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1、病毒分子生物学,目 录,病毒分子生物学研究的内容DNA病毒的分子生物学RNA病毒的分子生物学,一、病毒分子生物学研究的内容,1.1 病毒基因组的结构,不同类型的病毒，其基因组有很大差异。在核酸类型上，有DNA病毒(如腺病毒)，有RNA病毒(如HIV病毒)，但对每一种病毒来说，它只能含有一种核酸。从核酸结构上看，有的是单链核酸，有的是双链核酸，有的是线状，有的是环状。相对于能独立生活的微生物来说，病毒的基因组非常简单。完整的病毒颗粒包括外壳蛋白和内部的基因组DNA或RNA。外壳蛋白（或被膜）的功能是识别和侵袭特定的宿主细胞并保护病毒基因组不受核酸酶的破坏。,1.2 病毒基因组的复制和表达调控,病
2、毒不能独立地复制，必需进入宿主细胞中借助细胞内的一些酶类和细胞器才能使病毒得以复制。病毒基因的表达包括转录和翻译两个过程。正链RNA病毒的基因组除了作为模板复制出子代RNA之外，还有mRNA的作用。作为翻译的模板，一般先翻译出单一的大分子肽链，然后再由蛋白酶降解为不同功能的结构蛋白等。负链RNA病毒的基因组无mRNA的功能，必须由复制出的互补RNA(cRNA)来发挥mRNA的作用。,1.3 病毒对宿主细胞的影响,病毒只能在活细胞中存活，因此，病毒与宿主细胞之间有着十分密切的关系。病毒利用宿主细胞的细胞器、能量和酶等进行自身的复制，并通过宿主细胞的蛋白表达系统来表达自身所需的蛋白质，这些过程都将
3、会对宿主细胞的形态和功能产生重大的影响。病毒对宿主细胞的影响主要体现在病毒对宿主细胞形态和结构的影响以及病毒对宿主细胞功能的影响两个方面。,1.4 病毒与肿瘤发生,人类和动物肿瘤的形成除了与遗传和环境因素相关外，某些DNA和RNA病毒也可以通过不同的机制诱发恶性肿瘤。有些病毒直接作用于细胞的基因组，使细胞增殖，最终导致肿瘤形成；有些病毒则通过抑制机体的免疫系统，诱导细胞恶性转变，形成肿瘤。有些病毒常伴随一些特定肿瘤的发生，但它们与肿瘤的关系还未得到确认.例如在艾滋病病人中引发的Kaposis肉瘤。总之，大约15%的恶性肿瘤与病毒有关，因此研究肿瘤的病毒病因具有十分重要的意义。,Kaposis肉
4、瘤肉瘤（KS）又称多发性特发性出血性肉瘤，临床特点：以皮肤特发性，多发性，色素性肉瘤，在四肢多发的大小不同的结节。可分为四型：慢性或经典型；非洲地方型；医源性免疫抑制型；艾滋病相关型。目前认为新型人类疱疹病毒（HHV-8）可能是所有亚型的诱导因素。,1.5 病毒基因工程疫苗与病毒载体,基因工程疫苗是指用基因工程的方法，表达病原微生物的一段基因序列，将表达产物(多数是无毒性、无感染能力，但具有较强的免疫原性)用作疫苗，例如正在使用的大多数乙型肝炎疫苗就是基因工程疫苗。常见的基因工程疫苗包括亚基疫苗和肽疫苗两类。以流感疫苗为例，其途径就是把病毒的免疫原蛋白(HA抗原、NA抗原)的mRNA提取出来，
5、再制备cDNA，克隆到大肠杆菌中，高效表达该抗原。由于基因工程疫苗具有安全性好、产量高、成本低，以及良好的免疫原性，它必将成为传统疫苗的有效替代疫苗。,二、DNA病毒的分子生物学,DNA病毒：是生物病毒的一种，属于一级。繁殖：是专性活细胞内寄生物。它不可单独进行繁殖，必须在活细胞内才可。繁殖方式：复制。繁殖过程：吸附(病毒粒子借衣壳上的受体与宿主细胞“粘附”在一起，否则，病毒粒子将不能侵入宿主细胞)。注入遗传物质，接着就是利用寄主细胞的营养进行DNA的复制和蛋白质的翻译，然后就是装配，最后就释放。DNA病毒很少，目前知道的有腺病毒，乙肝病毒，T2噬菌体，天花病毒，花椰菜花叶病毒等。,1、腺病毒
6、,1953年，Rowe等人从外科手术摘除的儿童腺体中分离到一种致病因子，可以使培养的细胞发生慢性进行性病变，称之为腺体退化因子，后来证明这种致病因子是病毒，1956年，Enders等建议命名为腺病毒。腺病毒分布十分广泛，从各种胎生哺乳动物、鸟类和两栖类动物中都已分离到。腺病毒能引起呼吸系统，消化系统，泌尿系统等多个系统的感染。腺病毒感染细胞后可关闭宿主细胞某些基因的表达，大量合成病毒蛋白质，致使细胞的功能失常。患者和隐性感染者是腺病毒感染的主要传染源，主要通过呼吸道飞沫近距离传播，在相对密闭，通风不畅的场所容易发生传播。,腺病毒的毒粒结构,腺病毒是一种没有包膜的直径为7090nm的颗粒，由25
7、2个壳粒呈二十面体排列构成。每个壳粒的直径为79nm。衣壳里是线状双链DNA分子，约含4.7kb，两端各有长约100bp的反向重复序列。由于每条DNA链的5端同相对分子质量为55X103 Da的蛋白质分子共价结合，可以出现双链DNA的环状结构。,腺病毒的侵染过程,腺病毒,感染宿主细胞,受体,纤毛,(细胞中的)溶酶体,病毒蛋白,复制,转录,翻译,非整合,腺病毒与肿瘤,至今尚未发现腺病毒感染与任何人类肿瘤的关系。但许多的人类腺病毒却可以使啮齿动物的培养细胞发生转化或使这些动物产生肿瘤。,图示：腺病毒治疗脑肿瘤,d24-RGD病毒注入,肿瘤细胞,d24-RGD病毒通过宿主细胞复制,细胞溶菌作用,d2
8、4-RGD的释放及其他肿瘤细胞的感染,d24-RGD的裂解和进一步释放,腺病毒作为基因治疗的载体,腺病毒用作基因治疗载体和疫苗研制有着广阔的前景。腺病毒基因组的E1区和E3区可以作为外源基因的插入区。E1区缺失的腺病毒可克隆约4.7 kb的外源DNA，而E3区缺失的腺病毒可以克隆约8 kb的外源DNA，一些特定的腺病毒株已被用于人类疫苗的研制。腺病毒作为基因治疗载体有着以下几方面的优点：(1)腺病毒基因组研究的比较清楚，便于进行遗传操作。(2)其感染一般不引起明显的症状，与宿主染色体整合的机率很低，作为基因治疗的载体比较安全。(3)可以感染不同类型细胞，易于进行体外培养，病毒感染细胞滴度高，可
9、在细胞内有效复制。(4)腺病毒感染细胞后可以高水平的表达蛋白，在感染后期，宿主基因表达被关闭，易于高水平表达外源基因。,腺病毒基因组为线形双链DNA，人类腺病毒基因组包括早期基因 E1A、E1B、E2A、E2B、E3和 E4以及晚期基因L1、L2、L3、L4 和 L5。,2、乙型肝炎病毒,乙型肝炎病毒简称乙肝病毒。是一种DNA病毒，属于嗜肝DNA病毒科（hepadnaviridae），基因组长约3.2kb，为部分双链环状DNA。根据目前所知，HBV就只对人和猩猩有易感性，引发乙型病毒性肝炎疾病。完整的乙肝病毒成颗粒状，也会被称为丹娜颗粒（Dane）。1965年由丹娜发现，直径为42纳米，颗粒分
10、为外壳和核心两部分。乙型肝炎病毒(HBV)的抵抗力较强，但6510小时、煮沸10 分钟或高压蒸气均可灭活HBV。含氯制剂、环氧乙烷、戊二醛、过氧乙酸和碘伏等也有较好的灭活效果。,乙型肝炎病毒的结构图,完整的HBV颗粒，直径42 nm，由包膜和核心组成。包膜是HBV最外边的部分，由表面抗原、糖蛋白和细胞脂质构成。核心部分由核心蛋白（HBcAg）构成的二十面体核衣壳包裹环状双股DNA、DNA聚合酶（DNAP)构成，是病毒复制的主体。,乙型肝炎病毒的侵染过程,不同大小的表面蛋白,表面抗原,核心抗原,乙型肝炎E抗原,乙型肝炎病毒的六大症状,1、乙肝的全身症状主要表现为体力不支，疲劳，没精神。2、乙肝患
11、者的消化道症状主要表现为食欲不振，厌油，恶心，腹胀，上腹部不适等症状。3、乙肝的黄疸(dn)症状。4、乙肝的疼痛症状主要表现为肝区疼痛。5、乙肝患者会出现肝脾肿大的症状。6、乙肝的肝外表现，主要表现为肝硬化患者面色晦暗，出现肝病面容，还会出现蜘蛛痣或肝掌以及内分泌失调等症状。,乙型肝炎病毒的传播途径,NO,小视频,3、T2噬菌体,噬菌体的一个品系，属于T系噬菌体。这是一类专门寄生在细菌体内的病毒，具有蝌蚪状外形，头部呈正20面体，外壳由蛋白质构成，头部包裹DNA作为遗传物质。仅蛋白质分子中含有硫，磷几乎都存在于DNA分子中。是遗传物质比较特殊的一种病毒。,T2噬菌体的结构,T2噬菌体的侵染过程
12、,三、RNA病毒的分子生物学,RNA病毒是病毒的一种，属于一级。它们的遗传物质是由核糖核酸组成通常核酸是单链的，也有双链的。单链的RNA病毒根据他们的翻译意义可分为正译、负译和双向翻译的RNA病毒，正译的RNA病毒与mRNA相似，可以直接被宿主细胞翻译成蛋白质；负译RNA病毒则需要借助RNA酶的作用，以自身为模板编译出与原病毒相反义的RNA，之后再以此RNA来翻译成蛋白质。,1、HIV病毒,艾滋病是一种导致以全身免疫系统严重损害为特征的传染性疾病，人类免疫缺陷病毒(HIV)是其病原体，感染者终生携带病毒，目前缺乏有效的治疗手段。,HIV病毒的结构,HIV颗粒呈球形，直径约110 nm,HIV颗
13、粒可分为包膜、衣壳和病毒核心三部分。核心内部是两个长度为9.2kb的单股正链RNA，核心外侧为脂质双层组成的外膜，膜上有穿膜蛋白gp41和外膜蛋白gpl20。,HIV病毒的生活周期,HIV的生活周期包括以下阶段：吸附，侵入和脱壳，反转录，整合，病毒RNA和蛋白质的合成，装配，释放，成熟。,临床表现,1、一般症状：持续发烧、虚弱、盗汗，持续广泛性全身淋巴结肿大。特别是颈部、腋窝和腹股沟淋巴结肿大更明显。淋巴结直径在1厘米以上，质地坚实，可活动，无疼痛。体重下降在3个月之内可达10%以上，最多可降低40%，病人消瘦特别明显。2、呼吸道症状：长期咳嗽、胸痛、呼吸困难、严重时痰中带血。3、消化道症状：
14、食欲下降、厌食、恶心、呕吐、腹泻、严重时可便血。通常用于治疗消化道感染的药物对这种腹泻无效。4、神经系统症状：头晕、头痛、反应迟钝、智力减退、精神异常、抽搐、偏瘫、痴呆等。5、皮肤和黏膜损害：单纯疱疹、带状疱疹、口腔和咽部黏膜炎症及溃烂。6、肿瘤：可出现多种恶性肿瘤，位于体表的卡波济肉瘤可见红色或紫红色的斑疹、丘疹和浸润性肿块。,HIV病毒的传播途径,小视频 普及HIV知识,1、母婴传播2、血液传播3、性接触传播,2、H7N9,H7N9是禽流感的一种亚型。流感病毒颗粒外膜由两型表面糖蛋白覆盖，一型为血细胞凝集素（即H），一型为神经氨酸酶（即N），H又分15个亚型，N分9个亚型。所有人类的流感病
15、毒都可以引起禽类流感，但不是所有的禽流感病毒都可以引起人类流感，禽流感病毒中，H3、H5、H7、H9可以传染给人，其中H5为高致病性。H3为人犬共患，依据流感病毒特征可分为HxNx共135种亚型，H7N9亚型禽流感病毒是其中的一种。H7N9经呼吸道传播，也可通过密切接触感染的禽类分泌物或排泄物等被感染，直接接触病毒也可被感染。现尚无人与人之间传播的确切证据。,H7N9的侵染过程,H7N9的结构,患者一般表现为流感样症状，如发热，咳嗽，少痰，可伴有头痛、肌肉酸痛和全身不适。重症患者病情发展迅速，表现为重症肺炎，体温大多持续在39以上，出现呼吸困难，可伴有咳血痰；可快速进展出现急性呼吸窘迫综合征、纵隔气肿、脓毒症、休克、意识障碍及急性肾损伤等。,日常预防措施,小视频 H7N9预防片,
