环境工程微生物学-病毒(NXPowerLite).ppt

《环境工程微生物学-病毒(NXPowerLite).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境工程微生物学-病毒(NXPowerLite).ppt（66页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一章第一章 非细胞结构生物非细胞结构生物病毒病毒第一部分第一部分 微生物学基础微生物学基础2 2生物中的微生物生物中的微生物生生 物物细胞生物细胞生物非细胞生物：病毒、亚病毒非细胞生物：病毒、亚病毒原核生物原核生物：三菌、三体：三菌、三体真核生物：真菌、单细胞藻类、真核生物：真菌、单细胞藻类、原生动物原生动物非细胞生物非细胞生物至少含核至少含核酸和蛋白酸和蛋白质二种组质二种组分分(真真)病毒病毒亚病毒亚病毒类病毒类病毒卫星卫星RNA朊病毒朊病毒只含具只含具侵染性侵染性的的RNA组分组分只含有只含有不具侵不具侵染性的染性的RNA组组分分只含蛋只含蛋白质白质1.1 病毒的一般属性病毒的一般属性

2、1.1.1 病毒的定义和特点病毒的定义和特点 1.1.1.1 定义定义目前，病毒尚无确切定义，一般可描述为：目前，病毒尚无确切定义，一般可描述为：病毒是一类既具有病毒是一类既具有化学大分子化学大分子属性，又具有属性，又具有生物体生物体基本特征；既具有细胞外的基本特征；既具有细胞外的感染性颗粒形感染性颗粒形式式，又具有细胞内的，又具有细胞内的繁殖性基因形式繁殖性基因形式的独特生物的独特生物类群。类群。病毒是专性细胞内寄生物病毒是专性细胞内寄生物其大小在其大小在10300nm之间。之间。在形状和化学组成上有所不同，但都仅含在形状和化学组成上有所不同，但都仅含有有RNA或或DNA。完整的颗粒称为完整

3、的颗粒称为“病毒粒子病毒粒子”，它包括一，它包括一个衣壳，在衣壳的外面常包围有糖蛋白个衣壳，在衣壳的外面常包围有糖蛋白脂类的膜。脂类的膜。病毒对抗生素不敏感。病毒对抗生素不敏感。1.1.2 病毒的一般属性病毒的一般属性 超显微的，没有细胞结构的，专性活细超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞内寄生胞内寄生的实体。的实体。在活细胞外具有一般在活细胞外具有一般化学大分子特征化学大分子特征。一旦病毒进入细胞，毒粒便会解体，释一旦病毒进入细胞，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、主细胞的大分子合成装置进行复制表达、病

4、毒繁殖，表现出遗传、变异等一系列病毒繁殖，表现出遗传、变异等一系列生生命特征命特征。没有细胞结构；没有细胞结构；只含有只含有DNA或或RNA一类核酸；一类核酸；不以二分分裂法繁殖，只能在特定的不以二分分裂法繁殖，只能在特定的寄主细胞内以寄主细胞内以核酸复制的方式增殖核酸复制的方式增殖；没有核糖体，不含与能量代谢有关的没有核糖体，不含与能量代谢有关的酶，在活体外没有生命特征。酶，在活体外没有生命特征。1.1.3 病毒的大小和形态病毒的大小和形态（1）大小）大小 l纳米纳米(nm)，10300nm，100nm。（2）形态）形态 球状球状球状病毒球状病毒(或多面体病毒或多面体病毒)。动物病毒。动物病

5、毒多为球状。多为球状。杆状杆状杆状病毒杆状病毒(包括棒状或线状包括棒状或线状)。植物病。植物病毒多呈杆状。毒多呈杆状。蝌蚪状蝌蚪状蝌蚪状病毒。细菌病毒也即噬菌体蝌蚪状病毒。细菌病毒也即噬菌体多呈蝌蚪状多呈蝌蚪状。Sizes and Shapes of Viruses(Animal RNA Viruses)Sizes and Shapes of Viruses(Animal DNA Viruses)Sizes and Shapes of Viruses(Bacteriophages)1.1.4 病毒的化学组成和结构病毒的化学组成和结构（1）病毒粒子的结构）病毒粒子的结构 核壳核壳(nucleo-

6、capsid)病毒主要由壳体和核病毒主要由壳体和核酸二部分构成，二者统称核壳。酸二部分构成，二者统称核壳。壳粒壳粒(capsomere)是构成病毒粒子的是构成病毒粒子的最小最小形态单位形态单位，每个壳粒由，每个壳粒由1-6个同种多肽分子个同种多肽分子折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。也称为衣折叠缠绕而成的蛋白质亚单位。也称为衣壳粒。壳粒。壳体壳体(capsid)由壳粒以对称的形式，有规由壳粒以对称的形式，有规律地排列成杆状、球状、二十面体或其它律地排列成杆状、球状、二十面体或其它形状，构成病毒的外壳。也称作衣壳，蛋形状，构成病毒的外壳。也称作衣壳，蛋白质外壳。白质外壳。Viral Structure

7、(Helical Virus)Viral Structure(Polyhedral Virus)包膜包膜(envelope)在壳体外层还具有一层在壳体外层还具有一层由病毒编码的封套，有包膜的病毒粒子由病毒编码的封套，有包膜的病毒粒子是以出芽的方式穿过被侵染细胞的核膜是以出芽的方式穿过被侵染细胞的核膜或原生质膜。或原生质膜。病毒的包膜上具有受体，能使粒子附着病毒的包膜上具有受体，能使粒子附着并感染宿主细胞。并感染宿主细胞。Viral Structure(Enveloped Helical Virus)Viral Structure(Enveloped Polyhedral Virus)（2）病毒

8、的对称性）病毒的对称性病毒的衣壳具有螺旋体对称或二十面体对病毒的衣壳具有螺旋体对称或二十面体对称。称。1）螺旋体对称）螺旋体对称l可以看作蛋白亚基通过有序的螺旋方式，排可以看作蛋白亚基通过有序的螺旋方式，排列在病毒核酸周围。列在病毒核酸周围。2）二十面体）二十面体l规则的立体结构，由许多蛋白亚基的重复聚规则的立体结构，由许多蛋白亚基的重复聚集组成，从而形成一种类似于球形的结构。集组成，从而形成一种类似于球形的结构。病毒粒的对称体制病毒粒的对称体制螺旋状对称型：螺旋状对称型：烟草花叶病毒烟草花叶病毒(TMV)二十面体对称型二十面体对称型:腺病毒腺病毒复合对称型：偶数噬菌体复合对称型：偶数噬菌体（

9、3）病毒的化学组成）病毒的化学组成 1）病毒蛋白）病毒蛋白病毒蛋白，无论是病毒蛋白，无论是结构蛋白结构蛋白(衣壳、包衣壳、包膜膜)还还是非结构蛋白是非结构蛋白(例如，酶例如，酶)都是由病都是由病毒的毒的基因组编码基因组编码的，这些蛋白在组织培的，这些蛋白在组织培养的复制中可以是必要或非必要的。养的复制中可以是必要或非必要的。结构蛋白结构蛋白 是核衣壳、基质，或者是包膜是核衣壳、基质，或者是包膜中的蛋白，这些蛋白对病毒基因组起保护中的蛋白，这些蛋白对病毒基因组起保护作用，并且能够利用宿主上的受体在宿主作用，并且能够利用宿主上的受体在宿主间传递基因组。同样在病毒粒子的装配过间传递基因组。同样在病毒

10、粒子的装配过程中也起到了主要作用。程中也起到了主要作用。非结构蛋白非结构蛋白 包含在病毒体内的非结构蛋包含在病毒体内的非结构蛋白，并不作为病毒体的结构，通常具有酶白，并不作为病毒体的结构，通常具有酶的活性，对启动病毒的感染是必要的。的活性，对启动病毒的感染是必要的。2）病毒的核酸）病毒的核酸 l核酸是病毒的核酸是病毒的遗传物质遗传物质；控制着病毒的增；控制着病毒的增殖及对宿主的感染性；殖及对宿主的感染性；l一种病毒的毒粒只含有一种病毒的毒粒只含有一种一种核酸：核酸：DNA或或是是RNA；l病毒基因组病毒基因组在大小、结构和核苷酸的组成在大小、结构和核苷酸的组成上是多种多样的，有线状、环状、双链

11、上是多种多样的，有线状、环状、双链DNA(dsDNA)、单链、单链DNA(ssDNA)、双链、双链RNA(dsRNA)、单链、单链RNA(ssRNA)、分段、分段的或者不分段的。的或者不分段的。3）脂类）脂类l病毒所含的脂类主要是一些病毒所含的脂类主要是一些磷脂磷脂、胆固胆固醇醇和和中性脂肪中性脂肪，多数存在于包膜。，多数存在于包膜。4）糖类）糖类l病毒所含的糖类主要是病毒所含的糖类主要是葡萄糖葡萄糖、龙胆二龙胆二糖糖、岩藻糖岩藻糖、半乳糖半乳糖等。等。（4）病毒的群体形态）病毒的群体形态l寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，寄主细胞被病毒感染后形成的蛋白质结晶体，内含有内含有1至几个病毒

12、粒子。至几个病毒粒子。l有的病毒在寄主细胞内可形成有的病毒在寄主细胞内可形成包含体包含体结构，结构，它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位它们多数位于细胞质内，具嗜酸性；少数位于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞核内和细于细胞核内，具嗜碱性；也有细胞核内和细胞质都存在的类型。胞质都存在的类型。l噬菌斑噬菌斑(plaque)l枯斑枯斑(lesin)Electron Micrograph of Poliomyelitis Virus Caption:-Polio virus;RNA virus,Picornaviridae Family.Transmission Electron Micrograph

13、of HIV-1.The nucleocapsid(arrows)can be seen within the envelope.1.2 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体(bacteriophage)，通常称为噬菌体，通常称为噬菌体(phage)，是侵染细菌的病毒。，是侵染细菌的病毒。它们是专性细胞内寄生物，可以噬菌体颗它们是专性细胞内寄生物，可以噬菌体颗粒在细菌细胞外存在，但只能在细胞内繁粒在细菌细胞外存在，但只能在细胞内繁殖。殖。它们由核酸基因组和被称为衣壳的病毒外它们由核酸基因组和被称为衣壳的病毒外壳包围而构成。壳包围而构成。噬菌体侵染细菌后，在细胞内指令细胞合噬菌体侵染细菌后，在细胞内指令细胞

14、合成噬菌体的组分。成噬菌体的组分。1.2.1 噬菌体的结构噬菌体的结构 噬菌体有许多类型。噬菌体有许多类型。l20面体，丝状，复合体面体，丝状，复合体l基因组是基因组是DNA或或RNA；单链；单链(ss)或双链或双链(ds)，环状或线状。，环状或线状。1.2.1.1 噬菌体的形态噬菌体的形态(1)20面体面体(icosahedron)由由20个三角形面构成个三角形面构成的特殊的形状，的特殊的形状，20面体在自然界是非常普遍面体在自然界是非常普遍的形状，因为很容易装配成一个由亚单位包的形状，因为很容易装配成一个由亚单位包裹的外壳。裹的外壳。(2)丝状丝状(filamentous)由衣壳蛋白装配成

15、的螺由衣壳蛋白装配成的螺旋状结构的长的蛋白管。旋状结构的长的蛋白管。(3)复合体复合体(complex)某些噬菌体由某些噬菌体由20面体头部面体头部和连接螺旋状尾部复合构成。和连接螺旋状尾部复合构成。l头部为拉长的头部为拉长的20面体。面体。l尾部尾部 尾部作用是帮助遗传物质注入细胞。尾部作用是帮助遗传物质注入细胞。Viral Structure(Binal)A T-even bacteriophage consisting of a head,sheath,and tail.Electron Micrograph of Coliphage T4 Caption:-T4 bacteriopha

16、ge(DNA virus).1.2.2 噬菌体的生活周期噬菌体的生活周期 1.2.2.1 典型噬菌体（毒性噬菌体）生活周期典型噬菌体（毒性噬菌体）生活周期(1)侵染过程侵染过程l一个噬菌体典型的生活周期，从噬菌体在细菌细胞一个噬菌体典型的生活周期，从噬菌体在细菌细胞表面的特异受体吸附开始，随后遗传物质注入宿主。表面的特异受体吸附开始，随后遗传物质注入宿主。细菌含有降解外源细菌含有降解外源DNA的限制修饰系统，许多侵染的限制修饰系统，许多侵染是不成功的。是不成功的。l接着核酸复制开始，噬菌体基因编码的酶被合成。接着核酸复制开始，噬菌体基因编码的酶被合成。最后，合成噬菌体衣壳蛋白，装配成新的噬菌体

17、外最后，合成噬菌体衣壳蛋白，装配成新的噬菌体外壳，同时包装一个拷贝的基因。然后，噬菌体释放，壳，同时包装一个拷贝的基因。然后，噬菌体释放，普遍通过裂解进入周围培养基。也即经过普遍通过裂解进入周围培养基。也即经过吸附吸附，侵侵入入，复制复制，组装组装和和释放释放5个阶段。个阶段。1)吸附吸附(附着附着)(adsorption,attachment)Adsorption during the Lytic Life Cycle of a Lytic BacteriophageThe bacteriophage binds to receptors on the bacterial cell wall

18、.2)侵入侵入(Penetration)Penetration during the Lytic Life Cycle of a Lytic BacteriophageThe bacteriophage injects its genome into the bacteriums cytoplasm.3)核酸复制核酸复制(nucleic acid replication)Early Replication during the Lytic Life Cycle of a Lytic BacteriophageThe bacteriophage genome replicates and bac

19、teriophage components begin to be produced by way of the host bacteriums metabolic machinery.Late Replication during the Lytic Life Cycle of a Lytic BacteriophageThe production of bacteriophage components and enzymes progresses.4)噬菌体装配噬菌体装配(Phage assembly)Maturation during the Lytic Life Cycle of a

20、Lytic BacteriophageThe bacteriophage components assemble.5)释放释放(release)Release during the Lytic Life Cycle of a Lytic Bacteriophage A bacteriophage-coded enzyme breaks down the peptidoglycan in the bacterial cell wall causing osmotic lysis.Animation of the Lytic Life Cycle of a Bacteriophage噬菌体噬菌体效

21、价效价l表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬表示每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位菌体粒子数，又称噬菌斑形成单位(pfu)或或感染中心。感染中心。测定的方法测定的方法双层平板法双层平板法l用双层平板法测出的效价比用电镜直接记用双层平板法测出的效价比用电镜直接记数得到的效价低。数得到的效价低。l前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是计噬菌体的总数。计噬菌体的总数。（2）噬菌体效价噬菌体效价（3）噬菌体生长曲线噬菌体生长曲线 1）一步生长曲线定义）一步生长曲线定义l定量描述定量描述烈性噬菌体生长规律烈性噬菌体生长规律的实验曲线称作的实验

22、曲线称作一一步生长曲线步生长曲线。2）一步生长曲线可分为三个时期）一步生长曲线可分为三个时期 潜伏期潜伏期是指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个是指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第一个噬菌体粒子装配前的一段时间。噬菌体粒子装配前的一段时间。裂解期裂解期是指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时是指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。间。稳定期稳定期溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期。溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期。1.2.2.2 溶源性噬菌体生活周期溶源性噬菌体生活周期许多噬菌体，典型的为许多噬菌体，典型的为噬菌体，在细胞进入裂噬菌体，在细胞进入裂解周期前，产生终止噬菌体复制的阻遏蛋白解周期前，产生终

23、止噬菌体复制的阻遏蛋白,使使得这些噬菌体不进入裂解循环，而是它们进入称得这些噬菌体不进入裂解循环，而是它们进入称为为溶源性溶源性(lysogeny)的阶段的阶段。在此阶段它们或者整合至染色体上形成在此阶段它们或者整合至染色体上形成原噬菌原噬菌体体(prophage)(如如噬菌体噬菌体)或者像质粒存在细胞质或者像质粒存在细胞质中中(如如P1噬菌体噬菌体)。结果，这些溶源性噬菌体。结果，这些溶源性噬菌体(有时有时称为温和噬菌体称为温和噬菌体)随宿主染色体复制而复制，然随宿主染色体复制而复制，然后分配到子细胞中。后分配到子细胞中。溶源性噬菌体特性溶源性噬菌体特性l噬菌体进入噬菌体进入溶源化溶源化阶段

24、，噬菌体的基因组阶段，噬菌体的基因组随染色体复制而复制，而且通过一个世代随染色体复制而复制，而且通过一个世代传至下一个世代。传至下一个世代。l溶源噬菌体可从溶源阶段溶源噬菌体可从溶源阶段自发诱导自发诱导，进入，进入裂解周期。裂解周期。l大多数溶源性噬菌体大多数溶源性噬菌体(有时称为温和噬菌体有时称为温和噬菌体)以原噬菌体状态以原噬菌体状态整合整合至染色体上随宿主复至染色体上随宿主复制；但某些噬菌体，如制；但某些噬菌体，如P1噬菌体，却像一噬菌体，却像一个质粒存在细胞质中。个质粒存在细胞质中。溶源性噬菌体生活周期溶源性噬菌体生活周期l溶源性噬菌体具有特别的特性，因为它们能溶源性噬菌体具有特别的特

25、性，因为它们能携带改变宿主表型的功能性基因。称为携带改变宿主表型的功能性基因。称为溶源性溶源性转变转变(lysogenic conversion)，溶源性噬菌体的，溶源性噬菌体的特性有助于细菌在寄主中存活的能力。特性有助于细菌在寄主中存活的能力。l沙门氏菌噬菌体溶源化时改变细菌脂多糖沙门氏菌噬菌体溶源化时改变细菌脂多糖(LPS)O-抗原的组分，因此改变细菌抗原的特抗原的组分，因此改变细菌抗原的特性。许多细菌的毒素基因也由温和噬菌体携带性。许多细菌的毒素基因也由温和噬菌体携带，包括白喉棒杆菌，包括白喉棒杆菌(Corynebacteria diphtheriae)的噬菌体携带的白喉毒素基因。的噬菌

26、体携带的白喉毒素基因。霍乱毒素也在此类之中。霍乱毒素也在此类之中。溶源性噬菌体特性溶源性噬菌体特性l溶源细菌自发裂解和诱发裂解溶源细菌自发裂解和诱发裂解在溶源细菌中极少数在溶源细菌中极少数(约约10-6)会发生原噬菌体大量复制、成会发生原噬菌体大量复制、成熟，导致寄主细胞裂解，称为溶源细菌的自发裂解；熟，导致寄主细胞裂解，称为溶源细菌的自发裂解；若用低剂量的紫外线照射处理或其他理化方法处理，能够若用低剂量的紫外线照射处理或其他理化方法处理，能够诱发溶源细胞大量溃溶，释放成熟噬菌体粒子，称为诱发诱发溶源细胞大量溃溶，释放成熟噬菌体粒子，称为诱发裂解。裂解。l溶源细菌细胞复愈溶源细菌细胞复愈溶源细

27、胞中的原噬菌体有时会消失，成为非溶源细胞，不溶源细胞中的原噬菌体有时会消失，成为非溶源细胞，不会裂解，称为溶源细菌细胞复愈。会裂解，称为溶源细菌细胞复愈。Prophage Formation during the Lysogenic Life Cycle of a Temperate Bacteriophage.The bacterium inserts its genome into the bacteriums nucleoid to become a prophage.Animation of the Lysogenic Life Cycle of a Temperate Bacteri

28、ophage1.3 植物病毒植物病毒没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、没有专门的吸附结构，通过昆虫口器、摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。摩擦伤口和人为伤口进入寄主细胞。进入宿主细胞后脱去蛋白质外壳。进入宿主细胞后脱去蛋白质外壳。TMV的衣壳粒以双层盘的形式组装成的衣壳粒以双层盘的形式组装成衣壳，衣壳，PH的改变、的改变、RNA的嵌入对衣壳的嵌入对衣壳的装配起关键作用。的装配起关键作用。植物感染病毒后的主要症状植物感染病毒后的主要症状l植物黄萎病植物黄萎病l黄豆黄萎病毒黄豆黄萎病毒如何防治如何防治?1.4 人类和脊椎动物病毒人类和脊椎动物病毒脊椎动物病毒包括脊椎动物病毒包括DNA和和RNA病毒病

29、毒l腺病毒的复制可代表腺病毒的复制可代表DNA病毒的复制病毒的复制l脊髓灰质炎病毒的复制可代表脊髓灰质炎病毒的复制可代表RNA病毒的复制病毒的复制动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几种形式：种形式：l无包膜的病毒，如腺病毒通过细胞裂解或局部破裂无包膜的病毒，如腺病毒通过细胞裂解或局部破裂而释放。而释放。l有包膜的有包膜的DNA病毒，如疱疹病毒，以细胞质中通道病毒，如疱疹病毒，以细胞质中通道释放到细胞外。释放到细胞外。l有包膜的有包膜的RNA病毒，如副流感病毒用出芽方式通过病毒，如副流感病毒用出芽方式通过寄主细胞膜，释放到细胞外并获得细胞源性的包膜寄主

30、细胞膜，释放到细胞外并获得细胞源性的包膜和产生刺突。和产生刺突。生活周期生活周期吸附：腺病毒吸附在宿主细胞表面的糖蛋白吸附：腺病毒吸附在宿主细胞表面的糖蛋白受体上。受体上。穿入：通过吞噬作用进入胞内。穿入：通过吞噬作用进入胞内。脱壳：寄主细胞的蛋白酶水解腺病毒衣壳。脱壳：寄主细胞的蛋白酶水解腺病毒衣壳。在宿主细胞核内转录早期在宿主细胞核内转录早期mRNA并翻译早期并翻译早期蛋白。蛋白。在宿主细胞核内复制出病毒的在宿主细胞核内复制出病毒的DNA和晚期和晚期mRNA。生活周期生活周期l一些带有囊膜的病一些带有囊膜的病毒，如单纯疱疹病毒，毒，如单纯疱疹病毒，当其核酸和衣壳蛋白当其核酸和衣壳蛋白组装完

31、毕后，以组装完毕后，以“出出芽芽”的方式，包裹寄的方式，包裹寄主细胞的细胞膜或核主细胞的细胞膜或核膜，从寄主细胞中释膜，从寄主细胞中释放出来。放出来。人类免疫缺陷病毒人类免疫缺陷病毒(HIV)l 感染引起人的获得性人类免疫缺陷综合征感染引起人的获得性人类免疫缺陷综合征(Acquired Immune Deficiency Syndrome,即即AIDS)。1.5 亚亚 病病 毒毒类病毒类病毒(Viroid)l是一个裸露的闭合环状是一个裸露的闭合环状RNA分子，它能感染分子，它能感染寄主细胞并在其中自我复制使寄主产生病症。寄主细胞并在其中自我复制使寄主产生病症。拟病毒拟病毒l通常，病毒粒子含有核酸和蛋白质组分，拟通常，病毒粒子含有核酸和蛋白质组分，拟病毒则是存在于植物病毒颗粒中的环状病毒则是存在于植物病毒颗粒中的环状RNA分子。分子。朊病毒朊病毒(Prion&Virion)lPrusiner于于1982年发现，是一种对人有侵年发现，是一种对人有侵染性的蛋白质颗粒。引起羊的染性的蛋白质颗粒。引起羊的“瘙痒症瘙痒症”、牛的海绵状脑牛的海绵状脑“疯牛症疯牛症”、人的苦鲁病。、人的苦鲁病。朊病毒的三维结构PrPscPrPc海绵状脑病羊 肉 干 粉疯牛病 牛PrPcPrPsc？病羊肉病牛肉人不致病克雅氏病