畜牧微生物学第三章非细胞型微生物-病毒.ppt

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1、第三章 非细胞型微生物病毒,Influenza Virus,Tobamovirus,SARS-CoV,influenza A virus subtype H5N1,HIV,Rabies virus,Variola virus,bacteriophage,天花病毒,脊髓灰质炎病毒,公元前二至三个世纪印度和中国就存在。,造成古埃及石刻浮雕中人的跛行。,狂犬病病毒,亚里斯多德（384-322 BC）在公元前四世纪就记述了病犬病。,1149年出版我国农书中，已有关于家蚕核型多角体病毒的记载。,1619年荷兰画师的一幅得病的郁金香静物画。,伊凡诺夫斯基1892年发现烟草花叶病病原的滤过性。,烟草花叶病毒

2、,巴斯德(1822-1895)法国著名科学家发明巴氏消毒法1884年研制成功狂犬疫苗。,贝杰林克（1851-1931）荷兰著名科学家，1898年命名病毒“virus”。,中科院武汉病毒所病毒资源数据库http:/,Outline 病毒的历史,Basically a form of genetic information insures continued survival;Reproduces DNA/RNA within living cells utilizing mechanisms of cells;,为概括病毒的本质，病毒学专家一直试图给“病毒”一个科学而严谨的的定义，但迄今为止仍无

3、定论。,病毒（virus）:是一类非细胞结构，仅能在宿主细胞内以复制方式增殖的微生物。page 47,是一类比较原始的、有生命特征的、能够自我复制和严格细胞内寄生的非细胞生物。,What is Virus?,极其微小，在电子显微镜下才能看到，一般都可通过细菌滤器；其主要成分仅是核酸和蛋白质两种；每一种病毒只含一种核酸，不是DNA就是RNA；既无产能、产酶系统也无蛋白质合成系统；No ATP generating system No Ribosomes or Protein Synthesis,Outline 病毒的特点,在宿主细胞内，通过核酸的复制和核酸蛋白装配的形式进行增殖，这种繁殖方式叫复

4、制；在离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，并可形成结晶(Can be CRYSTALLIZED)；对一般抗生素不敏感，但对干扰素敏感。,Outline 病毒的特点,病毒具有宿主特异性，根据宿主可以分三类：动物病毒 植物病毒 噬菌体（如细菌病毒）,Outline 病毒的类型,在一定条件下，病毒的宿主特异性会发生变化，结果导致,中国科普博览http:/,按病毒的组成成分和化学结构分为：,Outline 病毒的类型,Contents,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,第二节 病毒的化学组成,第三节 病毒的抵抗力,第四节 病毒的增殖与人工培养,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,（一）病毒的形

5、态 群体形态,噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，连续重复感染使大量的细菌死亡，在培养细菌的平板上，可以看到一个个透明不长细菌的小圆斑，称为噬菌斑。,烟草花叶病毒感染烟草后，在叶片上出现的一个个坏死的病灶，称为枯斑。,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,（一）病毒的形态 群体形态,人工培养的单层动物细胞感染病毒后，也会形成类似噬菌斑的动物病毒群体，称为空斑。,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，称为病斑。,在发明电子显微镜之前，是没有办法对病毒的个体形态进行观察的。二十世纪三十年代，柏林工科大学高压实验室发明了电子显微镜才使得观察病毒个体形态成为可

6、能。目前，人们可以通过透射电镜、扫描电镜加上各种不同的染色、显影方式观察到了各种各样的病毒个体形态。,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,（一）病毒的形态,透射电镜,扫描电镜,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,（一）病毒的形态 个体形态,痘病毒,流感病毒,天花病毒,禽流感病毒,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,（一）病毒的形态 个体形态,狂犬病病毒,肺炎病毒,人冠状病毒,SARS冠状病毒,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,（一）病毒的形态 个体形态,爱滋病病毒,非洲猪瘟病毒,麻疹病毒,腺病毒,新城疫病毒,烟草花叶病毒,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,（一）病毒的形态 个体形态,噬菌体

7、,埃博拉病毒,（二）病毒的大小,个体小，必需在电镜下观察；病毒是超显微的，没有细胞结构的，专性活细胞内寄生的实体。,不同病毒的毒粒大小差别很大；,毒粒的形状大致可分球形颗粒(或称拟球形颗粒)、杆状颗粒和复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）等少数几类。,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,（二）病毒的结构,Typical Structure of Virus,核心(Core)和衣壳(Capsid)合称核衣壳，为病毒的基本结构。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(Envelope)。有的包膜上还长有刺突(Spike)。,基本成分,核 酸位于中心，称为核心,蛋白质包围在核心周围，形

8、成衣壳,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,衣 壳,核 酸,包 膜,刺 突,核衣壳,（三）病毒的结构,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,第一节 动物病毒的形态、大小和结构,病毒粒的对称体制,廿面体对称的结构(球状),第一节 动物病毒的形态、大小和结构,螺旋对称的结构(杆状),复合对称的结构(蝌蚪状),三类典型形态的病毒,第二节 病毒的化学组成,病毒的主要成分为核酸(DNA或RNA)和蛋白质。有的病毒还含有脂质、糖类等其他组分。,（一）nucleic acid,核酸是病毒的遗传物质；控制着病毒的增殖及对 宿主的感染性；DNA or RNA:Never both Animal virus:lin

9、ear dsDNA,ssRNA Plant virus:ssRNA Phage:linear dsDNA Fungi virus:dsRNA Algae virus:dsDNA,第二节 病毒的化学组成,结构蛋白：衣壳蛋白、囊膜蛋白、酶类。主要功能：1、结构功能 2、吸附 3、破坏宿主细胞壁与细胞膜 4、增殖非结构蛋白：是由病毒基因组编码的，在病毒复制中产生并具有一定功能。,（二）protein,第二节 病毒的化学组成,（二）structure protein,第二节 病毒的化学组成,3.酶类，如正黏和副黏病毒的神经氨酸酶。,1.衣壳蛋白，保护病毒的核酸。,2.囊膜蛋白，与多种病毒生物学特性有关

10、，如病毒入侵细胞、血凝特性、细胞融合等。,病毒的脂类来源于宿主细胞的脂类化合物，存在于囊膜上。病毒中的脂类主要以脂质双分子层的形式存在，用乙醚、氯仿等脂溶剂处理囊膜病毒，使脂类溶解而导致病毒灭活。因此，常用乙醚、氯仿等脂溶剂处理法来鉴定囊膜病毒。,（三）lipide,第二节 病毒的化学组成,（四）carbohydrate,病毒的糖类包括核酸中的核糖和脱氧核糖以及有囊膜病毒中少量的糖蛋白。,病毒所含的糖类主要以糖蛋白的形式存在于包膜的表面，决定着病毒的抗原性。,糖类在病毒凝集红细胞中起到重要作用，与病毒血凝特性相关。,第二节 病毒的化学组成,病毒受理化因素作用后失去感染性。,病毒灭活 inact

11、ivation of virus,第三节 病毒的抵抗力,实际上就是消除病毒的感染性，各种理化因子，包括热、辐射、PH和化学灭活剂等，能够改变和破坏病毒核酸，使其不能完成复制、转录和翻译等功能；或者改变和破坏病毒粒子的蛋白质衣壳或脂质囊膜等结构，妨碍病毒粒子对敏感细胞的吸附和侵入，阻止病毒核酸进入宿主细胞。,病毒灭活的因素,temperature、humidity、ultraviolet radiation、chemical preparation、etc,page 51,病毒的灭活疫苗,甲醛能够破坏病毒的核酸使其失去感染性，破坏糖蛋白，但可保留其大部分抗原性，故可用于制备疫苗。,第三节 病毒的

12、抵抗力,病毒的保存,低温对病毒无影响，所以常用超低温冰箱(-80)或液氮罐(-196)保存病毒。,甘油有抑制细菌繁殖的作用，但绝大多数病毒对甘油都能抵抗，所以常用50甘油生理盐水保存含病毒的病料。,（一）病毒的增殖,第四节 病毒的增殖与人工培养,病毒是严格的胞内寄生生物。,病毒的复制：replication,病毒的复制周期：replication cycle,page 53,（一）病毒的增殖,第四节 病毒的增殖与人工培养,吸附,侵入,病毒大分子合成,脱壳,装配和释放,病毒的复制周期：可分为5个连续的阶段。,第四节 病毒的增殖与人工培养,病毒吸附蛋白与细胞受体间的结合力来源于空间结构的互补性，相

13、互间的电荷、氢键、疏水性相互作用及范得华力。,一、吸附 adsoprption,病毒受体：是宿主细胞表面的特殊结构，多为糖蛋白。,噬菌体的吸附,杆状病毒的吸附,第四节 病毒的增殖与人工培养,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。,吸附,尾钉固着,尾鞘收缩,尾管穿入,DNA注入,二、侵入 penetration,第四节 病毒的增殖与人工培养,三、脱壳 encoating,动物病毒穿入宿主细胞并脱壳的过程：1）在胞浆膜穿入并脱壳：囊膜与细胞膜融合。2）在内吞小体脱壳：病毒胞饮形成内吞小体。3）在核膜脱壳：贴近核孔复合物，病毒基因组进

14、入核内。,细胞内吞的过程,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。,mRNA的转录,蛋白质及DNA或RNA的合成,第四节 病毒的增殖与人工培养,四、病毒大分子合成,第四节 病毒的增殖与人工培养,五、装配 assembly,多数DNA病毒在胞浆内合成的结构蛋白迁移到胞核内，与在胞核内合成的病毒DNA装备成核衣壳，RNA病毒几乎都在胞浆内装配形成核衣壳。,第四节 病毒的增殖与人工培养,五、释放 release,1.无囊膜的病毒，如T4噬菌体、腺病毒等通过细胞裂解或局部破裂而释放。2.有囊膜的DNA病毒，如疱疹病毒，以细胞质中通道释放到细胞外。3.有囊膜的

15、RNA病毒，如副流感病毒用出芽方式通过寄主细胞膜，释放到细胞外并获得细胞源性的包膜和产生刺突。,动物病毒的释放方式多种多样，主要有以下几种形式：,第四节 病毒的增殖与人工培养,五、装配和释放,包涵体(inclusion body/inclusion)：是某些病毒感染细胞产生的特征性的形态变化，可通过固定染色而后在光学显微镜下检测。包涵体可在细胞核内或胞浆内，可单个或多个，有的较大有的较小，或圆形或无规律形态，可嗜酸或嗜碱，因病毒的种类而异。细胞内包涵体的位置即是病毒合成及装配的部位。,天花病毒包涵体叫顾氏小体；狂犬病毒包涵体叫内基小体；烟草花叶病毒包涵体叫X小体。昆虫病毒的包涵体叫多角体。,第

16、四节 病毒的增殖与人工培养,HIV增殖过程模拟图,（二）病毒的人工培养,第四节 病毒的增殖与人工培养,1.cultivation in the chick embryo 简单、经济、方便。SPF鸡胚。,（二）病毒的人工培养,第四节 病毒的增殖与人工培养,2.cultivation in cell culture 经济、效果好、用途广，用于病毒分离、增殖、病毒抗原疫苗的制备、中和试验、病毒空斑测定及克隆纯化。,（二）病毒的人工培养,第四节 病毒的增殖与人工培养,细胞培养的特点：,细胞培养中的每个细胞的生理特性基本一致；没有实验动物的个体差异；试验数量远远超过动物或鸡胚；可在无菌条件下进行标准化试

17、验，可重复性好。,细胞培养的类型：,primary cell：动物组织经胰蛋白酶消化、分散，获得单个细胞，再生长于培养器皿中。大多数组织均可制备原代细胞，但生长的快慢难易程度不一。常用的有：鸡胚成纤维细胞、猪肾、猪睾丸细胞等,（二）病毒的人工培养,第四节 病毒的增殖与人工培养,细胞培养的类型：,diploid cell strain：将长成的原代细胞消化分散成单个细胞，继续培养传代，其细胞染色体与原代细胞一样，仍为二倍体。缺点：原代和二倍体细胞在体外培养的代次不长。,（二）病毒的人工培养,第四节 病毒的增殖与人工培养,continuous cell line：细胞可在体外无限制分裂，亦可无限制

18、传代。有的来源于肿瘤组织或转化的细胞，染色体数目不正常，为异倍体。优点是传代及培养方便；缺点是对分离野毒不敏感。常见的有Vero(非洲绿猴肾)细胞、HeLa(人子宫颈癌)细胞、IBRS2(猪肾)细胞。,（二）病毒的人工培养,第四节 病毒的增殖与人工培养,Vero细胞,Hela细胞,（二）病毒的人工培养,第四节 病毒的增殖与人工培养,常用的细胞培养方法：静止培养法(stationaryculture)：是将细胞分装在培养瓶或培养板(孔)中，置于含5C02，的温箱中，培养生长成贴壁的单层细胞后，接种病毒进行培养。旋转培养法(rollerculture)：细胞装进培养瓶后，让瓶在温室的转床中缓慢(5

19、-10rmin)旋转，细胞在瓶壁都长满单层，接种病毒继续旋转培养。此法培养病毒产量高，适用于大量病毒疫苗生产。,（二）病毒的人工培养,第四节 病毒的增殖与人工培养,3.cultivation in experimental animal 古老、可用于病毒病原性的测定、疫苗效力测定、疫苗生产、抗血清制造及病毒性传染病的诊断等。,Contents,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,第六节 噬菌体,第七节 亚病毒,第八节 病毒的分类与命名,病毒或病毒产物直接造成细胞死亡。使细胞的mRNAs降解合成大量的病毒mRNAs，与细胞的mRNAs进行竞争，有些感染几乎使细胞所有的合成被阻断。病毒通过启动细胞凋

20、亡来杀死细胞。利用和改变寄主细胞的酶系。,（一）病毒的致病原因,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,（一）病毒的致病作用,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,病鸡法氏囊水肿,病鸡法氏囊出血,病鸡精神沉郁,鸡传染性法氏囊病病毒,重型SARS患者的胸片:“白肺”,（一）病毒的致病作用,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,（一）病毒的致病作用,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,朊病毒导致脑组织病理变化,Infected helper T-cell;the small blue globules are HIV particles.,（二）病毒的干扰现象,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,一种病毒感染动物机

21、体(或细胞)后能产生抑制他种病毒再感染的作用，这种现象称为病毒的干扰现象。,自身干扰：发生于同一株病毒内缺损病毒对正常病毒的干扰。同种干扰：发生于同种病毒不同株之间。同属干扰：同属病毒不同种之间。,病毒之间,病毒和细胞之间：细胞产生干扰素的间接作用。,（二）病毒的干扰现象,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,干扰素(interferon,IFN）：由病毒或其他干扰素诱生剂刺激机体细胞所产生的一种具有抗病毒等作用的糖蛋白。,种 类：,种类 产生细胞 抗病毒 抗肿瘤 免疫调节 人白细胞 强 弱 弱 人成纤维细胞 强 弱 弱 T细胞 弱 强 强,抗病毒活性：通过抗病毒蛋白（antiviral prot

22、ein,AVP）发挥效应,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,诱生剂：病毒、内毒素、人工合成的dsRNA等,性质:对热较稳定，5630灭活，低温保存 可被蛋白酶破坏 无抗原性,（二）病毒的干扰现象,第五节 病毒的致病作用与干扰现象,第六节 噬菌体,大肠杆菌T4噬菌体构造,phage：感染细菌、支原体和螺旋体的病毒。,大肠杆菌T4噬菌体电镜照片,（一）定义,第六节 噬菌体,Phage plaques,烈性噬菌体,（二）分类,能在宿主菌细胞内复制增殖,产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为烈性噬菌体。该种噬菌体的寄主则称为敏感细菌。从噬菌体进入寄主开始，到引起细胞裂解并释放出噬菌体子代为止，为一个

23、增殖周期。通常把烈性噬菌体的繁殖看作噬菌体的正常表现。,温和噬菌体 噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代，称为温和噬菌体或溶原性噬菌体。带有噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌，整合在细胞核上的核酸称为原噬菌体。,第六节 噬菌体,（二）分类,第六节 噬菌体,（三）应用,1.作为分子生物学研究的工具。噬菌体基因数量少，结构比细菌和高等细胞简单得多，而且容易获得大量的突变体。噬菌体可用来构建基因文库、基因工程载体、噬菌体展示技术。2.噬菌体与宿主菌的关系有高度特异性，可用于未知细菌的鉴定和分型。如应用伤寒沙门菌Vi噬菌体可将有Vi抗原的

24、伤寒沙门菌分成96个噬菌体型。3.用于临床治疗传染病。4.检验植物病原菌。5.测定辐射剂量。,第六节 噬菌体,（三）危害,主要是引起发酵中的噬菌体污染。如：丙酮、丁醇发酵中的噬菌体污染。抗生素发酵中的噬菌体污染。食品工业上的噬菌体污染。,第七节 亚病毒,（一）定义,亚病毒(Subvirus)：是个体更微小，结构和化学组成更简单，具有感染性的致病因子，又称为亚病毒因子(Subviral agents)。亚病毒包括卫星因子、类病毒和朊病毒。,第七节 亚病毒,（二）卫星因子,卫星因子(Satellites)：是必须依赖宿主细胞内共同感染的辅助性病毒才能复制的核酸分子，有的卫星因子也有外壳蛋白包裹，这

25、些又称卫星病毒(Satellite viruses)。,第七节 亚病毒,（二）类病毒,类病毒(Viroid)：是一类感染植物引起病害的感染因子。没有衣壳包裹的共价闭合的单链环状RNA分子，大小为246-399个核苷酸，主要感染植物。,第七节 亚病毒,（二）类病毒,自1971年在马铃薯纺锤形块茎病中发现以来，目前已在许多植物病害中发现类病毒。类病毒的发现的意义：为生物学家探索生命起源提供一个新的低层次上的好对象。为分子生物学家研究功能生物大分子提供一个绝好的材料。为病理学家揭开人类和动、植物各种传染性疑难杂症的病因带来一个新的视角。为哲学家对生命本质问题的认识提供一个新的革命性的例证。,第七节

26、亚病毒,（三）朊病毒,朊病毒(Prion)：一种不含核酸的、无免疫性的、但具有感染性的小分子蛋白质。,1997年的诺贝尔生理医学奖授予了美国科学家普鲁西内耳，表彰他发现朊病毒。,传染性海绵样脑病（Transmissible Spongiform Encephlopathy,TSE)是一组以神经系统变性为主要特征的人畜共患性疾病，常见的有：羊痒病 Scrapie克雅氏病(Creutzfeld Jakob Disease,CJD)疯牛病(Bovine Spongiform Encephlopathy,BSE)新的克雅氏病(new varient Creutzfeld Jakob Disease,n

27、vCJD)库鲁病 kuru、杰氏综合症（GSS）、致命性家族性失眠等。,第七节 亚病毒,（三）朊病毒,朊病毒危害性,朊病毒疾病即海绵状脑病，是人和动物共患的一类遗传性、传染性和散发性的中央神经系统退行性脑病，最终可以导致患者死亡，它能在人和动物中进行传染。1986年英国首次爆发疯牛病，已有17.7万头牛 染病，上百万头牛被屠杀，损失400多亿美元。已有112人死亡，潜在感染人数超过50万。,第七节 亚病毒,（三）朊病毒,第八节 病毒的分类与命名,2005年7月发表的最新的病毒分类第八次报告将目前ICTV所承认的5450多个病毒归属为3个目、73个科、11个亚科、289个属、1950多个种。摘自

28、:2006 年 1 月中国病毒学,洪 健,周雪平.ICTV 第八次报告的最新病毒分类系统J.第 21 卷 1 期:84-96页。,国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Viruses,ICTV),第八节 病毒的分类与命名,病毒命名原则：1根据核酸类型将病毒分为7大类：双股(ds)DNA病毒、单股(ss)DNA病毒、DNA和RNA反转录病毒、dsRNA病毒、负股ssRNA病毒、正股ssRNA病毒和亚病毒。2根据病毒颗粒的形态、结构、化学组成、理化特性、血清学性质等依次分科、属、种和型。一些病毒科之上也建立了目。,思考题,1.通过学习你认

29、为病毒的定义应该是什么？2.试绘一个包含所有目前已知的病毒粒子构造的示意图，并标出个构造名称。3.病毒对人类的益处是什么？,思考题,4.试述病毒对宿主的致病作用。5.什么叫病毒的干扰?它是如何产生的?6.什么叫烈性噬菌体，温和噬菌体?各有何重要作用?7.什么叫朊病毒?有何特点?8.病毒学名与细菌学名有何不同?,病毒学资料,病毒学相关网站：这个中科院的网站提供了关于病毒的新闻和研究信息。这个网站提供了动物病毒的分类。这个网站提供了病毒的历史,构造和生存环境,化学成分,物理和化学反应,繁殖和复制。这个网站提供了病毒的历史,分类,DNR和RNA病毒的特性等等。http:/mvlab-。,Thank You!,