1、病毒和亚病毒病毒和亚病毒天花病毒（Variola virus）： dsDNA 公元前2-3世纪存在 ，最早记载公元860-932公元10世纪，我国人工接种预防天花(smallpox)1798年，英国医生E. Jenner牛痘预防天花，1980年5月，天花消灭病毒发现和研究历史：病毒发现和研究历史：流感病毒（流感病毒（influenza virusinfluenza virus）: :1346-13511346-1351；1918-19191918-1919，西班牙流感，全球西班牙流感，全球1/51/5人口，死亡人口，死亡25002500万人；万人；19195757，亚洲流感，亚洲流感，1968
2、1968，香港流感，香港流感，100100多万人多万人19971997，香港，禽流感，香港，禽流感(a) Human influenza virus. Note the flexibility of the envelope and the spikes projecting from its surface (282,000). (b) Diagram of the influenza virion.1886年，A. Mayer 发现具有传染性的烟草花叶病；1892年，D. Ivanovsky烟草花叶病病原体能通过细菌滤器： 一种能通过细菌滤器的“细菌毒素”或极小的细菌1898年，荷兰著名科
3、学家 M W Beijerinck对烟草花叶病病原体的研究结果：t 能通过细菌滤器；能通过细菌滤器；t 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，t 能在琼脂凝胶中扩散；能在琼脂凝胶中扩散；t 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；中生活；1900年前后，包括口蹄疫（foot and mouth disease）在内的多种动植物疾病病原体的滤过性特性被证明。1915年, F W Twort , 1917年F dHerelle ，分别发现细菌（Shigella dysenteriae）病毒bacterio
4、phagesPhago：“to eat”噬菌体（phage）1935年，W M Stanley首次提纯并结晶了烟草花叶病毒； Bawden等证明烟草花叶病毒的本质为核蛋白；对病毒学研究贡献最大的2项技术1电镜技术：1940年，Kansche首先用电镜观察到烟草花叶病毒颗粒；2、组织培养技术：1949年，Enders 利用单层细胞培养繁殖脊髓灰质炎病毒获得成功 HIV:human immunodeficiency virus爱滋病（爱滋病（AIDS）；）；acquired immune deficiency syndrome)，RNA，1981年，美国年，美国埃博拉病毒埃博拉病毒(bola vi
5、rus)：年，扎伊尔，年，扎伊尔，-SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome)病原体：2003冠状病毒变种（coronavirus）,+ssRNAH1N1 甲型流感病毒病毒学（病毒学（virulogy） ：研究病毒（研究病毒（virus）的本质及其与宿主的相互作用的科学，的本质及其与宿主的相互作用的科学，是微生物学的重要分支学科。是微生物学的重要分支学科。 病毒的特点病毒的特点: :2）没有细胞结构。）没有细胞结构。“分子生物分子生物”3）一种病毒只含有一种核酸，）一种病毒只含有一种核酸，DNA或者或者RNA。4）大部分病毒没有酶系，不能进行独立的代谢作用
6、。）大部分病毒没有酶系，不能进行独立的代谢作用。5）必须依赖宿主细胞为其制备的核酸、蛋白质）必须依赖宿主细胞为其制备的核酸、蛋白质“元件元件” 的装配的装配 实现其大量繁殖。严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖实现其大量繁殖。严格的活细胞内寄生，没有自身的核糖 体，没有个体生长，也不进行二均分裂。体，没有个体生长，也不进行二均分裂。1）形体极其微小。）形体极其微小。“滤过性滤过性”、电镜观察、电镜观察7）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。）对大多数抗生素不敏感，对干扰素敏感。例如一些简单的病毒仅由核酸和蛋白质外壳（coat）构成，故可把它们视为核蛋白分子。朊病毒甚至仅由蛋白质构成病毒感染敏感宿
7、主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与病毒感染敏感宿主细胞后，病毒核酸进入细胞，通过其复制与表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的表达产生子代病毒基因组和新的蛋白质，然后由这些新合成的病毒组分装配（病毒组分装配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式释放到成子代毒粒，并以一定方式释放到细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（细胞外。病毒的这种特殊繁殖方式称做复制（replication）。）。第一节第一节 病病 毒毒 virus6）离体条件下）离体条件下无生命的生物大分子状态。无生命的生物大分子状态。8）病毒核酸能整合到宿主的基因组中）病毒核酸能整合到宿主的基因组中例外：
8、利福平可抑制痘病毒复制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：只含具有独立侵染性的类病毒：只含具有独立侵染性的RNARNA组分组分拟病毒拟病毒：只含不具有独立侵染性的只含不具有独立侵染性的RNARNA组分组分朊病毒：只含单一蛋白质组分朊病毒：只含单一蛋白质组分病毒具有宿主特异性噬菌体（噬菌体（phage）植物病毒（植物病毒（plant viruses）动物病毒（动物病毒（animal viruses）病毒的定义超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体超显微的、没有细胞结构的、专性活细胞内寄生的实体（一）病毒的大
9、小（一）病毒的大小一、病毒的形态构造和化学成分一、病毒的形态构造和化学成分超显微的：超显微的：20-450 nm，最大最大pox virus , 450nm 最小最小如如parvo virus, 28nm球形颗粒球形颗粒(或称拟球形颗粒或称拟球形颗粒)杆状颗粒杆状颗粒复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）复杂形状颗粒（如蝌蚪状，卵形）（二）病毒的形态（二）病毒的形态(三）病毒粒的结构三）病毒粒的结构Capsid（衣壳）蛋白质外壳，由蛋白质亚基按对称的形式、有规律地排列而成，是病毒毒粒的基本结构。Core or genome（核心或基因组）Envelope（包膜）核酸，是病毒毒粒的基本结构。核衣壳外被，
10、为含有蛋白质或糖蛋白的类脂双层膜核衣壳 Enveloped virus 包膜病毒Naked virus 裸露病毒如烟草花叶病毒、脊髓灰质炎病毒（Poliovirus）核衣壳nucleocapsid（四）、病毒粒的对称体制及3类典型形态的病毒代表对称体制二十面体对称螺 旋 对 称复 合 对 称无包膜有包膜：疱疹病毒杆状：烟草花叶病毒丝状：大肠杆菌fd、M13噬菌体卷曲状：流感病毒弹状：狂犬病毒无包膜有包膜无包膜：大肠杆菌T偶数噬菌体有包膜：痘病毒（砖块状）小型：脊髓灰质炎病毒 X174噬菌体大型：腺病毒二十面体对称的代表： 腺病毒（Adenovirus）， ds DNA蛋白质亚基围绕具立方对称的
11、正多面体的角或边排列，进而形成一个封闭的蛋白质的鞘。无包膜12个角20个面30条棱252个衣壳粒五邻体（12个）六邻体（240个）刺突1、二十面体对称、二十面体对称Icosahedral symmetry有包膜的螺旋对称病毒粒2、螺旋对称、螺旋对称 Helical symmetry螺旋对称的代表-TMV95%衣壳蛋白和5%的单链RNA组成，衣壳含2130个皮鞋状的蛋白亚基组成。亚基有规律地沿着中心轴呈螺旋排列，进而形成高度有序、对称的稳定结构复合对称的代表：复合对称的代表：T偶数噬菌体偶数噬菌体有尾噬菌体（有尾噬菌体（tailed phage）,其壳体由头部、颈部和尾部组成。包其壳体由头部、颈
12、部和尾部组成。包装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。装有病毒核酸的头部通常呈二十面体对称，尾部呈螺旋对称。ds DNA3、复、复 合合 对对 称称 Complex symmetryVaccinia virus Vaccinia virus 痘苗病毒在病毒中体积最大，在光学显微镜下勉强可见。有包膜的复合对称噬菌斑(plaque): 噬菌体感染细菌后，使细菌细胞破裂死亡，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。空斑（plaque):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
13、胞恶性增生，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。形成类似细菌菌落的病灶，称为病斑。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，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，称为称为枯斑（枯斑（lesion)。（五）、病毒粒的群体形态包涵体(inclusion body): 病毒在宿主细胞内大量复制，形成具有一定形态、构造的群体 （六）、（六）、 病毒粒的化学成分病毒粒的化学成分病毒粒病毒粒（化学成分）（化学成分）核酸；核酸；蛋白质；蛋白质；脂类；脂类；碳水化合物；碳水化合物；基本化学组成基本化学组成病毒颗粒在化学上表现
14、为病毒核酸病毒核酸单链单链DNA（ss DNA）；）；双链双链DNA（ds DNA）；）；单链单链RNA（ss RNA）；）；双链双链RNA（ds RNA）；）；1、病毒的核酸、病毒的核酸2、病毒蛋白质结构蛋白非结构蛋白病毒基因组编码，在病毒复制过程中产生并具有一定功能，但并不结合于病毒粒中的蛋白质构成一个形态成熟的有感染性的病毒颗粒所必需的蛋白质壳体蛋白；包膜蛋白；存在于毒粒中的酶；病毒结构蛋白的主要生理功能：病毒结构蛋白的主要生理功能：1）构成蛋白质外壳2）决定病毒感染特异性，与易感细胞表面受体具特异性亲和力3）决定病毒的抗原性4）构成毒粒酶，或参与病毒的入侵（如T4噬菌体的溶菌酶等），或
15、参与病毒大分子的合成（如逆转录酶）（一）噬菌体（一）噬菌体 phagephage原核生物的病毒：噬细菌体、噬放线菌体、噬蓝细菌体二、二、4 4类病毒及其繁殖方式类病毒及其繁殖方式fCfC174 噬菌体（噬菌体（Bacteriophages: fCfC174 ）Single-Stranded DNASingle-Stranded DNA，Icosahedral, consisting of Icosahedral, consisting of circular single-stranded molecule of 5386 basescircular single-stranded molec
16、ule of 5386 basesT偶数噬菌体（偶数噬菌体（T-even Phages） Double-Stranded DNA，T2, T4 and T6吸附侵入裂解增殖成熟噬菌体的繁殖-复制1) 1) 吸附吸附 AdsorptionAdsorption随机碰撞而接触（静电引力或氢键）可逆吸附，无特异性（非细胞颗粒也可吸附）病毒表面蛋白与细胞受体的结合特异性，不可逆吸附，启动病毒感染的第一阶段不同种系的细胞具有不同病毒的细胞受体，病毒受体的细胞种系特异性决定了病毒的宿主范围。分别吸附于大肠杆菌性毛和菌体上的噬菌体 2) 侵入PenetrationPenetration有尾噬菌体：注射方式将噬
17、菌体核酸注入细胞通过尾部刺突固着于细胞；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注入脱壳：病毒侵入后，病毒的包膜和/或壳体除去而释放出病毒核酸的过程脱壳是病毒基因组进行功能表达所必需的感染事件。T-偶数噬菌体脱壳与侵入是一起发生的病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，进入潜隐期。（3）增殖）增殖Duplication 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，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。产生大量的病毒蛋白质和核酸。4) 病毒的装配与
18、释放Assembly and release新合成的毒粒结构组分组装成完整的病毒颗粒，称做病毒的装配，亦称成熟（maturation）或形态发生（morphogenesis）。T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程大多数噬菌体都是以裂解细胞方式释放成熟的子代病毒颗粒然后依一定途径释放到细胞外丝杆噬菌体（如M13或fd）不杀死细胞，子代毒粒以分泌方式不断从受染细胞中释放，并同时完成毒粒的组装。自外裂解（lysis from without）如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现象称为自外裂解（lysis fro
19、m without）。病毒的复制周期（或复制循环）自病毒吸附于细胞开始，到子代病毒从感染细胞释放到细胞外的病毒复制过程。吸附、 侵入、 增殖（复制与生物合成）、成熟（装配）、 裂解（释放）；2、噬菌体效价的测定、噬菌体效价的测定效价（效价（titer)每毫升试样中所含有的具侵染性的噬菌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（体粒子数，又称噬菌斑形成单位（pfu）或感染中心数或感染中心数测定方法测定方法双层平板法（双层平板法（two layer plating method)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
20、总数。3、一步生长曲线（、一步生长曲线（one step growth curve）1939年，Max Delbruck & Emory Ellis：E. coli / bacteriopage定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线以适量的病毒接种于标准培养的高浓度的敏感细胞，待病毒吸附后，离心除去未吸附的病毒，或以抗病毒抗血清处理病毒细胞培养物以建立同步感染，然后继续培养并定时取样测定培养物中的病毒效价，并以感染时间为横坐标，病毒的感染效价为纵坐标，绘制出病毒特征性的繁殖曲线。3、一步生长曲线（one step growth curve）1 1、潜伏期、潜伏
21、期 latent latent periodperiod ；从噬菌体吸附到细胞到释从噬菌体吸附到细胞到释放出新噬菌体的最短时期放出新噬菌体的最短时期（分隐晦期和胞内累积期）（分隐晦期和胞内累积期）2 2、裂解期、裂解期rise periodrise period ；随着菌体不断破裂，新噬随着菌体不断破裂，新噬菌体数目急剧增多的一段菌体数目急剧增多的一段时间时间3 3、平稳期、平稳期plateauplateau ；感染后的宿主细胞已全部感染后的宿主细胞已全部裂解，溶液中的噬菌体效裂解，溶液中的噬菌体效价达到最高点的时期价达到最高点的时期不同病毒的潜伏期长短不同，噬菌体以分钟计，动物病毒和植物病毒
22、以小时或天计。噬菌体的裂解量一般为几十到上百个，植物病毒和动物病毒可达数百乃至上万个。裂解量：每个受染细胞所产生的子代病毒颗粒的平均数目。其值等于潜伏期受染细胞的数目除以稳定期受染细胞所释放的全部子代病毒数目，即等于稳定期病毒效价与潜伏期病毒效价之比。4、溶源性、溶源性 (lysogeny)烈性噬菌体（virulent phage）：感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并最终杀死细胞，形成裂解循环（lytic cycle）。温和噬菌体（temperate phage）或溶源性噬菌体（lysogenic phage）感染宿主细胞后不能完成复制循环，噬菌体基因组整合到宿主细胞的基因组上，并随后者的复制
23、而进行同步复制，没有成熟噬菌体产生。这一现象称做溶源性（lysogeny）现象温和噬菌体的溶源性反应：整合于细菌染色体或以质粒形成存在的温和噬菌体基因组称做原噬菌体（prophage）在原噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常地生长繁殖，而噬菌体基因组与宿主细菌染色体同步复制，并随细胞分裂而传递给子代细胞。细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌（lysogenic bacteria）溶源性细菌经自发裂解或诱发裂解，进入裂解循环溶源性感染对细胞的影响：被温和噬菌体感染后形成的溶源性细菌具有“免疫性”，即其它同类噬菌体虽然可以再次感染该细胞，但不能增殖，也不能导致
24、溶源性细菌裂解。免疫性是由原噬菌体产生的阻遏蛋白的可扩散性质所决定的。溶源性细菌有时还能获得一些新的生理特性，例如白喉杆菌只有在含有特定类型的原噬菌体时才能产生白喉毒素，引起被感染机体发病。原噬菌体引起的溶源性细菌除免疫性外的其他的表形改变，包括溶源菌细胞表面性质的改变和致病性转变被称为溶源转变(lysogenic conversion)。溶源菌中的温和噬菌体基因组通常不影响细胞的繁殖功能，但它们可能引起其他的细胞变化。(1)免疫性(2)溶源转变(二） 动物病毒及繁殖1、已发现人类病毒：300多种；脊椎动物病毒：900多种1） 吸附：动物宿主细胞及细菌表面病毒受体的存在可通过生吸附：动物宿主细
25、胞及细菌表面病毒受体的存在可通过生化、遗传等实验证明化、遗传等实验证明 2、动物病毒繁殖的特点、动物病毒繁殖的特点2）侵入：动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式，）侵入：动物病毒存在不同的结构类型和不同的侵入方式，侵入宿主后脱壳，其脱壳过程也较复杂。侵入宿主后脱壳，其脱壳过程也较复杂。4）装配与释放：有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核芽出）装配与释放：有包膜的动物病毒是在从宿主细胞核芽出或细胞质膜芽出的过程中裹上包膜而形成包膜病毒或细胞质膜芽出的过程中裹上包膜而形成包膜病毒3）大分子合成：）大分子合成：DNA病毒在细胞核中，病毒在细胞核中，RNA病毒在细胞质中，病毒在细胞质中，有些病毒的复
26、制在核中有些病毒的复制在核中,转录在细胞质。转录在细胞质。动物病毒侵入：完整病毒穿过细胞膜的移位方式；细胞的内吞功能；毒粒包膜与细胞质 膜的融合； 一些带有囊膜的病毒，如单纯疱一些带有囊膜的病毒，如单纯疱疹病毒，当它们的核酸和衣壳蛋白组疹病毒，当它们的核酸和衣壳蛋白组装完毕后，它们将以装完毕后，它们将以“出芽出芽”的方式，的方式，包裹寄主细胞的细胞膜或核膜，从寄包裹寄主细胞的细胞膜或核膜，从寄主细胞中释放出来。主细胞中释放出来。HIV:human immunodeficiency virus)爱滋病（AIDS）；acquired immune deficiency syndrome)， 198
27、1年6月，美国向全世界报告了第一例艾滋病例。RNA病毒、有囊膜、病毒核衣壳为正二十面体、病毒核心有两条相同的正链形成基因组双体结构，核心有核蛋白、逆转录酶、整合酶、蛋白酶等。1、阻断病毒吸附和感染建立2、病毒逆转录酶和蛋白酶抑制剂3、HIV疫苗研制If HIV/AIDS researchers had a wish list, at the very top would sit a vaccine that could teach the body to make potent antibodies against the many strains of the virus. Despite
28、25 years of effort, no such vaccine is in sightbut now they are a step closer. 治疗及疫苗Science REPORTSBroad and Potent Neutralizing Antibodies from an African Donor Reveal a New HIV-1 Vaccine TargetScience 9 October 2009:Vol. 326. no. 5950, pp. 285 - 289DOI: 10.1126/science.11787464、SARS (Severe Acute
29、Respiratory Syndrome)病原体：冠状病毒变种（corona virus）2002年11月16日,中国广东佛山发现第一起后来可称为SARS的病例。此后在越南、中国香港、加拿大、美国等30多个国家和地区相继发现类似病例。传染性和死亡率极高。4月13号，加拿大科学家宣布，他们已经成功破译非典型肺炎可疑病原体冠状病毒基因图谱。4月16日，世界卫生组织正式宣布SARS的病原体是一种新的冠状病毒，并正式命名为SARS病毒。5月22日），GenBank库中已有14条SARS病毒全基因组序列，冠状病毒，是一种ssRNA(+)病毒，在电镜下，病毒颗粒呈不规则形，直径约为60220nm,有包膜，
30、其表面有梅花形的膜粒，状如日冕，故称为冠状病毒(coronavirus)。颗粒中心在负染电镜下呈不定形态，核壳体呈疏松状态。包膜上有两种糖蛋白：S蛋白：刺突糖蛋白，是主要的抗原，与受体结合，使细胞融合。M蛋白：跨膜，参与包膜形成。在一些亚类中，还有第三种糖蛋白,HE红细胞凝集素酯酶。基因组RNA与碱性磷酸蛋白N结合。 （三） 植物病毒：1、概况：700余种，ssRNA，一般无包膜，基本形态为杆状、丝状、球状2、 植物病毒的繁殖特点：1）吸附及侵入：通过人为地或自然的机械损伤所形成的微伤口进入细胞；或者靠携带有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆虫取食将病毒带入细胞。至今仍未发现植物病毒的细胞受
31、体存在。3）植物病毒一旦进入细胞后，增殖产生的子代病毒或病毒核酸可通过病毒编码的运动蛋白（movement protein）与胞间连丝的相互作用从受染细胞进入邻近细胞。2）病毒侵入宿主后脱壳烟草花叶病毒的装配：外壳蛋白最先装成许多双层盘，RNA穿过螺旋的中心孔并在生长端形成一个可移动的环，最后再聚合成完整的杆状病毒。（四）昆虫病毒核型多角体病毒质型多角体病毒颗粒体病毒第二节第二节 亚亚 病病 毒毒非细胞生物真病毒：至少含有核酸和蛋白质两种组分 类病毒：只含具有独立侵染性的RNA组分亚病毒 拟病毒：只含不具独立侵染性的RNA组分 朊病毒：只含单一蛋白质组分朊病毒（Prion）亚病毒的一种：具有传
32、染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚未 发现该蛋白内含有核酸。其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP c改变折叠状态为PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病Prusiner (1982)提出羊搔痒病因子是一种蛋白质侵染颗粒（proteinaceous infectious particle），并将之称做Prion或Virino。 -朊病毒1997年，Stanley B. Prusiner荣获诺贝尔奖第三节、病毒 与实践:噬菌体与发酵工业昆虫病毒用于生物防治病毒在基因工程中的应用自学本章思考题1.举出1-2种在人类历史上造成危害的重要病毒病原，说出其特性及造成的损失，我们如何预防？2. 如何利用病毒为人类服务？
