五年制 病毒学总论 寻萌.ppt
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1、第二篇 病毒学 免疫与病原生物学系 寻萌 1 病毒(virus) o是一类形体微小,结构简单,只含一种类型 核酸(DNA或RNA),必须在活细胞内以复 制方式增殖的非细胞型微生物,对抗生素不 敏感。 2 病毒与人类关系极为密切: o人类传染病75%由病毒引起。 o有些病毒传染性极强,流行很广,有效药物 少,可引起世界大流行; o有些病毒可引起持续性感染;病后可出现后 遗症; o与某些肿瘤、自身免疫性疾病和胎儿畸形发 生密切相关; o新病毒不断被发现。 3 第二十二章 病毒的基本性状 4 一、病毒的形态、结构和分类 (一)大小和形态 病毒体(virion):完整的成熟病毒颗粒 ,是细胞外的结构形
2、式,具有典型的形态结 构和感染性。 1. 大小:以纳米(nm)作为计量单位。 20300nm, 可通过滤菌器(0.45m)。 观察工具:电子显微镜 5 葡萄球菌 (1000nm) 牛痘病毒 300250nm A B C D E F G 立克次体 450nm 衣原体 390nm A、大肠杆菌噬菌体 ( 65 95nm ) B、腺病毒 (70nm ) C、脊髓灰质炎病毒 (30nm ) D、乙脑病毒 ( 40nm ) E、蛋白分子 (10nm ) F、流感病毒 ( 100nm ) G、烟草花叶病毒 (300nm) 6 2. 形态 o球形(近似球形) 如人类及动物病毒 o杆形 如植物病毒 o丝状 如
3、埃博拉病毒 o弹形 如狂犬病病毒 o砖形 如痘病毒 o蝌蚪形 如细菌病毒(噬菌体) 7 (二)结构 o基本结构 核心(core) 衣壳(capsid) 包膜(envelope) 核衣壳(nucleocapsid) 8 1. 核心 核酸,构成病毒基因组。 少量非结构功能性蛋白质。 2. 衣壳 蛋白质。保护核酸免受破坏,介导核 酸进入宿主细胞。抗原性。 由壳粒组成。壳粒数目和排列方式不 同: 螺旋对称型 20面体立体对称型 复合对称型 9 20面体立体对称型 螺旋对称型 复合对称型 10 o无包膜病毒体,称裸露病毒(naked virus) o带有包膜的病毒体,称包膜病毒( enveloped v
4、irus) 3. 包膜 在成熟过程中,核衣壳 以出芽方式穿过宿主胞膜 或核膜向细胞外释放时获得。 表面有不同形状突起,称为 包膜子粒或刺突(spike)。 由病毒基因 编 码。 刺突 包膜 11 包膜的性质和功能: o保护核衣壳。 o构成病毒的表面抗原,具抗原性,诱发免疫 应答。 o与病毒入侵细胞和感染性有关。 o对干燥、热、酸和脂溶剂敏感,乙醚能破坏 包膜而灭活病毒,常用来鉴定病毒有无包膜 。 12 (三)化学组成 1. 核酸 o位于病毒体的中央,其化学成分为DNA或RNA; o只含一种核酸,分为DNA病毒和RNA病毒。 o构成形式多样:线形或环状(闭环、缺口环) 双链DNA(dsDNA)
5、单链DNA(ssDNA) 双链RNA(dsRNA) 单链RNA(ssRNA):单正链 单负链 分节段RNA o是病毒感染、增殖、遗传和变异的物质基础。 分节段RNA 13 2. 蛋白质 o病毒的主要组成部分。由病毒基因组编码。 (1)结构蛋白(structure protein): 衣壳蛋白、包膜蛋白和基质蛋白。 功能: 保护病毒核酸 参与病毒的感染过程 具有良好抗原性,可特异性诊断。 (2)非结构蛋白(non-structure protein): 包括:病毒编码的酶类 存在于被感染细胞中的特殊功能蛋白 14 3. 脂类和糖类 o主要存在于包膜上,大部分来自宿主细胞膜 。 15 二、病毒的增
6、殖 特点: o必须在易感的活细胞内进行。由宿主细胞提 供病毒缺乏的酶系统、能量及原料和生物合 成的场所。 o以自我复制方式进行。以病毒基因为模板进 行核酸复制和蛋白质合成,再装配成子代病 毒体。 16 (一)病毒的复制周期 o从病毒进入宿主细胞开始,经基因组复制, 到最后释放出子代病毒,称为一个复制周期 (replication cycle)。 1. 吸附(Adsorption) 2. 穿入(Penetration) 3. 脱壳(Uncoating) 4. 生物合成(Biosynthesis) 5. 装配与释放(Assembly and Release) 17 吸附 静电结合 特异性结合 18
7、 穿入 吞饮 无包膜病毒 核酸直接进入 无包膜病毒 、噬菌体。 19 融合 有包膜病毒 20 脱壳 病毒核衣壳进入细胞,经细胞溶酶体作用,蛋白 衣壳被水解,释放出基因组核酸,并进入细胞的 一定部位。 21 生物合成: o早期阶段:基因转录、翻译,产生必须的复制 酶和抑制细胞正常代谢的非结构蛋白(早期蛋 白); o晚期阶段:病毒核酸开始复制,产生病毒结构 蛋白(晚期蛋白)。 o无完整病毒,不能用血清学方法检测,隐蔽期 。 22 分为7大类型: o双链DNA病毒 o单链DNA病毒 o单正链RNA病毒 o单负链RNA病毒 o双链RNA病毒 o逆转录病毒 o嗜肝DNA病毒(DNA逆转录病毒) 23 双
8、链DNA病毒(dsDNA ) 24 o装配部位 DNA病毒 细胞核内 RNA病毒 细胞质内 o成熟方式 o释放方式 破胞释放 出芽释放 细胞间传播 装配与释放 25 26 (二)病毒的异常增殖 1.缺陷病毒 (defective virus) o由于病毒基因组不完整或某一基因位点改变, 不能单独复制出完整有感染性的病毒颗粒,称 为缺陷病毒。 o该病毒在复制时,需要伴随着另一种病毒以弥 补缺陷病毒的不足,使之增殖出完整的病毒体 。这种有辅助作用的病毒被称为辅助病毒。 oHDV与HBV o腺病毒伴随病毒与腺病毒 27 2. 顿挫感染 (abortive infection) o由于宿主细胞不能为病
9、毒提供复制的必要条 件,导致进入的病毒不能复制出完整的具有 感染性的病毒颗粒,称为顿挫感染。 o该细胞称为该病毒的非容纳细胞。 o人腺病毒 人胚肾细胞(容纳细胞) 猴胚肾细胞(非容纳细胞) 28 三、病毒的干扰现象 o定义:两种病毒感染同一种细胞时,常发生 一种V抑制另一种V复制的现象,称为干扰 现象。 o类型:异种V间干扰; 同种V间干扰 同型V间干扰; 同株V间干扰(自身干扰) 灭活病毒干扰活病毒 29 o机制: 1. 干扰素(interferon,IFN)产生。 2. 竞争干扰:第一种V破坏细胞表面受体阻止 另一种V的吸附和穿入。两种V竞争同一底 物或同一复制部位。 3. 改变宿主细胞代
10、谢途径。 4. 阻止第二种病毒mRNA的翻译。 5. 缺陷干扰颗粒(DIP)干扰同种正常病毒。 30 o干扰现象的医学意义: 干扰现象能阻止、中断发病,也可以使感染终 止,导致宿主康复。 在使用疫苗预防病毒性疾病时,要注意疫苗病 毒间的干扰和与野病株之间的干扰,避免影响 疫苗的免疫效果。 31 四、病毒的遗传与变异 o病毒的基因组较简单,基因数仅3-10个,增 殖速度极快。 o为充分利用核酸,多种基因常以互相重叠的形 式存在,即基因中的编码序列外显子之间有重 叠。 o病毒基因转录与翻译在细胞内进行,其基因组 具有真核细胞基因组特征,含有内含子,具有 转录后的剪切和后加工过程。 32 (一)基因
11、突变 o常发生基因组碱基序列置换、缺失或插入,引 起基因突变。自发突变。 o物理因素(紫外线或射线)或化学因素可诱 发突变。 o由基因突变而导致病毒表型性状改变的毒株称 为突变株。 o病毒空斑的大小、病毒颗粒形态、抗原性、宿 主范围、营养要求、细胞病变及致病性改变。 33 1条件致死性突变株 只能在某种条件下增殖, 而在另一种条件下不能增殖的病毒株。 例:温度敏感性突变株(ts): o 低温28-35(容许性温度)复制增殖 o 高温37-40(非容许性温度)死亡。 o 具有毒力减弱,但免疫原性保持的特点,可制 备成较理想的活疫苗。例如:小儿麻痹糖丸, 甲肝病毒疫苗。 34 2缺陷型干扰突变株(
12、DIM) 因病毒基因组 中碱基缺失突变引起,所含核酸明显减少,并 发生结构重排,其特点: o可自然发生。 高感染复制传代时发生。 o不能单独复制,必须在辅助病毒(通常是野毒 株)存在时才能复制,并干扰野毒株的增殖; o 与某些慢性疾病的发病机制有关。 35 3宿主范围突变株(hr突变株) 指病毒基因组 的改变,影响了对宿主细胞的感染范围,可感 染野生型毒株不能感染的细胞,用于制备减毒 疫苗,如狂犬疫苗和麻风疫苗。 4耐药突变株 因编码病毒酶基因的突变,降低 了病毒酶对药物的亲和力或作用,使病毒对药 物不敏感。 36 (二)基因重组与重配 o重组( recombination): 两种有亲缘关系
13、的病毒 感染同一细胞时,发生 基因重组,产生具有两 个亲代特征的子病毒, 并能继续增殖。 o重组时病毒核酸则通过 分子断裂交叉连接,使 核酸分子内部重新排列 。 37 o重配( reassortment): 分节段的RNA病毒基 因组之间(如流感病毒 ),通过交换RNA节 段,使子代基因组发生 变异,这种过程称为重 配。发生率高于重组。 38 (三)基因整合 o指病毒基因组与宿主细胞基因组的整合( integration)。 o多种DNA病毒、逆转录病毒均有整合宿主细 胞染色体的特性。 o既可引起病毒基因的变异,也可引起宿主细胞 染色体基因的改变,导致肿瘤的发生。 39 (四)病毒基因产物的相
14、互作用 两种病毒感染同一细胞时,可发生病毒基因 产物的相互作用,产生子代病毒的表型变异。 1. 互补作用(complementation)和加强作 用 两种病毒感染同一细胞时,其中一种病毒的 基因产物促使另一病毒增殖。 野生株与缺陷病毒或灭活病毒之间,甚至两 种缺陷病毒之间,产生感染性子代病毒。 40 2.表型混合与核壳转移 两种病毒感染同一细胞 时, o一种病毒的子代核酸被另一病毒所编码的衣壳 或包膜包裹,发生耐药性或细胞亲嗜性的改变 ,仅基因产物发生交换表型混合; o无包膜病毒发生的表型混合核壳转移。 o获得的新性状不稳定,经细胞传代后可恢复为 亲代表型。 o应通过传代确定新性状的稳定性,
15、区分是基因 重组还是表型混合。 41 五、理化因素对病毒的影响 o病毒受理化因素作用后,失去感染性称灭活 (inactivation)。 o灭活的病毒仍能保留其他特性,如抗原性、 红细胞吸附、血凝及细胞融合等。 42 一、物理因素 1. 温度:多耐冷不耐热; 大多数病毒5060 30分钟即灭活 。 热使衣壳蛋白、包膜蛋白变性,病毒不 能吸附宿主细胞。复制酶被破环。 2. pH:多在pH5-9的范围内,比较稳定; 3. 射线和紫外线: 射线:致死性灭活; 紫外线:灭活后可复活 (光复活)。 43 二、化学因素 1. 脂溶剂:有包膜病毒敏感,乙醚作用最佳 2. 酚类:蛋白变性 3. 氧化剂、卤素及
16、其化合物:病毒都很敏感 4. 抗生素与中草药: 抗生素:无作用; 中草药:板蓝根、大青叶、大黄、黄芪等有 一定的抑制作用; 44 o94个科,22个亚科,395个属 o分类的依据 1核酸类型与结构(DNA或RNA,单链或双链、分子 量、基因数) 2病毒体的形状和大小; 3衣壳对称性和壳粒数目; 4有无包膜; 5. 对理化因素的敏感性; 6. 抗原性; 7. 生物学特性(繁殖方式、宿主范围、传播途径和致病 性)。 六、病毒的分类 45 DNA病毒 病毒 RNA病毒 逆转录病毒 卫星病毒 亚病毒 类病毒 朊粒 46 1卫星病毒(satellites) o基因组为500-2000个核苷酸的单链RNA
17、分 子。 o具有自己的蛋白质衣壳。有的由自身编码,有 的靠辅助病毒的蛋白衣壳。 o复制必须依靠辅助病毒,复制地点与辅助病毒 一致。 o与辅助病毒基因组无同源序列。 o干扰辅助病毒的增殖。 o多数属植物病毒,少数与噬菌体和动物病毒有 关。 47 2类病毒(viroid) 具有感染性的RNA分子 。 o仅由200-400个核苷酸组成。单链杆状,有 二级结构。 o无包膜或衣壳,不含蛋白质。 o在细胞核内复制,利用宿主细胞RNA多聚酶 。 o均为植物病毒。 3朊粒(prion) o一种传染性很强的蛋白颗粒。 o与动物和人中枢神经系统慢性进行性致死性传 染病有关。 48 第二十三章 病毒的感染与免疫 4
18、9 一、病毒的致病作用 o病毒感染(viral infection) :指病毒侵 入机体,在易感细胞内复制增殖,损伤或改 变细胞功能的过程。 o病毒感染的结果取决于宿主、病毒和其他影 响免疫应答的因素。 o宿主因素:基因背景、免疫状态、年龄及个 体健康状况。 o病毒因素:病毒株、病毒剂量及感染途径。 50 (一)病毒的传播 1. 传染源 患者、病毒携带者、患病及携带病毒的动 物或中间宿主。 2. 传播方式 (1)水平传播(horizontal transmission) (2)垂直传播(vertical transmission) 51 (1)水平传播 o病毒在人群中不同个体之间的传播,或从动
19、 物到动物再到人的传播。 o途径: 呼吸道:吸入,流感V、腮腺炎V。 消化道:食入,甲肝V、脊灰V。 血液:注射,输血,器官移植,HIV、 HCV 泌尿生殖道:性接触,HSV-、HIV。 皮肤黏膜损伤:接触、叮咬,乙脑V、出血 热V、狂犬病V。 52 (2)垂直传播:指病毒从亲代到子代。 o途径: 经胎盘:乙肝V、风疹V、CMV、HIV等。 结果:流产、死胎、畸形、先天感染。 经产道:HSV-,乙肝V等。 乳汁和唾液。 感染生殖细胞。 o常见的与胎儿先天性感染有关的病毒:风疹 病毒;CMV;HSV;HIV;HBV oTORCH:弓形虫(TOXO)、风疹(RUB) 、巨细胞病毒(CMV)和单纯疱
20、疹病毒、 型(HSV) 53 3. 感染过程与结局: o局部感染:病毒入侵部位增殖局部疾病 如:鼻病毒,普通感冒;轮状病毒,腹泻 。 o全身感染:病毒血、淋巴系统、神经系统 靶器官全身或多种组织与器官,引起 功能障碍。 病毒进入血液称病毒血症(viremia)。 54 (二)病毒感染的致病机制 1. 病毒对宿主细胞的致病作用 (1) 杀细胞效应(cytocidal effect) 病毒在宿主细胞内复制完毕,可在很短时 间内一次释放大量子代病毒,细胞被裂解死 亡。多见无包膜、杀伤性强的病毒。多数引 起急性感染。 如脊髓灰质炎病毒。 o机制:a.阻断细胞核酸与蛋白质合成 b.引起细胞溶酶体释放水解
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