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1、第二章 微生物的生理本章主要内容第一节 细菌细胞的代谢过程第三节 细菌的人工培养第二节 细菌的生长繁殖第四节 病毒的增殖细菌与其他生物一样，有独立的生命活动，涉及复杂的新陈代谢。细菌的生理涉及细菌的组分、营养要求、能量代谢、生物生长合成繁殖及基因调控等。本章将以细菌群体的生长繁殖为主线，介绍细菌个体形成的代谢过程、群体的生长繁殖、细菌自身的调节机制以及工人培养条件下细菌对营养的需求。第一节 细菌细胞的代谢过程 细菌的新陈代谢包括菌细胞的生物合成、能量供给、运动以及多达2000种化学反应表现的各种活性。形成菌细胞的代谢过程可按其功能分为物质摄取、生物合成、聚合作用及组装四个步骤（图2-1）。进入
2、PO43-碳源SO42-NH3PO43-碳源SO42-NH3摄取细胞包膜还原能能量代谢前体生物合成脂肪酸（约8种）糖（约25种）氨基酸（约20种）核酸（约8种）聚合作用脂脂多糖糖原肽聚糖蛋白质RNADNA组装包含物包膜鞭毛菌毛胞浆液核糖体核苷酸图2-1 细菌细胞的代谢过程示意图（据Ryan等）细菌为原核单细胞生物，其新陈代谢与动物细胞有如下主要区别：第一，细菌生长和繁殖速度极快，超过动物细胞10至100倍。第二，细菌利用各种化合物作为能源的能力远远强于动物细胞。第三，细菌对营养的需求比动物细胞更为多种多样，因为它们有多种代谢旁路。第四，细菌可利用非常流水线式生产的方式全成大分子物质。第五，细菌
3、能产生诸如肽聚糖、脂多糖、磷壁酸等特殊物质。一、物质摄取（fueling）细菌的物质吸收过程主要通过单纯扩散、促进扩散、主动输送及基团转位等方式进出细菌细胞（图2-2），涉及细胞的能量提供和十余种前体代谢物质以及细胞膜和外膜蛋白的参与。图2-2 细菌物质摄取的各种方式（据Ryan）Pc：磷酸 HPr：含组氨酸的磷酸载体蛋白H2O，O2，CO2 甘油 乳糖 半乳糖 葡萄糖半乳糖结合蛋白H2O，O2，CO2甘油乳糖半乳糖6磷酸葡萄糖甘油转运蛋白乳糖透性酶半乳糖转运蛋白酶（一）单纯扩散（simple diffusion）亦称被动扩散。细胞膜两侧的物质靠浓度差（浓度梯度）进行分子扩散，不需要能量，当细
4、胞内外溶质浓度达到平衡，扩散便停止。某些气体（O2、CO2）、水、乙醇及甘油等水溶性小分子以及某些离子（Na+）等以此方式运输。（二）促进扩散（facilitated diffusion）某些物质如糖或氨基酸与某些位于细胞膜的特异性载体蛋白（carrier protein）相结合，而后将其转运至细胞内，这一过程具有特异性和选择性，也不需要能量。甘油进入大肠杆菌等肠道菌的细胞内，厌氧菌吸收营养物质及排出代谢产物，均是通过这一方式。载体蛋白在革兰氏阴性菌属于OMP，可能是通过构象改变而完成促进扩散的。（三）主动输送（active transport）是细菌吸收营养物质的一种主要方式，与促进扩散一样
5、，需要特异性的载体蛋白，能将特异性溶质逆浓度梯度“泵”入细胞，因此需要能量。革兰氏阴性菌有两种主动输送的方式：休克敏感式（shock-sensitive）及休克不敏感式（shock-insensitive）。在作渗透休克处理时，前者载体蛋白释放出所结合的可溶性分子如半乳糖，通过细菌外膜的微孔进入细胞，该过程伴随ATP的水解。休克不敏感伴随H+的跨膜，其能量由获能的细胞膜的电子运输而获得，有特异性载体蛋白（透性酶）参与，乳糖的输送即用此方式。（四）基团转位（group translocation）物质在运输的同时受到化学修饰，从而能源源不断输入细胞，此种方式在缺氧环境中最为常见。其过程涉及从可溶
6、物向分子的化学变化，需要特异性载体蛋白参与，需要能量。有磷酸转移酶系统（phosphotransferase system）参与的葡萄糖磷酸化是个例证。（五）金属离子的吸收影响细菌生长的金属离子在动物体内极少以游离状态存在，以铁为例，它与铁结合蛋白结合，如血清中的转铁蛋白及乳中的乳铁蛋白。细菌通过分泌载铁体攫取这些蛋白结合的Fe3+，形成含铁螯合物，而后通过特异的主动输送，Fe3+进入菌体细胞。 O Fe3+ | OC=O|NH|Cyclo(COCHCH2O)3图2-3 大肠杆菌的气菌素载铁体（siderophore） 是细菌在低铁条件下所产生的一类有机化合物，分子量一般不超过1000，与Fe
7、3+有极强的亲合力。其合成受铁调控，输送铁的功能与细菌外膜的受体有关。目前将载铁体分为两种类型，一种为异羟肟盐类（hydroxamate），具有单个或两个异羟肟酸功能团，气菌素（aerobactin）是其代表（图2-3），能抵抗血清的灭活作用。另一种为酚盐类（phenolate），由2,3-二羟基苯甲酸（2,3-DHS）与氨基酸偶联而成，肠菌素（enterobactin）是其代表，能被血清灭活。大肠杆菌具有这两种载铁体。二、生物合成（biosynthesis）吸收的各种前体代谢物通过代谢途径的网络，合成多种氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸及其他合成大分子所需物质（图2-1）。此过程还需要碳的前体、还
8、原的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸盐（NADPH）、ATP、氨基氮以及硫。不同种类细菌对营养的需要有所不同，又有其不同的合成途径，据此可作为细菌实验室鉴定的重要指标。三、聚合作用（polymerization）图2-4 大肠杆菌染色体的复制叉（据Madigan等）细菌DNA的聚合作用称为复制。其DNA复制从基因组的特定起始部位开始，而后沿环状的染色体DNA的复制叉（replication fork）部位，从5端到3端双向进行（图2-4）。以半保留（semiconservative）方式复制，其DNA双链解离，其中一条链作为母板合成互补链。另一条链则沿相反方向复制，最后由酶连接成完成DNA链（图2-5
9、）。细菌DNA复制的频率因细菌细胞的生长率而异，DNA链的延伸率（elongation rate）则相对稳定。复制叉新合成的DNA复制起始部位图2-5 大肠杆菌染色体DNA的复制过程示意图（据Madigan等）某些抗生素以不同途径干扰细菌DNA的复制，例如新生霉素等抑制细菌DNA复制过程中所需的促旋酶的活性。（一）转录1. 细菌的转录特点：在某些方面与真核生物不同。细菌可由同一个RNA聚合酶催化合成细菌的mRNA、tRNA及rRNA。该酶还可像真核生物那样利用活化的ATP、GTP、CTP及UTP，并可作为母板合成DNA互补链。细菌mRNA不需要通过核膜转运到胞浆，因此不需要聚A帽状结构，也不要
10、特异的转运方式，而且在mRNA合成早期直接与核糖体蛋白结合形成多聚体。2. RNA聚合酶：该酶是一个复杂的大分子，由21亚单位组成。亚单位可与特异的DNA序列即启动子（promoter）结合。细菌RNA聚合酶一般具有一个以上的亚单位，可识别不同的启动子，从而激活相关的基因。RNA聚合酶是利福平类药物的靶分子，其可阻断转录的起始。3. RNA的加工修饰：像真核细胞一样，RNA大分子的前体被核酸酶等加工、修饰，而后产生稳定的RNA分子如tRNA、rRNA等。（二）翻译也称转译，是蛋白质合成过程。20种氨基酸激活后与相应的tRNA结合，形成的氨基酰-tRNA通过某些可溶性蛋白因子与核糖体结合。在此过
11、程中，氨基酸根据mRNA上的密码子序列聚合成多肽。tRNA释放出氨基酸后，自身也从核糖体上脱落，并进入下一轮氨基酰循环。多种抗生素以细菌翻译过程有抑制作用，氯霉素、林可霉素和红霉素等抑制核糖体大亚基，四环素、链霉素和壮观霉素等抑制小亚基，还有一些作用于核链孢酸（fusidic acid）等可溶性蛋白因子，后者参与多肽的合成。以上过程在原核细胞和真核细胞基本一致，但存在一些差别。细菌核糖体较小，结构也较简单。细菌的mRNA不需要经过加工和转运，为大的顺反子，包含多个基因，可指导多个多肽链的合成。细菌RNA聚合酶合成mRNA的速率为55个核苷酸/秒（37），核糖体合成多肽链的速率为18个氨基酸/秒
12、。因此细菌中mRNA的翻译与DNA的转录不仅同时进行，而且两者速率也相等（每秒55个核苷酸/每个密码子3个核苷酸=每秒18个氨基酸），这意味着核糖体在mRNA链上移动速率与RNA聚合酶合成mRNA的速率相等。细菌的上述翻译特性决定了细菌高效合成过程。细菌胞质内充满多聚核糖体。每个核糖体几乎都最大限度地发挥作用。细菌生长越快，需要合成蛋白质用的核糖体就越多。在丰富培养基上生长的大肠杆菌，一半以上菌体由核糖体和其它翻译组分构成。四、组装（assembly）细菌细胞结构的组装有两种方式：自我组装（self-assembly，又名自我凝聚），及指导组装（guided assembly，又名特异机制）。
13、自我组装可在体外试管内完成，鞭毛及核糖体即采用此种方式。细菌表面膜结构则只能依赖指导组装来完成，过程尚不完全清楚，涉及蛋白质的分泌，跨膜运输及载体分子如细菌萜醇等。杆菌肽或万古霉素可干扰细菌细胞成份组装所需的载体的功能，多粘菌素可影响细胞膜的组装。返回第二节 细菌的生长繁殖 细菌生长繁殖分别体现在个体和群体两方面。一、细菌个体的生长繁殖细菌以均等二分裂（binary fission）方式进行无性繁殖。已知大肠杆菌菌体的分裂过程涉及30多个基因的调控。一个菌体分裂为两个菌体所需的时间称为世代时间（generation time）。细菌种类不同其分裂的世代时间有所差异，大肠杆菌及许多其他病原菌在适
14、宜的条件下，分裂一次仅需20 min，而分枝杆菌等繁殖较慢，需1824 h才分裂一次。某些抗生素可抑制细菌聚合作用及组装，如使用非致死浓度的这些抗生素，可影响细胞的分裂，导致菌体形态异常，如使用抗生素的样本中的大肠杆菌，往往呈长丝状。二、细菌群体的生长繁殖如将细菌接种在液体培养基并置于适宜的温度中，定时取样检查活菌数，可发现其生长过程具有规律性。以时间为横坐标，以活菌数的对数为纵坐标，可得出一条生长曲线（growth curve）。曲线显示了细菌生长繁殖的4个期（图2-6）。 9 8 7 稳定期 衰亡期 6 5 对数期 4 3 2 1 迟缓期 04 8 12 16 20 24 28 32 26
15、 h图2-6 细菌的生长曲线（一）迟缓期（lag phase）是细菌植入到新环境后的一个适应阶段。此时菌体增大，代谢活跃，合成并积累所需酶系统。RNA含量明显增多，但DNA的量无变化，此时细菌数并不增加。这一过程一般约需14 h。（二）对数期（logarithmic phase）细菌此时生长迅速，以恒定速度进行分裂繁殖，活菌数以几何级数增长，达到顶峰，生长曲线接近一条斜的直线。一般而言，该期的病原菌致病力最强，其形态、染色特性及生理活性均较典型，对抗菌药物等的作用较为敏感。大肠杆菌的对数期可持续610 h。（三）稳定期（stationary phase）此时因营养的消耗、代谢产物的蓄积等，细菌
16、繁殖速度下降，死亡数逐步上升，新繁殖的活菌数与死菌数大致持平。该期细菌的形态及生理性状常有改变，革兰氏阳性菌此时可染成阴性。毒素等代谢产物大多此时产生。大肠杆菌的稳定期持续约8 h。（四）衰亡期（decline phase）细菌开始大量死亡，死菌数超过活菌数。如不移植到新的培养基，最终可全部死亡。此期细菌的菌体变形或自溶，染色不典型，难以进行鉴定。细菌的生长曲线是在体外人工培养条件下观察到的，在动物体内因受诸多因素的制约，未必能出现此种典型的曲线，但对细菌的生长规律的研究及实践有重要的参考价值。返回第三节 细菌的人工培养用人工方法，提供细菌在自然环境或动物体内生长繁殖需要的基本条件，达到细菌培
17、养、鉴定及进一步利用的目的。人工培养细菌，除需提供充足的营养物质外，尚需有合适的酸碱度、适宜的温度及必要的气体环境。在营养丰富、生长繁殖条件适宜时，细菌生长繁殖最为迅速。一、细菌的营养需要细菌种类繁多，营养需要千差万别，但其基本营养要求不外水分、无机盐类、含碳化合物和含氮化合物，个别细菌还需要生长因子等特殊物质。（一）水分水虽不属于严格的营养物质，但细菌生长繁殖需要大量的水分。水除是细菌的主要组成成分之一外，同时又是一种良好的溶剂，许多物质溶解于水中才能被细菌吸收，细菌的渗透、分泌和排泄以及水解和许多生化反应等作用都以水为媒介。另外，水的比热大，利于热的吸收和散发，可有效地调节细胞与所处环境的
18、温度。（二）无机盐类无机盐类可提供细菌生长所需的一些元素，根据对其需要量可分为常量元素和微量元素。一般情况下，这些元素在所供给的水、营养物质中含有，不需特殊提供。但有些细菌，如嗜盐菌对Na和Cl有特殊需要（三）含碳化合物细菌合成碳水化合物，进一步合成多糖、脂类、蛋白质、核酸等组成成分需要碳素营养，自养菌是以CO2或碳酸盐为碳源，异养菌则以有机含碳化合物为碳源，也需要少量的CO2，可由分解代谢所产生的CO2满足其需要。有些异养菌在培养开始时，需先加一些CO2以促进其生长。异养菌最常利用的碳源是糖类，另外还有有机酸、醇类、脂类以及氨基酸等。糖类以单糖(己糖)主要是葡萄糖和果糖，几乎所有异养菌均可利
19、用；双糖中的蔗糖、乳糖、麦芽糖等某些细菌可利用；多糖中的淀粉，病原菌往往可能利用，而纤维素、果胶等只能为某些自然界的细菌所利用。细菌能利用什么种类的糖类物质或含碳物质并产生什么样的产物，这可作为细菌鉴定的依据。在培养细菌时，因细菌可利用氨基酸中的碳素，往往不需添加任何糖类。（四）含氮化合物有机的、无机的含氮化合物均可作为细菌氮源，但细菌种类不同而对氮源要求有所差异。有些细菌（如固氮菌）可利用空气中的分子状态的氮，而大多数细菌能利用无机的铵盐、硝酸盐以及有机的氨基酸。许多病原菌不能利用无机含氮化合物，需要供给有机含氮化合物才能生长。高分子的蛋白胨和蛋白质，细菌不能直接利用，必须经由细菌分泌的蛋白
20、水解酶降解为肽或氨基酸后才能利用。由于细菌种类不同，利用无机含氮化合物的能力不同，可作为细菌鉴定的依据。（五）生长因子除上述营养物外，有些细菌还需特殊的物质才能生长或促进其生长，这类物质称为生长因子(growth factor)。生长因子多为维生素或维生素类似物，主要是B族维生素，还有对氨基苯甲酸和谷氨酰胺等，主要作为辅酶或辅基的成分而起作用。此外，还有一些化合物为某些细菌生长所必需，如嗜血杆菌生长需要血液中的X因子和V因子。X因子与氯化高铁血红蛋白相同，V因子是辅酶I(NAD)或辅酶II(NADP)。生长因子通常由酵母浸出物、血液、腹水或血清供给。对生长因子需要的不同，也可作为细菌鉴定的依据
21、。二、细菌生长繁殖的条件细菌要正常的生长繁殖，必须具备符合其生理特性的一定环境条件。（一）营养物质根据细菌的营养需要，要满足其生长所必需的水分、无机盐、含碳化合物、含氮化合物以及生长因子等。所提供的营养物质应不含对细菌生长有害、有毒的成分。（二）温度不同细菌对温度有不同适应范围，各种细菌又有各自的可生长温度范围及最适温度。根据细菌对温度的适应范围，可将细菌分为三类：嗜冷菌（psychrophile），生长范围-530，最适生长1020；嗜温菌（mesophile），生长范围1045，最适2040；嗜热菌（termophile），生长范围2595，最适5060。病原菌已适应动物的体温，因此均为嗜
22、温菌。某些嗜冷菌对鱼类等变温动物有致病性。（三）酸碱度pH影响微生物的生长，每种细菌均有一个可适应的pH范围及最适生长pH。虽然大多数细菌在pH 68之间可以生长，但多数病原菌的最适pH为7.27.6，个别偏酸，如鼻疽假单胞菌（Pseudomonas mallei）为pH 6.46.6；或偏碱，如肠球菌（Enterococcus）为pH 9.6。在细菌生长过程中，能使培养基变酸或变碱而影响其生长，所以在培养基中往往需要加入一定的缓冲剂。（四）氧气 根据细菌对氧的要求，可将其分为需氧菌、厌氧菌及兼性厌氧菌。需氧菌（aerobe）行需氧呼吸，必须在有一定浓度的游离氧的条件下才能生长繁殖，其中只需低
23、分子氧浓度(2%10%)者特称微需氧菌(microaerophilic bacteria)。厌氧菌（anaerobe）行厌氧呼吸，必须在无游离氧或其浓度极低的条件下才能存活。其原因是，细菌在代谢过程中产生对菌体有毒性的过氧化氢（H2O2）、超氧阴离子（O2）和羟自由基（OH）等，厌氧菌部分或全部缺乏降解这些产物的酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等，因O2或H2O2的毒性作用死亡。兼性厌氧菌（facultative anaerobe）既可行需氧呼吸，又可行厌氧呼吸，通常在有氧条件比无氧环境生长更好。（五）渗透压细菌生长有一定的可生长渗透压范围和最适渗透压，大多数细菌生长最适渗透压为等
24、渗环境，也有些细菌（如嗜盐菌）适宜高渗环境。细菌一般较其他生物细胞对渗透压的改变有较大的适应能力。三、培养基（culture medium）培养基是人工配制的基质，含有细菌生长繁殖必需的营养物质。培养基制成后，通常都要经灭菌处理。按营养组成的差异，可将培养基分为基础培养基（basal medium）及营养培养基（nutrient medium）。前者含多数细菌生长繁殖所需的基本营养成分，常用新鲜牛肉浸膏，加入适量的蛋白胨、NaCl、磷酸盐，调节pH至7.27.6即成。在基础培养基中，添加葡萄糖、血液或血清等，即为营养培养基，最常用的是血琼脂平板。按状态的差异，可将培养基分为固体培养基、半固体培
25、养基及液体培养三类。液体培养基（liquid medium）即不加凝固剂的基础培养基或营养培养基，用于扩增纯培养的菌体、确定细菌生长曲线等。在液体培养基中加入1%2%的琼脂，即成为遇热融化、冷却后凝固的固体培养基（solid medium），用于细菌的分离、纯化、生物活性检测等。如将加入液体培养基的琼脂减半，用0.5%左右，即成为半固体培养基（semi-solid medium），可作穿刺试验，观察细菌的动力及短期保藏菌种等。按功能的差异，可将培养基分为鉴别培养基、选择培养基及厌氧培养基。在培养基中加入特定作用底物及产生显色反应的指示剂，即可凭肉眼根据颜色识别，这就是鉴别培养基（differe
26、ntial medium）。在培养基中加入某种化学物质，对不同细菌分别产生抑制或促进作用，从而可从混杂多种细菌的样本分离出所需细菌，此即为选择培养基（selective medium）。最常用的有麦康凯（MacConkey）培养基，内含胆酸盐，能抑制革兰氏阳性菌的生长，有利于大肠杆菌及沙门氏菌的生长。在实际使用中，鉴别与选择两种功能往往结合在一种培养基之中。厌氧培养基（anaerobic medium）是为培养厌氧菌而设计的，是在培养基中加入还原剂如巯基乙酸钠等，或用石蜡或凡士林封住培养基表面，隔绝空气，有的还需放入无氧气培养箱维持无氧环境。庖肉培养基（cooked meat medium）是
27、常用的厌氧培养基，其中含不饱和脂肪酸和谷胱甘肽的肉渣起到还原剂的作用。返回第四节 病毒的增殖 病毒由于缺乏自身增殖所需的完整酶系统，增殖只能在活细胞内进行，是以病毒基因组为膜板，在酶的作用下，分别合成其基因及蛋白质，再组装成完整的病毒颗粒。该过程不是简单的核酸复制，也不同于细胞性生物的分裂，应称之为增殖。病毒的一步生长曲线(one-step growth curve)：感染比(multiplicity of infection，MOI)是指在一个系统中感染病毒的细胞数与细胞总数之比。在培养的细胞中，接种高MOI的病毒，使所有细胞几乎同时受到病毒感染，如分析该培养系统中的单个细胞，就可以代表病毒
28、在整个体系中所有细胞的生长情况。应用这一方法，可获得病毒一步生长曲线试验结果，观察到病毒具有增殖周期(multiplication cycle)。一个完整的增殖周期包括吸附、侵入与脱壳、生物合成、组装与释放等步骤。因病毒不同其增殖周期长短不一，如小RNA病毒为2个多小时，疱疹病毒为10小时左右，腺病毒1425小时。隐蔽期(eclipse period)：从侵入细胞的病毒颗粒完全消失开始，到新的子代病毒颗粒出现为止，这阶段称为隐蔽期(晦暗期或隐晦期)。毒的增殖过程（一）、吸附病毒颗粒与易感细胞表面特异性受体牢固结合而附着在表面的过程叫吸附(adsorption)。吸附过程可分为静电吸附和特异性受
29、体吸附两个阶段。静电吸附:细胞及病毒颗粒表面都带负电荷，Ca2、Mg2等阳离子能降低负电荷，促进静电吸附。特异性吸附:是病毒表面的分子如囊膜纤突等吸附机构与敏感细胞膜上的特异病毒受体呈互补性的结合，吸附牢固，不可逆。细胞表面的病毒特异性受体，从进化论的观点察，是病毒长期适应于细胞内寄生的结果。也就是“受体”原为细胞成分，是病毒在适应细胞内寄生时逐渐具备了对细胞膜上某些成分的相应结合机构。因此，病毒与受体的特异性结合构成了病毒对细胞的嗜性(cell tropism)。 (二)、侵入与脱壳侵入:目前发现动物病毒侵入细胞有3种方式：即（1）病毒直接转入胞浆；（2）细胞吞饮病毒；（3）病毒囊膜与细胞膜
30、融合。无囊膜病毒以前二种方式侵入，有囊膜病毒常以第三种方式进入。1. 直接转入：如小RNA病毒吸附宿主细胞后，由于结合力的影响，病毒衣壳发生微细的空间变化，失去VP4，并进入胞浆。2. 细胞吞饮：是吸附病毒的那一部分细胞膜与邻近细胞膜部分之间出现电位差，ATP酶活化，致使细胞膜内折，形成吞饮泡而将病毒向细胞浆内转移。3. 与细胞膜融合：当囊膜病毒的囊膜与细胞膜结合后，囊膜与细胞膜发生融合，裸露出核衣壳而直接进入细胞浆。侵入的几种方式脱壳:病毒脱壳包括脱囊膜和脱衣壳两个过程。有囊膜的病毒主要在侵入的过程脱囊膜，没有囊膜的病毒则只有脱衣壳的过程。1. 脱囊膜：2. 脱衣壳：脱壳（三）、生物合成病毒
31、的生物合成(biosynthesis)发生在隐蔽期，包括mRNA的转录、蛋白质及DNA或RNA的合成等。此期是病毒增殖的最主要阶段，病毒的遗传信息向细胞传达，细胞在病毒遗传信息的控制下合成病毒各种组成成分及其所需的酶类，包括病毒核酸转录或复制时所需的聚合酶。病毒基因组的转录和复制方式（遗传机制）:病毒基因组的转录和复制是增殖过程的关键步骤。DNA病毒特别是双股DNA病毒的增殖机制与真核细胞有相似之处，但RNA病毒则差别较大。正单股RNA病毒，其基因组本身即可作为mRNA，负单股或双股RNA病毒则必须携带依赖于RNA的RNA聚合酶，以供转录mRNA。病毒的增殖过程虽千差万别，但其基因组的转录和复
32、制途径有一定的相似性。1978年Baltimore建议以mRNA（正股）为中心，将病毒的遗传机制分为6个基本类型，此后发展为7种(见图30-6)。IVRNA (副黏病毒、正黏病毒、弹状病毒、丝状病毒、布尼病毒、波纳病毒、砂粒病毒)mRNARNA(呼肠孤病毒、双RNA病毒)RNA(冠状病毒、微RNA病毒、披膜病毒、黄病毒、动脉炎病毒)DNA(细小病毒、圆环病毒)RNA(反录病毒)DNADNA(痘病毒、多瘤病毒、乳头瘤病毒、腺病毒、疱疹病毒)DNA(嗜肝病毒)VIIIII图 动物病毒转录mRNA的基本模式无囊膜的DNA病毒合成过程无囊膜的RNA病毒合成过程有囊膜的DNA病毒合成过程(四)、组装与释
33、放组装:新合成的病毒核酸和病毒蛋白质在感染细胞内组合成病毒颗粒的过程，叫组装。释放: 病毒颗粒逸到宿主细胞外的过程叫释放。病毒不同其释放形式各异，可归纳为以下4种释放方式。1. 爆破式 2. 出芽式3. 排泄式 4. 转移式 释放装配二、病毒的细胞培养病毒的严格细胞内寄生性决定培养病毒必须使用活细胞，实验动物、鸡胚和细胞培养可提供病毒增殖所需的大量活细胞，尤其是细胞培养。（一）、细胞培养的特点利用细胞培养来增殖病毒具有以下特点：1. 细胞培养中的每个细胞具有基本一致的生理特性，对病毒的易感性相同，没有实验动物的个体差异。2. 可用于试验的数量远远超过动物或鸡胚，并且易于人工控制，可在无菌条件下
34、进行标准化的试验，重复性好。3. 病毒增殖可通过观察细胞产生的变化如细胞病变等来判定结果，也可结合免疫学技术检测细胞内有无增殖的病毒。4. 用细胞培养可从感染动物组织内分离病毒并进行病毒克隆，以分离获得纯化的单一毒株。（二）、细胞培养的类型1. 原代细胞(primary cell)2. 二倍体细胞株(diploid cell strain)3. 传代细胞系(established cell line)正常细胞（三）、细胞培养的方法1. 静置培养(stationary culture)2. 旋转培养(roller culture) 3. 悬浮培养(suspensive culture)4. 微载
35、体培养(micro-carrier culture)转式细胞培养器贴壁式细胞培养器旋培四、病毒与细胞的相互作用病毒的种类千差万别，其宿主细胞种类也多达200多种，病毒与宿主细胞之间作用的表现形式各异。目前对病毒与细胞的相互作用研究，还是以细胞培养为基础的病毒所致的细胞、亚细胞及分子水平的变化为主。（一）、病毒与细胞相互作用的类型1. 杀细胞和非杀细胞感染。2. 生产性和非生产性感染3. 允许性和非允许性感染4. 持续感染(persistent infection)（二）、病毒引致的杀细胞变化某些病毒感染单层细胞后，可导致细胞损伤，称之为细胞病变(cytopathic effect，CPE)。病
36、毒产生CPE的能力与其对动物的致病力正相关，因此常以半数细胞感染量(tissue culture infectious dose 50，TCID50)来判定病毒的毒力。CPE的表现因病毒与细胞的种类而异，有多种形式，如细胞圆缩、肿大、形成合胞体或空泡等(见图32-1)，可表现为细胞膜的变化或细胞骨架的变化。涉及细胞膜的CPE涉及细胞骨架的CPE病毒引致的细胞凋亡与坏死 CPE CPE（三）、空斑形成经空斑试验，致细胞死亡的病毒可使原先病毒感染的细胞及病毒扩散的周围细胞崩解死亡而形成一个近似圆形的斑点，称为空斑或蚀斑(plaque)。空斑是细胞病变的一种特殊表现形式，不同病毒或同一种病毒的不同毒
37、株可形成形态、大小和染色性不同的空斑，可作为病毒鉴定的依据。一个空斑可能由一个以上的病毒颗粒感染所致，因此可将获得的单个空斑制成悬液，高度稀释后再作空斑，最终可获得只含一个病毒颗粒及其子代的空斑，即为斑点克隆，可进行病毒纯化。利用空斑技术可对病毒定量，定量单位称为空斑形成单位(plaque-forming unit，PFU)。 空斑（四）、包涵体形成某些病毒感染细胞的胞浆内和/或胞核内产生单个或多个、圆形或不规则、嗜酸性或嗜碱性的特殊小体，称为包涵体(inclusion body或inclusion)。包涵体的形态、染色特性和存在部位以及在哪些宿主细胞形成，具有病毒种属(型)的特性，常作为病毒
38、性疾病诊断的一个依据。 犬病毒包涵体狂（五）、病毒引致的非杀细胞变化非杀细胞病毒的感染通常引致持续感染，对细胞的新陈代谢无大碍，细胞大多能继续生长并分裂，同时还可产生并释放子代病毒颗粒。这多见于某些RNA病毒的感染，尤其是某些副黏病毒。除少数例外，大多数持续感染的细胞发生慢性渐进性变化直至死亡。一般持续感染不影响宿主器官的功能，而对不能迅速替补修复的细胞如神经元，持续性感染损伤将会影响正常功能。（六）、干扰素病毒感染的细胞能抵抗相同或不同病毒的再次感染，即为病毒的干扰(interference)。已证实干扰具有两种主要的机制，一是由缺陷型突变株所致，通常干扰同源病毒，另一是由干扰素(interferon，IFN)介导。干扰素是一类在同种细胞上具有广谱抗病毒活性的蛋白质，其活性的发挥又受细胞基因组的调节和控制，涉及RNA和蛋白质的合成。1. 干扰素的产生： 2. 干扰素的性质3. 干扰素的抗病毒活性资料图片：动态演示HIV病毒的感染过程返回43