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1、第 四 章 非细胞型微生物的形态与分类Dr.Shengyuan YangProduced by2023/5/17 Yang SY,Ph.D.非细胞生物真病毒：至少含核酸和蛋白质两种组分亚病毒类病毒：只含具侵染性的RNA组分卫星RNA：只含有不具侵染性的RNA组分朊病毒：只含蛋白质2008-02-16 Yang SY Ph.D第一节 病 毒第二节 亚 病 毒2008-02-16 Yang SY Ph.D第一节 病 毒一、病毒定义二、病毒的形态构造和化学成分三、病毒的繁殖方式2008-02-16 Yang SY Ph.D一、病毒定义：体积小，结构简单，只有一种类型的核酸，只能在活的、敏感细胞内以复
2、制方式增殖的非细胞型微生物。2008-02-16 Yang SY Ph.Dv 无细胞结构；v 没有酶或酶系统极不完全，不能进行代谢 活动，只能在活细胞内寄生；v 一种病毒的毒粒内只含有一种核酸，DNA 或者RNA。v 个体极小，能通过细菌滤器；v对抗生素不敏感，对干扰素敏感。（朊病毒甚至仅由蛋白质构成）特点最大的病毒牛痘苗病毒（200nm）最小的病毒脊髓灰质炎病毒（28nm）2008-02-16 Yang SY Ph.D2008-02-16 Yang SY Ph.D二、病毒的形态构造和化学成分（一）病毒的大小（二）病毒的形态（三）典型病毒粒的构造（四）病毒粒的对称体制（五）病毒的核酸（六）病毒
3、的群体形态2008-02-16 Yang SY Ph.D（一）病毒的大小个体小，必需在电镜下观察；不同病毒的毒粒大小差别很大；一般为100nm左右；测量单位为纳米（nm,为1/1000 m）2008-02-16 Yang SY Ph.D（二）病毒的形态病毒粒或病毒体（virion），有时也称病毒颗粒或病毒粒子（virus particle）：专指成熟的、结构完整的和有感染性的单个病毒。2008-02-16 Yang SY Ph.D球形颗粒(或称拟球形颗粒)杆状颗粒复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）毒粒的形状2008-02-16 Yang SY Ph.D天花病毒（左：病毒体，右：截面图）2008-0
4、2-16 Yang SY Ph.D流感病毒（左：病毒体，右：结构图）2008-02-16 Yang SY Ph.D 艾滋病病毒（左：病毒体，右：结构图）2008-02-16 Yang SY Ph.D新的爱滋病病毒HIV-2 2008-02-16 Yang SY Ph.DHuman Coronavirus-SARS2008-02-16 Yang SY Ph.DHerpes simplex Viruses(单纯疱疹病毒)2008-02-16 Yang SY Ph.D噬菌体(phage)2008-02-16 Yang SY Ph.D线状病毒2008-02-16 Yang SY Ph.D衣壳（蛋白质外
5、壳）：由衣壳粒组成核心（核酸）DNA：DNA病毒(如天花病毒、腺病毒等)RNA：RNA病毒(如HIV、脊髓灰质炎病毒等)只含有其中一种核酸核衣壳（三）典型病毒粒的构造典型病毒粒的构造有些复杂的病毒在衣壳的外面包裹着一层由脂类和多糖组成的包膜。有的包膜上还长有刺突。病毒的基本结构2008-02-16 Yang SY Ph.D对称体制螺旋对称二十面体对称复合对称有包膜无包膜杆状：烟草花叶病毒（TMV）等丝状：大肠杆菌的f1、fd、M13噬菌体等卷曲状：正粘病毒（流感病毒）等弹状：狂犬病毒，水泡性口膜炎病毒等无包膜有包膜：疱疹病毒大型：腺病毒等小型：脊髓灰质炎病毒，X174噬菌体等无包膜：大肠杆菌的
6、T偶数噬菌体（蝌蚪状）等有包膜：痘病毒（砖块状）（四）病毒粒的对称体制病毒粒的对称体制病毒衣壳的衣壳粒排列具有高度对称性。2008-02-16 Yang SY Ph.D衣壳粒有规律地沿着中心轴（核酸）呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构。1、螺旋状对称型：烟草花叶病毒（TMV）2008-02-16 Yang SY Ph.D腺病毒的衣壳是典型的二十面体对称。2、二十面体对称型：腺病毒2008-02-16 Yang SY Ph.D T4由头部（核心是双链线状DNA）、颈部和尾部三个部分构成。头部呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。3、复合对称型：偶数噬菌体2008-02-16 Yang SY
7、Ph.D（五）病毒的核酸v 核酸是病毒的遗传物质（基因组）；具有遗传信息的载体和传递体的作用。v一种病毒的毒粒只含有一种核酸：DNA或RNA；病毒核酸单链DNA（ss DNA）双链DNA（ds DNA）单链RNA（ss RNA）双链RNA（ds RNA）2008-02-16 Yang SY Ph.D 病毒粒大量聚集并使动植物宿主细胞发生病变时，就形成了具有一定形态、构造并能用光镜加以观察和识别的特殊“群体”，称之为包涵体（inclusion body）。1、包涵体（inclusion body）（六）病毒的群体形态病毒的群体形态2008-02-16 Yang SY Ph.D狂犬病病毒包涵体（内
8、基小体）2008-02-16 Yang SY Ph.D巨细胞病毒包涵体2008-02-16 Yang SY Ph.D2、噬菌斑（plaque）将少量的噬菌体与大量的宿主细胞的混合液与琼脂培养基在培养皿中充分混匀，培养后肉眼可见一个个透亮不长菌的小圆斑，即为噬菌斑。2008-02-16 Yang SY Ph.D3、空斑（plaque）病毒在宿主单层细胞培养物上形成一个与噬菌斑类似的肉眼可见的局部病损区域，称之为蚀斑或称空斑。2008-02-16 Yang SY Ph.D病毒在植物叶片上形成的局部坏死斑，称之为枯斑（lesion，病斑）。4、枯斑（lesion）2008-02-16 Yang SY
9、 Ph.D2008-02-16 Yang SY Ph.D苹果花叶病 2008-02-16 Yang SY Ph.D三、病毒的繁殖方式毒粒 宿主细胞具有感染性的毒粒消失,有繁殖性的病毒基因组病毒基因组复制、表达病毒核酸和蛋白质装配形成具有感染性的毒粒释放至细胞外原料；能量；生物合成场所；2008-02-16 Yang SY Ph.D（一）、噬菌体的繁殖方式 以原核生物的病毒 噬菌体为例基本形态为蝌蚪形、球形、和丝状三种。2008-02-16 Yang SY Ph.D头部：廿面体对称结构，由蛋白质衣壳构成，内含一条DNA。颈部：薄盘状，附颈须。尾鞘：衣壳粒螺旋对称；可伸缩 尾髓:中空，DNA可由此
10、进入细胞。基板:六角形盘状物，其上有刺突、尾丝。刺突:有吸附功能。尾丝:有识别吸附功能。大肠杆菌T4噬菌体构造蝌蚪形噬菌体的构造（以大肠杆菌T4噬菌体为例）2008-02-16 Yang SY Ph.D噬菌体的繁殖一般分为5个阶段，即吸附 侵入 增殖（复制与生物合成）成熟（装配）裂解（释放）2008-02-16 Yang SY Ph.D2008-02-16 Yang SY Ph.D烈性噬菌体（virulent phage）：l凡在短时间内能连续完成以上5个阶段而实现其繁殖的噬菌体。l感染细胞后，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。温和噬菌体（temperate pha
11、ge）：l进入菌体后并不进行增殖或引起溶菌的噬菌体。l感染细胞后，将其核酸整合（插入）到宿主的核DNA上，并且随宿主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噬菌体。2008-02-16 Yang SY Ph.D 温和噬菌体2008-02-16 Yang SY Ph.D 烈性噬菌体所经历的繁殖过程，称为裂解性周期（lytic cycle）或增殖性周期（productive cycle）。2008-02-16 Yang SY Ph.D1、吸附（adsorption）尾丝尖端与宿主细胞表面的特异性受体接触，可触发尾丝散开，附着在受体上，随之把刺突、基板固定。2008-02-16
12、Yang SY Ph.D分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体2008-02-16 Yang SY Ph.D2008-02-16 Yang SY Ph.D 侵入又称病毒内化，它是一个病毒吸附后几乎立即发生，依赖于能量的感染步骤。2、侵入（penetration）不同的病毒宿主系统的病毒侵入机制不同2008-02-16 Yang SY Ph.D噬菌体：采用注射方式将噬菌体核酸注入细胞2008-02-16 Yang SY Ph.D 噬菌体尾部的酶水解细胞壁的肽聚糖，使细胞壁产生小孔；尾鞘收缩，核酸通过中空的尾管压入胞内，蛋白质外壳留在胞外。DNA注入2008-02-16 Yang SY Ph.D病
13、毒基因组的表达与复制存在着强烈的时序性病毒基因组进入胞内 宿主细胞的代谢发生改变 病毒利用宿主的生物合成机构和场所，使病毒核酸表达和复制，产生大量的病毒蛋白质和核酸。3、增殖（replication）2008-02-16 Yang SY Ph.D早期（early,immediate early）转录与转译出早期蛋白，即只能转录噬菌体的次早期mRNA聚合酶。次早期（delayed early）转录与转译出次早期蛋白，如裂解宿主DNA的DNA酶，复制噬菌体的DNA聚合酶等。晚期（late）转录与转译出晚期蛋白，包括噬菌体的头部蛋白、尾部蛋白、各种装配蛋白、溶菌酶等。2008-02-16 Yang
14、SY Ph.D早期（early,immediate early）次早期（delayed early）晚期（late）2008-02-16 Yang SY Ph.D 新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒的过程称为成熟（maturation），亦称做病毒的装配。4、成熟（maturation）2008-02-16 Yang SY Ph.DDNA分子的缩合通过衣壳包裹DNA而形成头部尾丝和尾部的其他部件独立装配完成头部与尾部相结合最后装上尾丝主要步骤有：2008-02-16 Yang SY Ph.D 噬菌体增殖、成熟过程2008-02-16 Yang SY Ph.D5、裂解（lysis）当宿主细
15、胞内的大量子代噬菌体已成熟后，由于水解细胞膜的脂肪酶和水解细胞壁的溶菌酶的作用，从细胞内部促进了细胞的裂解，从而实现了噬菌体的释放。2008-02-16 Yang SY Ph.D2008-02-16 Yang SY Ph.D2008-02-16 Yang SY Ph.D效价：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（pfu）或感染中心数。测定的方法双层平板法 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。前者是计有感染力的噬菌体粒子，后者是计噬菌体的总数。（二）、噬菌体效价的测定2008-02-16 Yang SY Ph.D双层平板法底层平板（2琼脂培养基10m
16、L）上层平板上层培养基（1琼脂培养基5mL）宿主菌悬液（对数期菌液0.2mL）噬菌体试样（合适稀释液0.1mL）混匀3710余h计数噬菌斑2008-02-16 Yang SY Ph.D 定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称作一步生长曲线或一级生长曲线。潜伏期（latentphase）裂解期（risephase）裂解量（burstsize）（三）、一步生长曲线（one step growth curve）一步生长曲线可分为三个时期：2008-02-16 Yang SY Ph.D 指噬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。（1）潜伏期（latent phase）整段潜伏期
17、中没有一个成熟的噬菌体粒子从细胞中释放出来2008-02-16 Yang SY Ph.D潜伏期又可分两段：隐晦期（eclipse phase）指在潜伏期前期人为地（用氯仿）裂解细胞，裂解液仍无侵染性的一段时间。细胞内正处于复制噬菌体核酸和合成其蛋白质衣壳的阶段2008-02-16 Yang SY Ph.D胞内累积期（intracellular accumulation phase）又称潜伏后期，在隐晦期后，如人为地裂解细胞，其裂解液出现侵染性的一段时间。噬菌体开始装配的时期，在电镜下可观察到已初步装配好的噬菌体粒子。2008-02-16 Yang SY Ph.D（2）裂解期（rise phas
18、e）紧接在潜伏期后的一段宿主细胞迅速裂解、溶液中噬菌体粒子急剧增多的一段时间。（3）平稳期（plateau）指感染后的宿主已全部裂解，溶液中噬菌体效价达到最高点后的时期。2008-02-16 Yang SY Ph.D 温和噬菌体侵入相应宿主细胞后，由于前者的基因组整合到后者的基因组上，并随后者的复制而进行同步复制，因此，这种温和噬菌体的侵入并不引起宿主细胞裂解，此即称溶源性或溶源现象。（四）、溶源性（lysogeny）2008-02-16 Yang SY Ph.D 凡吸附并侵入细胞后，噬菌体的DNA只整合在宿主的核染色体组上，并可长期随宿主DNA的复制而进行同步复制，因而在一般情况下不进行增殖
19、和引起宿主细胞裂解的噬菌体，称温和噬菌体（temperate phage）或溶源噬菌体（lysogenic phage）。（1）溶源噬菌体（lysogenic phage）2008-02-16 Yang SY Ph.D 当温和噬菌体侵入其敏感宿主的细胞后，前者的核酸可整合到后者的核基因组（genome，即核染色体）上，这种处于整合态的噬菌体核酸，称作前噬菌体或原噬菌体（prophage）。（2）前噬菌体（prophage）2008-02-16 Yang SY Ph.D游离态指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子；整合态指已整合在宿主基因组上的前噬菌体（prophage）状态；营养态指前噬菌体
20、经外界理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制、合成和装配的状态。（3）温和噬菌体的三种存在形式2008-02-16 Yang SY Ph.D温和噬菌体的宿主就称溶源菌（lysogen或lysogenic bacteria）。溶源菌是一类能与温和噬菌体长期共存，一般不会出现有害影响的宿主细胞。（4）溶源菌（lysogen或lysogenic bacteria）2008-02-16 Yang SY Ph.D噬菌体的的溶源性反应通过特定位点整合（切离）细菌染色体2008-02-16 Yang SY Ph.D外界因素如紫外线可导致噬菌体进入裂解循环。诱发裂解是检查是否存在溶原性细菌的有效方法2
21、008-02-16 Yang SY Ph.D（5）溶源菌的识别少量溶源菌与大量的敏感性指示菌相混合与琼脂培养基混匀后倒一个平板，经培养后溶源菌就一一长成菌落。遇溶源菌裂解后所释放的温和噬菌体会发生裂解循环形成了一个个中央有溶源菌的小菌落，四周有透明圈围着的这种独特噬菌斑。2008-02-16 Yang SY Ph.D2008-02-16 Yang SY Ph.D（1）理论研究中的理想材料 遗传学研究中很多基本理论问题的研究都是用噬菌体做工具或材料；基因工程中作载体。（五）、噬菌体的应用2008-02-16 Yang SY Ph.D当发酵液受噬菌体严重污染时，会出现：发酵周期明显延长；碳源消耗缓
22、慢；发酵液变清，镜检时，有大量异常菌体出现；发酵产物的形成缓慢或根本不形成；用敏感菌作平板检查时，出现大量噬菌斑；用电子显微镜观察时，可见到有无数噬菌体粒子存在。（2）噬菌体对发酵工业的危害很大轻则延长发酵周期、影响产品的产量和质量，重则引起倒罐甚至使工厂被迫停产2008-02-16 Yang SY Ph.D要防治噬菌体的危害，必须确立“防重于治”的观念。预防噬菌体污染的措施主要有：（1）决不使用可疑菌种（2）严格保持环境卫生（3）决不丢弃和排放有生产菌种的菌液（4）注意通气质量（5）加强发酵罐和管道灭菌（6）不断筛选抗噬菌体菌种，并经常轮换生产菌种（7）严格执行会客制度2008-02-16
23、Yang SY Ph.D发现噬菌体污染时，要及时采取合理措施尽快提取产品使用药物抑制 某些金属螯合剂（如草酸盐、柠檬酸铵）可抑制噬菌体的吸附和侵入；金霉素、四环素或氯霉素等抗生素或“吐温60”、“吐温20”或聚氧乙烯烷基醚等表面活性剂均可抑制噬菌体的增殖或吸附；及时改用抗噬菌体生产菌株2008-02-16 Yang SY Ph.D第二节 亚 病 毒2008-02-16 Yang SY Ph.D 凡在核酸和蛋白质两种成分中，只含其中一种的分子病原体，称为亚病毒（subvirus），包括类病毒、拟病毒和朊病毒 3 类。2008-02-16 Yang SY Ph.D一、类病毒（Viroid）类病毒（
24、viroid）是一类只含RNA一种成分、专性寄生在活细胞内的分子病原体。目前只在植物体中发现，所含核酸为裸露的环状ssRNA，其二级结构象一段末端封闭的短dsRNA分子。2008-02-16 Yang SY Ph.D 拟病毒（virusoids）又称类类病毒（viroid-like）、壳内类病毒或病毒卫星（satellite），是指一类包裹在真病毒粒中的有缺陷的类病毒。拟病毒极其微小，一般仅由裸露的RNA（300400个核苷酸）或DNA所组成。二、拟病毒（Virusoid）2008-02-16 Yang SY Ph.D 被拟病毒“寄生”的真病毒又称辅助病毒（helper virus），拟病毒则
25、成了它的“卫星”。拟病毒的复制必须依赖辅助病毒的协助，同时，拟病毒也可干扰辅助病毒的复制和减轻其对宿主的病害，这可用于生物防治中。2008-02-16 Yang SY Ph.D三、朊病毒（Prion）朊病毒（prion，virino）又称“普列昂”或蛋白质侵染因子（prion，是protein infection的缩写），是一类不含核酸的传染性蛋白质分子，因能引起宿主体内现成同类蛋白质分子发生与其相似构象变化，从而可使宿主致病。朊病毒是一类小型蛋白质颗粒，约由250个氨基酸组成，大小仅为最小病毒的1，而且毒性很强。2008-02-16 Yang SY Ph.Dhot 朊病毒由美国学者S.B.P
26、rusiner于1982年研究羊骚痒病时发现的。由于其意义重大，故他于1997年获得了诺贝尔奖。至今已发现与哺乳动物脑部相关的10余种疾病都是由朊病毒所引起的。2008-02-16 Yang SY Ph.D这类疾病的共同特征是潜伏期长，对中枢神经的功能有严重影响。2008-02-16 Yang SY Ph.D 朊病毒的发病机制正常的蛋白质：PrP c异常的蛋白质：PrP sc 存在于宿主细胞内的一些正常形式的细胞朊蛋白（PrPc）受到致病朊蛋白（PrPsc）的影响而发生相应的构象变化，发生了错误的折叠后变成了PrPsc，从而使宿主致病。PrPc和PrPsc均来源于宿主中同一编码基因，并具有相同
27、的氨基酸序列，所不同的是二者空间三维结构。2008-02-16 Yang SY Ph.DPrion的结构模型，左PrPc，右PrPSc 2008-02-16 Yang SY Ph.D 朊病毒的增殖方式有两种，即重折叠模型(refolding model)晶种模型(Seeding model)。2008-02-16 Yang SY Ph.D1、重折叠模型：PrPSc分子起分子伴侣(molecular chaperone)作用，能与PrPc分子相结合，诱使PrPc转变成PrPSc，从而形成PrPSc二聚体，于是一个PrPSc分子变成了2个PrPSc分子，如此倍增。2008-02-16 Yang SY Ph.D对 PrP c 和PrP sc 两种蛋白质做结构分析。都是由相同的208 个氨基酸残基组成的疏水性很强糖蛋白。2008-02-16 Yang SY Ph.D2、晶种模型：PrPc分子本身有向PrPSc转变的倾向(一种平衡反应)，PrPSc能像晶种一样，稳定PrPSc的构象，形成淀粉样蛋白沉淀，然后碎裂后又变成新的晶种。2008-02-16 Yang SY Ph.D2008-02-16 Yang SY Ph.D