病毒的發(fā)現(xiàn)特點和定義課件

1、第一節(jié)概述病毒的發(fā)現(xiàn) 病毒的特點和定義 第1頁，共113頁。病毒的發(fā)現(xiàn)18代埃及王朝時代（1500年BC），浮雕刻有一條萎縮腿的祭司脊髓灰質炎。古希臘哲學家亞里斯多德早在公元前四世紀描述狂犬病癥狀。公元前23世紀，我國和印度都記載過天花。17世紀西歐的郁金香熱花葉病毒使花瓣呈美麗的雜色。 第2頁，共113頁。病毒的發(fā)現(xiàn)此后，許多學者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種植物病毒、動物病毒和細菌病毒（噬菌體）。 第3頁，共113頁。病毒的發(fā)現(xiàn)人類初步認識病毒的存在，是在19世紀末期。1886年，德國的A.Mayer在荷蘭發(fā)現(xiàn)煙草上出現(xiàn)深淺相間的綠色區(qū)域煙草花葉病毒。隨后證實其具有傳染性。1898年，荷蘭學者M.W.Be

2、ijerinck獨立進行了煙草花葉病病原體的研究，首次提出其病原是一種“傳染性的活性液體”或稱“病毒”，從此病毒學的歷史被揭開。 第4頁，共113頁。病毒的發(fā)現(xiàn)1935年美國的Stanley首次提純并結晶了煙草花葉病毒(tobacco mosaic virus)TMV，認識有了大突破。接著，Bawden等進一步揭示了TMV的化學本質并不是純蛋白，而是核蛋白。1940年德國的Kausche等首次在電鏡下觀察到TMV的桿狀外形。 第5頁，共113頁。一、病毒的特點和定義 病毒的特點病毒的定義第6頁，共113頁。病毒的特點形體極其微小，電鏡下才能觀察。沒有細胞構造。其主要成分是核酸和蛋白質。每一種病

3、毒只含有一種核酸(DNA或RNA)。既無產(chǎn)能酶系，也無蛋白質合成系統(tǒng)。在宿主細胞協(xié)助下，通過核酸的復制和核酸蛋白質裝配的形式進行增殖。在宿主的細胞內營專性寄生。在離體的條件下，能以無生命的化學大分子狀態(tài)存在，并可形成結晶。對一般抗生素不敏感，但對干擾素敏感。第7頁，共113頁。病毒的定義病毒是一種生物實體，其基因組是能利用細胞的合成系統(tǒng)在活細胞內復制，并合成能將病毒基因組轉移到其他細胞中去的特殊顆粒的核酸分子（DNA或RNA）。 第8頁，共113頁。第二節(jié)病毒學研究的基本方法 病毒的分離與純化 病毒的測定 第9頁，共113頁。一、病毒的分離與純化標本的采集與處理標本接種與感染表現(xiàn) 第10頁，共

4、113頁。標本的采集與處理足夠量的活病毒采集標本的種類確定最適采集時間標本處理的方法：加抗菌素除菌等方法。標本處理后應立即接種，數(shù)小時內可置50%中性甘油內4保存，較長時間凍存標本最好置-20以下或干冰保存。第11頁，共113頁。標本接種與感染表現(xiàn)標本接種于何種實驗宿主以及選擇何種接種途徑主要取決于病毒的宿主范圍和組織嗜性，同時應考慮操作簡單、易于培養(yǎng)、所產(chǎn)生的感染結果容易判定等要求。第12頁，共113頁。噬菌斑將噬菌體標本經(jīng)過適當稀釋再接種細菌平板，經(jīng)過一定時間培養(yǎng)，在細菌菌苔上可形成圓形局部透明區(qū)域，即為噬菌斑。第13頁，共113頁。噬菌斑(plaque)下層培養(yǎng)基雙層培養(yǎng)基敏感菌+上層培

5、養(yǎng)基噬菌體稀釋液培養(yǎng)噬菌斑噬菌斑敏感菌菌苔第14頁，共113頁。噬菌斑(plaque)概念：噬菌斑是指在宿主細菌的菌苔上，噬菌體使菌體裂解而形成的空斑。Localized areas of cellular destruction and lysis caused by virus infection are called plaques應用：1、噬菌體定量計數(shù) 2、噬菌體的鑒定第15頁，共113頁?？瞻吆臀g斑 在動物細胞培養(yǎng)物上的與噬菌斑類似的空斑，稱為蝕斑。因為受腫瘤病毒感染。第16頁，共113頁。蝕斑（空斑）若動物病毒標本經(jīng)過適當稀釋進行接種并輔以染色處理，病毒可在培養(yǎng)的細胞單層上形成肉

6、眼可見的局部病損區(qū)，即蝕斑（空斑）。第17頁，共113頁?？莅咧参锊《窘臃N敏感植物葉片可產(chǎn)生壞死斑，稱為枯斑。第18頁，共113頁?？莅叩?9頁，共113頁。包涵體（inclusion body）在病毒感染寄主細胞時，對被感染細胞進行染色，則可觀察到細胞內有明顯區(qū)別的大小不等的顆粒狀結構體，這些結構體總稱為包涵體。第20頁，共113頁。包涵體包涵體可分為兩類。一類是在細胞內增殖的病毒顆粒及集落，如腹股溝淋巴肉芽病毒和天花病毒的包涵體。另一類是由于病毒感染后，在細胞產(chǎn)生的一種反應生成物，例如由狂犬病病毒而引起狗腦神經(jīng)細胞中的包涵體。第21頁，共113頁。包涵體包涵體有的在細胞質中，腹股溝淋巴肉芽

7、瘤、天花、狂犬病等。有的在細胞核內，特稱為核包涵體。第22頁，共113頁。包涵體是病毒的聚集體;是病毒的合成部位;是病毒蛋白和病毒感染有關的蛋白質第23頁，共113頁。病毒純化 病毒純化的標準病毒純化的方法 第24頁，共113頁。病毒純化的標準病毒純化有二個標準：由于病毒是有感染性的生物體，所以純化的病毒制備物應保持其感染性。由于病毒具有化學大分子的屬性，病毒毒粒具有均一的理化性質，所以純化的病毒制備物的毒粒大小、形態(tài)、密度、化學組成及抗原性質應具有均一性表現(xiàn)。第25頁，共113頁。病毒純化的方法根據(jù)病毒的基本理化性質建立純化的方法：毒粒的主要化學組成是蛋白質，鑒于病毒的高蛋白含量，故可利用蛋

8、白質提純方法來純化病毒，如鹽析、等電點沉淀、離子交換等。第26頁，共113頁。毒粒是由許多大分子組成，離心時它們比細胞蛋白沉降更快，而且許多病毒都有較高的浮密度，所以超速離心技術廣泛地用于病毒純化。一般可在10000100000g的離心場中12h沉降。病毒純化的方法第27頁，共113頁。病毒的測定 病毒的物理顆粒計數(shù)（電鏡下直接計數(shù)）病毒的感染性測定第28頁，共113頁。病毒的感染性測定病毒的感染單位：能夠引起宿主或宿主細胞一定特異性反應的病毒最小劑量(IU)。病毒的效價：待測樣品中所含病毒的數(shù)量，通常以單位體積(ml)病毒懸液的感染單位數(shù)目來表示(IU/ml)。第29頁，共113頁。雙層平板

9、法瓊脂平板菌液+噬菌體試樣+瓊脂培養(yǎng)基培養(yǎng)10天計數(shù)噬菌斑噬菌斑數(shù)=試樣中噬菌體數(shù)第30頁，共113頁。第三節(jié)毒粒的性質 毒粒的形態(tài)結構 毒粒的化學組成 第31頁，共113頁。一、毒粒的形態(tài)結構病毒的大小和形狀毒粒的殼狀結構第32頁，共113頁。病毒的大小和形狀大?。翰《镜拇笮〕Ｓ眉{米（nm、 109）來度量，病毒大小從10300nm之間，通常大小在100nm左右。絕大多數(shù)病毒是能通過細菌濾器。須用電鏡才能觀察到其具體形態(tài)和大小。第33頁，共113頁。球狀球狀病毒（或多面體病毒）。動物病毒多為球狀。桿狀桿狀病毒（包括棒狀或線狀）。植物病毒多呈桿狀。蝌蚪狀蝌蚪狀病毒。細菌病毒也即噬菌體多呈蝌蚪狀

10、。病毒的大小和形狀第34頁，共113頁。Fig. 1B: Sizes and Shapes of Viruses (Animal DNA Viruses) 第35頁，共113頁。Tobacco mosaic virus (TMV) 第36頁，共113頁。形狀第37頁，共113頁。 病 毒 大 小牛痘苗病毒傳染性濃泡皮炎病毒腮腺炎病毒T偶數(shù)病毒皰疹病毒大蚊病毒流感病毒煙草花葉病毒腺病毒多瘤病毒脊髓灰質炎病毒1微米第38頁，共113頁。典型病毒粒子的構造衣殼(capsid)核心(genome)衣殼粒(capsomere)衣殼核酸包膜（envelope）糖蛋白核衣殼(nucleocapsid)毒粒的

11、殼狀結構第39頁，共113頁。病毒粒子的基本結構capsid coreenvelopespikenucleocapsid病毒粒子(virion)成熟的（結構完整）、具有侵染力的單個病毒，又稱病毒顆粒(virus particle)。Capsomere or capsomer第40頁，共113頁。 三類典型形態(tài)的病毒螺旋對稱的代表-煙草花葉病毒(TMV)二十面體對稱的代表-腺病毒復合對稱的代表-T偶數(shù)噬菌體第41頁，共113頁。病毒的對稱性三類典型形態(tài)的病毒：廿面體對稱的結構(球狀) 螺旋對稱的結構(桿狀) 復合對稱的結構(蝌蚪狀) 大腸桿菌的T偶數(shù)噬菌體是由橢圓形的二十面體頭部和螺旋對稱的尾部

12、組合而成，是病毒中復合對稱的代表。第42頁，共113頁。 病毒粒子的對稱體系螺旋對稱二十面體對稱復合對稱(A) Filamentous(B) Complex(C) Eicosahedral(D) EnvelopedRNA or DNAProtein Coat(Capsomers)Lipid envelope第43頁，共113頁。螺旋對稱的病毒粒子Tobacco Mosaic Virus第44頁，共113頁。二十面體對稱病毒粒子Adenovirus第45頁，共113頁。二十面體對稱第46頁，共113頁。刺突tail pinsPhaga, bacterioohaga95nm95nmheadneck

13、tail（24環(huán)）尾絲(tail fibers)65nm第47頁，共113頁。有囊膜的病毒粒子Fig. 4: Virus Obtaining Its Envelope from Host Cell Membrane by Budding第48頁，共113頁。Transmission Electron Micrograph of HIV-1 Budding from a Host Cell 第49頁，共113頁。二、毒粒的化學組成病毒的核酸病毒的蛋白質其它化學成分（脂質、糖類等）第50頁，共113頁。一種病毒只含有一種核酸（DNA或RNA）。 植物病毒絕大多數(shù)含DNA；少數(shù)含RNA； 動物病毒一

14、部分含DNA，一部分含RNA； 細菌病毒普遍含DNA，含RNA的極少。病毒的核酸類型極為多樣化： 病毒的DNA與RNA均有單鏈和雙鏈： dsDNA ssDNA dsRNA ssRNA 病毒的核酸第51頁，共113頁。病毒DNA分子有線狀和環(huán)狀之分。病毒核酸有正鏈（）和負鏈（）的區(qū)分： 規(guī)定：將堿基序列與mRNA一致的核酸單鏈定位正鏈，將堿基序列與mRNA互補的核酸單鏈定位負鏈。因此，就病毒核酸鏈的單與雙以及正和負有以下6 種類型： ()DNA大部分DNA病毒 ()RNA動物呼腸孤病毒 （）DNA 大腸桿菌X174噬菌體 （）RNA所有單鏈RNA病毒大部分植物病毒 （）DNA腺病毒 （）RNA

15、流感病毒 第52頁，共113頁。病毒的核酸 DNA，RAN之分單、雙鏈（single strand,ss/double strand,ds）之分環(huán)狀，線狀之分(閉合,開放) 正負鏈之分第53頁，共113頁。病毒的蛋白質 構成病毒外殼,保護病毒核酸免受核酸酶及其他理化因子的破壞病毒蛋白還構成了病毒組成的酶. 決定病毒感染的特異性,與易感細胞表面存在的受體具特異親合力,促使病毒粒子的吸附 決定病毒的抗原性,并能刺激機體產(chǎn)生相應的抗體第54頁，共113頁。其它化學成分脂類糖類第55頁，共113頁。原核生物病毒-噬菌體植物病毒人類和脊椎動物病毒昆蟲病毒第四節(jié)病毒的復制 第56頁，共113頁。一、病毒的

16、復制周期 一步生長曲線以適量的病毒接種于標準培養(yǎng)的高濃度的敏感細胞，待病毒吸附后，或高倍稀釋病毒-細胞培養(yǎng)物，或以抗病毒抗血清處理病毒-細胞培養(yǎng)物以建立同步感染，然后繼續(xù)培養(yǎng)，定時取樣測定培養(yǎng)物中的病毒效價，并以感染時間為橫坐標，病毒的感染效價為縱坐標，繪制出病毒特征性的繁殖曲線，即一步生長曲線。 第57頁，共113頁。一步生長曲線從一步生長曲線中，可以獲得病毒增殖的兩個特征性數(shù)據(jù)：潛伏期和裂解量。 第58頁，共113頁。潛伏期和裂解量潛伏期：是毒粒吸附于細胞到受染細胞釋放出子代毒粒所需的最短時間。裂解量：是每個受染細胞所產(chǎn)生的子代病毒的平均數(shù)目，即等于穩(wěn)定期病毒效價與潛伏期效價之比。第59頁

17、，共113頁。二、病毒的增殖過程 病毒無生長過程，也不以二分裂方式繁殖，只由病毒核酸指令宿主細胞復制大量病毒核酸，繼而合成大量病毒蛋白質，最后裝配成大量子病毒，并自宿主細胞中釋放出來。第60頁，共113頁。病毒的增殖過程病毒的種類繁多，增殖時不同的病毒在細節(jié)上有所不同，現(xiàn)以研究最清楚的噬菌體為例作重點說明，噬菌體的增殖一般可以分為五個階段：吸附 、侵入 、增殖 、裝配和釋放 。原核生物病毒-噬菌體第61頁，共113頁。The lytic life cycle consists of the following steps: AdsorptionPenetrationReplicationMat

18、uration Release。 The Lytic Life Cycle of Lytic Bacteriophages第62頁，共113頁。 由于絕大多數(shù)噬菌體為蝌蚪形，現(xiàn)以E.coli T4為例，介紹蝌蚪形噬菌體的結構：大腸桿菌T4噬菌體構造偶數(shù)噬菌體的形態(tài)構造第63頁，共113頁。噬菌體(bacteriophage,phage)第64頁，共113頁。吸附指病毒以其特殊結構與宿主細胞表面的特異受體發(fā)生特異性結合的步驟。兩者發(fā)生偶然碰撞后，尾絲的尖端與宿主細胞表面的特異受體接觸（尾絲的氨基酸與受體上的羧基形成化學鍵），就可觸發(fā)頸須把卷緊的尾絲散開，附著在受體上，從而使刺突、尾板固著于細胞表

19、面。第65頁，共113頁。 吸附(adsorption)吸附的機理：尾絲尖端與受體發(fā)生共價結合。第66頁，共113頁。吸附(adsorption)影響因素：噬菌體數(shù)量；陽離子；溫度。第67頁，共113頁。侵入病毒或其一部分進入宿主細胞的過程。吸附后，基板從尾絲中獲得一個構型刺激，促使尾鞘中的144個亞基發(fā)生復雜的移位，并縮成原長的一半，由它把尾管推出并插入到細胞壁和膜中。在這一過程中，尾管端所攜帶的少量溶菌酶有助于局部細胞壁中肽聚糖的溶解。核酸進入，衣殼留在細胞壁外。從吸附到侵入時間很短。 第68頁，共113頁。侵入(penetration)收縮的尾鞘（1/2環(huán)）第69頁，共113頁。The

20、bacteriophage binds to receptors on the bacterial cell wall. The bacteriophage injects its genome into the bacteriums cytoplasm Fig. 2: Penetration Fig. 1: Adsorption 第70頁，共113頁。雙鏈DNA的復制: ()DNA ()DNA單鏈DNA的復制: +DNA DNA +DNA雙鏈RNA的復制: RNA +RNA RNA +RNA復制: +RNA -RNA +RNA-RNA復制: -RNA +RNA -RNA 逆轉錄病毒單鏈RNA

21、的復制: +RNA (-)DNA () DNA +RNA腫瘤病毒 病毒核酸的復制第71頁，共113頁。左圖：病毒核酸鏈接 入寄主核酸鏈右圖：病毒核酸復制病毒核酸的復制第72頁，共113頁。病毒核酸的轉錄含DNA的病毒:DNA mRNA+DNA病毒:+DNA DNA mRNA含RNA病毒:RNA mRNA含+RNA病毒:+RNA -RNA mRNA含-RNA病毒:-RNA mRNA第73頁，共113頁。裝配DNA分子的縮合；通過衣殼包裹DNA而形成頭部；尾部和尾絲的其他部件獨立裝配完成；頭、頸、尾部相結合；最后裝上尾絲。 第74頁，共113頁。釋 放當宿主細胞內大量子代噬菌體已成熟后，由于水解細

22、胞膜的脂肪酶和水解細胞壁的溶菌酶的作用，從細胞內部促進了細胞的裂解，從而實現(xiàn)了噬菌體的釋放。 第75頁，共113頁。最后:大腸桿菌死亡并破裂，釋放出里面的病毒，新一代病毒開始新的生命旅程 第76頁，共113頁。The bacteriophage genome replicates and bacteriophage components begin to be produced by way of the host bacteriums metabolic machinery. The production of bacteriophage components and enzymes pro

23、gresses .Fig. 4: Late Replication Fig. 3: Early Replication 第77頁，共113頁。The bacteriophage components assemble. A bacteriophage-coded enzyme breaks down the peptidoglycan in the bacterial cell wall causing osmotic lysis. Fig. 6: Release Fig. 5: Maturation 第78頁，共113頁。第79頁，共113頁。Phage T4 infecting its h

24、ost E. coli cell 第80頁，共113頁。第五節(jié)病毒的非增殖性感染病毒對敏感細胞的感染可分為兩類：一類是增殖性感染，這類感染發(fā)生在病毒能在其內完成復制循環(huán)的允許細胞內，并以有感染性病毒子代產(chǎn)生為特征。第81頁，共113頁。病毒的非增殖性感染另一類是非增殖性感染，這類感染由于病毒或是細胞的原因，致使病毒的復制在病毒進入敏感細胞后某一階段受阻，結果導致病毒感染的不完全循環(huán)。在此過程中，由于病毒與細胞的相互作用，雖然也可能導致細胞發(fā)生某些變化，甚至產(chǎn)生細胞病變，但在受染細胞內，不產(chǎn)生有感染性的病毒子代。 第82頁，共113頁。一、非增殖性感染的類型 病毒的非增殖性感染有三種類型：流產(chǎn)感

25、染、限制性感染和潛伏感染。流產(chǎn)感染限制性感染潛伏感染第83頁，共113頁。二、缺損病毒 有生物活性的缺損病毒包括四類：干擾缺損病毒或稱干擾缺損顆粒、衛(wèi)星病毒、條件缺損病毒和整合的病毒基因組。干擾缺損病毒衛(wèi)星病毒條件缺損病毒整合的病毒基因組 第84頁，共113頁。衛(wèi)星病毒指不單獨存在，常伴隨著其他病毒一起出現(xiàn)的病毒。衛(wèi)星病毒因缺少作為必需的一部分病毒基因，因此它必需借助其他病毒才能增殖。典型的例子是伴隨著煙草壞死病毒而出現(xiàn)的衛(wèi)星病毒。第85頁，共113頁。Two primary types of bacteriophages溫和噬菌體（temperate phrage）噬菌體感染細胞后，將其核酸

26、整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以隨宿主DNA的復制而進行同步復制，在一般情況下，不引起寄主細胞裂解的噬菌體。烈性噬菌體（virulent phage）感染細胞后,能在寄主細胞內增殖，產(chǎn)生大量子代噬菌體并引起細菌裂解的噬菌體。第86頁，共113頁。溶源性溫和噬菌體特點： 游離態(tài) 溫和噬菌體存在形式：整合態(tài) 營養(yǎng)態(tài)具有整合能力；具有同步復制能力；都是dsDNA;第87頁，共113頁。原噬菌體整合于細菌染色體或以質粒形式存在的溫和噬菌體基因組稱作原噬菌體。在原噬菌體階段，宿主細胞正常地生長繁殖，而噬菌體基因組與宿主細胞染色體同步復制，并隨細胞分裂傳遞給子代細胞。第88頁，共113頁。溶源性細

27、菌細胞中含有以原噬菌體狀態(tài)存在的溫和噬菌體基因組的細菌稱做溶源性細菌。處于溶源性細菌細胞中的噬菌體DNA在一定條件下也可啟動裂解循環(huán)，產(chǎn)生成熟的病毒顆粒。有自發(fā)裂解和誘發(fā)裂解。第89頁，共113頁。溶源性細菌溶源性反應是一種比裂解反應更有利于病毒持續(xù)和傳播的病毒生存方式。第90頁，共113頁。溶源菌細菌的溶源性具有遺傳性溶源菌對同源噬菌體具有免疫性溶源性細菌在培養(yǎng)中不易被查覺非溶源細胞溶源性細胞可獲得一些新的生理特性復愈:溶源菌失去前噬菌體白喉桿菌白喉毒素噬菌體宿主發(fā)病第91頁，共113頁。植物病毒植物感染病毒后的主要癥狀植物病毒增殖過程植物病毒病的控制第92頁，共113頁。黃豆黃萎病毒花葉、

28、黃化或紅化等癥狀植株發(fā)生矮化，叢枝或畸形等形成枯斑或壞死等癥狀植物感染病毒后的主要癥狀植物 黃 萎 病第93頁，共113頁。借昆蟲刺吸式口器進入“侵入”方式通過傷口進入，再通過胞間連絲或輸導組織迅速向其它部位擴散引起普遍感染。嫁接煙草花葉病毒植物病毒侵入宿主細胞后才能發(fā)生脫殼第94頁，共113頁。植物病毒病的控制轉基因植物抗病毒番茄選用天然抗性品種改變耕作制度 使用剎蟲劑消滅昆蟲介體化學藥物轉基因抗病毒植物的開發(fā)第95頁，共113頁。 T淋巴細胞中的愛滋病毒人類脊椎動物病毒病毒感染對真核細胞的影響病毒感染對個體的影響結果病毒與癌癥關系病毒感染的防治第96頁，共113頁。病毒感染對宿主大分子合成

29、的影響宿主細胞轉錄的抑制宿主細胞翻譯的抑制宿主細胞DNA復制的抑制血液淋巴中的單泡病毒第97頁，共113頁。 被病毒感染的 T 淋巴細胞病毒對細胞結構的影響病毒對宿主細胞膜的影響病毒對細胞骨架的影響包涵體細胞凋亡第98頁，共113頁。電鏡下的流感病毒細胞無任何明顯變化細胞病變（損傷、死亡）細胞增生（惡性腫瘤）病毒感染對真核細胞的影響結果第99頁，共113頁。細胞遇病毒襲擊而瀕臨死亡 （圖中藍點是病毒 ）病毒感染對個體的影響結果隱性感染疾病綜合癥死亡瘤形成攜帶者潛伏狀態(tài)第100頁，共113頁。埃博拉病毒病毒與癌癥的關系 原癌基因 （人類基因組中的正?；颍┌┗虬┌Y物理 化學 生物因素第101頁，共113頁。逆轉錄病毒致癌機理+RNA (-)DNA () DNA +RNA腫瘤病毒 整合到宿主基因組 宿主癌基因活化 宿主癌變第102頁，共113頁。病毒感染的防治接種疫苗 生物制劑中藥預防干擾素等流感病毒流感病毒第103頁，共113頁。昆蟲病毒核型多角體病毒(nucl