非细胞型微生物-病毒.ppt

第三章第三章 非细胞型微生物非细胞型微生物病毒病毒 病毒是一类非细胞形态的微生物，具有以下几个重要基本特征：1.病毒非常微小，无细胞结构，绝大多数病毒只能用电子显微镜观察；2.病毒是由核酸和蛋白质组成，且只含一种核酸，即RNA或DNA；3.病毒只能在一定的活的宿主细胞内复制和装配新的子代病毒；4.病毒无细胞壁，对胞壁酸有影响的抗生素对病毒影响不大；5.绝大多数病毒在不同程度上对干扰素敏感。n n 病毒种类繁多，分布广泛，可以感染人类、动物、植物和微生物等。按其感染的对象不同，可分别称为动物病毒、植物病毒和细菌病毒(即噬菌体)等三大类。病毒能侵害饲料作物和畜禽，引起传染病，造成畜牧业的严重损失。第一节第一节 病毒的特点和定义病毒的特点和定义 n n 病毒在细胞外环境以形态成熟的颗粒形式，即毒粒(virion)存在。毒粒具有一定的大小、形态、化学组成和理化性质，甚至可以结晶纯化，如同化学大分子一般不表现任何生命特征。但是毒粒具有感染性，即具有在一定条件下进入宿主细胞的能力。n n一旦病毒进入细胞，毒粒便会解体，释放出的病毒基因组具有繁殖性，能利用宿主细胞的大分子合成装置进行复制表达，从而导致病毒的繁殖，并随之表现出遗传、变异等一系列生命特征。n n病毒是一类既具有化学大分子属性，又具有生物体基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形式，又具有细胞内的繁殖性基因形式的独特生物类群。病毒以其结构简单、特殊的繁殖方式以及绝对的细胞内寄生，显著区别于其他生物。n n 病毒不具有细胞结构，一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳(coat)构成，故可把它们视为核蛋白分子。一种病毒的毒粒内通常只含有一种核酸，DNA或者RNA，而且病毒不具有完整的酶系统和能量合成系统，也不具有核糖体。不能以分裂方式进行繁殖。n n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，然后由这些新合成的病毒组分装配(assembly)成子代毒粒，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(replication)。n n 病毒是严格的细胞内寄生物。在生活的细胞内，病毒核酸提供遗传信息，利用宿主细胞的酶、能量合成系统、核糖体、细胞因子以及大分子合成的前体来完成自身的生命活动，病毒的寄生是基因水平的寄生。第二节第二节 病毒的形态和大小结构病毒的形态和大小结构 n n 病毒外形多呈球状或近似球状，少数病毒呈杆状、丝状、弹状或砖块状，而噬菌体多呈蝌蚪状。n n测量病毒大小的单位为毫微米(nm)。病毒大小不一，一般为10250nm之间，大病毒可长达300nm，如痘病毒；最小的病毒，其直径仅为10nm，如口蹄疫病毒等。病毒大多数能通过细菌过滤器。n n 一个结构齐全、功能完整而有感染性的成熟病毒颗粒，称为病毒子(Virion)。n n 病毒子的中心为核酸，它含有病毒的基因组，能为病毒的增殖、遗传、变异等功能提供遗传信息。n n 核酸的外周包有蛋白质外壳，称为，衣壳(Capsid)。n n 衣壳是由壳粒(capsomere)规则排列组成。壳粒是由单个或多个多肽分子构成。壳粒的排列呈二十面体立体对称型，螺旋对称型，也有壳粒排列不规律的复合对称型。n n衣壳具有以下功能：保护着基因组以对抗环境中的核酸酶或其他破坏性因素，介导病毒核酸进入宿主细胞具有抗原性，能引起免疫应答。n n 核酸连同衣壳，又称核衣壳(Nucleocapsid)。n n 有的病毒在核衣壳外还包有一层囊膜，称为 有囊膜病毒核。n n 衣壳裸露的病毒称为无囊膜病毒。n n 囊膜是病毒核衣壳在细胞内装配完成后，以“出芽”的方式通过细胞膜释放时获得的一层脂蛋白性的膜；也有少数病毒的囊膜是来自胞浆内空泡膜或核膜。n n 囊膜表面有许多不同性质的突起物，称为囊膜粒或纤突(Peplomere)。囊膜的主要功能可能与病毒吸附于细胞有关。第三节第三节 病毒的化学组成病毒的化学组成n n 比较简单的病毒，由核酸和少量多肽组成；化学组成复杂的病毒，除核酸和多肽外，还含有脂类和碳水化合物。n n有些病毒含有的某些化学组分，系来自它们侵染繁殖的细胞；少数 例外，还有将寄主细胞的核酸或多肽组整合到病毒颗粒中去的情况。(1)核酸核酸 核酸构成病毒的芯髓。任何病毒只含有一种核酸，即DNA或RNA。核酸分为单股或双股。动物病毒中的DNA病毒多为双股，RNA病毒多为单股。最大的病毒基因组(即核酸)含有几百个基因，然而最小的病毒仅携有只能编码少数蛋白的基因，其中多数为病毒子的结构蛋白。(2)病毒的蛋白质病毒的蛋白质 病毒蛋白质根据其是否存在于毒粒中分为结构蛋白(structure protein)和非结构蛋白(nonstructure protein)两类：前者系指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，包括壳体蛋白、包膜蛋白和存在于毒粒中的酶等；后者系指由病毒基因组编码的，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但不结合于毒粒中的蛋白质。在此主要介绍病毒的结构蛋白。1衣壳蛋白 衣壳蛋白是构成病毒壳体结构的蛋白质，.蛋白的标志。衣壳蛋白的功能是构成病毒的壳体，保护病毒的核酸。无包膜病毒的壳体蛋白参与病毒的吸附、进入、决定病毒的宿主嗜性，同时它们还是病毒的表面抗原，并还可能有其他的功能活性。2包膜蛋白 构成病毒包膜结构的病毒蛋白质包括包膜糖蛋白和基质蛋白(matrix protein)两类。包膜糖蛋白多为病毒吸附蛋白，它们与细胞受体相互作用启动病毒感染发生，有些病毒的包膜糖蛋白还介导病毒的进入，此外它们还可能具有凝集脊椎动物红血球细胞、细胞融合以及酶活性。如正粘病毒.副粘病毒.3毒粒酶(3)病毒的脂类病毒的脂类 有包膜病毒的包膜内含有来源于细胞的脂类化合物。其中5060为磷脂，余下的多为胆固醇。由于病毒包膜的脂类来源于细胞，所以其种类与含量均具有宿主细胞特异性。脂类构成了病毒包膜的脂质双层结构。4病毒的糖类病毒的糖类 有些病毒、其中绝大多数是有包膜病毒含有少量的糖类。它们主要是以寡糖侧链存在于病毒糖蛋白和糖脂中，或以粘多糖形式存在。除了有包膜病毒的糖蛋白突起外，某些复杂病毒的毒粒还含有内部糖蛋白或者糖基化的壳体蛋白。由于这些糖类通常是由细胞合成的，所以它们的组成与宿主细胞相关。5其他组成其他组成 在一些动物、植物和噬菌体的病毒内、存在一些如T2胺、亚精胺、精胺等阳离子化合物。在某些植物病毒中还发现有金属阳离子存在。这些含量极微的有机阳离子或无机阳离子与病毒核酸呈无规则的结合，并对核酸的构型产生一定的影响。第四节第四节 病毒的抵抗力病毒的抵抗力n n病毒受理化因素作用后会失去感染性，称为灭活。有些灭活的病毒仍能保留其他活性，如红细胞吸附、血凝等。理化因素对病毒的灭活作用可以是直接破坏核酸，或改变病毒蛋白及脂类结构成分，以致使病毒基因组不能进入宿主细胞。n n一般来说，病毒对外界环境因素的抵抗力要比细菌小。通常干燥难以致死病毒，但能使之致弱。高温易将病毒杀死，低温对它无影响，所以用低温(-20或更低)来保存病毒。n n 病毒在直射日光下迅速被破坏。光谱中 的紫外线杀灭病毒的力量较强，大剂量照射可杀灭病毒，中、小剂量能使病毒致弱，可用于疫苗制造。化学药剂中对病毒最有效的杀灭剂为碱类，如氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙、碳酸钠等，故草木灰水可用作口蹄疫病毒等的消毒剂。70酒精、0.5石炭酸和重金属盐类如汞化物，均能杀死病毒。n n 囊膜病毒往往对乙醚等脂溶剂敏感。常用此特性来鉴别病毒有无囊膜。n n 甲醛能破坏病毒的感染性而不影响其抗原性，故常用于制备灭活的病毒疫苗。n n 绝大多数病毒对甘油都能抵抗，所以常用50甘油生理盐水保存含病毒的病料。第五节第五节 病毒的增殖与人工培养病毒的增殖与人工培养 一、病毒的增殖 病毒在细胞内增殖，完全不同于其他微生物。病毒没有完整的酶系统，只能依靠宿主活细胞，在原代病毒基因组控制下合成病毒核酸和蛋白质，并装配为成熟的子代病毒，以不同的方式释放出细胞外，或再感染其他易感活细胞，这种病毒增殖的方式称为病毒复制(Replication)。从病毒靠近宿主细胞，并进入细胞，到复制后再释放出来的全过程，称为复制周期或增殖周期，也叫感染周期。复制周期一般可分为五个连续的阶段，即吸附、侵入、脱壳、生物合成、装配和释放。1.吸附吸附 病毒感染细胞先要吸附在易感细胞上。分两步，首先为离子间的吸引，病毒颗粒与细胞在有阳离子(如Mg)存在时，发生随机吸附,它是可逆的。第二步为病毒颗粒特异地吸附于宿主细胞表面，这是病毒颗粒的表面成分与细胞膜的受体发生相互作用的结果。病毒吸附是牢固的，非可逆的。2.侵入侵入 病毒吸附在宿主胞膜后，可通过多种方式进入细胞内，称为侵入或穿入。有的病毒是通过细胞膜吞入，称为病毒胞饮，形成含病毒的吞饮泡，是病毒穿入的主要方式。有的病毒可直接穿过宿主细胞膜，进入细胞浆。还有的病毒被吸附后，其病毒囊膜与宿主细胞膜发生融合，囊膜留在细胞外面进入细胞浆内。有些病毒在进入的过程中同时脱壳，如大肠杆菌噬菌体T4。3.脱壳脱壳 病毒进入细胞后，迅速在溶酶体蛋白水解酶的作用下，脱掉衣壳，释放出核酸。不同病毒从吸附至脱壳所需的时间从数分钟至数小时不等。4.生物合成生物合成 病毒在细胞内从脱壳到新的子代病毒出现这一阶段称为隐蔽期。此期不能从细胞检出感染性病毒颗粒，但其生物合成作用却非常活跃，包括核酸和蛋白质的合成两部分。在病毒基因的控制下，多数DNA病毒在宿主细胞核内合成核酸，而多数RNA病毒则在细胞浆中合成。(1)按亲代病毒的样板转录mRNA；(2)由mRNA转录“早期蛋白”，这些早期蛋白一般为非结构蛋白，如合成核酸时所需要的RNA或DNA多聚酶，控制宿主蛋白质和核酸合成的调控蛋白等 (3)复制核酸，以亲代病毒核酸为模板 (4)合成“晚期蛋白”，主要由子代核酸转录 mRNA，再转译为，“晚期蛋白”，晚期蛋白主要为子代病毒的衣壳蛋白、酶类以及在病毒形成阶段起作用的非结构蛋白等。由于病毒核酸类型及股数不同，其转录和复制过程各有差异。5.装配和释放装配和释放 病毒核酸与蛋白质合成完毕后，根据病毒种类不同或在细胞核内；在胞浆内进行装配，形成核衣壳。有囊膜的病毒，形成核衣壳之后，其囊膜是通过细胞核膜或细胞膜时获得，并以“出芽”的方式释放。无囊膜病毒在宿主细胞内装配成核衣壳后，为成熟的病毒子，以宿主细胞破裂或反吞饮方式释放出来。二、病毒的人工培养 病毒是严格的细胞内寄生物，因此培养病毒要选择对该种病毒适应的细胞或动物。人工培养病毒的方法有鸡胚培养法、细胞培养法(包括器官、组织和单层细胞培养法等)和易感的实验动物等。1.鸡胚培养法鸡胚培养法 2.细胞培养法细胞培养法 此法用于多种病毒的分离、增殖、抗原制备及中和试验等，比鸡胚法和实验动物法经济、效果好。其培养方法可分为悬浮培养、固定培养和单层细胞培养。3.实验动物法实验动物法 这是一种古老的方法，可用于病毒病原性的测定、，疫苗效力试验、疫苗生产、抗血清制造及病毒性传染病的诊断等。实验时多用幼龄动物或无特定病原(SPF)动物或无菌(Germ-free)动物。第六节第六节 病毒干扰现象病毒干扰现象 一种病毒感染动物机体(或细胞)后能产生抑制其它他种病毒再感染的作用，这种现象称为病毒的干扰现象。干扰现象可因灭活病毒或缺损病毒的产生而发生于同一株病毒内，称为自身干扰：也可发生于同种异型或异株之间，称为同种干扰，发生于同属异种之间，称为同属干扰。同属干扰较常见。n n 干扰素是一种糖蛋白，几乎所有的细胞都可产生干扰素，产生后可扩散到附近细胞，也可进入血液流至全身。n n 干扰素进入细胞后能诱导产生另一种叫翻译抑制蛋白的物质(又称抗病毒蛋白)，阻止病毒mRNA的翻译，从而抑制多种病毒(无论是DNA病毒或RNA病毒)在细胞内的复制。n n 干扰素没有特异性，而且不能防止病毒对细胞的吸附或入侵。n n 干扰素对蛋白分解酶敏感，能为乙醚、氯仿等所灭活，在常温或在pH211环境下不变性。对机体或细胞无毒性，也无抗原性，故人们曾试用干扰素来预防或治疗病毒性传染病，有一定的效果，但发现其动物种属专一性很强，故应用受到限制。n n 除病毒外，。如细菌、立克次氏体和原虫等的抽提物、真菌产物、植物血凝素以及人工合成的化学诱导剂，如多聚肌苷酸、多聚胞苷酸、梯洛龙等，均可刺激机体细胞产生干扰素。第七节第七节 噬菌体噬菌体n n 噬菌体也是一种病毒，因为它们寄生在细菌菌体内，并能在菌体内复制，最后使菌体崩解，将这类病毒称为噬菌体(Bacteriophage)。n n 不同类型的噬菌体，其形态构造亦有不同。有些具一个正二十面体的头，一条长而能收缩的尾，有些尾部不能收缩，有些只有短尾，有些无尾，有些则整个呈长丝状。噬菌体的核酸，多数为DNA，少数为RNA。n n 能使细菌细胞裂解的噬菌体称为烈性噬菌体。n n 有的噬菌体感染细菌后，并不繁殖也不使细菌细胞裂解，而是将其核酸整合到细菌细胞染色体中去，随着细菌的繁殖，噬菌体的核酸也复制遗传下去，但可能在某一世代中，出现细菌细胞裂解，这种噬菌体称为温和性噬菌体。n n 带这种噬菌体的细菌称为溶原性细菌。第八节第八节 病毒的分类与命名病毒的分类与命名1根据核酸类型将病毒分为DNA病毒和RNA病毒两大类。2根据形态结构可以分科和属，其主要分类依据是病毒衣壳的对称性，有无囊膜，衣壳装配部位及壳粒数，病毒子大小，核酸的分子量，病毒对乙醚的敏感性等。3根据病毒的免疫学性质分种和型。附附1 朊病毒朊病毒 朊病毒(Virino)是一类能引起哺乳动物的亚急性海绵样脑病的病原因子，目前定名为朊病毒，或蛋白侵染因子。它与病毒和类病毒全然不同，是一种大分子，约27KD左右。人和动物的慢性中枢神经系统疾病有关。如动物的羊搔痒症(Scrapic)、貂的传染性脑病(Transmissible mink encephal-opathy，TME)、黑尾鹿与麋鹿的慢性消耗病(Chronic wasting disease)以及牛海绵状脑病(spongiform encephalopathy)。朊病毒的理化性质 无免疫原性、对紫外线、辐射、非离子型去污剂、蛋白酶等能使病毒灭活的理化因子有较强的抗性。高温、核酸酶，如羟胺、亚硝酸之类的核酸变性剂都不能破坏其感染性。SDS、尿素、苯酚之类的蛋白质变性剂都能使之失活。由于迄今未能证明它含有核酸，故多数人认为其化学本质是蛋白质，是一种蛋白质侵染颗粒。即朊病毒。附附2 类病毒类病毒 1971年Diener首次报道，引起马铃薯纺锤形块茎病的病原体是一种低相对分子质量RNA，它没有蛋白质外壳，在其感染的植物组织中也未发现病毒样颗粒。这种小分子RNA能在敏感细胞内自我复制，并不需要辅助病毒。由于其结构和性质都与已知的病毒不同，故Diener等把它称做类病毒。n n 迄今已鉴定的类病毒达20多种类病毒的分子结构为含246375个核苷酸的单链环状RNA分子。n n 所有的类病毒RNA均无mRNA活性，不能编码蛋白质。大多数类病毒RNA都呈高度碱基配对的双链区与单链环状区相间排列的扦状构型。