜的病毒,第五节 病毒对物理化学因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果,二、病毒对化学因素的抵抗力：,水体温度（低温存活时间长）,土壤温度和湿度（低温存活时间长、,湿润存活时间长）,空气紫外辐射、相对湿度、温度和风速等,第五节 病毒对物理化学因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果,三、病毒在环境中的存活：,一级处理物理处理 30%,二级处理生物处理 90-99%,三级处理深度处理 滴度常用对数值下降4-6,第五节 病毒对物理化学因素的抵抗力及在污水处理过程中的去除效果,四、污水处理过程中对病毒的去除效果：,危害：,病毒引起人类、动植物疾病，甚至死亡。,病毒还破坏工、农、林业生产。,对策：,清洁环境、喷洒药物消毒器物和环境以减少疾病传播；,将病毒灭活或减毒以制备疫苗控制流行疾病传播。,第六节 病毒的危害、对策与应用,一、危害与对策：,中国在16世纪前后，就用天花患者脓疮中的浆液给健康人接种而使之获得免疫力。,差不多同时，荷兰的种植者用嫁接法使郁金香感染病毒而开出美丽的碎色花朵；,1796年，琴纳发明了牛痘疫苗；,1885年，路易斯巴斯德首创了狂犬病疫苗。,第六节 病毒的危害、对策与应用,二、应用：,本章小结,病毒的特点,病毒的组成和结构,病毒的繁殖过程和噬菌体的溶原性,病毒对物理因素的抵抗力,病毒对化学因素的抵抗力,重点内容,作业：,单周一上课前交！,P29 4. 5. 6. 11. 18.,