1、病毒学马金成生命科学学院微生物学教研室理论课32学时办公室：生科院北楼办公室：生科院北楼211211室室 Tel: 15913184830/694830 020-85281389Email: 病毒学公邮：病毒学公邮：MM：2011virology5授课内容学时分配第一章 绪 论2第二章 病毒的形态、结构和分类2第三章 病毒的复制4第四章 病毒的遗传变异2第五章 病毒与宿主细胞的相互作用2第六章 病毒感染及机体免疫应答与防治4第七章 病毒基因工程2第八章 病毒的一般研究方法与技术2第九/十一章 重要的医学病毒及动物病毒6第十二章 昆虫病毒2第十三章 植物病毒2第十四章 噬菌体26第一章 绪 论u
2、第一节 病毒的发现与研究历史u第二节 病毒与病毒学u第三节 病毒学研究资源78第一节 病毒的发现与研究历史病毒作为地球生命圈中一类生物因子，对它的本质及其活动规律的认识业已经历一个世纪，随着科学技术的不断进步，病毒学获得了巨大的发展，其发展过程可概括为四个时期：病毒病的经验认识阶段病毒病的病原研究阶段病毒的化学结构和病毒性质的研究阶段病毒感染的分子机制及病毒与宿主的相互作用关系的研究阶段。9一、病毒病的经验认识阶段p晋代的葛洪在晋代的葛洪在肘后方肘后方中叙述了天花中叙述了天花( smallpox)( smallpox)的病征的病征 。p清初清初, ,张璐在张璐在医通医通一书中描述了采用人痘接种
3、一书中描述了采用人痘接种预防天花的方法。预防天花的方法。p 17981798年年, Jenner, Jenner开始在英国及欧洲大陆应用牛痘接开始在英国及欧洲大陆应用牛痘接种预防天花。种预防天花。10p公元公元2 2世纪世纪AurelianusAurelianus对狂犬病描述对狂犬病描述: :受咬之初受咬之初, , 焦躁、易焦躁、易怒、厌水怒、厌水, ,最后发展到恐水。最后发展到恐水。p法国人巴斯德法国人巴斯德(Pasteur)(Pasteur)在在18841884年发明了狂犬病疫苗年发明了狂犬病疫苗11p宋朝时农学家陈勇在宋朝时农学家陈勇在农书农书中记载了家蚕中记载了家蚕“高节高节”、“脚肿
4、脚肿”等病症。等病症。p16191619年荷兰画家的一幅得病的郁金香静物画年荷兰画家的一幅得病的郁金香静物画第第一个记载的植物病毒病（郁金香碎色花病）一个记载的植物病毒病（郁金香碎色花病）。12p18861886年，年，A. Mayer A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病；发现具有传染性的烟草花叶病；p18921892年，年，D. IvanovskyD. Ivanovsky烟草花叶病病原体能通过细菌烟草花叶病病原体能通过细菌滤器：滤器： 一种能通过细菌滤器的一种能通过细菌滤器的”细菌毒素细菌毒素”或或极极小的细菌小的细菌二、病毒病的病源研究阶段13p18981898年年Beijeri
5、nckBeijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果对烟草花叶病病原体的研究结果 能通过细菌滤器；能通过细菌滤器； 可被乙醇沉淀而不失去其感染性，可被乙醇沉淀而不失去其感染性， 能在琼脂凝胶中扩散；能在琼脂凝胶中扩散； 用培养细菌的方法不能被培养出来，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推测只能在植物活细胞中生活p19001900年前后，包括口蹄疫（年前后，包括口蹄疫（LoefflerLoeffler和和FroschFrosch）、劳斯）、劳斯肉瘤病毒肉瘤病毒(Rous)(Rous)在内的多种动物疾病病原体的滤过性在内的多种动物疾病病原体的滤过性特性被证明。特性被证明
6、。pTwortTwort（19151915年）、年）、 dHerelle dHerelle（19171917年），分别发现年），分别发现细菌（葡萄球菌和志贺氏杆菌细菌（葡萄球菌和志贺氏杆菌 ）病毒。）病毒。14三、病毒的化学和结构研究阶段p19351935年，年，StanleyStanley首次提纯并结晶了烟草花叶病毒：首次提纯并结晶了烟草花叶病毒：一种自我催化的蛋白质。一种自我催化的蛋白质。p19361936年，年，BawdenBawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白：提纯液及晶体中中有硫和磷。白：提纯液及晶体中中有硫和磷。p19193939年，年，Kaus
7、cheKausche首先用电镜观察到烟草花叶病毒首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒。颗粒。15p19401940年年, Delbruck, Delbruck建立了定量研究噬菌体复制的方法建立了定量研究噬菌体复制的方法, ,阐明了噬阐明了噬 菌体的繁殖周期。菌体的繁殖周期。p19491949年年, Enders, Enders等在动物细胞中等在动物细胞中, ,培养脊髓灰质炎病培养脊髓灰质炎病毒毒(Poliovirus)(Poliovirus)获得成功。获得成功。 16四、病毒的分子生物学研究阶段发现DNA是有DNA噬菌体的遗传物质。 病毒核酸可以整合到宿主细胞DNA中。细胞基因可以被病毒从一个细胞
8、传递到另一个细胞感染作用可以在细胞内诱导出一种新的对病毒特异的酶证明了信使RNA(mRNA)的存在。 了解调节遗传信息的转录和翻译的某些机制和分子遗传学的某些问题，明确基因概念。 1 1细菌病毒17RNA病毒中存在RNA指导的DNA多聚酶（反转录酶）微RNA病毒在蛋白质合成中先合成大的多肽前体，然后再断裂成几种具有特殊功能的蛋白质。 有囊膜病毒在细胞膜上成熟时，宿主组分会掺入到病毒粒子内阐明了某些病毒基因的结构与功能的关系，以及一些病毒的基因表达调控原理。 阐明了某些病毒致病与免疫的分子机理。多种病毒载体的出现。 发现羊瘙痒病是由一种 蛋白质感染因子引起， 并命名为“Prion”。2、动物病毒
9、 黄祯祥院士阐明病毒各组分可以重组成有感染性的病毒粒子阐明病毒的突变反映到一个基因产物的结构上，这个基因产物就是TMV的外壳蛋白。卫星病毒和具有多分基因组病毒的发现。发现了一种新病原体和一般病毒不同。它是分子量很低的RNA，没有蛋白质的存在，称类病毒(Viriod)。能在植物中引起病害。3、植物病毒 裘维藩裘维藩 院士院士高尚荫高尚荫 院士院士19第二节 病毒与病毒学20一、病毒的概念与特点外星人的礼物X档案火星we do not know21病毒的起源有三类学说p退化性起源学说病毒是由较高级的细胞内寄生生物退化形成。细菌-立克次体-衣原体-病毒p病毒起源于宿主细胞中的RNA和/或DNA成分的
10、学说DNA病毒起源于质粒或转移因子; 逆转录病毒起源于逆转座子；RNA病毒起源于自主复制的mRNA。 p病毒起源于具有自主复制功能的原始大分子的学说RNA是生命和病毒的起源。DNA由于比RNA稳定而最终成为遗传信息。 RNA的反应性有利于它为作为催化物而不利于它成为遗传物质。22新出现的病毒从哪里来？ 某些病毒的出现是因为人类科学技术发展到可以检测到它们的存在 在20世纪60年代末和70年代初，乙型肝炎病毒被认为是引起输血性肝炎的病原体。 23病毒会在人类改变了他们的生活方式时出现 HIV-1-城市生活的病毒 非洲绿猴MarburgEbola 自然宿主 ？2526272003年，非典性肺炎年，
11、非典性肺炎SARS病毒病毒席卷了中国。席卷了中国。20032003年年1212月月2222日，日，韩国，掩埋感染韩国，掩埋感染禽禽流感流感的鸭子。的鸭子。2009年年甲型甲型H1N1猪流感病毒模式图猪流感病毒模式图 新病毒很危险吗？ 28杀手病毒-Andromeda株？ 人是它的自然宿主或是自然宿主之一人是它的自然宿主或是自然宿主之一 它能感染很多人，人通过日常接触也很容易传染。它能感染很多人，人通过日常接触也很容易传染。 要经过长期无症状的慢性感染后才杀死宿主要经过长期无症状的慢性感染后才杀死宿主 它可能是由现存的易变异病毒突变产生的它可能是由现存的易变异病毒突变产生的 29甲型流感病毒 一
12、、RNA病毒的自然突变率高，RNA聚合酶缺少校正阅读活性；二、基因组分成多节RNA片断，能和它的近亲病毒交换基因片断产生突变 1918年流感病毒大流行，造成2000万人死亡。30HIV-1人免疫缺陷性病毒 一、它是一种致命的病毒，凡是被感染者都难免一死。二、它具有很长的无症状感染期。三、全世界大约有0.5%的人感染了HIV-1，并且病毒还在不断扩散。 31病毒概念的演化 1898年, Beijerinck证明患烟草花叶病的病原体是一种可以通过细菌过滤器的滤过性病毒(filterable virus)。病毒是一类既具有生物大分子属性和生物体基本特 征,又具有细胞外感染性颗粒形式和细胞内繁殖性基因
13、形式的十分独特的生物类群。1966年, Lwoff和Tournier指出了病毒不同于 其他生物的5个特点：1.没有细胞结构 2.仅有一种类型的核酸 3.特殊的繁殖方式 4.缺乏完整的酶系统和能量合成系统,也没有核糖体 5.绝对的细胞内寄生 32Lurin等 1968年指出,病毒是一种生物实体,其基因组能利用细胞的合成系统在活细胞内复制,并合成 能将病毒基因组转移到其他细胞中去的特殊颗粒。 Dulbacco等(1980)认为,病毒颗粒或病毒体是一团能够自主复制的遗传物质,它们被蛋白质外壳所包围,有的还有一层包膜(envelope) , 以保护遗传物质免遭环境破坏,并作为将遗传物质从一个宿主细胞传
14、递给另一个宿主细胞的载体1971年Diener发现了一种只含小分子量RNA而不含蛋白质的类病毒, 1981年至1983年,发现RNA病毒中存在一种与类病毒 相似的RNA分子,其复制和衣壳化都需要依赖辅助病毒,称为拟病毒( virusoid) 1982年Prusiner发现羊瘙痒病的病原体是一种蛋白质(不包含核酸) ,称之为朊病毒(prion)。 33病毒与其他微生物的区别 微生物类型在无生命的培养基中生长二等分裂繁殖核酸类型有无自己的核糖体是否含有胞壁酸敏 感 性制霉菌素抗生素干扰素真菌有性，无性 DR细菌D+R螺旋体或D+R支原体D+R立克次体D+R衣原体D+R病毒病毒（复制）（复制） D
15、D或或R R34病毒（病毒（virus)virus)是一类由核酸和蛋白质等少数几种是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的超显微成分组成的超显微“非细胞生物非细胞生物”，其本质是，其本质是一种只含一种只含DNADNA或或RNARNA的遗传因子。的遗传因子。超显微的什么是病毒？没有细胞结构的专性活细胞内寄生迄今仍无一个科学而严谨的定义迄今仍无一个科学而严谨的定义非细胞生物非细胞生物（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分（真）病毒：至少含核酸和蛋白质二种组分亚病毒亚病毒类病毒：只含具侵染性的类病毒：只含具侵染性的RNARNA组分组分拟病毒拟病毒：只含有不具侵染性的只含有不具侵染性的RNARNA组分
16、组分朊病毒：只含蛋白质朊病毒：只含蛋白质36病毒性质的两重性病毒生命形式的两重性病毒结构和功能的两重性病毒病理学的两重性病毒存在的两重性 病毒的结晶性与非结晶性 颗粒形式与基因形式增殖 标准病毒与缺陷病毒 假（型）病毒与真病毒 杂种病毒与纯种病毒 病毒的致病性与非致病性 病毒感染的急性和慢性 37真核藻类病毒：珊瑚轮藻、小球藻。真菌病毒：丝核菌、双孢蘑菇、玉米黑粉菌及啤酒酵母等超过100种。高等植物病毒：花椰菜、烟草、黄瓜。 无脊椎动物病毒：昆虫病毒种类有1671种。水螅、牡蛎、虾、蟹等。脊椎动物病毒：鱼类、两栖动物、鸟类、家禽、家畜和人类。原核生物的病毒：细菌、放线菌、立克次体、支原体、蓝绿
17、藻、病毒真核生物的病毒 病毒的宿主范围 38二、病毒学研究的任务与目的病毒学是以病毒作为研究对象，通过病毒学与分子生物学之间的相互渗透与融合而形成的一门新兴学科。了解病毒的一般形态和结构特征基础上，研究病毒基因组的结构与功能，探寻病毒基因组复制、基因表达及其调控机制，从而揭示病毒感染、致病的分子本质，为病毒基因工程疫苗和抗病毒药物的研制以及病毒病的诊断、预防和治疗提供理论基础及其依据的科学。 39p预防和控制各种病毒性疾病的发生和流行 p利用病毒为人类造福l 杀虫剂l抗细菌制剂：超级细菌、霍乱、痢疾和伤寒 l抗癌制剂：单纯疱疹病毒和牛痘病毒l蛋白质生产的基因载体：昆虫杆状病毒和腺病毒l遗传疾病
18、治疗的基因载体：逆转录病毒载体p通过研究病毒,了解生命的一些基本问题 重叠基因、增强子、逆转录、核酸复制、基因定位、转录和控制、mRNA的翻译和控制、RNA和蛋白质的拼接加工、点突变和移码突变、癌变等问题40三、病毒学发展趋势p全球消灭脊髓灰质炎 p病毒功能基因组学(Functional genomics)(Functional genomics)和功能蛋白质组学(Functional proteomics)(Functional proteomics)的研究 p朊病毒 ( Prion ) ( Prion ) 的分子生物学与疾病的控制pDNADNA疫苗的研究p病毒分子病理学研究41四、病毒学分
19、支及其相互关系病毒学医学病毒学动物病毒学植物病毒学昆虫病毒学细菌病毒学肿瘤病毒学病毒生态学分子病毒学42第三节 病毒学研究资源 病毒学主要外文专业期刊有: Journal of Virology (病毒学杂志 )、Virology (病毒学)、 Journal of General Virology (普通病毒学)、Journal of Medical Virology ( 医学病毒学杂 志 )、Virus Research ( 病毒学研究 )等病毒学主要中文期刊有: 病毒学报、中国病毒学、实验和临床病毒学杂志等。一、国内外主要病毒学专业期刊43Acta Virologica 病毒学报Anti
20、viral Research 抗病毒研究Archives of Virology 病毒学文献Intervirology 国际病毒学Journal of General Virology 普通病毒学Journal of Medical Virology 医学病毒学杂志Journal of Virological Methods 病毒学方法杂志Journal of Virology 病毒学杂志Virology 病毒学Virus Genes 病毒基因Excerpta Medica, Section 47:Virology 医学文摘，第47部分：病毒学Virology & AIDS Abstracts
21、 病毒学及艾滋病文摘Annales de IInstitut Pasteur/Virology 巴斯德研究所纪事：病毒学 病毒学问题Virusologia,Vypusk“RJ” 文摘杂志：病毒学Virus()病毒临床(Clinical Virology) 临床与病毒中国病毒学 Virological Sinica病毒学报 Chinese Journal of Virology实验和临床病毒学杂志 Journal of Experimental and Clinical Virology44二、国内外病毒学研究机构p国外病毒学研究机构 美国国家卫生研究院(NIH)、全美传染病军事研究院(马里 兰州)、德国Robert Koch研究所、德国马堡流感研究协会、法国巴斯德研究所p国内病毒学研究机构 预防医学科学院、中国军事医学科学院、中国科学院武汉病毒研究所、中国科学院微生物研究所、中国疾病预防控制中心、武汉大学、协和医科大学45三、国内外著名的病毒学网站nhttp:/ jbc. org/ nhttp:/ nhttp:/
