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1、第四章病毒,什么叫病毒？ 病毒是形体微小、结构简单、仅含有1种核酸DNA或RNA、具有超级寄生性，且必须在电子显微镜下才能观察到的一类非细胞形态的微生物。,病毒的种类：,真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分,类病毒：只含具有独立侵染性的RNA组分 拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分 朊病毒：只含单一蛋白质部分,亚病毒,非细胞生物,第一节 概述,一、人类对病毒的发现和认识过程,1892：俄国 伊万诺夫斯基 (Ivannowsky) 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(Beijerinck) 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
2、养细菌的方法培养不出来；给这样的病原体起名叫virus。 1935：美国 斯坛莱(Stanley) 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，并因此而获诺贝尔奖。 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。,二、定义和特点,1、形体极其微小，必须在电子显微镜下才能观察，一般都可通过细菌滤器； 2、没有细胞构造，故也称分子生物； 3、其主要成分仅是核酸和蛋白质两种； 4、每一种病毒只含有一种核酸，不是DNA就是RNA； 5、既无产
3、能酶系也无蛋白质合成系统； 6、在宿主细胞协助下，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，不存在个体生长和二均等分裂等细胞繁殖方式； 7、在宿主的活细胞内营专性寄生； 8、在离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶； 9、对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。,研究病毒的重要意义： 一是控制和消灭有害病毒，病毒威胁着人类健康和家养动物养殖业，病毒性疾病对国民经济造成严重的影响，发酵工业中的噬菌体污染会严重影响发酵生产； 二是病毒的研究和利用价值，主要表现为改良品种，培育活病毒疫苗株，保护生态环境，利用病毒作为昆虫杀虫剂，基因工程研究的重要载体。,三、宿主范围（分布）及重要性,几
4、乎所有的生物都可以 感染相应的病毒。根据宿主可以分三类： 动物病毒 植物病毒 细菌病毒（或称噬菌体）,第二节 病毒的大小、形态、构造和组分,一、大小,测定大小的单位是纳米（109)，多数病毒的直径在100nm以下； 绝大多数病毒是能通过细菌滤器； 须用电镜才能观察到其具体形态和大小。,二、形态,Fig. 1A: Sizes and Shapes of Viruses (Animal RNA Viruses),Fig. 1B: Sizes and Shapes of Viruses (Animal DNA Viruses),Transmission Electron Micrograph of
5、Herpes simplex Viruses,Tobacco mosaic virus (TMV),三、构造,基本结构 病毒的对称性 螺旋对称的病毒粒子 二十面体对称病毒粒子 复合对称的病毒粒子,（1）病毒粒子的基本结构,capsid,core,envelope,spike,nucleocapsid,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(virus particle)。,Capsomere or capsomer,衣壳,衣壳粒,无囊膜病毒模式结构,刺突,病毒的结构类型,螺旋对称结构,二十面体对称结构,复合对称结构,无囊膜,杆状：烟草花叶病毒等 丝状：大肠
6、杆菌M13噬菌体等,卷曲状：流感病毒等 弹状：狂犬病毒等,有囊膜,无囊膜,有囊膜：疱疹病毒,小型：脊髓灰质炎病毒 大型：腺病毒,有囊膜：痘病毒（砖块状）,无囊膜：大肠杆菌T偶数噬菌体（蝌蚪状）,病毒 结构类型,Fig. 2C: Viral Structure (Enveloped Helical Virus),Fig. 2D: Viral Structure (Enveloped Polyhedral Virus),Transmission Electron Micrograph of HIV-1 Stained to Show Surface Glycoproteins,Transmissi
7、on Electron Micrograph of HIV-1,The nucleocapsid (arrows) can be seen within the envelope.,（2）病毒的对称性,三类典型形态的病毒： 廿面体对称的结构(球状) 螺旋对称的结构(杆状) 复合对称的结构(蝌蚪状) 大肠杆菌的T偶数噬菌体是由椭圆形的二十面体头部和螺旋对称的尾部组合而成，是病毒中复合对称的代表。,螺旋对称的病毒粒子,以烟草花叶病毒（tobaco mosaic virus， TMV）为例。衣壳是由2130个蛋白质亚基构成的螺旋对称结构，衣壳长300nm。直径1518nm，外观呈狭窄的刚直杆状。螺旋
8、衣壳中央有直径4nm的轴孔，亚基呈右手螺旋排列，螺旋的螺距为2.3nm，每螺转上的亚基数目为十六又三分之个。病毒的单链RNA半径约4nnl处与蛋白质亚基结合大约每三个核苷酸结合着一个蛋白质亚基、RNA长约6395或6398个核苷酸，长度相当于2130个亚甚或130螺转。,二十面体对称病毒粒子,Adenovirus,以腺病毒（adenovirus）为例。腺病毒的衣壳含有252个壳粒，其中12个顶角的衣壳粒与相邻的衣壳粒组成五邻体，240个面上或棱上的衣壳粒相互之间组成六邻体。每个五邻体中央的衣壳粒上伸出一根末端带有顶球的刺突。每个五邻体壳粒由一个五聚体（多肽）和一个三聚体纤维蛋白（）组成；但六邻
9、体壳粒不是六聚体，而是三聚体，它由3个110K多肽构成。,复合对称的病毒粒子,T4 Bacteriophage,有囊膜的病毒粒子,Fig. 4: Virus Obtaining Its Envelope from Host Cell Membrane by Budding,Transmission Electron Micrograph of HIV-1 Budding from a Host Cell,四、化学组成,病毒的主要成分为核酸(DNA或RNA)和蛋白质。有的病毒还含有脂质、糖类等其他组分。,一种病毒只含有一种核酸（DNA或RNA）。 植物病毒绝大多数含RNA;少数含DNA ； 动物
10、病毒一部分含DNA，一部分含RNA； 细菌病毒普遍含DNA，含RNA的极少。 病毒的核酸类型极为多样化： 病毒的DNA与RNA均有单链和双链： dsDNA ssDNA dsRNA ssRNA,1.病毒的核酸,病毒DNA分子有线装和环状之分。 病毒核酸有正链（）和负链（）的区分： 规定：将碱基序列与mRNA一致的核酸单链定位正链，将碱基序列与mRNA互补的核酸单链定位负链。因此，就病毒核酸链的单与双以及正和负有以下6 种类型： ()DNA大部分DNA病毒 ()RNA动物呼肠孤病毒 （）DNA 大肠杆菌X174噬菌体 （）RNA所有单链RNA病毒大部分植物病毒 （）DNA腺病毒 （）RNA 流感病
11、毒,2.病毒的蛋白质,有的病毒只有一种蛋白质，多数含有为数不多的几种蛋白质。 病毒蛋白质的氨基酸组成与其他生物一样，但不同病毒蛋白质的氨基酸组成和含量各不相同。 病毒蛋白质主要在构成病毒结构、病毒的侵染与增殖过程中发挥作用： 1、结构功能 2、吸附 3、破坏宿主细胞壁与细胞膜 4、增殖,3.其他成分,一些较复杂的病毒（如包膜病毒）除含有核酸和蛋白质两种成分外，还含有脂类、多糖等其他成分。 病毒中的脂类主要以脂质双分子层的形式存在于病毒的包膜中。 病毒所含的糖类主要以糖蛋白的形式存在于包膜的表面，决定着病毒的抗原性。,五、群体形态,包含体 噬菌斑 病斑和空斑 枯斑,（1）包涵体（inclusio
12、n body）,概念：宿主细胞经病毒感染后形成的光学显微镜下可见的大小、形态、数量不等的蛋白质结晶体，称为包涵体。在宿主细胞内形成包涵体是病毒的特征，不同的病毒其形成的包涵体具有不同的形态、结构和特性，可用于分类鉴定。,包涵体在细胞中的形成部位：位于细胞核内如疱疹病毒 位于细胞质内如狂犬病毒等 胞核内胞质都有麻疹病毒,包涵体的本质-大多数是病毒粒子组成的，少数是细胞对病毒的反应。,了解研究包涵体的实践意义-病毒鉴定 临床诊断依据,核型多角体病毒：包涵体在核内 质型多角体病毒：包涵体在细胞质内,(2)噬菌斑(plaque),概念：噬菌斑是指在宿主细菌的菌苔上，噬菌体使菌体裂解而形成的空斑。,Lo
13、calized areas of cellular destruction and lysis caused by virus infection are called plaques,应用：1、噬菌体定量计数 2、噬菌体的鉴定,（3）病斑和空斑,空斑和病斑：用于动物病毒粒子的计数也可以采用噬菌斑法类似的技术，但是这种斑点只能称为空斑或病斑。,（4）枯斑,枯斑：植物病毒在植物叶片上形成的群体称为枯斑。,第三节 各类病毒及其繁殖方式,一、原核生物的病毒噬菌体,噬菌体：是病毒中的一种，一般把侵染细菌、放线菌的病毒叫噬菌体。（把侵染真菌的病毒叫噬真菌体） 噬菌体在自然界广泛存在，在1995年发表的I
14、CTV的病毒分类与命名第六次报告中共报道了4000余种，分别划归为49个病毒科. 据Bradley(1967)归纳，噬菌体共有六类形态。,1.形态与分类,噬菌体共有六类形态：,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的形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称T偶数噬菌体。,由于绝大多数噬菌体为蝌蚪形，现以E.coli T4为例，介绍蝌蚪形噬菌体的结构：,大肠杆菌T4噬菌体构造,偶数噬菌体的形态构造,2.BACTERIOPHAGE LIFE CYCLES,Two primary types of bacteriophage
15、s ：,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。,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。引起的反应称裂解反应。,病毒的繁殖过程： 一般可分为吸附、侵入、生物合成、成熟装配与裂 解释放五步。烈性噬菌体所经历的繁殖过程，称作裂解 性周期。,1、吸附 2、侵入,3、增殖,包括核酸的复制和蛋白质 的生物合成,4、成熟装配,5、裂解释放,病毒一步生长曲线,（二）一步生长曲线,（1）
16、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加，但没有释放出胞外。寄主细胞的裂解标志着潜伏期的结束。 （2）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。 （3）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。,两个特征性数据 潜伏期：是病毒颗粒吸附于细胞到受
17、染细胞释放出子代病毒颗粒所需的最短时间，不同病毒的潜伏期长短不同，噬菌体以分钟计，动物病毒和植物病毒以小时或天计。 裂解量：是每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目，其值等于潜伏期受染细胞的数目除稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。通过一步生长曲线测定，噬菌体的裂解量一般为几十到上百个，植物病毒和动物病毒可达数百乃至上万个。,（三）温和噬菌体与溶原性（lysogeny） 某些噬菌体侵染细菌后，将自身基因组整合到细菌细胞染色体上，随寄主细胞分裂而同步复制，并不引起细菌裂解释放噬菌体，因而被称作温和噬菌体（temperate phage）。这种噬菌
18、体与细菌共存的特性称为溶原性（lysogeny）， 被侵染的细胞被称作溶原性细胞或溶原菌（lysogen），引起的反应称溶源性反应。整合到细菌细胞染色体上的病毒被称作前病毒或前噬菌体（prophage）。溶原性细菌对同源噬菌体有免疫性。,噬菌体的裂解和溶原途径,诱导,溶原性特点： （1）溶原性转变（lysogenic conversion）：温和噬菌体在菌体细胞内以前噬菌体形式存在可导致宿主细胞的表型改变，这种改变与其生命周期是否完成没有直接关系，这种改变称为溶原性转变。 （2）免疫作用：前噬菌体基因还导致溶原性细菌对同类型噬菌体的侵染具有免疫作用，阻止携带与溶原性菌体所含的前噬菌体DNA相同
19、的噬菌体的吸附和生物合成，但这种免疫作用不能阻止溶原菌体被别种类型的温和噬菌体或烈性噬菌体所侵染。前噬菌体基因的表达可以产生一种阻遏蛋白，抑制该病毒自身在菌体内的复制作用。,6.噬菌体的应用与防治,噬菌体的危害： 主要是引起发酵中的噬菌体污染 例：丙酮、丁醇发酵中的噬菌体污染 抗生素发酵中的噬菌体污染 食品工业上的噬菌体污染 防治： 控制活菌排放 选育抗性生产菌株 生产中轮换使用菌种 药物防治例如用金霉素、四环素等。,二、植物病毒,TMV,三、脊椎动物病毒 各种脊椎动物都广泛寄生着相应的病毒，但研究较多的是那些与人类健康、与畜禽家养脊椎动物疾病相关的那些病毒。已知与人类健康有关的病毒超过300
20、种，与其它脊椎动物有关的病毒超过900种。人类传染病约有70-80%是由病毒所引起。脊椎动物病毒根据其核酸类型可分为dsDNA病毒、ssDNA病毒、dsRNA病毒和ssRNA病毒；有的衣壳外含囊膜，有的不含囊膜；有的病毒囊膜外还含有刺突。,（一）脊椎动物 病毒繁殖,1.吸附:病毒通过刺突与细胞受体特异结合吸附到寄主细胞上,2.侵入:病毒被吞噬到囊泡中, 囊膜破裂, 病毒核酸被释放到细胞质。,3.生物合成: 在病毒基因控制下, 细胞合成新病毒的基本成分，核酸、衣壳粒蛋白和刺突蛋白。,4.成熟装配:刺突蛋白整合到形成病毒囊膜的细胞膜中,核酸和衣颗粒蛋白装配成核衣壳。,5.释放:有囊膜病毒以出芽方式
21、离开细胞膜,携带着含刺突的囊膜。成熟的病毒粒子具侵染性。,病毒刺突与寄主细胞上受体的特异结合过程示意图：,1）裸露病毒核酸直接穿入,2）有囊膜病毒以膜融合方式进入,3）有囊膜病毒以吞噬作用进入,动物病毒侵入方式 示意图：,动物病毒出芽释放过程示意图：,（二）脊椎动物病毒的续存性 动物病毒的续存性（persistence）就是指某些病毒通过吸附、侵染进入动物寄主细胞后，并不进行增殖杀死寄主细胞，而是将自身病毒DNA整合到寄主细胞染色体DNA分子上或呈类质粒状态，长期存在于寄主细胞内。以整合形式存在的病毒核酸被称作原病毒。,续存性特点： 1）续存性感染的动物细胞功能维持正常，甚至很多年。 2）续存
22、性病毒感染中，病毒在重新活化前没有复制，处于续存状态。 3）被整合的原病毒基因的表达有时也会赋予寄主细胞新的特点。 4）原病毒可以受环境因素如紫外线诱导活化，从整合的染色体上脱离下来，病毒核酸重新复制、成熟和释放。 5）某些疱疹病毒能够间歇性地“开”、“关”病毒粒子的增殖。疱疹病毒终身续存在机体细胞内，当机体受冷、热、压力或免疫抑制等因素的刺激时，续存的疱疹病毒被活化，重新增殖导致细胞裂解，引起疾病，然后又恢复到续存状态。疱疹病毒的这种续存性又被称作“潜伏性（latency）”。 6）某些病毒可引起“慢性病毒感染（slow virus infections）”。麻疹病毒（measles vir
23、us）能隐藏在寄主脑细胞中许多年，逐渐引起退行性损伤和功能丧失，这种续存性又被称作“慢性病毒感染” 。,（三）病毒与肿瘤发生 肿瘤（tumor）是由失去调控而异常生长和繁殖的新生异常细胞或瘤形成的组织团块。如果肿瘤的生长维持在特定的部位形成致密组织团，而不通过循环系统转移到其它部位，被称为良性肿瘤；如果肿瘤细胞可以活跃的扩散或转移到有机体其它部位乃至全身，通常通过血液流动并形成次级肿瘤，被称为恶性肿瘤或癌。人类和脊椎动物肿瘤的发生是由多种复杂的因素所引起，例如物理、化学和生物因素。 有好几种动物病毒进入宿主细胞后进入续存性状态，可永久性地改变宿主遗传物质，导致宿主肿瘤发生。可引发机体肿瘤发生的
24、病毒被称作肿瘤病毒（oncoviruses），迄今发现的可引起细胞转化和肿瘤发生的病毒主要是一些dsDNA和一些逆转录病毒。肿瘤病毒引起肌体肿瘤发生的过程被称作转化（transformation）。,据估计，约15%的人类肿瘤由病毒感染引起。,表 某些脊椎动物病毒所引起的肿瘤,肿瘤病毒 肿瘤类型 Epstein-Barr(EB)病毒 Burkitt 淋巴瘤 （epstein-barr virus） 乙型肝炎病毒(hepatitis b virus) 肝癌 丙型肝炎病毒(hepatitis c virus) 肝癌 逆转录病毒(retrovirus) 很多动物白血病和淋巴瘤； 人类胸腺淋巴瘤（ht
25、lv逆转录 病毒） 乳头多瘤空泡病毒(papovavirus) 各种动物肿瘤；人类宫颈癌 （人乳头状瘤病毒） 人疱疹病毒8型 卡波西氏肉瘤 (human herpesvirus 8),肿瘤病毒最显著的特征： 是能够象溶原性噬菌体一样把病毒自身核酸整合到宿主细胞染色体DNA上。转化细胞生长速率增加，染色体发生改变，细胞表面分子产生变化，能够无限制分裂，丧失了正常细胞的生长接触抑制特性。,肿瘤病毒引起细胞转化的机制 （1）原病毒整合 （2）原病毒所含的与转化相关的特异性基因的表达。 这些特异性的转化相关基因被称作病毒癌基因（viral oncogenes），它们是人和脊椎动物正常的原癌基因（pro
26、to-oncogenes）的同源基因，是正常细胞原癌基因的突变形式。正常宿主细胞中的原癌基因被认为是重要的调控基因。这些基因编码激活基因转录的蛋白，对于正确调控细胞生长和繁殖至关重要。原癌基因的突变编码突变蛋白，而导致细胞非正常生长。存在许多原癌基因，某些人类癌症，诸如结肠癌，需要几个原癌基因的同时突变而致癌。病毒也能导致细胞不正常生长，肿瘤病毒改变原癌基因的活性或异常表达而导致细胞转化和肿瘤发生。,（四）新显病毒 “新显病毒”（emerging virus)，“emerge”的英文原意是“出现”的意思，新显病毒是指那些以往局部低水平感染的病毒或具有种间屏障的病毒，将其寄主范围扩大到了别的物种
27、，引起了大范围的人类传染性疾病。 如埃博拉病毒、拉沙病毒、艾滋病毒等。最近出现的SARS病毒、禽流感病毒等就属于这一类。它们引发的传染病对人类的健康与生命带来严重威胁，必须引起我们高度重视。,新显病毒产生的原因： 1）与人类对环境的破坏有关。 2）与现代交通、旅游发展和人类大规模地迁居有关。 3）病毒基因的突变，改变了宿主范围或致病力。 4）与人和动物的密切接触有关,1、最著名的病毒：艾滋病病毒,艾滋病（AIDS）：全称为人类获得性免疫缺陷综合症(AcquiredImmune Dificiency Syndrome)， 获得性免疫缺陷综合症。1981年首先在USA发现，1983年巴斯德研究所宣
28、布分离出一种virus证实为AIDS的病原，1986年WHO定名为人类免疫缺陷病毒（HIV）。HIV专门侵犯淋巴细胞，造成免疫缺陷。 传播途径：血液、母婴、体液（不正常的性行为） 治疗 疫苗：灭活疫苗，重组疫苗。 药物：AZT(叠氮脱氧胸腺嘧啶核苷)。 防止策略：抑制病毒HIV 的增殖，增强机体的免疫力，杜绝传播途径。,2、SARS冠状病毒,严重急性呼吸道综合症（是病毒性肺炎的一种） 症状：发烧、干咳、呼吸急促、头疼以及低氧血，血细胞下降和转氨酶水平升高。 传播途径：近距离的空气飞沫，接触病人。,3、禽流感病毒,H5N1型禽流感病毒属正粘病毒科，甲型流感病毒,4、肝炎病毒,甲型肝炎病毒、乙型肝
29、炎病毒、丙型肝炎病毒、丁型肝炎病毒、戊型肝炎病毒和庚型肝炎病毒。,第四节 亚病毒 (Subviruses) 亚病毒（subvirus） 1、 类病毒viroid：,类病毒(viroid)1971年首次报道；现已鉴定的有20多种。分子结构：含246375个核苷酸的单链环状RNA分子，没有蛋白质外壳。专性活细胞内寄生。例：马铃薯纺锤形块茎类病毒(PSTV)；鳄梨白斑类病毒。,是目前已知最小的可传染的致病因子,只含有小分子量RNA,没有蛋白质壳体，其特点如下：,1单链的共价闭合环状的RNA分子,整个环由两个互补的半体组成,一个含179个核苷酸,另一个含180个核苷酸。 2类病毒的RNA分子干扰寄主细
30、胞的核酸引起细胞机能失调,使寄主产生病症。 3由人为接触如嫁接,整枝等传染。 4目前发现的均为植物类病毒。,2、拟病毒virusoids(类类病毒)：一类包括在植物病毒粒子中的类病毒，RNA。依赖辅助病毒才能进行侵染和复制的小分子单链RNA片段，可干扰辅助病毒的复制。,3、朊病毒-普里昂(prion)：一类能侵染动物并在宿主细胞内复制的小分子无免疫性的疏水性蛋白。变异普里昂也常被称为“朊病毒”，但它不是病毒。 prion普里昂颗粒可以利用宿主的环境而使自己得到复制。由于它是蛋白质小颗粒，包括高温在内的常规医疗消毒方法往往不能起到很好的效果(有些病人因为外科手术感染了变异普里昂)。,疯牛病，学名是牛海绵状脑病bovine spongiform encephalopathy (BSE)，牛食用含羊瘙痒病因子的饲料，经过一段时间后就会患疯牛病。也可说是普里昂所引起的。 人类新型克-雅氏病可能与疯牛病的传染有关，变异普里昂进入到人的食物链中后，会引起一种叫做“新型变种克雅氏症”(vCJD)的疾病。病人会变得痴呆，最终死去。,