微生物学：第三章 病毒

LOGO第三章2艾滋病病毒艾滋病病毒登革热病毒登革热病毒SARS病毒病毒流感病毒流感病毒埃博拉病毒埃博拉病毒345678“病毒”是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时，也带来“残忍”的破坏。9病毒的发现和研究历史病毒的发现和研究历史10病毒的发现和研究历史病毒的发现和研究历史1892 俄国的伊万诺夫斯基（Ivanovski ） 患病烟草 植株的叶片汁液 通过细菌过滤器 烟草花叶病毒（烟草花叶病毒（TMV） 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；“有感染性的、活的流质”，取名为病毒（病毒（Virus） 1898 荷兰细菌学家贝杰林克（Beijerinck）发现：11病毒的发现和研究历史病毒的发现和研究历史1935 斯坦利（ Stanley）首次提纯并 结晶了烟草花叶病毒1940 鲍登（Bawden）等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白1952 赫尔希（Hershey）和蔡斯（Chase）证实噬菌体的遗传物质仅仅是DNA，开创了病毒分子生物学12第一节第一节 病毒的特征及其形态结构病毒的特征及其形态结构病毒的定义和特征病毒粒的大小和形态病毒粒的结构和化学组成13什么是病毒什么是病毒毒毒病病没有细胞结构，主要成分仅为核酸和蛋白质，核酸仅为单一类型在特定的寄主细胞内以复制的方式进行增殖具有侵染力严格的活细胞内寄生，无产能和物质合成酶系病病毒毒14什么是病毒什么是病毒非细胞生物非细胞生物（真）病毒（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分：至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒亚病毒：比病毒更为简单的致病因子：比病毒更为简单的致病因子迄今仍无一个科学而严谨的定义迄今仍无一个科学而严谨的定义病毒病毒是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微“非细胞生物”，其本质是一类含DNA或RNA的特殊遗传因子。15病毒的病毒的“生活周期生活周期”细胞内阶段：核酸进入细胞，复制，或以其DNA结合到寄主染色体DNA上，处于有生命的状态细胞外阶段：以侵染的病毒粒（virion）的形式存在，不能代谢、繁殖，处于惰性状态病毒粒：病毒粒：具有一定形态结构和感染性的完整病毒颗粒，是病毒的细胞外颗粒形式，也是病毒的感染性形式。一般以病毒粒为实体进行描述16第一节第一节 病毒的特征及其形态结构病毒的特征及其形态结构病毒的定义和特征病毒粒的大小和形态病毒粒的结构和化学组成(a)牛痘病毒(b)副粘病毒(流行性腮腺炎)(c)疱疹病毒(d)口疮病毒(e)棒状病毒(f)大肠杆菌T-偶数噬菌体(g)有弯曲尾噬菌体(i)流感病毒(j)多瘤病毒(k)小核糖核酸病毒(j)X174噬菌体(m)烟草花叶病毒(h)腺病毒17病毒粒的大小和形态病毒粒的大小和形态一、大小：体积微小，常以纳米（一、大小：体积微小，常以纳米（nm）表示）表示 最大最大类菌病毒，类菌病毒，400 nm最小最小猪圆环病毒，猪圆环病毒，17 nm18病毒粒的大小和形态病毒粒的大小和形态二、形态：球状或杆状，卵圆、丝状、二、形态：球状或杆状，卵圆、丝状、砖形、蝌蚪状砖形、蝌蚪状动物病毒动物病毒植物病毒植物病毒昆虫病毒昆虫病毒 噬菌体噬菌体球状球状 腺病毒腺病毒枪弹形枪弹形 弹状病毒弹状病毒砖形砖形 痘病毒痘病毒杆状或丝状杆状或丝状 烟草花叶病毒烟草花叶病毒球状球状 花椰菜花叶病毒花椰菜花叶病毒蝌蚪状蝌蚪状 大肠杆菌噬菌体大肠杆菌噬菌体T1T7丝状和球状丝状和球状 fd、1741920病毒粒的大小和形态病毒粒的大小和形态二、形态：球状或杆状，卵圆、丝状、二、形态：球状或杆状，卵圆、丝状、砖形、蝌蚪状砖形、蝌蚪状动物病毒动物病毒植物病毒植物病毒昆虫病毒昆虫病毒 噬菌体噬菌体球状球状 腺病毒腺病毒枪弹形枪弹形 弹状病毒弹状病毒砖形砖形 痘病毒痘病毒杆状或丝状杆状或丝状 烟草花叶病毒烟草花叶病毒球状球状 花椰菜花叶病毒花椰菜花叶病毒蝌蚪状蝌蚪状 大肠杆菌噬菌体大肠杆菌噬菌体T1T7丝状和球状丝状和球状 fd、17421第一节第一节 病毒的特征及其形态结构病毒的特征及其形态结构病毒的定义和特征病毒粒的大小和形态病毒粒的结构和化学组成22 病毒粒的结构和化学组成病毒粒的结构和化学组成一、一、 病毒粒的基本结构病毒粒的基本结构（包膜病毒）（包膜病毒）( (裸露病毒裸露病毒) )衣壳粒衣壳粒核酸核酸包膜包膜23成分成分 核酸核酸类型类型dsDNA ssDNA dsRNA ssRNARNA碱基顺序等同碱基顺序等同于病毒的于病毒的mRNA基因组互补基因组互补于病毒的于病毒的mRNA功能功能 决定病毒的遗传特性决定病毒的遗传特性 特点特点 一种病毒的毒粒只含有一种核酸：一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或是或是RNA；功能蛋白功能蛋白（一）（一）核心（核心（core）24（二）（二） 衣壳（衣壳（capsid）成分成分 蛋白质 衣壳粒功能功能 保护病毒核酸 参与感染过程 具有抗原性病毒粒的核衣壳根据衣壳粒排列组合的方式不同，病毒粒的核衣壳根据衣壳粒排列组合的方式不同，分分3种构型种构型包围着病毒核酸的蛋白质外壳，由蛋白质亚基按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，是病毒粒的主对称的形式、有规律地排列而成，是病毒粒的主要支架结构和抗原成分。要支架结构和抗原成分。251. 螺旋对称螺旋对称 (Helical symmetry)病毒粒：杆状或丝状壳 粒：螺旋型对称排列核衣壳：中空的圆柱体核 酸：单链RNA代 表：烟草花叶病毒烟草花叶病毒的结构烟草花叶病毒的负染电镜照片26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。2. 二十面体对称二十面体对称（Icosahedral symmetry）病毒粒：球状（多面体）27若以一定数目的亚基排列成具有一定表面积的立方对称实体，以二十面体容积为最大，能包装更多的病毒核酸，所以病毒衣壳多取二十面体对称（icosahedral symmetry）结构。282. 二十面体对称二十面体对称（Icosahedral symmetry）病毒粒：球状（多面体）腺病毒显微照片20个等边三角形的面30条边12个顶角二十面体代 表：腺病毒腺病毒的结构五邻体六邻体纤维顶球29噬菌体的显微照片3. 复合对称复合对称（Complex symmetry） 病毒粒：螺旋对称二十面体对称代表：大肠杆菌T4噬菌体T偶数噬菌体的结构核酸颈环尾鞘基板尾丝刺突头部30病毒粒的结构和化学组成病毒粒的结构和化学组成一、一、 病毒粒的基本结构病毒粒的基本结构（包膜病毒）(裸露病毒)壳粒核酸包膜31（三）包膜（三）包膜（envelop）成分成分 蛋白质、多糖、脂类流感病毒的图解功能功能 维护病毒体结构完整性 具有与宿主细胞膜亲和及融合的性能 具有抗原性 刺突（spike）32裸露的螺旋病毒粒有包膜的螺旋病毒粒33病毒体结构模式图壳粒衣壳核心（核样物）核衣壳包膜包膜病毒刺突保护、介导、抗原性保护、介导、抗原性决定病毒遗传、变异和复制(四四)病毒的群体形态病毒的群体形态包含体包含体inclusion body：出现于病毒感染的动物细胞的细胞浆内或细胞核内的特殊结构称为空斑空斑plaque：噬菌斑噬菌斑（菌苔上形成）或蚀斑蚀斑（动物细胞上形成）枯斑枯斑lesion：植物病毒在植物叶片上形成的群体35病毒粒病毒粒（化学组成）（化学组成）核酸；核酸；蛋白质；蛋白质；脂类；脂类；碳水化合物；碳水化合物；基本化学组成基本化学组成病毒粒在化学上表现为核蛋白病毒粒在化学上表现为核蛋白二、病毒粒的化学组成二、病毒粒的化学组成 病毒粒的结构和化学组成病毒粒的结构和化学组成36病毒的蛋白质病毒的蛋白质病毒蛋白质病毒蛋白质结构蛋白结构蛋白非结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于病毒粒中的蛋白质。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衣壳蛋白；衣壳蛋白；包膜蛋白；包膜蛋白；存在于病毒毒粒中的酶存在于病毒毒粒中的酶(在一些病毒中发现在一些病毒中发现)；373839第二节第二节 病毒的分类病毒的分类401966年莫斯科年莫斯科 国际病毒命名委员会国际病毒命名委员会（International Committee on Nomenclature of Viruses，ICNV）病毒的分类系统和命名原则病毒的分类系统和命名原则是病毒分类与命名的国际权威机构是病毒分类与命名的国际权威机构 9次报告次报告1973 国际病毒分类委员会国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Viruses，ICTV）41 Order目目 词尾词尾virales Family科科 词尾词尾 vividae Subfamily亚科亚科 词尾词尾virinaeGenus 属属 词尾词尾 virusSpecies种种科和属是病毒分类的最主要单位科和属是病毒分类的最主要单位426 个目 73 个科 11 个亚科 289个属 2284 个种udsDNA 病毒、ssDNA 病毒uDNA 和RNA 逆转录病毒udsRNA 病毒、(-)ssRNA 病毒、(+)ssRNA 病毒u亚病毒传染因子2012年年4345呼吸道病毒包括：正粘病毒科 流感病毒 副粘病毒科 副流感病毒、呼吸道合胞 病毒、 麻疹病毒、腮腺炎病毒其他病毒科 腺病毒、风疹病毒、鼻病毒、 冠状病毒、 呼肠病毒46流感病毒（influenza virus）的生物学性状有包膜，单链分片段的RNA病毒47 流感病毒的表面结构流感病毒的表面结构血凝素血凝素(HA)柱状，三聚体，基本上以相同的间距覆盖了病毒的全部表面帮助病毒吸附到宿主细胞帮助病毒吸附到宿主细胞神经氨酸酶（神经氨酸酶（NA）四个亚单位组成的四聚体，并不平均分布在病毒表面，而是聚合成群。与病毒释放有关与病毒释放有关48 流感病毒的内部结构流感病毒的内部结构核衣壳核衣壳病毒分片段的RNA，结合有核蛋白（NP）以及与复制和转录有关的RNA聚合酶。基质蛋白（基质蛋白（M蛋白）蛋白）覆盖在核衣壳外面，M蛋白抗原性稳定，也具有型特异性。增加包膜厚度外膜外膜来自宿主细胞的脂质双层膜491 2435 6 7 8PB2PB2PB1PB1RNPRNPRNARNAM2M2M1M1NANAHAHA分节段的分节段的(-)ssRNA(-)ssRNAPAPA RNARNA聚合酶聚合酶核糖核蛋白（核糖核蛋白（RNPRNP）50流感病毒的分型流感病毒的分型1980年世界卫生组织公布的流感病毒命名方法：年世界卫生组织公布的流感病毒命名方法：据RNP和M蛋白抗原性分：甲、乙、丙三型甲型根据HA和NA抗原性不同，再区分为若干亚型（H1H16、N1N9）乙型、丙型至今未发现亚型命名：型别/宿主/分离地点/病毒株序号/分离年代(HA与NA亚型号) A/duck/Ireland/113/83(H5N8) A/HongKong/1/68(H3N2)51第三节第三节 四类病毒及其繁殖方式四类病毒及其繁殖方式噬菌体噬菌体植物病毒植物病毒人类和脊椎动物动物病毒人类和脊椎动物动物病毒昆虫病毒昆虫病毒52什么是噬菌体什么是噬菌体能够侵染各种原核生物（细菌、放线菌、蓝细菌）能够侵染各种原核生物（细菌、放线菌、蓝细菌）研究病毒繁殖的一般特征的模式系统研究病毒繁殖的一般特征的模式系统噬菌体（噬菌体（ bacteriophage , phage ）是感染细菌、）是感染细菌、放线菌、古菌等原核微生物的病毒的总称，因部放线菌、古菌等原核微生物的病毒的总称，因部分能引起宿主菌的裂解，故称为噬菌体。分能引起宿主菌的裂解，故称为噬菌体。 英国人特沃特英国人特沃特 法国人第赫尔兰法国人第赫尔兰（ Twort，1915年）年） （ dHerelle，1917年）年）53一、噬菌体的形态和结构一、噬菌体的形态和结构（一）形态（一）形态 微球状蝌蚪状丝状蝌蚪型收缩性长尾噬菌体蝌蚪型非收缩性长尾噬菌体蝌蚪型非收缩性短尾噬菌体六角形大顶衣壳粒噬菌体六角形小顶衣壳粒噬菌体丝状噬菌体（二）结构（二）结构 双链DNA单链DNA单链RNA单链DNA54T偶数噬菌体的结构核酸颈环尾鞘基板尾丝刺突头部55二、噬菌体的生活周期二、噬菌体的生活周期 （一）病毒的复制（一）病毒的复制 56病毒复制的一般特点病毒复制的一般特点病毒的特点：病毒的特点：严格细胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖。严格细胞内寄生物，只能在活细胞内繁殖。病毒粒病毒粒宿主细胞宿主细胞有繁殖性的病毒基因组有繁殖性的病毒基因组具有感染性的具有感染性的病毒粒消失病毒粒消失病毒基因组复制、表达病毒基因组复制、表达病毒核酸和蛋白质病毒核酸和蛋白质装配形成具有感染性的病毒粒装配形成具有感染性的病毒粒释放至细胞外释放至细胞外原料；原料；能量；能量；生物合成场所；生物合成场所；57病毒的复制：病毒的复制：病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（然后由这些新合成的病毒组分装配（assembly）成）成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（种特殊繁殖方式称做复制（replication），也叫增），也叫增殖（殖（multiplication）。）。58病毒的复制周期病毒的复制周期复制周期（replicative circle）或称复制循环：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。 吸附；吸附； attachment 侵入侵入；penetration 生物合成；生物合成； synthesis 装配；装配；assembly 释放；释放；release59（二）烈性噬菌体和温和性噬菌体（二）烈性噬菌体和温和性噬菌体 烈性噬菌体（烈性噬菌体（virulent phage）： 侵入细胞后，在其中完成复制和完成其生活周期，并最后摧毁和裂解细菌细胞的噬菌体。噬菌体与宿主细胞的关系：噬菌体与宿主细胞的关系：温和性噬菌体（温和性噬菌体（temperate phage）：）：侵入细胞后，基因组整合到宿主基因组，与宿主细胞 DNA 同步复制，并随着宿主细胞的生长繁殖而传下去，一般情况下不引起宿主细胞裂解的噬菌体。 60毒粒敏感细胞随机碰撞而接触（静电引力或氢键）可逆吸附，无特异性（非细胞颗粒也可吸附）病毒表面蛋白与细胞受体的结合特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段1. 附着（附着（attachment）/吸附（吸附（adsorption）61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得华力。不同种系的细胞具有不同病毒的细胞受体，病毒受体的细胞种系特异性决定了病毒的宿主范围病毒的宿主范围。62632. 侵入（侵入（penetration）侵入又称病毒内化，它是一个病毒吸附后侵入又称病毒内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生的感染步骤。几乎立即发生的感染步骤。64有尾噬菌体：有尾噬菌体：65有尾噬菌体：有尾噬菌体：注射方式将噬菌体核酸注入细胞注射方式将噬菌体核酸注入细胞 尾丝吸附，通过尾部基板、刺突固着于细胞； 尾鞘收缩，推出尾管，尾管的溶菌酶水解细胞壁的肽聚糖； 尾管插入细胞壁和细胞膜，核酸通过中空的尾管注入胞内，蛋白质外壳留在胞外；吸附吸附刺突固着刺突固着尾鞘收缩尾鞘收缩尾管穿入尾管穿入DNA注入注入663. 生物合成（生物合成（synthesis ）这个步骤主要指噬菌体这个步骤主要指噬菌体 DNA 复制和蛋白复制和蛋白质外壳的合成质外壳的合成 67病毒基因组的复制与表达存在着强烈的时序性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。病毒复制所需要的病毒病毒复制所需要的病毒特异性酶蛋白的合成特异性酶蛋白的合成病毒生物合成的第一步病毒生物合成的第一步是病毒是病毒mRNA的合成的合成晚期蛋白晚期蛋白（结构蛋白、（结构蛋白、溶菌酶）溶菌酶）早期蛋白（次早早期蛋白（次早期期mRNA聚合酶聚合酶/更改蛋白）更改蛋白）次早期蛋白次早期蛋白（DNA酶、酶、DNA聚聚合酶、晚期合酶、晚期mRNA聚合酶）聚合酶）694. 装配（装配（assembly）新合成的病毒新合成的病毒DNADNA与衣壳蛋白质组分组装成成熟的、与衣壳蛋白质组分组装成成熟的、有侵染力的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟有侵染力的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟（maturationmaturation）或形态发生（）或形态发生（morphogenesismorphogenesis）。）。70T4T4噬菌体的装配是一个极噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程为复杂的自我装配的过程71大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放5. 释放（释放（release ）成熟的子代病毒颗粒然后依一定途径释放到细胞外病毒的释放标志病毒复制周期结束通过一些病毒编码的蛋白（酶）裂解宿主细胞（T4）溶菌酶攻击细胞壁肽聚糖穿孔素破坏细胞膜如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，并同时侵入，就会过早地引起细胞裂解，但并未产生新的病毒粒，这种现象称为自外裂解（lysis from without）。73噬菌斑（plague）：在涂布有敏感宿主细胞的固体培养基表面，接种相应噬菌体的稀释液，其中每一个噬菌体先侵染和裂解一个细胞，以此为中心，反复侵染和裂解周围大量的细胞，结果就会在菌苔上形成一个具有一定形状、大小、边缘和透明度的“负菌落”斑，称为噬菌斑。（四）噬菌体效价测定（四）噬菌体效价测定 鉴定纯种分离计数74效价（效价（titer）：）：表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位数（plaque-forming unit,pfu）或感染中心数（infective centre）。（四）噬菌体效价测定（四）噬菌体效价测定 测定效价常用且较精确的方法为双层平板法下层：2% 上层：1%7519391939年，年，德尔布吕克德尔布吕克 ( Delbruck) &( Delbruck) &艾里斯艾里斯 Ellis) Ellis)：E. coliE. coli / / bacteriopagebacteriopage一步生长曲线（一步生长曲线（one step growth curveone step growth curve）定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线该实验标志着分子病毒学、分子生物学和分子遗传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学的建立Max DelbruckMax Delbruck因此荣获因此荣获19691969年年Nobel PrizeNobel Prize（五）一步生长曲线（五）一步生长曲线 76高浓度敏感细菌相混合一定时间 (5min)除去游离噬菌体进行高倍稀释培养定时取样测定噬菌体数测定噬菌体生长的方法测定噬菌体生长的方法以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标绘制生长曲线适量噬菌体77 潜伏期潜伏期（latent period)从噬菌体吸附菌细胞至菌细胞释出新噬菌体的最短时间。78后一阶段，感染性病毒在受染细胞内的数量急剧增加，胞内胞内累积期累积期。在潜伏期的前一段受染细胞内检测不到感染性病毒，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为隐晦期隐晦期；79 潜伏期潜伏期（latent period)从噬菌体吸附菌细胞至菌细胞释出新噬菌体的最短时间。裂解期裂解期（rise period)宿主细胞迅速裂解，噬菌体粒子急剧增多的时期。平稳期平稳期(plateau period)宿主全部裂解，噬菌体效价达到最高点后的时期。80进行一步生长曲线的测定，能了解噬菌体在菌体内的潜伏期和裂解期的长短，以及裂解量大小，还可测知理化因素的变化对噬菌体感染循环的时间和对每个被感染噬菌体释放噬菌体的影响。裂解量= -平稳期噬菌体数潜伏期噬菌体数裂解量(Burst size)平均每一个被感染细菌释放的子代噬菌体数81温和噬菌体的溶原性反应：温和噬菌体的溶原性反应：烈性噬菌体（烈性噬菌体（virulent phagevirulent phage）：）：侵入细胞后，在其中完成复制和完成其生活周期，并最后摧毁和裂解细菌细胞，形成裂解循环（lytic cycle）。温和噬菌体或称溶源性噬菌体（温和噬菌体或称溶源性噬菌体（lysogenic phagelysogenic phage）：）：侵入宿主细胞后，噬菌体基因组整合到宿主的基因组上，并随宿主基因组的复制而进行同步复制，因此这种侵入并不引起宿主细胞裂解。（六）温和噬菌体和溶原性（六）温和噬菌体和溶原性这一现象称做溶源性（这一现象称做溶源性（lysogenylysogeny）或溶源现象）或溶源现象82温和噬菌体的生活周期：温和噬菌体的生活周期：整合于细菌染色体整合于细菌染色体DNA上上的温和噬菌体基因组称做的温和噬菌体基因组称做前噬菌体（前噬菌体（prophage）细胞中含有以前噬菌体状态存细胞中含有以前噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌在的温和噬菌体基因组的细菌称做称做溶源菌（溶源菌（lysogenic bacteria）83温和噬菌体的生活周期：温和噬菌体的生活周期：溶源菌经自发裂解或诱导溶源菌经自发裂解或诱导裂解，进入裂解性周期裂解，进入裂解性周期在前噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，在前噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞。细胞分裂而传递给子代细胞。84进入宿主后线状基因组进入宿主后线状基因组依靠粘性末端环化依靠粘性末端环化噬菌体的的溶原性反应：噬菌体的的溶原性反应：85噬菌体的的溶原性反应：噬菌体的的溶原性反应：通过特定位点整和通过特定位点整和（切离）细菌染色体（切离）细菌染色体溶源菌的诱导和检验诱导：刺激溶源菌使之从复制受抑制阶段进入裂解周期的过程常用因素：丝裂霉素C ，紫外线，辐射87溶源性感染对细胞的影响溶源性感染对细胞的影响被温和噬菌体感染后形成的溶原性细菌具有被温和噬菌体感染后形成的溶原性细菌具有“免疫性免疫性”，即其它，即其它同类噬菌体虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致同类噬菌体虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致溶原性细菌裂解。溶原性细菌裂解。溶源菌有时还能获得一些新的生理特性，例如白喉杆菌只有在含溶源菌有时还能获得一些新的生理特性，例如白喉杆菌只有在含有特定类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发有特定类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病。前噬菌体引起的溶原性细菌除免疫性外的其他的表形改变，病。前噬菌体引起的溶原性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括溶原菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为包括溶原菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源性转变溶源性转变(lysogenic conversion)(lysogenic conversion)。溶源菌中的温和噬菌体基因组通常不影响细胞的溶源菌中的温和噬菌体基因组通常不影响细胞的繁殖功能，但它们可能引起其他的细胞变化。繁殖功能，但它们可能引起其他的细胞变化。(1)(1)免疫性免疫性(2)(2)溶源性转变溶源性转变88第三节第三节 四类病毒及其繁殖方式四类病毒及其繁殖方式噬菌体噬菌体植物病毒植物病毒人类和脊椎动物病毒人类和脊椎动物病毒昆虫病毒昆虫病毒89水稻黄矮病水稻黄矮病七星剑褐斑病七星剑褐斑病苏铁黄化症苏铁黄化症郁金香叶枯病郁金香叶枯病90一、植物病毒的形态和类型一、植物病毒的形态和类型（一）植物病毒的形态（一）植物病毒的形态 大部分病毒为杆状、丝状和球状，一般无包膜91植物病毒的类群植物病毒的类群92二、植物病毒的生活周期二、植物病毒的生活周期只能以被动方式侵入，通过因人为或自然的机械损伤只能以被动方式侵入，通过因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, ,主要靠是有刺吸式口器的昆虫取食将病毒带入细胞主要靠是有刺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可通植物病毒一旦进入细胞后，增殖产生的子代病毒可通过病毒编码的运动蛋白（过病毒编码的运动蛋白（movement proteinmovement protein）与胞间）与胞间连丝的相互作用进行扩散和传播连丝的相互作用进行扩散和传播（一）侵入（一）侵入（penetration）植物病毒进入细胞后才脱去衣壳即脱壳（植物病毒进入细胞后才脱去衣壳即脱壳（uncoatinguncoating）93（二）复制（二）复制（replication）94烟草花叶病毒的自我装配：在合适的温度和烟草花叶病毒的自我装配：在合适的温度和pHpH值下，值下，不需要能量和生物合成酶，仅依靠衣壳蛋白亚单位和不需要能量和生物合成酶，仅依靠衣壳蛋白亚单位和病毒核酸之间高度特异的分子相互作用。病毒核酸之间高度特异的分子相互作用。（三）装配（三）装配（assembly）和释放（）和释放（release）95第三节第三节 四类病毒及其繁殖方式四类病毒及其繁殖方式噬菌体噬菌体植物病毒植物病毒人类和脊椎动物病毒人类和脊椎动物病毒昆虫昆虫96动物病毒动物病毒动物病毒动物病毒是指感染动物细胞并在其内增殖的病毒是指感染动物细胞并在其内增殖的病毒动动物物病病毒毒脊椎动物病毒脊椎动物病毒（寄生在人和脊椎动物细胞内）（寄生在人和脊椎动物细胞内）无脊椎动物病毒无脊椎动物病毒（主要是昆虫病毒，其（主要是昆虫病毒，其次是发现于蛛形纲和甲壳纲）次是发现于蛛形纲和甲壳纲）引起疾病、肿瘤引起疾病、肿瘤用作生物农药用作生物农药97非洲猪瘟病毒科非洲猪瘟病毒科 脊椎动物痘病毒亚科脊椎动物痘病毒亚科痘病毒科痘病毒科虹彩病毒科虹彩病毒科蛙病毒属蛙病毒属淋巴囊肿病毒属淋巴囊肿病毒属多瘤病毒科多瘤病毒科腺病毒科腺病毒科乳头瘤病毒科乳头瘤病毒科疱疹病毒科疱疹病毒科嗜肝嗜肝DNA病毒科病毒科圆环病毒科圆环病毒科细小病毒科细小病毒科细小病毒亚科细小病毒亚科一、脊椎动物病毒的主要类群和形态一、脊椎动物病毒的主要类群和形态98副粘病毒科副粘病毒科 非毒粒蛋白弹状病毒属非毒粒蛋白弹状病毒属短暂热病毒属短暂热病毒属水泡性病毒属水泡性病毒属狂犬病病毒属狂犬病病毒属弹状病毒科弹状病毒科 正粘病毒科正粘病毒科 病毒属病毒属博尔纳病毒科博尔纳病毒科 逆转录病毒科逆转录病毒科 丝状病毒科丝状病毒科 沙粒病毒科沙粒病毒科 白蛉热白蛉热病毒属病毒属内罗内罗病毒属病毒属汉坦汉坦病毒属病毒属布尼亚病毒属布尼亚病毒属布尼亚病毒科布尼亚病毒科 水生动物呼肠孤病毒属水生动物呼肠孤病毒属轮状病毒属轮状病毒属科罗拉多蜱传热症病毒属科罗拉多蜱传热症病毒属环状病毒属环状病毒属正呼肠孤病毒属正呼肠孤病毒属呼肠孤病毒科呼肠孤病毒科 禽双禽双RNA病毒属病毒属水生动物双水生动物双RNA病毒属病毒属双双RNA病毒科病毒科 动脉炎病毒科动脉炎病毒科 冠状病毒科冠状病毒科 黄病毒科黄病毒科 星状病毒科星状病毒科 小小RNA病毒科病毒科 披膜病毒科披膜病毒科 杯状病毒科杯状病毒科 野田村病毒属野田村病毒属野田村病毒科野田村病毒科 类戊型肝炎病毒属类戊型肝炎病毒属99二、动物病毒的生活周期二、动物病毒的生活周期复制周期（复制周期（replication cycle）吸附吸附侵入侵入生物合成生物合成装配成熟与释放装配成熟与释放100（一）吸附（一）吸附（adsorption）101（二）侵入（二）侵入（ penetration） 具有包膜的病毒与具有包膜的病毒与细胞质膜融合而侵入细胞质膜融合而侵入 具有包膜的病毒通过细具有包膜的病毒通过细胞的内吞（胞的内吞（endocytosisendocytosis）作用而侵入作用而侵入裸露的病毒通过裸露的病毒通过内吞侵入内吞侵入102侵入（侵入（ penetration）和脱壳（）和脱壳（uncoating)膜融合膜融合内吞内吞103（三）生物合成（三）生物合成（replication）病毒核酸的转录，寄主细胞DNA、RNA和蛋白质合成的停止，以及病毒核酸的复制、蛋白质的合成。病毒核酸转录成病毒核酸转录成mRNA是关键的一步是关键的一步7条合成条合成mRNA的途径的途径 dsDNA ss DNAdsRNA (+)ssRNA (-)ssRNA具有具有DNA中间体的中间体的(+)ssRNA病毒（逆转录病毒）病毒（逆转录病毒）具有具有RNA中间体的中间体的dsDNA 病毒病毒1047条合成条合成mRNA的途径的途径（巴尔的摩分类法）（巴尔的摩分类法）1051. DNA病毒的复制周期病毒的复制周期dsDNA病毒的复制周期（腺病毒、单疱疹病毒、痘病毒）106dsDNAdsDNA病毒复制示意图病毒复制示意图 （1）病毒吸附到细胞表面；病毒吸附到细胞表面；（2）病毒进入细胞，去包膜；）病毒进入细胞，去包膜；（3）脱壳；）脱壳；（4）病毒）病毒DNA进入细胞核；进入细胞核；（5）极早期基因转录，）极早期基因转录， mRNA进入细胞质，翻译成极早期进入细胞质，翻译成极早期蛋白；蛋白；（6）早期基因的转录和翻译；）早期基因的转录和翻译；（7）病毒基因组复制）病毒基因组复制（8）晚期基因转录、翻译成晚）晚期基因转录、翻译成晚期蛋白；期蛋白；（9）装配子代病毒；）装配子代病毒；（10）出核，同时披上包膜；）出核，同时披上包膜；（11）释放到胞外）释放到胞外1072. RNA病毒的复制周期病毒的复制周期108109（Human Immunodeficiency Virus，HIV）1988年正式命名年正式命名3. 逆转录病毒逆转录病毒110HIV模型图模型图脂双层膜脂双层膜gp120gp120gp41gp41包膜糖蛋白包膜糖蛋白p24p24衣壳蛋白衣壳蛋白p17p17内膜蛋白内膜蛋白p7p7核衣壳蛋白核衣壳蛋白逆转录酶逆转录酶蛋白酶蛋白酶整合酶整合酶111逆转录病毒：逆转录病毒：RNA病毒，复制以病毒，复制以DNA为中间体，由逆转录酶催化为中间体，由逆转录酶催化112（1）病毒粒子与细胞受体（）病毒粒子与细胞受体（CD4）结合；）结合；（2）病毒进入细胞，去包膜；）病毒进入细胞，去包膜；（3）脱衣壳；）脱衣壳；（4）以病毒基因组（）以病毒基因组（RNA）为模板，）为模板，由病毒逆转录酶作用逆转录合成由病毒逆转录酶作用逆转录合成cDNA，形成中间体；，形成中间体；（5）以）以cDNA为模板合成双链为模板合成双链DNA；（6）双链）双链DNA进入细胞核；进入细胞核；（7）整合到宿主细胞染色体，成为）整合到宿主细胞染色体，成为原病原病毒毒(provirus)；RNARNA反转录病毒复制示意图反转录病毒复制示意图 (1)(1)113(8) 免疫刺激下免疫刺激下, 原病毒被激原病毒被激活，转录出子代活，转录出子代RNA；(9) 一部分子代一部分子代RNA与核糖与核糖体结合，翻译子代蛋白体结合，翻译子代蛋白(结构蛋白和酶蛋白结构蛋白和酶蛋白);另另一部分直接装配为子代一部分直接装配为子代病毒体；病毒体；(10) 子代病毒体形成；子代病毒体形成；(11) 子代病毒获包膜并释放子代病毒获包膜并释放 RNARNA反转录病毒复制示意图反转录病毒复制示意图(2)(2) 114 逆转录病毒的复制周期逆转录病毒的复制周期115公认的传播途径主要是性接触、血液接触、母婴传播公认的传播途径主要是性接触、血液接触、母婴传播性接触：是主要的传播途径（包括同性、异性、双性）血液传播：输血传播，共用针具的传播（静脉吸毒共用针具；医院里重复使用针具，被血液污染而又未经严格消毒的针灸针、拔牙器）母婴传播：胎盘、分娩、哺乳其他：接受感染者的器官移植、人工授精或污染的器械等116一般的接触不会传染一般的接触不会传染117（四）装配（四）装配（assembly）和释放（）和释放（release）118有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核出芽或细有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核出芽或细胞质膜出芽的过程中裹上包膜而形成包膜病毒胞质膜出芽的过程中裹上包膜而形成包膜病毒有包膜病毒的装配与释放有包膜病毒的装配与释放有时也是同时完成的有时也是同时完成的119复制周期（复制周期（replication cycle）120第三节第三节 四类病毒及其繁殖方式四类病毒及其繁殖方式噬菌体噬菌体植物病毒植物病毒人类和脊椎动物病毒人类和脊椎动物病毒昆虫病毒昆虫病毒121昆虫杆状病毒昆虫杆状病毒122一、昆虫病毒的主要类群和形态一、昆虫病毒的主要类群和形态核(型)多角体病毒（多角体于细胞核内形成）质(型)多角体病毒（多角体于细胞质内形成）颗粒体病毒（椭圆形颗粒状包含体存在于细胞核或细胞质内） 分布于至少7个病毒科 感染后通常形成包含体 是重要的害虫生物防治因子123核多角体病毒核多角体病毒124质多角体病毒质多角体病毒家蚕质多角体病毒的包含体125颗粒体病毒颗粒体病毒稻纵卷叶螟颗粒体病毒的包含体 昆虫病毒杀虫剂 外源基因表达载体系统 基因治疗二、昆虫杆状病毒的应用二、昆虫杆状病毒的应用的应用的应用杆状病毒杆状病毒杆状病毒杀虫剂优缺点杆状病毒杀虫剂优缺点缺点缺点 杀虫速度慢 杀虫谱窄 对高龄害虫用量大优点优点安全性好害虫不易产生抗性持久性 杆状病毒表达载体系统杆状病毒表达载体系统当今基因工程领域当今基因工程领域4大表达系统之一大表达系统之一（杆状病毒、大肠杆菌、酵母、哺乳动（杆状病毒、大肠杆菌、酵母、哺乳动物物 细胞表达系统细胞表达系统1983年，Smith等首次报道用AcMNPV为载体，在Sf细胞系中成功表达了人干扰素 杆状病毒表达载体的应用杆状病毒表达载体的应用基础研究基础研究杆状病毒的功能基因研究杆状病毒的功能基因研究其他 ：H5N1 HA H7N9 HA130第四节第四节 亚病毒因子亚病毒因子类病毒卫星病毒卫星核酸朊病毒131非细胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒类病毒：只含具侵染性的RNA组分卫星病毒：只含有不具侵染性的RNA组分卫星核酸：只含有不具侵染性的核酸朊病毒：只含蛋白质在核酸和蛋白质两种组分中，只含其中之一的病原体，或是由缺陷病毒构成的功能不完整的病原体132一、类病毒（一、类病毒（viroid）通常由几百个核苷酸分子组成（通常由几百个核苷酸分子组成（246399），不编码蛋白质），不编码蛋白质（马铃薯纺锤形块茎病（马铃薯纺锤形块茎病（PSTV）133类病毒的分子结构特征类病毒的分子结构特征裸露的环状ssRNA，分子中碱基配对的双链区和单链环状区相间排列，使其二级结构类似于一段末端封闭的短dsRNA分子。134二、卫星病毒（二、卫星病毒（satellite virus）卫星病毒（卫星病毒（satellite virus） ：是一类基因组缺损、需要依赖辅助病毒，基因才能复制和表达（即需要辅助病毒来帮助其完成复制与包被），才能完成增殖的亚病毒，不单独存在，常伴随着其他病毒一起出现。（卫星烟草坏死病毒STNV）辅助病毒（辅助病毒（helper virus）：）：被卫星病毒寄生的真病毒（烟草坏死病毒TNV）135 卫星病毒的特点：卫星病毒的特点：是RNA病毒 ，500-2000bp携带信息只编码衣壳蛋白不具侵染性，复制需要辅助病毒 与辅助病毒基因无同源性对辅助病毒的依赖具高度特异性 所致疾病与辅助病毒无关136三、卫星核酸（三、卫星核酸（satellite nucleic acid）卫星核酸卫星核酸指必须依赖于辅助病毒的协助进行复制的小分子核酸，没有单独的衣壳包被，而是包装在辅助病毒的衣壳中。与辅助病毒的基因组也无明显同源性。卫星核酸的核酸类型包括卫星核酸的核酸类型包括dsDNA、dsRNA和和ssRNA（线状、环状线状、环状）卫星核酸对于辅助病毒的复制不是必需的，但是其存在可干扰辅助病毒的复制，从而促进或者减低对宿主的病害。后者可应用于防治植物病毒病害。137 卫星病毒与卫星核酸的异同：卫星病毒与卫星核酸的异同：同：同：都是亚病毒侵染因子的一类，它们缺少独立的复制能力，需要辅助病毒才能复制其核酸。卫星病毒：卫星病毒：可编码自己的外壳蛋白，因而有单独的核衣壳。其衣壳蛋白是由自身的核酸编码的，所以其抗原性与辅助病毒不同。异：异：卫星核酸：卫星核酸：需利用辅助病毒的衣壳蛋白，卫星核酸分子通常包膜在辅助病毒的衣壳内。138卫星病毒、卫星核酸卫星病毒、卫星核酸 、类病毒性质的比较表、类病毒性质的比较表性质 卫星病毒 卫星 核酸 类病毒 依赖辅助病毒复制 是 是 否 包被于自身的衣壳内是 否 否 包被于辅助病毒的衣壳内否 是 否 抑制辅助病毒复制 是 是 - 与辅助病毒序列同源性 否 否 - 在体内和体外核酸的稳定性 低 高 高 139四、朊病毒（四、朊病毒（prion） 朊病毒是亚病毒的一种，是一类能侵染动物并在朊病毒是亚病毒的一种，是一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质，宿主细胞内复制的小分子无免疫性疏水蛋白质，又称蛋白质侵染因子又称蛋白质侵染因子 。什么是朊病毒什么是朊病毒 朊病毒就是蛋白质病毒，是只有蛋白质而没有核酸朊病毒就是蛋白质病毒，是只有蛋白质而没有核酸的病毒。的病毒。140人的库鲁病人的库鲁病(kuru)、克雅氏病、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等等羊搔痒症羊搔痒症(scrapie)牛海绵状脑病牛海绵状脑病(spongiform encephalopathy)朊病毒是引起哺乳动物亚急性海绵样脑病的病原因子，这朊病毒是引起哺乳动物亚急性海绵样脑病的病原因子，这些疾病包括：些疾病包括：141普鲁辛纳（普鲁辛纳（Prusiner） (1982)提出羊搔痒病因子是一种蛋白质侵提出羊搔痒病因子是一种蛋白质侵染颗粒染颗粒（proteinaceous infectious particle），并将之称做），并将之称做Prion（protein infection）或）或Virino。 -朊病毒朊病毒19971997年，年，Stanley B. PrusinerStanley B. Prusiner荣获诺贝尔奖荣获诺贝尔奖142朊病毒是一类与其他已知病原体朊病毒是一类与其他已知病原体不同的感染因子。不同的感染因子。如何繁殖和致病如何繁殖和致病143Prion:主要成分为一种主要成分为一种蛋白酶抗性蛋白（蛋白酶抗性蛋白（PrP）致病机理致病机理 朊病毒蛋白：Prion Protein，PrP 最初来源于羊的瘙痒病（Scrapie），PrPSc表示致病性的朊病毒蛋白。 人或动物的细胞中具有编码朊病毒蛋白的基因，正常的PrPC PrPSc 和PrP的一级氨基酸序列相同。144PrionPrion:主要成分一种蛋白酶主要成分一种蛋白酶抗性蛋白（抗性蛋白（PrPPrP）目前普遍接受的朊病毒增殖和致病的假设：目前普遍接受的朊病毒增殖和致病的假设：朊病毒的传染性蛋白分子，通过引起宿主体内现成朊病毒的传染性蛋白分子，通过引起宿主体内现成的同类蛋白分子发生与其相似的构象变化而使宿主的同类蛋白分子发生与其相似的构象变化而使宿主致病，即动物体内正常的蛋白质致病，即动物体内正常的蛋白质PrPc改变折叠状态改变折叠状态为为PrPSc所致。所致。145羊瘙痒病羊瘙痒病PrPC与与PrPSC的三维结构的三维结构折叠折叠PrPC（正常）（正常）PrPSC（致病）（致病）146PrPSc抗高温、紫外、杀菌剂抗高温、紫外、杀菌剂聚集成丝状，侵染神经组织147丝状结构侵袭神经组织，导丝状结构侵袭神经组织，导致中枢神经系统的慢性退化致中枢神经系统的慢性退化性脑病海绵脑病。性脑病海绵脑病。所有已知的朊病毒疾病都是致死的，因为免疫系统并不把所有已知的朊病毒疾病都是致死的，因为免疫系统并不把朊病毒作为异己而识别，因而也就没有相应的天然保护作朊病毒作为异己而识别，因而也就没有相应的天然保护作用。用。本章内容小结本章内容小结病毒的发现和研究历史病毒的发现和研究历史病毒的特征及其形态结构病毒的特征及其形态结构病毒的定义和特征病毒的定义和特征病毒粒的大小和形态病毒粒的大小和形态病毒粒的结构和化学组成病毒粒的结构和化学组成病毒的分类病毒的分类病毒分类的依据病毒分类的依据病毒的分类系统和命名原则病毒的分类系统和命名原则149本章内容小结本章内容小结噬菌体噬菌体动物病毒动物病毒植物病毒植物病毒昆虫病毒昆虫病毒形态和类型形态和类型生活周期生活周期亚病毒：亚病毒：类病毒、卫星病毒、卫星核酸、朊病毒类病毒、卫星病毒、卫星核酸、朊病毒150思考题思考题1. 什么是病毒？病毒与细菌有什么不同？什么是病毒？病毒与细菌有什么不同？*2. 名词解释：核衣壳、温和噬菌体、溶源性名词解释：核衣壳、温和噬菌体、溶源性*3. 病毒的核酸有哪几种类型？病毒的核酸有哪几种类型？*4. 试图示并简介病毒的典型结构。试图示并简介病毒的典型结构。*5. 什么是烈性噬菌体？以什么是烈性噬菌体？以T偶数噬菌体为例，偶数噬菌体为例，简述其生活周期。简述其生活周期。*6. 什么是一步生长曲线？包括几个时期？各期什么是一步生长曲线？包括几个时期？各期有何特点？有何特点？*7. 动物病毒合成动物病毒合成mRNA 的途径包括哪的途径包括哪7条？条？*8. 亚病毒有哪亚病毒有哪4种类型？各有什么特点？种类型？各有什么特点？151