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1、第三章病毒与亚病毒现在学习的是第1页，共44页第一节第一节 概述概述病毒（病毒（Virus一词源于拉丁文，原指一种动物来源的毒素）是在一词源于拉丁文，原指一种动物来源的毒素）是在19世纪末世纪末才被发现的一类微小病原体。目前把病毒这类才被发现的一类微小病原体。目前把病毒这类非细胞生物非细胞生物分为分为真病毒真病毒（Euvirus，简称病毒），简称病毒）和和亚病毒（亚病毒（Subvirus）两大类两大类。至少含有核酸和蛋白质两种组分至少含有核酸和蛋白质两种组分 类病毒类病毒(viroid)：只含单独具侵染性的：只含单独具侵染性的RNA组分组分拟病毒拟病毒(virusoid)：只含不具单独侵染性的
2、：只含不具单独侵染性的RNA组分组分阮病毒阮病毒(prion)：只含蛋白质一种组分：只含蛋白质一种组分亚病毒（亚病毒（Subvirus）非非细细胞胞生生物物真病毒真病毒(euvirus)：病毒病毒(virus)是由是由一个核酸分子一个核酸分子（DNA或或RNA）与蛋白质构成的）与蛋白质构成的活细胞内活细胞内专性寄生专性寄生的的非细胞形态非细胞形态的微生物。的微生物。定义：定义：现在学习的是第2页，共44页一、病毒的特点：一、病毒的特点：形体极其微小，一般都能通过细菌滤器，电子显微镜才能观察；形体极其微小，一般都能通过细菌滤器，电子显微镜才能观察；没有细胞构造，主要成分仅为核酸和蛋白质两种；没有
3、细胞构造，主要成分仅为核酸和蛋白质两种；每一种病毒只含一种核酸，不是每一种病毒只含一种核酸，不是DNA就是就是RNA；既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞既无产能酶系，也无蛋白质和核酸合成酶系，只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质成分；内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质成分；以核酸和蛋白质等以核酸和蛋白质等“元件元件”的装配实现其大量繁殖；的装配实现其大量繁殖；在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并长期保持其侵染活在离体条件下，能以无生命的生物大分子状态存在，并长期保持其侵染活力；力；对一般抗生素不敏感，但对干扰素对一般抗生素不敏感，但对干扰
4、素(IFN)敏感；敏感；有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中，并诱发潜伏性感染。现在学习的是第3页，共44页二、人类对病毒的发现和认识过程二、人类对病毒的发现和认识过程关于病毒所导致的疾病，早在公元前二至三个世纪的印度和中国就有关于病毒所导致的疾病，早在公元前二至三个世纪的印度和中国就有了关于了关于天花天花的记录。的记录。1884年，法国微生物学家查理斯年，法国微生物学家查理斯尚柏朗（尚柏朗（Charles Chamberland）发明）发明了一种细菌无法滤过的了一种细菌无法滤过的过滤器过滤器，可以将液体中的细菌除去。，可以将液体中的
5、细菌除去。1892年，俄国生物学家伊凡诺夫斯基（年，俄国生物学家伊凡诺夫斯基（Dmitry Ivanovsky）在研究烟草花）在研究烟草花叶病时发现将叶病时发现将感染花叶病感染花叶病的烟草叶的提取液用烛形滤器过滤后能够感染其的烟草叶的提取液用烛形滤器过滤后能够感染其他烟草。他烟草。1899年，荷兰微生物学家马丁乌斯年，荷兰微生物学家马丁乌斯贝杰林克（贝杰林克（Martinus Beijerinck）重复）重复了了Ivanovsky的实验，发现这种新的感染性物质只在分裂细胞中复制，并称的实验，发现这种新的感染性物质只在分裂细胞中复制，并称之为之为contagium vivum fluidum（可
6、溶的活菌）并进一步命名为（可溶的活菌）并进一步命名为virus（病毒）。（病毒）。20世纪早期，英国细菌学家世纪早期，英国细菌学家Frederick Twort发现了发现了噬菌体噬菌体。现在学习的是第4页，共44页1931年，德国工程师恩斯特年，德国工程师恩斯特鲁斯卡和马克斯鲁斯卡和马克斯克诺尔发明了克诺尔发明了电子显微镜电子显微镜，使得研究者首次得到了病毒形态的照片。使得研究者首次得到了病毒形态的照片。1935年，美国生物化学家和病毒学家温德尔年，美国生物化学家和病毒学家温德尔梅雷迪思梅雷迪思斯坦利得到斯坦利得到第一个第一个被结晶被结晶的病毒烟草花叶病毒的病毒烟草花叶病毒晶体晶体，获得，获得
7、1946年的诺贝尔化学奖年的诺贝尔化学奖。1941年，年，Bernal和和Fankuchen拍摄拍摄第一张病毒第一张病毒的的X射线衍射照片。射线衍射照片。1955年，罗莎琳年，罗莎琳富兰克林揭示富兰克林揭示病毒的整体结构病毒的整体结构。1955年，年，Heinz Fraenkel-Conrat和和Robley Williams发现将分离纯化的发现将分离纯化的烟草花叶病毒烟草花叶病毒RNA和衣壳蛋白混合在一起后，可以重新组装成和衣壳蛋白混合在一起后，可以重新组装成具有感染具有感染性性的病毒。的病毒。1963年，巴鲁克年，巴鲁克塞缪尔塞缪尔布隆伯格发现了布隆伯格发现了乙型肝炎病毒乙型肝炎病毒。19
8、65年，霍华德年，霍华德马丁马丁特明发现并描述了特明发现并描述了第一种逆转录病毒第一种逆转录病毒，逆转录，逆转录酶在酶在1970年由霍华德年由霍华德特明和戴维特明和戴维巴尔的摩分别独立鉴定出。巴尔的摩分别独立鉴定出。1983年，法国巴斯德研究院的吕克年，法国巴斯德研究院的吕克蒙塔尼和弗朗索瓦丝蒙塔尼和弗朗索瓦丝巴尔西诺西首次巴尔西诺西首次分离得到分离得到艾滋病毒（艾滋病毒（HIV），与发现了能够导致子宫颈癌的，与发现了能够导致子宫颈癌的人乳头状瘤人乳头状瘤病毒病毒的德国科学家哈拉尔德的德国科学家哈拉尔德楚尔楚尔豪森分享了豪森分享了2008年的诺贝尔生理学与医年的诺贝尔生理学与医学奖学奖。现在学
9、习的是第5页，共44页第二节、病毒的形态构造和化学成分第二节、病毒的形态构造和化学成分一、病毒的大小一、病毒的大小多数病毒直径在多数病毒直径在100nm(20200nm),较大的病毒直较大的病毒直径为径为nm，较小的病毒直径仅为，较小的病毒直径仅为nm。绝大多数病毒是能通过细菌滤器；绝大多数病毒是能通过细菌滤器；须用电镜才能观察到其具体形态和大小。须用电镜才能观察到其具体形态和大小。现在学习的是第6页，共44页二、形态二、形态现在学习的是第7页，共44页Sizes and Shapes of Viruses(Animal RNA Viruses)现在学习的是第8页，共44页Sizes and
10、Shapes of Viruses(Animal DNA Viruses)现在学习的是第9页，共44页Transmission Electron Micrograph of Herpes simplex Viruses现在学习的是第10页，共44页Tobacco mosaic virus(TMV)现在学习的是第11页，共44页三、构造三、构造capsid coreenvelopespikenucleocapsid 病毒粒子病毒粒子(virion)成熟的、结构完整的、具有侵染力的单个病毒，成熟的、结构完整的、具有侵染力的单个病毒，又称病毒颗粒又称病毒颗粒(virus particle)。Caps
11、omere or capsomer1 1、病毒粒子的基本结构、病毒粒子的基本结构现在学习的是第12页，共44页basic structure现在学习的是第13页，共44页Viral Structure(Enveloped Helical Virus)现在学习的是第14页，共44页Viral Structure(Enveloped Polyhedral Virus)现在学习的是第15页，共44页Transmission Electron Micrograph of HIV-1 Stained to Show Surface Glycoproteins现在学习的是第16页，共44页Transmis
12、sion Electron Micrograph of HIV-1现在学习的是第17页，共44页2 2、病毒的对称性、病毒的对称性三类典型形态的病毒：三类典型形态的病毒：二十面体对称的结构二十面体对称的结构(球状球状)螺旋对称的结构螺旋对称的结构(杆状杆状)复合对称的结构复合对称的结构(蝌蚪状蝌蚪状)大肠杆菌大肠杆菌T偶数噬菌体是由偶数噬菌体是由椭圆形的二十面椭圆形的二十面体头部体头部和和螺旋对称的尾部螺旋对称的尾部组合而成，是病毒组合而成，是病毒中复合对称的代表。中复合对称的代表。现在学习的是第18页，共44页二十面体对称病毒粒子二十面体对称病毒粒子现在学习的是第19页，共44页 螺旋对称的
13、病毒粒子螺旋对称的病毒粒子Tobacco Mosaic Virus现在学习的是第20页，共44页复合对称的病毒粒子复合对称的病毒粒子T4 Bacteriophage现在学习的是第21页，共44页有包膜的病毒粒子有包膜的病毒粒子现在学习的是第22页，共44页Transmission Electron Micrograph of HIV-1 Budding from a Host Cell现在学习的是第23页，共44页第三节第三节 病毒及其繁殖方式病毒及其繁殖方式一、原核生物病毒（噬菌体）一、原核生物病毒（噬菌体）二、植物病毒、人与脊椎动物病毒、昆虫病毒二、植物病毒、人与脊椎动物病毒、昆虫病毒三、
14、亚病毒三、亚病毒现在学习的是第24页，共44页一、原核生物病毒（噬菌体）一、原核生物病毒（噬菌体）噬菌体噬菌体(bacteriophage,phage)是感染细菌、真菌、是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称。放线菌或螺旋体等微生物的病毒的总称。温和噬菌体（温和噬菌体（temperate phrage）噬菌体感染细胞后，将噬菌体感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且可以随宿主上，并且可以随宿主DNA的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的的复制而进行同步复制，在一般情况下，不引起寄主细胞裂解的噬菌体。噬菌体。烈性噬菌体
15、（烈性噬菌体（virulent phage）感染细胞后感染细胞后,能在寄主细能在寄主细胞内增殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。胞内增殖，产生大量子代噬菌体并引起细菌裂解的噬菌体。现在学习的是第25页，共44页噬菌体具有病毒的一些特性（个体微小）。噬菌体具有病毒的一些特性（个体微小）。噬菌体基因组含有许多个基因，但所有已知的噬菌体基因组含有许多个基因，但所有已知的噬菌体都是细菌细胞中噬菌体都是细菌细胞中利用细菌利用细菌的核糖体、蛋的核糖体、蛋白质合成时所需的各种因子、各种氨基酸和能白质合成时所需的各种因子、各种氨基酸和能量产生系统来实现其自身的生长和增殖。量产生系统来实现其自身的生长
16、和增殖。一旦一旦离开了宿主细胞，噬菌体不能生长和复制离开了宿主细胞，噬菌体不能生长和复制。噬菌体分布极广，凡是有细菌的场所，就可能噬菌体分布极广，凡是有细菌的场所，就可能有相应噬菌体的存在。有相应噬菌体的存在。现在学习的是第26页，共44页1、噬菌体的形态、噬菌体的形态T-系噬菌体系噬菌体T-系噬菌体是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，系噬菌体是研究的最广泛而又深入的细菌噬菌体，按发现的先后顺序进行从按发现的先后顺序进行从T1T7编号，后来发现其中偶数者的形编号，后来发现其中偶数者的形态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称态都相同（蝌蚪形收缩性长尾），故统称T偶数噬菌体偶数噬菌体。现在学习的是第
17、27页，共44页T偶数噬菌体的形态构造偶数噬菌体的形态构造 由于绝大多数噬菌体为蝌蚪形，现以由于绝大多数噬菌体为蝌蚪形，现以E.coli T4为例，介绍蝌蚪形噬为例，介绍蝌蚪形噬菌体的结构：菌体的结构：大肠杆菌大肠杆菌T4T4噬菌体构造噬菌体构造现在学习的是第28页，共44页2 2、烈性噬菌体的繁殖、烈性噬菌体的繁殖The lytic life cycle consists of the following steps:AdsorptionPenetrationReplicationMaturation Release现在学习的是第29页，共44页The Lytic Life Cycle of
18、 Lytic BacteriophagesThe bacteriophage binds to receptors on the bacterial cell wall.The bacteriophage injects its genome into the bacteriums cytoplasm Fig.2:Penetration Fig.1:Adsorption 现在学习的是第30页，共44页The bacteriophage genome replicates and bacteriophage components begin to be produced by way of th
19、e host bacteriums metabolic machinery.The production of bacteriophage components and enzymes progresses.Fig.4:Late Replication Fig.3:Early Replication 现在学习的是第31页，共44页The bacteriophage components assemble.A bacteriophage-coded enzyme breaks down the peptidoglycan in the bacterial cell wall causing os
20、motic lysis.Fig.6:Release Fig.5:Maturation 现在学习的是第32页，共44页3 3、噬菌体的效价测定、噬菌体的效价测定效效价价（titre,titer）表表示示每每毫毫升升试试样样中中所所含含有有的的具具侵侵染染性性的的噬噬菌菌体体粒粒子子数数，又又称称噬噬菌菌斑斑形形成成单单位位数数（plaque-forming unit,pfu）或或感感染染中中心心数（数（infective centre）。）。测测定定效效价价常常用用且且较较精精确确的的方方法法称称为为双双层层平平板板法法（two layer plating method）。）。现在学习的是第33
21、页，共44页4、测定噬菌体生长的方法、测定噬菌体生长的方法高浓度敏感细菌高浓度敏感细菌 适量噬菌体适量噬菌体相混合一定时间相混合一定时间(5min)除去游离噬菌体除去游离噬菌体进行高倍稀释进行高倍稀释培养培养定时取样测定噬菌体数定时取样测定噬菌体数抗血清抗血清现在学习的是第34页，共44页一步生长曲线一步生长曲线现在学习的是第35页，共44页5 5、温和噬菌体的繁殖、温和噬菌体的繁殖温和噬菌体温和噬菌体(temperate phage)：吸附并侵入细胞后，噬菌：吸附并侵入细胞后，噬菌体的体的DNA整合整合在宿主的染色体组上，并可长期随宿主在宿主的染色体组上，并可长期随宿主DNA的复的复制而制而
22、同步复制同步复制，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细，因而在一般情况下不进行增殖和引起宿主细胞裂解的噬菌体胞裂解的噬菌体,如如E.coli的的 、P1、P2，Salmonella typhimurium的的P22等。等。前噬菌体前噬菌体(prophage)：处于整合态的噬菌体核酸。：处于整合态的噬菌体核酸。温和噬菌体的特点：其核酸的类型都是温和噬菌体的特点：其核酸的类型都是dsDNA；具有整合能；具有整合能力；具有同步复制能力。力；具有同步复制能力。温和噬菌体的三种存在形式：游离态、整合态、营养态温和噬菌体的三种存在形式：游离态、整合态、营养态现在学习的是第36页，共44页温和噬菌体在细菌
23、染色体上的整合位置：温和噬菌体在细菌染色体上的整合位置：就目前所知，所有温和噬菌体的核酸都是双链就目前所知，所有温和噬菌体的核酸都是双链DNA。按。按照温和噬菌体照温和噬菌体DNA与细菌与细菌DNA结合部位的不同，又可将其分结合部位的不同，又可将其分成两类：成两类：只有一个特定结合部位的温和噬菌体：只有一个特定结合部位的温和噬菌体：大肠杆菌的大肠杆菌的 噬菌体噬菌体 具有多个或不定部位的温和噬菌体：具有多个或不定部位的温和噬菌体：大肠杆菌的大肠杆菌的P1噬菌体、噬菌体、鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌 P22 噬菌体噬菌体 现在学习的是第37页，共44页溶源性溶源性(lysogeny)：温和噬菌体
24、侵染敏感细菌后：温和噬菌体侵染敏感细菌后不裂解它们，而与细菌共存的特性。不裂解它们，而与细菌共存的特性。溶源性细菌溶源性细菌(lysogen或或lysogenic bacteria)：在核：在核染色体组上整合有前噬菌体并能正常生长繁殖染色体组上整合有前噬菌体并能正常生长繁殖而不被裂解的微生物。而不被裂解的微生物。在自然界中，各种细菌、放线菌等都有溶源菌在自然界中，各种细菌、放线菌等都有溶源菌存在，例如溶源性菌株存在，例如溶源性菌株E.coli K12()就表示一就表示一株带有株带有 前噬菌体的大肠杆菌前噬菌体的大肠杆菌K12溶原菌株。溶原菌株。现在学习的是第38页，共44页 Adsorptio
25、n Penetration Prophage Formation Maintaining the Prophage during the Lysogenic Life CycleReplication Maturation Release But,following spontaneous induction,The bacterium inserts its genome into the bacteriums nucleoid to become a prophage.As the bacterium replicates,the prophage replicates as a part
26、 of the bacteriums nucleoid.现在学习的是第39页，共44页烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较烈性噬菌体与温和噬菌体的生活史比较吸吸附附侵侵入入增增殖殖成成熟熟裂裂解解整整合合同同步步复复制制自自发发或或诱诱导导多次循环多次循环裂解性循环裂解性循环溶原性循环溶原性循环现在学习的是第40页，共44页溶源菌的特性：溶源菌的特性：可稳定遗传可稳定遗传自发裂解和诱发裂解自发裂解和诱发裂解具有抗同原噬菌体感染的具有抗同原噬菌体感染的“免疫性免疫性”溶源性细菌的复愈溶源性细菌的复愈获得新的生理特性获得新的生理特性局限性转导局限性转导现在学习的是第41页，共44页溶源性菌株的检验：
27、溶源性菌株的检验：在合适的培养基中培养待测菌样在合适的培养基中培养待测菌样在对数期进行紫外线照射，诱导原噬菌体复制在对数期进行紫外线照射，诱导原噬菌体复制进一步培养进一步培养过滤培养物，去处活菌体过滤培养物，去处活菌体滤液与指示菌混合、倒平板滤液与指示菌混合、倒平板 （或将滤液加到敏感性指示菌的液体培养物中）（或将滤液加到敏感性指示菌的液体培养物中）观察是否有观察是否有噬菌斑噬菌斑出现（或使菌液变清）。出现（或使菌液变清）。现在学习的是第42页，共44页6 6、发酵工业中的噬菌体防治、发酵工业中的噬菌体防治 发酵工业如抗生素、味精、有机溶剂和酿酒发酵经常会遭发酵工业如抗生素、味精、有机溶剂和酿
28、酒发酵经常会遭受噬菌体污染。受噬菌体污染。异常现象：异常现象：碳源和氮源的消耗减慢，发酵周期延长碳源和氮源的消耗减慢，发酵周期延长pHpH值异常变化值异常变化泡沫骤增，发酵液色泽和稠度改变泡沫骤增，发酵液色泽和稠度改变出现异常臭味出现异常臭味菌体裂解和减少，引起光密度降低和产物锐减菌体裂解和减少，引起光密度降低和产物锐减现在学习的是第43页，共44页污染原因：污染原因：发酵菌种本身是溶源性的；发酵菌种本身是溶源性的；好氧发酵的空气过滤系统失效或发酵环境中存在好氧发酵的空气过滤系统失效或发酵环境中存在大量的噬菌体等原因也很容易加剧噬菌体污染。大量的噬菌体等原因也很容易加剧噬菌体污染。现在学习的是第44页，共44页