微生物学第三章：病毒

微生物学第三章：病毒。病毒是一种个体微小，结构简单，只含一种核酸（DNA或RNA），必须在活细胞内寄生并以复制方式增殖的非细胞型生物。病毒是一种非细胞生命形态，它由一个核酸长链和蛋白质外壳构成，病毒没有自己的代谢机构，没有酶系统。

病毒

• 引导
  • 目的
    • 病毒结构、化学组成、生存环境条件
    • 毒性噬菌体侵染循环，温和噬菌体和溶原细菌特点
    • 代表病毒主要特点，代表病毒核酸和侵染循环
    • 亚病毒基本知识
  • 重点
    • 噬菌体生长曲线含和溶原性
  • 难点
    • DNA/RNA病毒侵染循环
    • 温和噬菌体和溶原化
• 噬菌体
  • 侵染细菌，放线菌等细胞型原核微生物的病毒，广泛分布于自然界
  • 结构
  • 繁殖
    • 吸附
    • 侵入
    • 增殖
    • 装配
    • 释放
      • 温和噬菌体整合进溶原细菌，若进入裂解循环使宿主裂解，相当于变成了毒性/烈性噬菌体
  • 一步生长曲线
    • 步骤
      • 用噬菌体的稀释液感染高浓度的敏感细菌细胞（细菌：噬菌体=10 :1 ）
      • 数分钟后，离心或加入抗噬菌体的抗血清（中和未吸附的噬菌体）
      • 高倍稀释混合物，终止抗血清的作用和防止新释放的噬菌体发生第二次 吸附和感染，致使每个菌体只有一个噬菌体侵入
      • 培养后每隔一定时间取样，接种于敏感菌培养物中培养，通过固体培养 物表面噬菌斑的多少，可知每个噬菌体感染细菌后释放的新的噬菌体数 目（噬菌体效价）（对噬菌体含量进行计数）
      • 以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘出病毒特征性繁殖
    • 吸附期
    • 潜伏期
    • 裂解期
      • 裂解量：每个受感染细胞释放出的子代病毒颗粒的平均数目
        • 其值等于稳定期受感染细胞所释放的全部子代病毒数目除以潜伏期受感染细胞的数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。
  • 类型
    • 烈性噬菌体
      • 感染细胞后在寄主细胞内增 殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解
    • 温和噬菌体
      • 感染寄主细胞后，不引起寄主迅速裂解，将其核酸整合到寄主染色体，或游离在寄主细胞质中并随寄主细胞的分裂把噬菌体的核酸传给子细胞。核酸类型都是dsDNA
      • 溶原细胞
        • 含有温和噬菌体的细胞
      • 前噬菌体
        • 整合在寄主染色体上的噬菌体DNA
      • 溶原性感染
        • 特点
          • 裂解循环，病毒大量复制并释放出胞外，引起细胞裂解;
          • 溶原性，病毒DNA整合到宿主DNA中，随着细胞生长繁殖而传递子代。
          • 注意：溶原细菌也会经诱导后产生成熟的病毒并裂解。
        • 性质
          • 免疫性
          • 溶原转变
        • 入噬菌体的溶源性反应
        • Mu噬菌体
        • PI噬菌体
  • 应用
  • 分类
• 病毒种类及特征
  • 植物病毒
    • 特点
      • 多数为单链RNA杆状粒子
      • 转化性强，可感染多种植物
      • 常混合感染，一种植物可同时感染多种病毒
      • 感染宿主细胞内
        • 结晶型内含物
          • 病毒粒子堆叠
        • 非结晶型内含物
          • 病毒粒子和宿主细胞成分混合
    • 特征
      • 引起症状
        • 叶绿体破坏，花叶、黄化、红化
        • 植株矮化、丛簇、畸形
        • 枯斑、坏死
      • 分类
      • 命名
      • 感染途径
      • 生活史
        • 传播
        • 侵染
        • 移动、转移
        • 复制转录翻译
    • 烟草花叶病毒TMV
    • 应用
      • 作为载体表达抗体蛋白
        • 优点
          • 表达水平高
          • 繁殖速度快
          • 宿主范围广
          • 外源蛋白易于纯化
          • 植物体内不含对人体有害的物质和病原菌，可生产口服疫苗，比用细菌和动物细胞生产安全
          • 易于大规模生产,且成本低
  • 脊椎动物病毒
    • 特点
      • 单链或双链，DNA或RNA，主要DNA
      • 球状粒子，大小变化大
      • 有的有包膜，有的没有
      • 多胞饮侵染
        • 动物病毒侵染方式：内呑/胞饮，膜融合，移位，衣壳重排
      • 脱壳靠脱壳酶，由溶酶体分泌
      • 有的参与癌变
    • 人类免疫缺陷病毒HIV
      • AIDS
      • 逆转录病毒
      • 有包膜与刺突。核心含有两条相同的正链RNA和逆转录酶。
      • 鸡尾酒疗法
    • 禽流感病毒
    • 埃博拉病毒
      • 丝状病毒，单股负链RNA，有包膜
    • 口蹄疫病毒
  • 昆虫病毒
    • 特点
      • 病毒粒子与宿主细胞内的蛋白质形成包含体，包含体有一定的立体形状，故又称多角体。
    • 分类
      • 无包含体病毒
      • 有包含体病毒
        • 核型多角体病毒
          • NPV
        • 质型多角体病毒
          • CPV
        • 颗粒体病毒
          • GV
          • 特点
            • 具有蛋白质包含体，但每个包含体仅1-2个病毒粒子，2少见
• 亚病毒
  • 概念
    • 只含有核酸或蛋白质且具有侵染性
  • 分类
    • 类病毒
      • Viroid
      • 特点
        • 裸露的闭合环状ssRNA，无蛋白质外壳
    • 朊病毒
      • Prion
      • 特点
        • 具侵染性的蛋白质因子，无核酸
        • 耐热，耐射线和消毒剂
        • 传染性强
    • 卫星病毒和卫星核酸
      • 特点
        • 基因组缺损，核酸复制依赖辅助病毒（大的病毒颗粒、真病毒）的复制
        • 不能单独存在
        • 两者区别
          • 卫星病毒：能编码自身蛋白的小病毒颗粒
          • 卫星核酸：不能编码蛋白质外壳的小分子ssRNA，可干扰辅助病毒复制
      • 卫星RNA应用
        • 抗病
          • 缺点
            • (1)自然界中并非所有的病毒都具有卫星RNA。
            • (2 )病毒卫星RNA不能彻底地抑制它的寄生病毒的复制 __
            • (3 )对一种植物起保护作用的卫星RNA可能对另一些植物有害。
  • 区别
• 病毒复制
  • 生活周期
    • 细胞内阶段：病毒核酸在寄主体内复制,病毒粒子增殖，病毒呈有生命状态
    • 细胞外阶段：病毒以结构复杂的化学粒子形式存在，不能代谢繁殖，呈惰性状态
  • 步骤
    • 吸附
      • 病毒表面蛋白与细胞受体特异性的结合，导致病毒附着 与细胞表面
    • 侵入
      • 动物
        • 内呑/胞饮
        • 膜融合
        • 移位，穿过
        • 衣壳重排
      • 植物
        • 表面伤口感染
        • 昆虫刺吸
      • 噬菌体
        • 尾鞘收缩
    • 脱壳
      • 病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸
    • 生物合成
      • 核酸复制
      • mRNA转录和蛋白质合成
        • 早期：发生在核酸复制以前的转录，所转录的基因为早期基因。
        • 晚期：晚期转录:病毒核酸复制开始或复制以后进行的转录，所转录的基因为晚期基因。
    • 装配
    • 释放
      • 动物
        • 细胞溶解或局部破裂
        • 出芽
        • 细胞间接触扩散
      • 植物
        • 细胞裂解
        • 胞间连丝
      • 噬菌体
        • 细胞裂解
• 病毒粒子性质
  • 病毒的形态大小
    • 形状
      • 病毒多为近球形多面体或杆状
      • 动物病毒多球形、卵圆形、砖形
      • 细菌病毒多蝌蚪形,，也有微球形和丝状
    • 大小
      • 多数病毒粒子的直径在100nm左右
      • 最大的病毒：牛痘苗病毒——直径超过250nm
      • 最小的病毒：脊髓灰质炎病毒——28nm
      • 病毒：细菌：真菌=1： 10： 100
  • 病毒的构造
    • 典型粒子
      • 基本成分
        • 核酸：核心
        • 蛋白质：衣壳，包围在核心周围
        • 核心和衣壳合称核衣壳或核壳体 ,为病毒的基本结构
      • 可能存在成分
        • 包膜：脂类和多糖
        • 刺突：位于包膜上，有刺突一定有包膜，有包膜不一定有刺突
    • 毒粒的壳体结构
      • 对称性
        • 螺旋对称
          • 亚基有规律地沿着中心轴核酸，呈螺旋排列，形成高度有序、对称的稳定结构。
          • TMV
        • 二十面体对称
          • 亚基围绕具立方对称的正多面体的角或边排列，形成一个封闭的蛋白质的鞘。
          • 人乳头瘤病毒
        • 双对称/复合对称
          • 有尾噬菌体：壳体由头部和尾部组成。头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。
    • 病毒的包膜结构
      • 脂双层
      • 包膜形成时，细胞膜蛋白被病毒的包膜取代
      • 刺突（spike）:包膜或核衣壳上的突起
      • 流感病毒、埃博拉病毒、新冠病毒
  • 病毒的化学组成
    • 核酸
      • 病毒的遗传物质，控制着病毒的增殖及感染性
      • 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 ；
        • 动物病毒有的含DNA ,如天花病毒；有的含RNA ,如流感病毒。
        • 细菌病毒普遍含DNA ,含RNA的极少
      • 类型
        • DNA/RNA
        • 单/双链
        • 正（+）/负链（-）
          • 碱基序列与mRNA—致的核酸单链定为正链
          • 碱基序列与mRNA互补的核酸单链定为负链
        • DNA形状
          • 线状
          • 环状
    • 蛋白质
      • 构成病毒结构、在病毒的侵染与增殖过程中发挥作用
        • 保护，毒粒外壳保护核酸免受核酸酶及其他理化因子破坏
        • 决定病毒感染的特异性，与易感细胞表面存在的受体具特 异性亲和力，促使病毒粒子的吸附
        • 决定病毒的抗原性，并能刺激机体产生相应的抗体
        • 某些病毒蛋白质是一些具有特殊功能的酶，如噬菌体中的 溶菌酶，破坏宿主细胞壁与细胞膜
    • 脂质
      • 主要以脂质双分子层的形式存在于病毒的包膜中
      • 与病毒的吸附和侵入有关， 一些有包膜的病毒去掉包膜后失 去感染性。
      • 75%的酒精能 有效灭活病毒
    • 糖类
      • 常以糖蛋白.糖脂的形式 存在或者以糖昔键直接与碱基相连
      • 与DNA碱基结合的葡萄糖残基，对核酸酶的降解有抵抗作用
      • 与病毒的血清反应有关
  • 病毒的群体形态
    • 包涵体
      • 感染病毒的宿主细胞内，出现在光镜下可见的大小形态、 数量不等的小体。.
      • 大多数是病毒在寄主细胞中形成的聚集体，包含未装配的病毒亚基.完整的病毒体和寄主编码的蛋白质； 少数是细胞对病毒的反应。
      • 应用
        • 病毒鉴定，临床诊断依据
    • 噬菌斑
      • 指在宿主细菌的菌苔上，噬菌体使菌体裂解而形成的空斑。
      • 应用
        • 噬菌体稀释倍数足够高，就可以保证每 个噬菌斑是由一个噬菌体粒子形成的
        • 噬菌体定量计数、 噬菌体的鉴定
    • 病斑和空斑
      • 病斑
        • 单层动物细胞受到肿瘤病毒的感染后，会使动物细胞恶性增生，形成类似细菌菌落的病灶
      • 空斑
        • 人工培养的单层动物细胞感染病毒后，形成类似噬菌斑的动物病毒群体
      • 应用
        • 动物病毒粒子的计数
    • 枯斑
      • 植物病毒在植物叶片上形成的一个个坏死的病灶称为枯斑
  • 环境对病毒影响
    • 温度
      • 多数不耐热，55-60℃处理
      • 对低温不敏感，低温下病毒虽停止复制，但仍能存活较长时间
    • pH
      • 适合病毒的pH是7.0左右，但不同的病毒对pH的耐受范围不一样
      • 过酸过碱的溶液可使病毒裂解灭活或丧失其感染性
    • 辐射
    • 化学药剂
      • 有包膜的病毒因包膜中含有脂类，故对脂溶剂敏感
      • 甲醛能使病毒灭活
      • 氯、碘对病毒有高度的灭活作用
  • 病毒分类
    • 一个病毒的种应是一类具有多种共同斗寺性的病毒，并组成一个 正在复制的世代谱系，且在生态位中占有特定位置。
    • 依据病毒形态、毒粒结构、基因组、复制、化学组成在内的毒粒性质.病毒的抗原性质以及生物学性质进行分类。
    • 新型冠状病毒的分类
• 病毒概述
  • 历史
    • 发现
      • 1886烟草花叶病毒（Mayer）
      • 1892烟草花叶病病原体能通过细菌滤器（Ivanovsky）
    • 命名
      • 1898比细菌小的具有传染性的活的流质一Virus （M W Beijerinck）
        • 能通过细菌滤器
        • 可被乙醇沉淀而不失去其感染性
        • 能在琼脂凝胶中扩散
        • 用培养细菌的方法不能被培养出来
        • 推测只能在植物活细胞中生活❌
    • 特征
      • 1900年前后病毒滤过性
      • 噬菌体——bacteriophages
      • 1935年病毒提纯结晶
      • 1935年病毒本质为核蛋白
      • 1940电镜观察病毒
  • 概念
    • 非细胞生物
      • （真）病毒
        • 至少含核酸和蛋白质
      • 亚病毒
        • 类病毒
          • 只含具侵染性的RNA
        • 卫星RNA
          • 只含不具侵染性的RNA
        • 朊病毒
          • 只含蛋白质
        • 注意
          • 丁肝病毒:唯一可以感染人类的类病毒；朊病毒:疯牛病
    • 病毒的基本结构特点
      • 无细胞结构，专性活细胞内寄生
      • 酶系统不完全或不存在，不进行代谢活动
      • 个体小，可通过细菌过滤器，10-300nm
      • 对抗生素不敏感，对干扰素敏感
        • 干扰素抗病毒机理
          • 广谱性
          • 诱导细胞合成抗病毒蛋白AVP，阻断病毒mRNA与宿主细胞核糖体结合，抑制病毒多肽和核酸合成，阻断病毒繁殖
      • 仅有DNA或RNA中一种核酸，通过宿主的转录翻译合成来复制繁殖
      • 核酸的复制和核酸蛋白装配进行增殖，不存在个体生长和分裂等细胞繁殖方式
    • 宿主
      • 动物病毒（有时将昆虫病毒另作一类）
      • 植物病毒
      • 细菌病毒（噬菌体）
  • 特有研究方法
    • 胚卵的病毒培养