1、第三章病毒和亚病毒Chapter 3 virus and subvirus,化学与生命科学学院 卜宁,Chemistry and Life Science College,第三章 病毒和亚病毒,第一节 病毒,第二节 亚病毒,一、病毒概述 二、病毒的大小与形态 三、病毒的结构与化学组成 四、几种类型的病毒,一、类病毒 二、拟病毒 三、朊病毒,第一节 病毒,一、病毒概述,1.病毒的发现,1892：俄国 伊万诺夫斯基 首次发现烟草花叶病毒的感染因子能通过细菌过滤器。1898：荷兰 贝哲林克 证实该致病因子可以被乙醇从悬液中沉淀下来而不失去其感染性但用培养细菌的方法培养不出来；给这样的病原体起名叫vi
2、rus。1935：美国 斯坦莱 从烟草花叶病病叶中提取出了病毒结晶，又证实了结晶中含核酸和蛋白质两种成分，而只有核酸具感染和复制能力，并因此而或诺贝尔奖。1952：Hershey和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。1971后：陆续发现了各种亚病毒类病毒、朊病毒和拟病毒。,1500BC，古埃及石刻浮雕,1619年，荷兰郁金香静物画,流感病毒体内有一种内在的分子钟，能够控制病毒发动感染攻击的时间2013.3.23,2.病毒的定义和特点,第一节 病毒,一、病毒概述,Virus: 是一类体形非常微小、只含有一种类型核酸的、严格活细胞内寄生的、以复制方式增殖的非细胞型微生
3、物。,个体极小：电镜观察无细胞结构：离体时，是无生命的化学大分子，可结晶，具侵染活力。专性寄生：在活细胞内寄生，离开宿主细胞不具备任何生命特征。增殖方式：借助宿主细胞，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖。抵抗力：对各种化学药剂和抗菌素不敏感（可能对干扰素敏感）。,3.病毒的宿主范围,第一节 病毒,一、病毒概述,几乎所有的生物都可以 感染相应的病毒。 动物病毒 植物病毒 细菌病毒（或称噬菌体）,人类传染病中，约7080%属于病毒病，每一种植物至少有一种病毒引起的病害。引起人类疾病的病毒相当多，如肝炎，狂犬病，爱滋病，风湿关节炎等，也有多种病毒可以致癌。,病毒性疾病特点,涉及面广：传染病中
4、75%由病毒引起 传染性强、传播迅速：如流感病毒 病死率高：如狂犬病病毒 后遗症严重：如脊灰病毒 持续感染：如乙肝病毒 引起肿瘤：如爱滋病毒 致畸性：如风疹病毒 特效药少，对抗生素不敏感 预防是重点,测量单位 ：纳米（nm） 150nm 大型病毒（最大300 nm）,二、病毒的大小与形态,1.病毒的大小,2.病毒的个体形态,甲型H1N1病毒,艾滋病病毒,禽流感病毒,SARS病毒,天花病毒,脊灰病毒,包涵体：某些感染病毒的宿主内，出现光镜可见的大小、形态和数量不等的小体。噬菌斑：把适量噬菌体倒在充满细菌的营养琼脂表面，培养一定时间后噬菌体裂解细菌后留下的空斑。空斑、病斑：动物单层细胞培养病毒后留
5、下的，类似于噬菌斑。枯斑：病毒作用于植物留下的局部坏死部分。,(2)病毒的群体形态,病毒粒子(virion):成熟的（结构完整）、具有侵染力的单个病毒，又称病毒颗粒。,三、病毒的结构与化学组成,1.病毒的结构,（1）病毒粒子的基本结构,(a)螺旋对称结构,(b)二十面体对称结构,（2）病毒粒子的对称体制,(c)复合对称结构,核酸(nucleic acid)蛋白质(protein)质脂和糖类(lipid and saccharide),2.病毒的化学组成,简单病毒:只含核酸和蛋白质复杂病毒:脂质、碳水化合物、多糖（糖脂、糖蛋白）、有机阳离子化合物如胺、无机阳离子（铁、钙、镁、铜、铝离子等） (1
6、)病毒核酸：每一种病毒只含单一类型的核酸。病毒核酸储存着病毒的遗传信息， 控制着病毒的遗传、变异和增殖，以及对寄主的感染性等。dsDNA，ssDNA，dsRNA ，ss RNA (2)病毒蛋白质：占95%左右，主要作用： 构成病毒粒子外壳，保护核酸； 具有识别能力 构成病毒组成中的酶。 (3)病毒其他物质：如脂质，碳水化合物，多糖，以及有机阳离子化合物如胺，无机阳离子等。,四、几种类型的病毒,定义：感染细菌和放线菌的病毒,(一）原核生物病毒-噬菌体（Bacteriophage）,T-系噬菌体T-系噬菌体是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，按发现的先后顺序进行从T1-T7编号，后来发现其中偶数者
7、的形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称T偶数噬菌体。,1. 主要形态,Bateriaphage pantomorphia（source from Richard ）,2. 噬菌体的生活周期,噬菌体的类型,烈性噬菌体（virulent phage）感染细胞后,能在寄主细胞内增殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。,温和噬菌体（temperate phrage）噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。但在外界条件刺激下可以产生裂解作用。,噬菌体的增殖：噬菌体在细胞内由噬菌体基因组引导合成
8、噬菌体核酸、蛋白质及其它病毒结构成分，在宿主细胞质内或核内装配成熟，释放到细胞外的过程。,增 殖 周 期,1.吸附（adsorption)：标志病毒感染的开始。2.侵入、脱壳（penetration，uncoating)：病毒进入到细胞，标志病毒进入隐蔽期的开始。3.生物合成（biosynthesis)：核酸的复制，蛋白质的合成。4.组装（assemble）：装配成完整病毒颗粒。5.成熟释放（mature and release)：病毒释放至细胞外。,（1）吸附 （adsorption）：感染的第一步和关键,噬菌体的吸附器官+受体细胞的特殊位点吸附特异性过程：尾丝散开，刺突固着于特异性位点,（
9、2）侵入脱壳（penetration ，uncoating ）： 病毒穿过细胞膜侵入细胞，同时伴随着脱壳。 噬菌体核酸直接注入细胞,（3）生物合成（biosynthesis）: 利用宿主细胞的代谢系统，依照病毒基因的指令合成大量子代病毒的核酸和蛋白质。,（4）组装（assemble）：噬菌体的核酸和蛋白质按一定的顺序装配成噬菌体颗粒,（5）成熟释放（mature and release)：子代噬菌体脱离寄主细胞而得以释放,Animation of the Lytic Life Cycle of a Bacteriophage,The lytic life cycle consists of t
10、he following steps AdsorptionPenetrationReplicationMaturation Release,The Lytic Life Cycle of Lytic Bacteriophages,3.噬菌体一步生长曲线,潜伏期：是指病毒侵入宿主细胞到病毒粒子释放出胞外前的一段时间。 潜伏前期又称隐蔽期（eclipse phase），是指病毒的核酸侵入宿主细胞后至第一个病毒粒子装配前的一段时间，此时宿主细胞内不含有完整的、有侵染力的成熟病毒粒子。 潜伏后期，病毒粒子装配成熟，胞内具侵染性的成熟病毒粒子数目逐渐增，但没有释放出胞外。寄主细胞的裂解标志着潜伏期的结束
11、。 裂解期：是指宿主细胞迅速裂解，溶液中病毒粒子急剧上升的一段时间。病毒没有个体生长，其宿主细胞裂解也是突发的。 平台期：是指感染病毒的宿主细胞全部裂解，溶液中病毒效价达到最高点以后的时期。,噬菌体效价的测定效价（titre）：表示每毫升试样中所含的具有侵染性的噬菌体粒子数， 又称噬菌斑形成单位数或感染中心数。 根据测定，直径2mm的噬菌斑，所含噬菌体粒子数达107109个。方法：双层平板法（two layer plating method）,双层平板法优点:加了底层培养基，可使原来底面不平的玻璃皿的缺陷得以弥补；所形成全部噬菌体斑都接近处于同一平面上，因此不仅每一噬菌斑的大小接近、边缘清晰，
12、且不致发生上下噬菌斑的重叠现象；因上层培养基中琼脂较稀，故形成的噬菌斑较大，有利于计数。,双层平板法 预先分别配制含2%和1%琼脂的底层培养基和上层培养基。先用前者在培养皿上浇一层平板，再在后者中加入较浓的对数期敏感菌和一定体积的待测噬菌体样品，于试管中充分混匀后，立即倒在底层平板上铺平待凝，然后保温。一般经十余小时后即可进行噬菌斑计数。,4. 溶原性 溶原性（lysogeny）：温和噬菌体与细菌共存的特性。 溶原性细胞或溶原菌（lysogen）：被温和噬菌体侵染的细胞。 前病毒或前噬菌体（prophage）：整合到细菌细胞染色体上的病毒。,溶原性细菌,The mode of phage ly
13、sis and lysogenic pathway,噬菌体的裂解和溶原途径,植物病毒大部分属于ssRNA病毒，其基本形态有杆状、丝状和等轴对称的近球状二十面体，一般没有包膜。植物患病毒病后，主要出现三类症状： 因叶绿体被破坏或不能合成新的叶绿素，而引起花叶、 黄化或红化等症状； 植株发生矮化、丛枝或畸形等； 形成枯斑或坏死等症状。,（二）植物病毒,（三）人和脊椎动物病毒,在人类、哺乳动物、禽类、两栖类、爬行类和鱼类等各种脊椎动物中，广泛存在着相应的病毒。 常见的如流行性感冒、麻疹、腮腺炎、脊髓灰质炎、肝炎、疱疹、流行性乙型脑炎、爱滋病以及狂犬病等。此外，据估计，在人类的恶性肿瘤中，约有15是由
14、于病毒的感染而诱发的。家畜和其他哺乳动物中的病毒病也极为普遍，如猪瘟、牛瘟、口蹄疫、马传染性病毒病和兔的乳头状瘤等。家禽中则有鸡新城疫、鸡瘟和鸡的劳斯氏肉瘤等。,(d)有被膜病毒,病毒糖蛋白,出 芽,病毒被膜,宿主细胞膜,病毒核衣壳,艾滋病（获得性免疫缺陷综合症） “超级癌症”和“世纪杀手”,引起Acquired Immune Deficiency Syndrome，AIDS,HIV感染者和AIDS患者为传染源,经性接触、血和血液制品、母婴途径传播,机体不能彻底清除病毒，感染后终生带毒,基因型,HIV-1,HIV-2,重组型,全球、我国主要流行株,主要流行于西非地区,黑猩猩：HIV-1自然宿主
15、，动物模型,HIV感染特点潜伏期长，约35年，最长可达20年免疫系统严重损伤（可直接杀伤CD4+T淋巴细胞）继发各种机会感染 原虫（卡氏肺囊虫、弓形虫） 细菌（结构杆菌、星形放线菌） 病毒（CMV、HSV、HBV、VZV、HHV-8等） 真菌（白色念珠菌、新型隐球菌等）伴有肿瘤形成：Kaposi肉瘤、Burkitt淋巴瘤）神经系统异常：AIDS痴呆综合症,红丝带是国际上用来表示对抗艾滋病的标志,HIV感染临床表现,Figure 19.12a,急性期（原发感染后2-4周）,无症状潜伏期（6-8年）,AIDS期（HIV相关综合症：发烧、盗汗、倦怠、腹泻、淋巴结肿大； 机会感染、恶性肿瘤、神经系统异
16、常）,消瘦综合症,1981年美国发现首例HIV感染者1982年美国疾病预防控制中心（CDC）命名艾滋病1984年HIV经血制品传入我国1985年美籍阿根廷人在西安发病，经多方检查确诊为AIDS1986年在浙江省血友病病人中检出HIV感染者4例1989年云南发现吸毒者感染HIV1994年发现供血者感染HIV2004年12月1日发布中国艾滋病防治联合评估报告近年来艾滋病以平均每年30至40的速度快速增长，31个省市均有分布。目前中国艾滋病病毒感染者约84万人，加上已经染病死亡的24万人，总数应该在100万人左右。至2010年，我国艾滋病病毒感染者将超过1000万人，全世界约1亿例。,艾滋病在中国的流行,（四）昆虫病毒,昆虫染病后，行动迟缓，取食量降低，后期死亡，一般虫体倒挂在植物体上。大多数昆虫病毒可在宿主细胞内形成包涵体。由于昆虫病毒的包涵体在显微镜下一般均呈多角状，因此称为多角体。,昆虫病毒做为生物农药：优点：专一性高，毒力大，后效长，使用方便，对人畜安全，无公害； 缺点：危害经济动物昆虫病毒生产过程：饲养昆虫 病毒感染 收集病毒,
