病毒的基本性状PPT课件

病毒学,1,3000BC，埃及孟菲斯壁画中长老患小儿麻痹症,2, 概论,1、病毒的三个共同特点：（1）体积微小，用电子显微镜观察；（2）结构简单，只有核酸基因和蛋白质外壳；（3）超级寄生，在活细胞内寄生；,病毒的基本性状,3,病毒与其它微生物的区别,4, 病毒的大小与形态,1、病毒的大小：（1）测量病毒大小的方法是电子显微镜； （2）病毒大小的计量单位是纳米（nanometer，nm）； （3）测量病毒大小的标准是病毒体的直径； （4）病毒体（virion）是指成熟的、具有传染性的病毒个体； （5）最大的病毒是痘病毒（300 X 200 X 100nm）；最小的病毒如肠病毒及鼻病毒（直径约20nm）。,5,微生物的大小比较,葡萄球菌 (1000nm）,牛痘病毒 300250nm,A,B,C,D,E,F,G,立克次体 450nm,衣原体 390nm,A、大肠杆菌噬菌体( 65 95nm ),B、腺病毒(70nm ),C、脊髓灰质炎病毒(30nm ),D、乙脑病毒( 40nm ),E、蛋白分子(10nm ),F、流感病毒( 100nm ),G、烟草花叶病毒,6,2、病毒的形态特征（形态多样，主要有5种形态）（1）球状体（spherical form），大多数人类和脊椎动物病毒的形态为球形，如疱疹病毒、腺病毒等；（2）丝状体（filamentous form），多见于植物病毒，但新分离的流感病毒（newly isolated influenza virus）可为丝状体；（3）砖形体（brick-shaped），如天花和牛痘病毒；（4）弹状体（bullet-shaped），如狂犬病毒和水泡性口炎病毒等；（5）蝌蚪状体（tadpole-shaped），如噬菌体。,7,8,9,10,11,12, 病毒的结构与功能,1、病毒的基本结构与功能：（1）基因组（genome），位于病毒体内部的、编码病毒所有结构蛋白和非结构蛋白的核酸（nucleic acid）；由DNA或RNA（either- or-）组成，故DNA和RNA病毒。功能：病毒遗传变异的物质基础，具有编码病毒蛋白、控制病毒性状、决定病毒复制及增殖侵害的功能。,13,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,包膜子粒,14,（2）蛋白衣壳（capsid），包裹或镶嵌在病毒核酸外面、由病毒基因组编码的蛋白质。病毒的蛋白衣壳是由壳粒（capsomer）组成，它是包裹病毒核酸的一粒一粒的形态亚单位。功能：保护病毒核酸免受外界环境因素（如核酸水解酶）的影响，同时表现病毒的生物学 特性，如对宿主细胞的亲嗜性、致病性、毒力和抗原性。（3）核衣壳（nucleocapsid），病毒核酸和蛋白衣壳的总称。,15,核心：核酸 基因组genome 决定病毒遗传、变异和复制壳粒capsomere 衣壳capsid 保护、介导、抗原性包膜envelope，包膜子粒peplomere（刺突spike） 保 护、介导、抗原性,16,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,包膜子粒,17,18,2、病毒的特殊结构及其功能：（1）包膜（envelope）或囊膜，包裹在病毒核衣壳外面结构，由脂质和糖蛋白组成。1）、脂质的来源与作用来源：病毒出芽成熟过程中从宿主细胞的核膜或细胞质膜获得，作用：包膜中脂质对宿主细胞的亲嗜性，决定病毒特定的侵害部位；有包膜病毒可被脂溶剂（乙醚、氯仿、去氧胆酸钠）灭活。,19,2）、糖蛋白的来源与作用来源：糖获自宿主细胞，蛋白质由病毒自身基因编码。包膜突起（peplomer）又称刺突（spike）构成了病毒糖蛋白的亚单位；作用：流感病毒的包膜突起有病毒血凝素（viral hemagglutinin，HA）和病毒神经氨酸酶（viral neuraminidase，NA）两种。,20,HA：凝集鸡和人的红细胞，且赋予病毒对呼吸道上皮细胞有特殊的亲和力；NA：破坏宿主细胞表面上的受体，使包膜的脂质与细胞膜融合，便于病毒侵入细胞。（2）触须（antenna）常见于腺病毒（无囊膜），核衣壳的各个顶角上有细长的结构，像大头针（顶端膨大呈球状）。功能是凝聚和毒害敏感的宿主细胞。,21, 病毒衣壳的对称性,根据病毒壳粒排列方式的不同，病毒结构有三种对称型： 1、立体对称（cubic symmetry），球形病毒，以20面体对称为多数，如腺病毒等 ； 2、螺旋对称（helical symmetry），如丝状病毒、狂犬病毒（rabies virus）、水泡性口炎病毒（VSV）和流感病毒等； 3、复合对称（complex symmetry），衣壳中既有立体对称又有螺旋对称部分，如T噬菌体、天花病毒和牛痘病毒等。 病毒衣壳的对称性及壳粒的数目可进行病毒分类与鉴定,22,20面体对称型,20个面、12个顶角、30个棱边,23,螺旋对称型,24,复合对称型,25, 病毒的分类,国际病毒分类委员会（international committee on taxonomy of viruses, ICTV）对病毒分类原则： 1、宿主的种类：动物、植物、细菌病毒； 2、病毒形态与大小：球状体、丝状体、砖形体、弹状体、蝌蚪状体； 3、有无包膜及对乙醚的敏感性； 4、核衣壳的对称型； 5、核酸类型； 6、抗原性； 7、病毒在宿主细胞中的增殖部位：DNA病毒的衣壳一般在核内装配，RNA病毒大多数在质内装配； 8、传播方式、媒介种类、流行病学特征。,26,27, ABSTRACT,How do we define a virus? Virues were originally distinguished from other infectious agents because they are especially small and obligatory intracellular parasites. Now we even further know viruses are entities that: 1. Contain single type of nucleic acid, either DNA or RNA. 2. Contain a protein coat (sometimes it is enclosed by an envelope of lipids, proteins, and carbohydrates) that surrounds the nucleic acid. 3. Multiply inside living cells by using the synthesizing machinery of the cell. And 4. Cause the synthesis of specialized structures that can transfer the viral nucleic acid to other cells.,28, 病毒的复制,1、病毒复制的过程（1）吸附（adsorption）：特异性吸附其本质是病毒配体与细胞膜特异受体结合。如HIV-1 gp120和/或gp160与CD4+ T的CD4分子；呼吸道上皮细胞和红细胞表面的糖蛋白是流感病毒的受体；肠道上皮细胞的脂蛋白是脊髓灰质炎病毒的受体；,病毒的复制与变异,29,30,病毒复制周期,吸附 adsorption,31,（2）穿入（ penetration ）：（3）脱壳（uncoating）：细胞的溶酶体酶裂解病毒的衣壳，释放出病毒的基因组；（4）生物合成（biosynthesis）：脱壳后的病毒基因组在细胞内先合成非结构蛋白，然后根据病毒基因组指令，复制病毒的核酸、合成结构蛋白与非结构蛋白。此阶段无完整病毒可见，也不能用血清学检测出病毒的抗原，故称为隐蔽期（eclipse），即病毒的生物合成过程。,融合-有包膜病毒胞饮-无包膜病毒,32,病毒复制周期,穿入 penetration脱壳 uncoating,融合,胞饮,直接穿入,33,1）DNA病毒：利用宿主细胞核内依赖DNA的RNA多聚酶转录出早期mRNA；,34,双链DNA病毒的复制周期,35,2）单正链RNA病毒：基因组RNA直接具有mRNA功能，可直接附着于宿主核糖体转译出病毒结构蛋白和非结构蛋白（依赖RNA的RNA多聚酶），故病毒核酸本身具有感染性，如SARS病毒和脊髓灰质炎病毒；,36,(+) ssRNA病毒的复制周期,Examples Poliovirus HAV,37,3）单负链RNA病毒：病毒本身含依赖RNA的RNA多聚酶，核酸本身不具有感染性，大多数有包膜的RNA病毒,38,(-) ssRNA病毒的复制周期,(-) ssRNA,(+) ssRNA,Translation,Transcription,Structure protein,RNA Polymerase,Parainfluenza virus,39,4）双链RNA病毒：有部分同ss+RNA病毒，还有一部分同ss-RNA病毒；,40,5）反转录病毒的生物合成（5）装配（assembly）和释放（ release） ： 无包膜病毒装配成的核衣壳即为成熟病毒体，以溶细胞的方式释放；有包膜的病毒装配成核衣壳后以出芽方式释放。释放可包有细胞核膜或细胞质膜而形成成熟病毒体。 （包膜上脂质和糖类来自细胞，随不同细胞来源而不同，包膜的蛋白为病毒基因所编码。）,41,病毒复制周期,装配与释放 assembly and release,42,复制周期 replication cycle,43,2、病毒的异常增殖（1）、顿挫感染：又称为流产性感染（abortive infection），因细胞条件不合适，病毒进入细胞复制增殖速度很快，但装配的速度很慢，甚至有时完全不能装配，因而产生了没有传染性的病毒体成分，如将这种病毒传入合适的细胞中，又能正常装配生成有感染性的病毒体。原因不在病毒本身，而在于宿主细胞 （2）、缺陷病毒（ defective virus ）：带有不完整基因组的病毒体，称为缺陷病毒，当与辅助病毒共同感染同一细胞时，其缺陷被弥补，可生成有传染性的病毒体，如AAV和HDV。,44,（3）、病毒干扰：当两种病毒同时感染同一细胞时，常发生一种病毒抑制另一种病毒复制的现象，称为干扰现象（interference）1）自身干扰，高滴度的同一株病毒连续传代培养，生成一部分无传染性的病毒，如流感病毒接种鸡胚尿囊，传代后子代病毒大部分缺少核酸为不完全病毒（缺损病毒）。原因：由于病毒量多，一些子代病毒未得到核酸 2）同种干扰，同种病毒不同型间相互干扰，如流感病毒A1型和A2型一起培养时相互阻碍生长。原因：争夺细胞膜上共同受体或细胞中复制部位和原料 3）异种干扰，不同种病毒之间，如甲型和乙型流感病毒。原因：前一种病毒在细胞内诱生了干扰素，抑制病毒蛋白合成，病毒不能装配成熟,45,3、病毒培养及其生长特征（1）、人工培养：动物（Animals）鸡胚（Embryonated eggs）组织培养（Organ and tissue culture）细胞培养（ Cell culture）:原代细胞传代细胞双倍体细胞,46,（2）、生长特征1）病毒在动物中的生长特征：出现感染症状，如食减、发热、震颤、麻痹和死亡。2）病毒在鸡胚中的生长特征：如HSV和痘病毒在绒毛尿囊膜上出现痘斑。3）病毒在细胞中的生长特征：多出现细胞致病作用（cytopathic effect，CPE），如细胞皱缩、出现空斑、融合、包涵体或坏死等现象。,47,48,49,狂犬病病毒包涵体（Negri body）,50,巨细胞病毒包涵体,51, 病毒的抵抗力与变异,1、病毒的抵抗力：（1）物理因素：冷热（耐冷怕热）、射线（敏感）、干燥（常温干燥灭活、冷冻干燥保存）、pH（59）及离子环境（镁离子盐类保持病毒活力）；（2）化学因素：脂溶剂（有包膜病毒，肠道病毒多无包膜）、甘油（50甘油盐水中长久存活）、化学消毒剂和特殊杀病毒剂（丙内酯、环氧乙烷）。,52,2、病毒的变异：（1）突变 自然突变、诱发突变、回复突变 1）毒力改变突变株：脊髓灰质炎病毒和麻疹病毒经过适当的传代，其毒力减弱，变成减毒株，可制成疫苗 2）条件致死突变株：温度敏感突变株（temperature sensitive，ts），在2835可以复制， 3740即发热体温下不能复制而被灭活，而亲代在两种温度中都能生长 3）宿主适应性突变株：对人致病的狂犬病病毒在兔脑内连续增殖，由“街毒”变为“固定毒”，丧失对人的致病性从而制成狂犬疫苗。,53,（2）基因重组（genetic recombination） 两个有亲缘关系而性状不同的病毒感染同一个细胞时，基因相互交换后产生兼有两个亲代株性状的子代病毒,54,1）活病毒间的重组：流感病毒新毒株及新亚型的出现； 2）灭活病毒间的重组：灭活的两株同种病毒共培养时，两病毒核酸中受损害的基因部位不同，由于重组相互弥补而得到复活，产生有传染性的病毒体，称多重复活（multiplicity reactivation）因此不宜用紫外线照射来制备灭活疫苗3）死、活病毒间的重组：死、活流感病毒一同培养（不同亚型），活流感病毒具有死流感病毒特点，称交叉复活 （cross-reactivation）,55,（3）表型重组1）表型混合：phenotypic mixing，两种病毒混合感时，装配过程发生错误，子代病毒可含有双方衣壳或包膜；主要表现为耐药性，抗原性等改变，基因并未改变，改变的生物学性状不能遗传。2）基因型混合：genotypic mixing，两种病毒的核酸混合装配在同一病毒的衣壳内，或两种病毒的核衣壳包在一个包膜内。由于核酸未发生基因重组，故没有遗传性。,56,3）互补：complementation，两种病毒通过其产生的蛋白产物（衣壳、包膜，酶）互补不足，如辅助病毒与缺损病毒间、两缺损病毒间、活病毒与死病毒间都可发生互补，互补后产生原病毒的子代。4）增强：enhancement，两病毒混合培养，一种病毒可促进另一种病毒的产量。,57,virus A,virus B,phenotype mixing,virus A,virus B,58, ABSTRACT,Viruses multiply only in living cells. The first step in viral infection is attachment, interaction of a virion with a specific receptor site on the surface of a cell. After binding, the virus particle is taken up inside the cell. This step is referred to penetration or engulfment. Uncoating occurs concomitantly with or shortly after penetration. Uncoating is the physical separation of the viral nucleic acid from the outer structural components of the virion such that it can function. The synthetic phase of the viral replicative cycle ensures after uncoating of the viral genome.,59,Various classes of viruses use different pathways to synthesize the genomes, mRNAs, and proteins depending upon the structure of the viral nucleic acid. Newly synthesized viral genomes and capsid polypeptides assemble together to form progeny viruses. The infected cells lyse and release the virus particles, while enveloped viruses mature by a budding process. Genotype refers to the genetic constitution of an organism. Phenotype refers to the observable properties of an organism, which are produced by the genotype in cooperation with the environment. Wild-type virus denotes the original virus from which mutants are derived and with which the mutants are compared.,60,A mutation is a heritable change in the genotype. The genome is the sum of the genes of an organism. Conditional-lethal mutants are mutants that are lethal under nonpermissive conditions, but that yield normal infectious progeny under permissive conditions. Temperature sensitive mutants grow at low temperatures by not at high temperatures. Host-range mutants are able to grow in one kind of cell, whereas abortive infection occurs in another type. A defective virus is one that lacks one or more functional genes required for viral replication. The interaction among viruses includes recombination, genetic reactivation (marker rescue and multiplicity reactivation), complementation, phenotypic mixing, and interference.,61,The size of virus was first estimated by filtration through membranes of known pore diameters. Viral size is determined today by ultracentrifugation and electron microscope. Viruses vary considerably in size, ranging from 20 to 300 nm in diameter. The entirey infectious unit is termed a virion. The core of virus contains only one kind of nucleic acid （DNA or RNA） as its genome, which is surrounded by a protein coat called the capsid. Each capsid is composed of protein subunit called capsomeres.,62,Viruses may be classified into five morphological types on the basis of their shapes, and into three symmetries based on their capsid architectures.,63,