微生物学：第七章 病毒

第七章第七章 病毒病毒 （VirusesViruses）7.1 7.1 概述（概述（Introduction)Introduction)7.2 7.2 病毒学研究的基本方法病毒学研究的基本方法7.3 7.3 毒粒的性质毒粒的性质7.4 7.4 病毒的复制病毒的复制7.5 7.5 病毒的非增殖性感染病毒的非增殖性感染7.6 7.6 病毒与宿主的相互作用病毒与宿主的相互作用7.7 7.7 亚病毒因子亚病毒因子7.8 7.8 病毒举例病毒举例7.1 7.1 概述概述一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 18841884年年，法国微生物学家，法国微生物学家查理斯查理斯尚柏朗发明了一尚柏朗发明了一种细菌无法滤过的过滤器种细菌无法滤过的过滤器（尚柏朗过滤器尚柏朗过滤器，其滤孔，其滤孔孔径小于细菌的大小），孔径小于细菌的大小），他利用这一过滤器就可以他利用这一过滤器就可以将液体中存在的细菌除去。将液体中存在的细菌除去。一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 1892年年，俄国生物学家德米特里，俄国生物学家德米特里伊凡诺夫斯基伊凡诺夫斯基在研究烟草花叶病时发现，将感染了花叶病的烟在研究烟草花叶病时发现，将感染了花叶病的烟草叶的提取液用草叶的提取液用尚柏朗过滤器尚柏朗过滤器过滤后的过滤后的滤液滤液依然依然能够能够感染感染其他其他烟草。于是他烟草。于是他提出这种感染提出这种感染性物质可能是性物质可能是细菌所分泌的细菌所分泌的一种一种毒素毒素。 一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 1899年，荷兰微生物学家年，荷兰微生物学家马丁马丁乌斯乌斯贝杰林克贝杰林克重复了伊凡诺重复了伊凡诺夫斯基的实验，观察到这种病夫斯基的实验，观察到这种病原只在分裂细胞中原只在分裂细胞中复制复制，没有，没有显示这种病原的颗粒形态，因显示这种病原的颗粒形态，因此他称之为此他称之为contagium vivum fluidum（可溶的活菌）并进（可溶的活菌）并进一步命名为一步命名为virus（病毒）。（病毒）。 （后来证明在细胞外是颗粒后来证明在细胞外是颗粒）一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 20世纪早期，英国细菌学家世纪早期，英国细菌学家Frederick Twort发现了可以感染发现了可以感染细菌的病毒，并称之为细菌的病毒，并称之为噬菌体噬菌体。随后法裔加拿大微生物学家随后法裔加拿大微生物学家Felix dHerelle描述了噬菌体的特性：描述了噬菌体的特性：长满细菌的琼脂固体培养基上，长满细菌的琼脂固体培养基上，噬菌体导致细菌死亡而留下的噬菌体导致细菌死亡而留下的空空斑斑。通过计算空斑的数量，再乘。通过计算空斑的数量，再乘以稀释倍数就可以得出溶液中病以稀释倍数就可以得出溶液中病毒的个数，揭开了现代病毒学研毒的个数，揭开了现代病毒学研究的序幕。究的序幕。 一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 1906年，哈里森发明了在淋巴液中进行组织生长的年，哈里森发明了在淋巴液中进行组织生长的方法方法 ； 1913年，年，E. Steinhardt、C. Israeli和和R. A. Lambert利用这一方法在豚鼠角膜组织中成功利用这一方法在豚鼠角膜组织中成功培养培养了了牛痘苗病毒牛痘苗病毒，突破了病毒需要体内生长的限制。，突破了病毒需要体内生长的限制。 1928年，年，H. B. Maitland和和M. C. Maitland利用母利用母鸡肾脏悬液对牛痘苗病毒进行了培养。他们的方法鸡肾脏悬液对牛痘苗病毒进行了培养。他们的方法在在1950年代得以广泛应用于年代得以广泛应用于脊髓灰质炎病毒疫苗脊髓灰质炎病毒疫苗的的大规模生产。大规模生产。一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 1935年，美国生物化学家和病毒学家温德尔年，美国生物化学家和病毒学家温德尔梅雷迪思梅雷迪思斯坦斯坦利得到利得到烟草花叶病毒晶体烟草花叶病毒晶体，将病毒成功地分离为，将病毒成功地分离为蛋白质部分蛋白质部分和和RNA部分部分（1946年的诺贝尔化学奖）。年的诺贝尔化学奖）。 1941年，年， Bernal和和Fankuchen拍摄拍摄到第一个被结晶的病毒。到第一个被结晶的病毒。 1955年，通过分析病毒的衍射照片，罗莎琳年，通过分析病毒的衍射照片，罗莎琳富兰克林揭示富兰克林揭示了病毒的了病毒的整体结构整体结构。同年，。同年，Heinz Fraenkel-Conrat和罗布和罗布利利威廉姆斯发现将分离纯化的烟草花叶病毒威廉姆斯发现将分离纯化的烟草花叶病毒RNA和衣壳蛋和衣壳蛋白混合在一起后，可以白混合在一起后，可以重新组装重新组装成具有成具有感染感染性的病毒，这也性的病毒，这也揭示了这一简单的机制很可能就是病毒在它们的宿主细胞内揭示了这一简单的机制很可能就是病毒在它们的宿主细胞内的组装过程。的组装过程。一、病毒的发现及研究历程一、病毒的发现及研究历程 20世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，大多数能够世纪的下半叶是发现病毒的黄金时代，大多数能够感染动物、植物或细菌的病毒在这数十年间被发现。感染动物、植物或细菌的病毒在这数十年间被发现。 1957年，马动脉炎病毒和导致牛病毒性腹泻的病毒被年，马动脉炎病毒和导致牛病毒性腹泻的病毒被发现；发现； 1963年，发现了年，发现了乙型肝炎病毒乙型肝炎病毒； 1965年，霍华德年，霍华德马丁马丁特明发现并描述了第一种特明发现并描述了第一种逆转录逆转录病毒病毒； 1970年鉴定出逆转录酶。年鉴定出逆转录酶。 1983年，法国吕克年，法国吕克蒙塔尼耶等首次分离得到蒙塔尼耶等首次分离得到艾滋病毒艾滋病毒（HIV）。二、病毒的特点和定义二、病毒的特点和定义 病毒是由蛋白质和核酸构成的一类具有病毒是由蛋白质和核酸构成的一类具有化学大分子属性和生物体基本特征，又化学大分子属性和生物体基本特征，又具有细胞外感染性颗粒和细胞内繁殖性具有细胞外感染性颗粒和细胞内繁殖性基因形式的十分独特的生物类群。基因形式的十分独特的生物类群。超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的生物实体内寄生的生物实体1 .1 .病毒的特点：病毒的特点：7.1 概述概述形态极其形态极其微小微小, ,必须在电镜下才能观察必须在电镜下才能观察, ,一一般都具滤过性般都具滤过性; ; 无细胞构造无细胞构造，故称，故称“分子生物分子生物”；其主要成分仅是其主要成分仅是核酸核酸和和蛋白质蛋白质两种两种; ;每一种病毒只含每一种病毒只含一种核酸一种核酸, ,不是不是DNADNA就是就是RNA;RNA;核酸可以以核酸可以以单链或双链单链或双链形式存在；形式存在；既无产能酶系既无产能酶系, ,也无蛋白合成系统也无蛋白合成系统; ;利用宿主细胞设备进行增殖利用宿主细胞设备进行增殖, ,不存在个体不存在个体生长和二均分裂等细胞繁殖方式生长和二均分裂等细胞繁殖方式; ;在宿主在宿主活活细胞内营专性寄生细胞内营专性寄生- -基因水平的基因水平的寄生寄生; ;在离体条件下在离体条件下, ,能以无生命的化学大分子能以无生命的化学大分子状态存在状态存在, ,并可形成结晶并可形成结晶; ;对一般抗生素不敏感对一般抗生素不敏感, ,但对于干扰素敏感但对于干扰素敏感. .个体极小，可以通个体极小，可以通过过滤菌器滤菌器，形态多样。，形态多样。普通光镜下不可见，普通光镜下不可见，形态大小以形态大小以nmnm计。有计。有球状、杆状、复合型球状、杆状、复合型。病毒与单细胞微生物性质比较病毒与单细胞微生物性质比较性质性质细菌细菌立克次氏体立克次氏体支原体支原体衣原体衣原体病毒病毒直径大于直径大于300nm+-a在无生命培养基上生长在无生命培养基上生长+-+-双分裂双分裂+-含有含有DNA和和RNA+-核酸感染性核酸感染性-+b核糖体核糖体+-代谢代谢+-对抗生素敏感对抗生素敏感+-ca, Mimivirus达达800 nm；b, 一部分病毒；一部分病毒；c, 利福平利福平可抑制痘病毒复制可抑制痘病毒复制, 由一个或数个由一个或数个RNA或或DNA分子构成的感染性因子，分子构成的感染性因子，通常（非必须）覆盖由一种或数种蛋白质构成的通常（非必须）覆盖由一种或数种蛋白质构成的外壳，有的外壳还有更复杂的膜结构；这些因子外壳，有的外壳还有更复杂的膜结构；这些因子能将其核酸从一个宿主传递给另一个宿主细胞；能将其核酸从一个宿主传递给另一个宿主细胞；能利用宿主酶系统进行细胞内的复制；有些病毒能利用宿主酶系统进行细胞内的复制；有些病毒还能将其基因整合入宿主还能将其基因整合入宿主DNA，依靠这种机制，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，或是导致持续性感染发生，或是导致细胞转化，肿瘤形成。肿瘤形成。 卫星病毒（卫星病毒（satellite virus）和朊病毒（）和朊病毒（prion）等是特殊感染性因子。等是特殊感染性因子。2 .病毒的定义：病毒的定义：二、二、病毒的宿主范围病毒的宿主范围- -宿主谱宿主谱 病毒几乎可以感染所有细胞型生物；病毒几乎可以感染所有细胞型生物； 病毒具有宿主特异性。病毒具有宿主特异性。 噬菌体（噬菌体（phage):phage):从原核生物中分离到从原核生物中分离到的病毒称为的病毒称为 植物病毒（植物病毒（plant viruses):plant viruses):从植物体从植物体内分离到的病毒称为内分离到的病毒称为 动物病毒（动物病毒（animal viruses)animal viruses)：从动物：从动物体内分离到的病毒称为。体内分离到的病毒称为。原生动物病毒原生动物病毒(protozoal viruses)、无脊椎动物病毒无脊椎动物病毒(invertebrate viruses) 脊椎动物病毒脊椎动物病毒(vertebrate viruses)。动物病毒动物病毒 由于历史的原因，病毒的分类和命名比较混乱。由于历史的原因，病毒的分类和命名比较混乱。三、病毒的分类与命名三、病毒的分类与命名 早期，根据感染的宿主类型及其结构进行分类。早期，根据感染的宿主类型及其结构进行分类。原生动物病毒原生动物病毒(protozoal viruses)、无脊椎动物病毒无脊椎动物病毒(invertebrate viruses) 脊椎动物病毒脊椎动物病毒(vertebrate viruses)。动物病毒动物病毒亲皮性病毒亲皮性病毒向神经性病毒向神经性病毒亲内脏性病毒亲内脏性病毒亲肺性病毒亲肺性病毒.The Baltimore classification clusters viruses into families depending on their type of genome http:/viralzone.expasy.org/all_by_species/254.html1.1.病毒的分类原则病毒的分类原则依据毒粒形态、毒粒结构、基因组、化学组成和对脂依据毒粒形态、毒粒结构、基因组、化学组成和对脂溶剂的敏感性等溶剂的敏感性等毒粒性质毒粒性质，病毒的抗原性质，以及包，病毒的抗原性质，以及包括病毒在细胞培养上的特性，对除脂溶剂外的理化因括病毒在细胞培养上的特性，对除脂溶剂外的理化因子的敏感性和流行病学特点等生物学性质进行分类。子的敏感性和流行病学特点等生物学性质进行分类。三、病毒的分类与命名三、病毒的分类与命名1966年成立国际病毒分类委员会（年成立国际病毒分类委员会（International Committee for Taxonomy of Viruses, ICTV），提出了分类依据和建立了分类），提出了分类依据和建立了分类系统。系统。http:/www.ictvonline.org/2.病毒的命名规则病毒的命名规则分类系统采用目（分类系统采用目（order）、科）、科(family)、 属属(genus)、种、种(species)几个等级。在未设立病毒目的情况下，科则为最几个等级。在未设立病毒目的情况下，科则为最高的病毒分类等级，病毒高的病毒分类等级，病毒“种种”是构成一个复制系，占据是构成一个复制系，占据特定的生态环境并具有多原则分类特征的病毒。病毒特定的生态环境并具有多原则分类特征的病毒。病毒“属属”是一群具有某些共同特征的种。病毒是一群具有某些共同特征的种。病毒“科科”是一群具有某是一群具有某些共同特征的属。些共同特征的属。有尾噬菌体目有尾噬菌体目 疱疹病毒目疱疹病毒目 脂毛噬菌体目脂毛噬菌体目单分子负链单分子负链RNA病毒目病毒目 套式病毒目套式病毒目微微RNARNA病毒目病毒目 芜菁黄花叶病毒目芜菁黄花叶病毒目 逆转录病毒科逆转录病毒科正反转录病毒亚科正反转录病毒亚科慢病毒属慢病毒属一、病毒的分离与纯化一、病毒的分离与纯化1.1.病毒的分离病毒的分离 标本的采集与处理标本的采集与处理 注意采集标本种类和采集时机；注意采集标本种类和采集时机； 破碎释放、低温等进行处理破碎释放、低温等进行处理. . 标本接种与感染表现标本接种与感染表现 噬菌斑、空斑、枯斑。噬菌斑、空斑、枯斑。7.2 7.2 病毒学研究的基本方法病毒学研究的基本方法噬菌斑噬菌斑空斑空斑枯斑枯斑盲传（盲传（blind passage）：第一次接种：第一次接种未出现病毒感染症状时，需要重复接种未出现病毒感染症状时，需要重复接种的操作。的操作。2.病毒的纯化病毒的纯化 纯化标准：纯化标准： 具有感染性；具有感染性；通过感染性的测定分析纯化方法和纯化制备物。 具有均一性：具有均一性：（化学大分子属性）毒粒大小、形态、密度、化学组成及抗原性质应当均一。可用超速离心、电泳、电镜或免疫学技术进行检测。 纯化方法：纯化方法： 蛋白提纯（利用其高蛋白含量属性）：蛋白提纯（利用其高蛋白含量属性）：盐析、等电点沉淀、有机溶剂沉淀、凝胶层析及离子交换等； 离心（利用其粒子属性）：离心（利用其粒子属性）：超速离心（10-100 Kg）离心1-2小时。二、病毒的测定（二、病毒的测定（assay of virusesassay of viruses）1.1.病毒的物理颗粒计数病毒的物理颗粒计数 在电镜下直接计数。所计是有活力与无活力病毒的数量之和。在电镜下直接计数。所计是有活力与无活力病毒的数量之和。2.2.病毒的感染性测定：病毒的感染性测定：测定的是因感染所引起宿主或细胞培测定的是因感染所引起宿主或细胞培养某一特异性病理反应的病毒数量。养某一特异性病理反应的病毒数量。感染单位（感染单位（IUIU）：）：引起宿主或细胞一定特异性反应的病毒最引起宿主或细胞一定特异性反应的病毒最小剂量。小剂量。病毒的效价：病毒的效价：单位体积病毒悬液的感染单位（单位体积病毒悬液的感染单位（IUIU）数目。）数目。 噬（蚀）斑测定：噬（蚀）斑测定：噬菌斑噬菌斑(plaque)(plaque)、空斑（、空斑（plaque)plaque)、枯斑枯斑(lesion)(lesion) 终点法：终点法：LDLD5050，IDID5050，TCIDTCID5050噬菌斑噬菌斑(plaque）：将：将噬菌体噬菌体标本经过标本经过适当稀释再接种细菌平板，经过一定时适当稀释再接种细菌平板，经过一定时间培养，在细菌菌苔上可形成圆形局部间培养，在细菌菌苔上可形成圆形局部透明区域，称。透明区域，称。u感染效价计算：感染效价计算：设设0.1ml的稀释度为的稀释度为10-6的病毒悬液可产生的病毒悬液可产生75个噬斑，个噬斑，则：则：PFU/ml=(75PFU/0.1ml) 106=7.5 108动物病毒动物病毒实验动物实验动物鸡胚鸡胚多种细胞培养多种细胞培养在尿囊膜在尿囊膜上形成一上形成一些白色的些白色的庖痘（感庖痘（感染造成局染造成局部组织病部组织病损）损）感染感染Development and progression of viral cytopathology. Human embryo skin muscle cells were infected with human cytomegalovirus and stained at selected times to demonstrate (A) uninfected cells, (B) late virus cytopathic effects (nuclear inclusions, cell enlargement), (C) cell degeneration, and (D) a focus of infected cells in a cell monolayer (i.e., a plaque), hematoxylin and eosin stain. (A, X 255; B, X 900; C, X 225; D, X 20.) 三、三、病毒的鉴定病毒的鉴定1.根据病毒感染的宿主范围及感染表现根据病毒感染的宿主范围及感染表现的鉴定的鉴定2.病毒的理化性质鉴定病毒的理化性质鉴定3.血细胞凝集性质鉴定血细胞凝集性质鉴定4.病毒的免疫学鉴定病毒的免疫学鉴定5.病毒鉴定的分子生物学方法病毒鉴定的分子生物学方法 毒粒毒粒是一团能够自主复制的遗传物质，是一团能够自主复制的遗传物质，它们被蛋白质外壳所包围，有的还具有它们被蛋白质外壳所包围，有的还具有包膜，以保护遗传物质免遭环境破坏，包膜，以保护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。给另一个宿主细胞的载体。 毒粒的形态结构毒粒的形态结构 毒粒的化学组成毒粒的化学组成7.3 7.3 毒粒的性质毒粒的性质一、毒粒的形态结构一、毒粒的形态结构 病毒的大小和形状病毒的大小和形状 毒粒的壳体结构毒粒的壳体结构 病毒的包膜结构病毒的包膜结构 毒粒的结构类型毒粒的结构类型 1.病毒的大小和形状病毒的大小和形状各种毒粒的大小、形态差异很大各种毒粒的大小、形态差异很大2. 毒粒的壳体结构毒粒的壳体结构衣壳衣壳(capsid)核心核心(genome)衣壳粒衣壳粒(capsomere)包膜包膜（envelope）螺旋对称的代表螺旋对称的代表- -烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)(TMV)二十面体对称的代表二十面体对称的代表- -腺病毒腺病毒复合对称的代表复合对称的代表-T-T偶数噬菌体偶数噬菌体螺旋对称的代表螺旋对称的代表- -烟草花叶病毒烟草花叶病毒(tobacco mosaic virus,TMV)(tobacco mosaic virus,TMV)二十面体对称的代表二十面体对称的代表- -腺病毒腺病毒(Adenovirus)(Adenovirus)刺突tail pinsPhage, bacterioohaga95nm95nmheadnecktail（24环）尾丝(tail fibers)65nm 病毒粒子的对称结构类型病毒粒子的对称结构类型螺旋对称螺旋对称(A) Filamentous(B) Complex(C) Eicosahedral(D) EnvelopedRNA or DNAProtein Coat(Capsomers)Lipid envelope复合对称复合对称二十面体对称二十面体对称一些病毒核壳外覆盖着一层脂蛋白一些病毒核壳外覆盖着一层脂蛋白膜称为包膜。是由细胞膜衍生来的，膜称为包膜。是由细胞膜衍生来的，为脂双层构造。在包膜形成时，细胞为脂双层构造。在包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。病毒的包膜糖蛋白具有多种生物学病毒的包膜糖蛋白具有多种生物学活性，是启动病毒感染所必需的。活性，是启动病毒感染所必需的。3. 病毒的包膜结构病毒的包膜结构病毒的基本结构：病毒的基本结构：衣衣 壳壳核核 酸酸包包 膜膜刺刺 突突核衣壳核衣壳包包 膜膜(envelope)(envelope) (1)(1)概念概念：指核衣：指核衣壳外包裹的由类脂、壳外包裹的由类脂、多糖或蛋白质组成多糖或蛋白质组成的一层构造较复杂的一层构造较复杂的包膜，亦称被膜的包膜，亦称被膜或外膜。或外膜。 (2)包膜的形成包膜的形成: 来源于宿主细胞膜或来源于宿主细胞膜或 核膜核膜: : 如流感病毒。如流感病毒。在宿主细胞内合成：在宿主细胞内合成： 如痘苗病毒。如痘苗病毒。 (3)包膜的特点包膜的特点: 包膜的结构具有包膜的结构具有高度稳定性高度稳定性a.a.维系病毒体结构；维系病毒体结构；b.b.保护病毒核酸；保护病毒核酸； c.c.起始病毒感染所必需（识别）。起始病毒感染所必需（识别）。 (4)(4)包膜的功能包膜的功能: :（5)5)包膜蛋白的种类包膜蛋白的种类: :A 包膜糖蛋白：包膜糖蛋白：概念：概念：主要在包膜外侧，是包膜的重要结构组成主要在包膜外侧，是包膜的重要结构组成。功能：功能：a. 引起感染的先决条件，为病毒的吸附蛋白引起感染的先决条件，为病毒的吸附蛋白。 b. 在病毒进入时发挥作用，与细胞质膜融合。在病毒进入时发挥作用，与细胞质膜融合。 c. 是病毒表面和受染细胞质膜上的特异抗原决定簇。是病毒表面和受染细胞质膜上的特异抗原决定簇。 d. 具多种生物学活性具多种生物学活性。B.基质蛋白：基质蛋白：(有些病毒无）有些病毒无）概念：位于包膜内侧的非糖基化蛋白。概念：位于包膜内侧的非糖基化蛋白。功能：功能：a.a.支撑包膜，维系病毒结构；支撑包膜，维系病毒结构； b.b.识别病毒核衣壳，联系核衣壳与病毒糖蛋白。识别病毒核衣壳，联系核衣壳与病毒糖蛋白。刺刺 突突（spikes)spikes)概念：概念：病毒包病毒包膜或衣壳表面膜或衣壳表面的突起物。的突起物。 流感病毒刺突含流感病毒刺突含N-N-乙酰乙酰神经氨酸酶（与粘膜细神经氨酸酶（与粘膜细胞上神经氨酸作用）胞上神经氨酸作用） 刺刺 突突 的的 功功 能能:a.a.可启动感染；可启动感染；b.b.可诱生免疫保护作用；可诱生免疫保护作用；c.c.可中和抗体；可中和抗体；d.d.可促使病毒从宿主细胞上释放可促使病毒从宿主细胞上释放. . 4. 毒粒的结构类型毒粒的结构类型 裸露的二十面体毒粒裸露的二十面体毒粒 裸露的螺旋毒粒裸露的螺旋毒粒 有包膜的二十面体毒粒有包膜的二十面体毒粒 有包膜的螺旋毒粒有包膜的螺旋毒粒二、毒粒的化学组成二、毒粒的化学组成核酸核酸蛋白质蛋白质脂类脂类糖类糖类其它其它1.1.核酸核酸DNADNA或或RNARNA类型：单链类型：单链DNADNA、双链、双链DNADNA、单链、单链RNARNA和双链和双链RNARNA单链单链DNADNA和和RNARNA分为正链和负链。分为正链和负链。正链正链DNADNA：与：与mRNAmRNA的序列相同。的序列相同。负链负链DNADNA：与：与mRNAmRNA的序列相反。的序列相反。正链正链RNA: RNA: 可作为可作为mRNAmRNA直接进行翻译直接进行翻译负链负链RNARNA：其核苷酸序列与其：其核苷酸序列与其mRNAmRNA序列互补序列互补2.2.蛋白质蛋白质 结构蛋白结构蛋白：指构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必：指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。需的蛋白质。 非结构蛋白非结构蛋白：指由病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产：指由病毒基因组编码的，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。生并具有一定功能，但不结合于毒粒中的蛋白质。 壳体蛋白：构成病毒外壳壳体蛋白：构成病毒外壳, ,保护病毒核酸免受核酸酶及其他保护病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破坏理化因子的破坏 包膜蛋白：决定病毒感染的特异性包膜蛋白：决定病毒感染的特异性, ,与易感细胞表面存在的与易感细胞表面存在的受体具特异亲合力受体具特异亲合力, ,促使病毒粒子的吸附决定病毒的抗原性促使病毒粒子的吸附决定病毒的抗原性, ,并并能刺激机体产生相应的抗体能刺激机体产生相应的抗体 毒粒酶：参与病毒进入、释放等，参与病毒大分子的合成。毒粒酶：参与病毒进入、释放等，参与病毒大分子的合成。 脂类脂类：来源于细胞的脂类化合物。：来源于细胞的脂类化合物。 糖类糖类：包膜糖蛋白：包膜糖蛋白 其它其它：亚精胺、精胺等：亚精胺、精胺等7.4 7.4 病毒的复制（病毒的复制（Virus ReplicationVirus Replication）7.4 7.4 病毒的复制病毒的复制(Virus Replication(Virus Replication） 吸附吸附 （AttachmentAttachment） 侵入（侵入（PenetrationPenetration） 脱壳脱壳 病毒大分子病毒大分子合成合成 装配与释放装配与释放以感染时间为横坐标，病毒以感染时间为横坐标，病毒滴度为纵坐标，绘制定量描滴度为纵坐标，绘制定量描述烈性噬菌体生长规律的实述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称为验曲线，称为一步生长曲线一步生长曲线。潜伏期：潜伏期：是从噬菌体是从噬菌体吸附于宿主细胞表面吸附于宿主细胞表面到子代噬菌体释放所到子代噬菌体释放所需的最短时间需的最短时间裂解量：裂解量：是每个受侵是每个受侵染的细胞所产生的子染的细胞所产生的子代噬菌体的数目。代噬菌体的数目。 潜伏期（latent period）：噬菌体-以分钟计，动物和植物病毒以小时和天计；裂解量（burst size）：噬菌体-几十到上百个，动物和植物病毒-数百到上万个。一、噬菌体的复制周期一、噬菌体的复制周期裂解裂解性生活周期：性生活周期： DNA噬菌体在宿主细胞内复制后，宿噬菌体在宿主细胞内复制后，宿主细胞裂解并释放新噬菌体。（主细胞裂解并释放新噬菌体。（E.coli的的T偶数噬菌体偶数噬菌体 ）（一）双链（一）双链DNA噬菌体的复制噬菌体的复制1. 一步生长曲线一步生长曲线1）将适量噬菌体接种于培养好的高浓度敏感细胞中，使）将适量噬菌体接种于培养好的高浓度敏感细胞中，使每个敏感细胞至多只能吸附到一个噬菌体。每个敏感细胞至多只能吸附到一个噬菌体。 2）使已吸附的噬菌体建立同步感染）使已吸附的噬菌体建立同步感染 （稀释或抗体沉淀）（稀释或抗体沉淀）3）继续培养，定时取样，测定样品中病毒的滴度。）继续培养，定时取样，测定样品中病毒的滴度。 病毒的滴度（病毒的滴度（titer），又称效价，是指每毫升样品中），又称效价，是指每毫升样品中含有的侵染性病毒粒子的数量。含有的侵染性病毒粒子的数量。(双层平板法测双层平板法测) 2. 噬菌体的复制过程（烈性噬菌体的裂解周期）噬菌体的复制过程（烈性噬菌体的裂解周期） （1）吸附和侵入）吸附和侵入 受体（吸附）位点（受体（吸附）位点（receptors）：细胞壁上的脂多糖、蛋白质、磷细胞壁上的脂多糖、蛋白质、磷壁酸，以及鞭毛和菌毛。壁酸，以及鞭毛和菌毛。病毒吸附蛋白：病毒颗粒表面能病毒吸附蛋白：病毒颗粒表面能够特异性地识别细胞受体并与之够特异性地识别细胞受体并与之结合的结构蛋白分子。结合的结构蛋白分子。受体位点是细胞表面普通的组成成分：受体位点是细胞表面普通的组成成分：T1-iron-uptake protein;相近的病毒并不一定识别相同的受体：相近的病毒并不一定识别相同的受体：T2-膜蛋白；膜蛋白；T4-多糖；多糖；相同的受体位点可被多种病毒识别；相同的受体位点可被多种病毒识别； 2. 噬菌体的复制过程（烈性噬菌体的裂解周期）噬菌体的复制过程（烈性噬菌体的裂解周期） （1）吸附和侵入）吸附和侵入 附着附着 固着固着 尾部收缩尾部收缩 刺入细胞刺入细胞 DNA注入注入T4噬菌体吸附和侵入宿主细胞过程：噬菌体吸附和侵入宿主细胞过程：如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这多小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现象称为种现象称为自外裂解自外裂解（lysis from without）。）。尾丝末端特异性地与细胞外膜多糖结合。尾丝收缩。尾部收缩，使尾部中心接触细胞壁。尾部的溶菌酶样蛋白在细胞壁上形成小孔。（2）噬菌体大分子的合成）噬菌体大分子的合成 噬菌体噬菌体DNADNA注入宿主细胞后，宿主细胞自身的注入宿主细胞后，宿主细胞自身的DNADNA、RNARNA和蛋和蛋白质的合成便会中止，转而合成病毒复制所需的成分。白质的合成便会中止，转而合成病毒复制所需的成分。（2）噬菌体大分子的合成）噬菌体大分子的合成 早期早期mRNA ：病毒早期启动子可被宿主：病毒早期启动子可被宿主RNA聚合酶直接识别，聚合酶直接识别，开始合成的病毒早期开始合成的病毒早期mRNA，即噬菌体，即噬菌体DNA复制复制前转录的前转录的mRNA。早期蛋白：早期早期蛋白：早期mRNA翻译成的蛋白，这些蛋白将接管宿主翻译成的蛋白，这些蛋白将接管宿主细胞并合成病毒核酸。其中一些酶将宿主细胞并合成病毒核酸。其中一些酶将宿主DNA降降解成核苷酸，为病毒解成核苷酸，为病毒DNA的合成提供原料；一些的合成提供原料；一些蛋白对宿主细胞蛋白对宿主细胞RNA聚合酶进行修饰，使其识别聚合酶进行修饰，使其识别病毒的病毒的DNA启动子，开始转录合成中期启动子，开始转录合成中期mRNA。中期中期mRNA：即病毒：即病毒DNA复制所需的酶的复制所需的酶的mRNA。中期蛋白中期蛋白：中期中期mRNA翻译成的蛋白翻译成的蛋白(DNA复制所需的酶、复制所需的酶、羟甲基胞嘧啶合成酶以及晚期羟甲基胞嘧啶合成酶以及晚期mRNA聚合酶等聚合酶等)，病毒病毒DNA开始复制开始复制(某些碱基的修饰是抵制宿主某些碱基的修饰是抵制宿主的降解的降解)。 晚期晚期mRNA： DNA复制完成后合成的复制完成后合成的mRNA(指导结构蛋指导结构蛋白、装配蛋白、溶菌酶等白、装配蛋白、溶菌酶等)。晚期蛋白：噬菌体的结构蛋白、装配蛋白、溶菌酶等这些晚期蛋白：噬菌体的结构蛋白、装配蛋白、溶菌酶等这些细胞裂解期间合成的蛋白质细胞裂解期间合成的蛋白质。多联体多联体-合成的合成的T4噬菌体噬菌体DNA具有末具有末端冗余端冗余(重复的一段碱基序列重复的一段碱基序列)，大约，大约6-10个克隆通过末端冗余序列连接在一个克隆通过末端冗余序列连接在一起，这种由若干单元同向相连形成的起，这种由若干单元同向相连形成的超长链超长链DNA称为多联体，多联体在装称为多联体，多联体在装配过程中被切割。配过程中被切割。碱基修饰：为了免受宿主核酸碱基修饰：为了免受宿主核酸酶的降解，酶的降解，T4DNA的胞嘧啶被的胞嘧啶被羟甲基胞嘧啶取代，并且在新羟甲基胞嘧啶取代，并且在新和成的和成的T4DNA中羟甲基胞嘧啶中羟甲基胞嘧啶被葡萄糖基化；被葡萄糖基化；噬菌体噬菌体DNA合合成后，其腺嘌呤和胞嘧啶被甲成后，其腺嘌呤和胞嘧啶被甲基化。基化。（3）噬菌体的装配）噬菌体的装配 T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程。噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程。大致分为大致分为4个独立的个独立的途径：途径：1）头部壳体装入）头部壳体装入DNA形形成成熟的头部；成成熟的头部；2）由基板、尾管、尾鞘组）由基板、尾管、尾鞘组装成无尾丝的尾部；装成无尾丝的尾部；3）头部与尾部自发结合；）头部与尾部自发结合；4）尾丝装配与尾部的结合。）尾丝装配与尾部的结合。（4）噬菌体的释放）噬菌体的释放 37培养时，侵染约培养时，侵染约22分钟后，分钟后，E. coli发生裂解并发生裂解并释放约释放约300个个T4噬菌体。这一过程需要一些噬菌体。这一过程需要一些T4基因的支基因的支持：持： 一种基因指导溶菌酶的合成，溶菌酶可以攻击细胞一种基因指导溶菌酶的合成，溶菌酶可以攻击细胞壁的肽聚糖；壁的肽聚糖； 另一种噬菌体蛋白称为另一种噬菌体蛋白称为holin，它可破坏细胞膜，使，它可破坏细胞膜，使溶菌酶到达并破坏细胞壁，同时阻止细胞膜上的能量溶菌酶到达并破坏细胞壁，同时阻止细胞膜上的能量代谢反应。代谢反应。 早期（early, immediate early）次早期（delayed early）晚期（late）双链双链DNA噬菌体通过噬菌体通过3阶段转录的增殖过程示意图阶段转录的增殖过程示意图（二）单链（二）单链DNA噬菌体的复制噬菌体的复制(1) X174噬菌体噬菌体DNA进入宿主细胞后，利用宿主进入宿主细胞后，利用宿主DNA聚合酶以聚合酶以单链单链DNA为模板合成双链模式为模板合成双链模式(复制型复制型DNA或或RF DNA); (2)随后复制型随后复制型DNA将指导合成更多的将指导合成更多的RF DNA、mRNA和和+DNA基因组，基因组，mRNA翻译成病毒蛋白；翻译成病毒蛋白；(3)此类噬菌体的裂解和释放机制和此类噬菌体的裂解和释放机制和T4噬菌体基本相同。噬菌体基本相同。 噬菌体噬菌体X174的遗传物质是的遗传物质是单链单链DNA。其。其DNA序列与病序列与病毒毒mRNA相同，即为正链，相同，即为正链，其基因组中有重叠基因其基因组中有重叠基因（overlapping genes）。）。复制过程复制过程1. X174复制过程复制过程2. 丝状丝状ssDNA噬菌体噬菌体(如：如：fd噬菌体噬菌体)(1)丝状噬菌体通过附着于大肠丝状噬菌体通过附着于大肠杆菌性菌毛而侵染宿主细胞。杆菌性菌毛而侵染宿主细胞。(2)噬菌体噬菌体DNA在吸附蛋白协在吸附蛋白协助下沿着或通过菌毛注入宿主。助下沿着或通过菌毛注入宿主。(3)噬菌体噬菌体DNA首先合成复制首先合成复制型型DNA，然后进行转录，噬菌，然后进行转录，噬菌体体DNA以滚环模式进行复制。以滚环模式进行复制。丝状丝状ssDNA噬菌体单链噬菌体单链DNA为环形，位于衣壳中心。其复制为环形，位于衣壳中心。其复制过程不同于过程不同于X174噬菌体或其他噬菌体或其他ssDNA噬菌体。噬菌体。 (4)子代颗粒的装配是在噬菌体子代颗粒的装配是在噬菌体DNA穿过宿主细胞外膜时完成穿过宿主细胞外膜时完成并分泌出来，不引起细胞破裂，但降低细胞生长速率。并分泌出来，不引起细胞破裂，但降低细胞生长速率。（三）（三）RNA噬菌体的复制噬菌体的复制 MS2是是E. coli的单链的单链RNA噬菌体。吸附宿主的性菌噬菌体。吸附宿主的性菌毛，毛，RNA进入宿主。其进入宿主。其RNA只有只有34个基因，分个基因，分别编码与吸附有关的蛋白、别编码与吸附有关的蛋白、衣壳蛋白、依赖衣壳蛋白、依赖RNA的的RNA复制酶和细胞裂解蛋复制酶和细胞裂解蛋白。白。+RNA翻译翻译RNA复制酶复制酶RNA(ds)+RNA其单链其单链RNA为正链，可作为为正链，可作为mRNA指导噬菌体蛋白合成指导噬菌体蛋白合成组装成噬菌体组装成噬菌体（四）其它类型（四）其它类型RNA噬菌体（病毒）的复制噬菌体（病毒）的复制 +RNA反转录酶反转录酶DNA(ds)+RNA组装成噬菌体组装成噬菌体反转录病毒反转录病毒 +RNADNADNA聚合酶聚合酶转录转录+RNA病毒病毒 RNA转录转录+RNA+RNARNA组组装装成成噬噬菌菌体体目前发现的唯一一种目前发现的唯一一种dsRNA噬菌体，以铜绿假单噬菌体，以铜绿假单胞菌为宿主。还不清楚该噬菌体如何复制。胞菌为宿主。还不清楚该噬菌体如何复制。 6噬菌体噬菌体（一）动物病毒的分类（一）动物病毒的分类 二、动物病毒二、动物病毒 主要参考两方面的特征主要参考两方面的特征: 形态学特征、核酸特征形态学特征、核酸特征 与噬菌体基本相同，其复制可以分成六个阶段：与噬菌体基本相同，其复制可以分成六个阶段：吸吸附附、侵入和脱壳侵入和脱壳，病毒核酸的复制病毒核酸的复制，病毒外壳的合成与病毒外壳的合成与装配装配，最后是，最后是成熟病毒的释放成熟病毒的释放。 动物DNA病毒动物DNA病毒（一）动物病毒的分类（一）动物病毒的分类 二、动物病毒二、动物病毒 主要参考两方面的特征主要参考两方面的特征: 形态学特征、核酸特征形态学特征、核酸特征（二）动物病毒的复制（二）动物病毒的复制 与噬菌体基本相同，其复制可以分成六个阶段：与噬菌体基本相同，其复制可以分成六个阶段：吸吸附附、侵入和脱壳侵入和脱壳，病毒核酸的复制病毒核酸的复制，病毒外壳的合成与病毒外壳的合成与装配装配，最后是，最后是成熟病毒的释放成熟病毒的释放。 1. 病毒粒子的吸附病毒粒子的吸附 毒粒毒粒敏感细胞敏感细胞(1)随机碰撞而接触（静电引力或氢键）随机碰撞而接触（静电引力或氢键）可逆吸附，无特异性（可逆吸附，无特异性（）(2)病毒吸附蛋白与细胞受体的结合病毒吸附蛋白与细胞受体的结合特异性，不可逆吸附，特异性，不可逆吸附，动物病毒：动物病毒： 3种侵入方式种侵入方式无包膜病毒只有核酸注入细胞质中；无包膜病毒只有核酸注入细胞质中；大多数包膜病毒或部分无包膜大多数包膜病毒或部分无包膜病毒通过细胞的内吞功能病毒通过细胞的内吞功能病毒包膜与细胞质病毒包膜与细胞质 膜的融合膜的融合；2. 侵入侵入3. 脱壳脱壳动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式，其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。脱壳过程也较复杂。病毒的毒粒消失，失去原有的感病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜伏期。染性，进入潜伏期。在进入细胞中脱壳或脱去包膜：在进入细胞中脱壳或脱去包膜：正黏病毒、正黏病毒、负黏病毒、小负黏病毒、小RNA病毒；病毒；在核膜或核孔处脱壳：在核膜或核孔处脱壳：疱疹病毒、乳多空病疱疹病毒、乳多空病毒、腺病毒；毒、腺病毒；不完全脱壳，病毒以核蛋白形式进入复制：不完全脱壳，病毒以核蛋白形式进入复制：逆转录病毒、携带转录酶的逆转录病毒、携带转录酶的DNA病毒、病毒、（1） DNA病毒核酸的复制、转录病毒核酸的复制、转录4. 病毒核酸的复制病毒核酸的复制 DNA复制：复制：通常在宿主细胞核完成，也有一些病毒的基因通常在宿主细胞核完成，也有一些病毒的基因组在细胞质中复制组在细胞质中复制(如痘病毒如痘病毒)。早期。早期mRNA通常由宿主的酶以通常由宿主的酶以病毒病毒DNA为模板进行转录，仍有例外情况，如痘病毒利用自身为模板进行转录，仍有例外情况，如痘病毒利用自身的聚合酶合成的聚合酶合成mRNA。转转录录（2） RNA病毒核酸的病毒核酸的复制、转录复制、转录5衣壳的合成和病毒粒子的装配衣壳的合成和病毒粒子的装配 晚期晚期mRNA指导衣壳蛋白的合成，衣壳蛋白的自发指导衣壳蛋白的合成，衣壳蛋白的自发装配过程与噬菌体的装配过程类似。装配过程与噬菌体的装配过程类似。 装配在细胞质中进行。在装配过程中，空的前衣壳装配在细胞质中进行。在装配过程中，空的前衣壳首先形成，然后核酸以某种未知的方式插入衣壳中。首先形成，然后核酸以某种未知的方式插入衣壳中。 有包膜病毒的衣壳的装配通常与无包膜病毒相同。有包膜病毒的衣壳的装配通常与无包膜病毒相同。 6病毒粒子的释放病毒粒子的释放无包膜病毒粒子和有包膜病毒粒子释放的机制是不同的。无包膜病毒粒子和有包膜病毒粒子释放的机制是不同的。包膜病毒的释放与包膜的形成通常是并行的，宿主细胞包膜病毒的释放与包膜的形成通常是并行的，宿主细胞可以在一段时间里持续释放病毒粒子。可以在一段时间里持续释放病毒粒子。病毒编码的蛋白质病毒编码的蛋白质与细胞膜融合，然与细胞膜融合，然后在释放核衣壳的后在释放核衣壳的同时，细胞膜以出同时，细胞膜以出芽的形式形成病毒芽的形式形成病毒包膜。包膜。无包膜病毒通常是通过裂解宿主细胞而释放的。无包膜病毒通常是通过裂解宿主细胞而释放的。 有包膜病毒的装配与释放有时有包膜病毒的装配与释放有时也是同时完成的。也是同时完成的。三、植物病毒三、植物病毒主要依据形态学特征主要依据形态学特征：(很多植物病毒具有螺很多植物病毒具有螺旋型衣壳旋型衣壳 ，多数植物，多数植物病毒衣壳是由一种类病毒衣壳是由一种类型的蛋白质组成的型的蛋白质组成的)（一）植物病毒的分类（一）植物病毒的分类 几乎所有的植物病毒几乎所有的植物病毒都是单链或双链的都是单链或双链的RNA病毒，极少数是病毒，极少数是DNA病毒。病毒。 通过因人为地或自然的机械损伤所形成的微伤口进入细胞；通过因人为地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，主要靠是有吮吸式口器的昆虫或者靠携带有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆虫取食将病毒带入细胞。取食将病毒带入细胞。（二）植物病毒的繁殖（二）植物病毒的繁殖 1. 植物病毒的侵染植物病毒的侵染 2. 植物病毒生物大分子的合成植物病毒生物大分子的合成 +RNA翻译翻译RNA复制酶复制酶RNA(ds)+RNA其单链其单链RNA为正链，可作为为正链，可作为mRNA指导蛋白合成指导蛋白合成组装成病毒颗粒组装成病毒颗粒3. 植物病毒装配植物病毒装配 病毒粒子整个装配过程高度有序。在病毒粒子整个装配过程高度有序。在衣壳蛋白和衣壳蛋白和RNA基因组合成完毕后，基因组合成完毕后，衣壳粒靠拢，衣壳蛋白与衣壳粒靠拢，衣壳蛋白与TMV RNA同时从专一的装配起始位点开始装配。同时从专一的装配起始位点开始装配。衣壳粒不断地以螺旋方式装配，形成衣壳粒不断地以螺旋方式装配，形成一个长杆状衣壳。随着杆的延长，一个长杆状衣壳。随着杆的延长，RNA也螺旋形盘绕于衣壳的中间通道也螺旋形盘绕于衣壳的中间通道内，并在末端形成环状结构。内，并在末端形成环状结构。增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动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（蛋白（movement protein）与胞间连丝的相互作用从受）与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞。染细胞进入邻近细胞。4. 子代病毒释放和再侵染子代病毒释放和再侵染