第三章病毒2.ppt
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1、,第三章 病毒和亚病毒,第一节 真病毒,第一节 病毒,一、病毒的发现与研究: (一)、病毒病由来已久 地球上的人类,其他动物和植物遭受病毒病的折磨已有许多世纪。许多记述表明至少在公元前二至三个世纪印度和中国就存在天花,中国从公元十世纪宋真宗时代就有接种人痘预防天花的记载了。在明代隆庆年间(1567-1572),人痘预防天花推行甚广,先后传至俄国、日本、朝鲜、土耳其及英国。1796英国医生琴纳(Jenner),才得出了结论,牛痘可能使人预防天花,并在英国及欧洲大陆普遍应用,挽救了千百万人的生命。 除了文字记载外,考古学的发现也说明早就存在某些人类病毒病。在古埃及石刻浮雕中一个主要人像就带有患过引
2、起跛足的脊髓灰质炎的标记。,在家畜的病毒病中,狂犬病可能是最早有记载的。此病毒病一般与疯狗有关。阿里斯多德(Aristotle)在公元前四世纪就记述了病犬的疯狂和暴怒,通过咬啮还能将病魔传给其他的动物,此病也能传染给人(人畜共患疾病),在人体上这种病常被称作恐水病。法国人巴斯德(Pasteur)在1884年发明了狂犬疫苗,昆虫病毒病可能同高等动、植物的病毒病一样历史悠久。十二世纪中叶我国农书(1149年出版)中,已有关于家蚕“高节”、“脚肿”等病症的记载。这就是我们现在所知 家蚕核型多角体病毒。而国外直到十九世纪中叶,Cornelia和Maestri才记述了家蚕的黄疸病或多角体病的症状。 第一
3、个记载的植物病毒病的是郁金香碎色病,因为至今荷兰阿姆斯特丹的Rijks博物馆还保存着一张1619年荷兰画师的一幅得病的郁金香静物画(图2)。据记载一个得病郁金香球茎竟能换来牛、猪、羊甚至成吨的谷物或上千磅的奶酪。在1634-1637年的荷兰,这种嗜好达到了可称做“郁金香热”的高潮。使我们知道在十七世纪就存在一种植物病毒病-郁金香碎色病。,(二)、病毒的发现与发现者,Adolf Mayer)被烟草的一种病态吸引住了,其症状是感染叶子上出现深、浅相间的绿色区域,故麦尔在1886年称为烟草花叶病。通过对叶子和土壤的分析麦尔指出不能把此病归于无机物平衡失调。这可能是一个细菌病。 1892年从事烟草病工
4、作的年青的俄国科学家伊万诺夫斯基(Ivanovski)发现感受花叶病的叶汁,即使经过Chamberland氏烛形滤器的过滤也仍具有传染的性质。这项观察提示了存在一种比以前所知的任何一种都小的病原,他认为该病是由产生毒素的细菌引起的。,(三)、病毒的首次提纯,1898年,荷兰科学家贝杰林克(Beijerinck)重复了伊万诺夫的实验,他从患花叶病的烟草叶中挤出汁液,并使之通过Chamberland氏滤器(图3)。表明滤液仍有侵染性。贝杰林克相信他的滤器阻挡住了细菌。将汁液置于琼脂凝胶块的表面时,发现侵染性物质在凝胶中以适当的速度扩散,而细菌仍滞留于琼脂的表面。因此认为这种侵染性物质要比通常的细菌
5、小。贝杰林克用“病毒(Virus)”来命名这种史无前例的小病原体。不难看出真正发现病毒存在的是贝杰林克。 伊万诺夫斯基和贝杰林克通过他们创造性工作发现了烟草花叶病毒,从而开创了病毒学独立发展的历程。,1935年,在病毒的化学和结构研究阶段,美国生化学家斯坦利(Stanley)发现烟草花叶病毒的侵染性能被胃蛋白酶破坏,在这一现象的启示下,他几乎磨了上吨重的感染花叶病的烟叶,企图用提酶的方法把病毒提纯出来。他得到了一小匙在显微镜下看来是针状结晶的东西,把结晶物放在少量水中,水就出现乳光了,用手指沾一点这溶液,在健康烟叶上磨擦几下,一星期以后这棵烟草也得了同样类型的花叶病。可见提纯的东西的确是有侵染
6、性的烟草花叶病毒。今天在美国加州大学的原来斯坦利实验室里,仍然保留着一个标注着“Tob. Mos.”字样的瓶子,其中就盛着当年第一次提纯的烟草花叶病毒(简称TMV)。,Stanley及其同事证实几种不同植物病毒的核酸也能从核蛋白的形式中被分离出来。 TMV的结晶及其化学本质的发现是对医学和生物科学的巨大贡献,它不仅引导人们从分子水平去认识生命的本质,而且为分子病毒学和分子生物学的诞生奠定了基础。鉴于Stanley在TMV研究中的突出贡献,1946年他被授予诺贝尔奖,这是病毒学领域第一个获此殊荣的科学家。,第一节 病毒 二、病毒的概念,病毒是个体微小、结构简单、专性活细胞寄生的大分子微生物。 1
7、995年报告了4000余种病毒,归划为49个病毒科,一般特点: 个体极其微小,又称“超显微生物”,能通过细菌滤器; 无细胞结构,专性活细胞内寄生,以感染态和非感染态两 种状态交替存在,又称“分子生物”; 没有酶或酶系统极不完全,不能独立进行代谢活动,只能 利用活寄主内现成的代谢系统。以核酸和蛋白的装配实现 繁殖; 对抗生素不敏感,但对干扰素敏感; 有些病毒的核酸能整合到宿主的基因组中,可以诱发潜伏 性感染; 凡有细胞生物生存之处,皆可能有与之对应的病毒存在 病毒多样性的的原因。,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。它们在活细胞外具有一般化学大分子特征,一旦进入宿主细胞又具有
8、生命特征。,h,病毒与人类的关系密切 人类和许多有益动物的疑难疾病和传染病几乎都 是病毒病; 发酵工业中噬菌体污染会造成严重损失; 侵染有害生物的病毒可制成生物防治剂; 许多病毒是分子生物学基础研究和基因工程研究和应用中的重要工具。,第一节 病毒 三、病毒的形态与大小,1病毒的大小: 用nm 表示,大小差异较大 小的病毒,植物的双粒病毒直径18-20nm, 口蹄疫病毒21nm 大的病毒,动物的痘病毒大小300450170260,第一节 病毒 三、病毒的形态与大小,2病毒的形态 基本形态:球形颗粒、杆状颗粒、复杂形状颗粒 球形病毒、卵球形病毒-动物病毒 杆状病毒或丝状-植物病毒 蝌蚪形病毒-细菌
9、病毒,各种动物病毒,各种植物病毒,各种噬菌体,第一节 病毒 四病毒的化学组成,基本化学组成为核酸和蛋白质, 有包膜的病毒还有脂类和糖类。,第一节 病毒 四病毒的化学组成,1 、 病毒的核酸: 核酸是病毒的遗传物质, 一种病毒只含有一种核酸 ssDNA、dsDNA、ssRNA、dsRNA 类型。,第一节 病毒 四病毒的化学组成,动物病毒-有些是DNA,有些是RNA(ds ss) 植物病毒-大部分是RNA(ds ss) 噬菌体-大部分是DNA(ds ss) 藻类病毒-双链DNA 不同病毒的核酸含量差别较大,5%-50%,第一节 病毒 四病毒的化学组成,2、病毒的蛋白质 分为结构蛋白和非结构蛋白 结
10、构蛋白:有感染性的病毒所必需 非结构蛋白:病毒复制所需的蛋白 一些简单病毒仅由一种或几种蛋白质构成,一些复杂的可多达20余种。,第一节 病毒 四病毒的化学组成,蛋白质的功能 主要是构成病毒粒子的外壳,保护病毒核酸; 决定病毒感染的特异性,与宿主特异亲和; 具有抗原性,能刺激集体产生相应的抗体。,第一节 病毒 四病毒的化学组成,其他成分 病毒的脂类存在于包膜中,来源于宿主细胞,50-60%为磷脂,余下为胆固醇,构成脂双层结构,第一节 病毒 五 、病毒粒子的不同结构,1、 二十面体对称病毒-腺病毒 腺病毒252个衣壳粒,排成二十面体结构,核酸位于中心 多瘤病毒72个衣壳粒; 脊髓灰质炎病毒32个衣
11、壳粒。,腺病毒,第一节 病毒 五、病毒粒子的不同结构,2、 螺旋对称病毒-烟草花叶病毒(TMV) 病毒表面的衣壳粒有规律地螺旋排列,形成一中空柱,核酸(ssRNA)位于衣壳内侧螺旋状沟内。 TMV给烟草带来极大的危害,,烟草花叶,烟草花叶病毒,感染烟草,感染兰花,第一节 病毒 五、病毒粒子的不同结构,3、 复合对称病毒-T4噬菌体 蝌蚪形:头部、颈部、尾部三部分 头部为20面体结构 尾部为螺旋对称结构,T4噬菌体,-噬菌体,病毒粒的对称体制:,螺旋对称,二十面体对称,复合对称,无包膜:杆状的烟草花叶病毒, 丝状的大肠杆菌fd、M13病毒,有包膜:卷曲状的流感病毒 弹状的狂犬病毒,无包膜:小型的
12、脊髓灰质炎病毒 大型的腺病毒,有包膜:疱疹病毒,无包膜:蝌蚪状的大肠杆菌T偶数系病毒,有包膜:砖块状的痘病毒,第一节 病毒 六病毒的群体特征,1包含体 某些病毒感染宿主细胞后,在宿主细胞中出现的显微镜可见的小体。 有的的细胞质(狂犬病毒) 有的在细胞核(疱疹病毒) 有的在细胞核、细胞质都有(麻疹病毒),第一节 病毒 六病毒的群体特征,2 噬菌斑 少量烈性噬菌体与大量敏感细胞混合后,涂布在培养基平板上,一定温度下培养10-20h后,可见到嗜菌的透明小圆斑,为噬菌斑, 直径1-3mm左右-负菌落,3、空斑和病斑 以单层动物细胞受动物病毒侵染产生的透明斑为空斑。 肿瘤病毒感染单层动物细胞,产生细胞剧
13、增。称为病斑 4、 枯斑 植物叶片上的植物病毒群体为枯斑。,病毒的群体形态有助于对病毒进行分离、纯化、鉴别和计数 等实际工作。,噬菌斑,噬放线菌斑,七、噬菌体(bacteriophage,phage)的一般介绍,原核生物的病毒称为噬菌体, 真核生物的病毒为噬真菌体, 1987年电镜观察过2850种噬菌体,,其中2700种有尾。 包括蝌蚪状(dsDNA)、球状(ssDNA、ssRNA )、丝状(ssDNA)。,八、 病毒的繁殖,以噬菌体为例,了解病毒的繁殖: 无个体生长过程,只是基本成分的组合: 核酸复制 + 蛋白质合成-装配为病毒粒子。,八、 病毒的繁殖 (一)噬菌体的繁殖,1、繁殖过程 吸附
14、-侵入-增殖(复制+合成)-装配-释放 (2060min)完成为烈性噬菌体; 长时间完成为温和性噬菌体,尾丝与宿主特异结合,时间很短 宿主表面有多个吸附位点,如300, 不同噬菌体吸附的位点不同,如脂多糖、脂蛋白、磷壁酸、鞭毛等, 吸附可以受外界条件的影响,如阳离子、辅助因子、pH、温度等。,1.噬菌体的繁殖过程 (1)、吸附,(1)、吸附,每一个敏感细胞所能吸附的相应噬菌体的数量称为感染复数(m.o.i), m.o.i一般可达到250-360,超大m.o.i可引起自外裂解,噬菌体侵染大肠杆菌,T4噬菌体从吸附到侵入只需15秒, 吸附引起构象变化,将核酸注入宿主细胞内, 而蛋白质外壳留在细胞外
15、, 如果两种以上侵入,只有一种得以增殖。,(2)、侵入,(3)、增殖,T4噬菌体的dsDNA, 早期转录-早期蛋白 酶(RNA) 次早期转录-次早期蛋白 酶(DNA) 晚期转录-晚期蛋白 (结构蛋白等),(4)装配、裂解、释放,各个部件自行装配 T4噬菌体需要30种蛋白参与 水解酶水解细胞膜、细胞壁-裂解-释放子代噬菌体 大肠杆菌T系列15-25min T2位150个,T4为100个,2.噬菌体效价的测定(噬菌体个数/ml),效价表示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(pfu)或感染中心数. 直径2mm的噬菌斑,其中噬菌体数可达十亿个!,测定的方法双层平板法等 用
16、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,后者是计噬菌体的总数。,0.1,0.2,噬菌体稀释液,敏感宿主菌液,双层平板检测噬菌斑,底层平板,上层平板,噬菌体+宿主,3、噬菌体的一步生长曲线,少量病毒与敏感细胞接触,病毒吸附后,高倍稀释,继续培养,定时取样测定培养物中的病毒效价,以感染时间为横坐标,病毒效价为纵坐标,绘制出病毒特征性的繁殖曲线,即一步生长曲线,一步生长曲线可分为三个时期: 潜伏期:指菌体的核酸侵入宿主细胞后至第 一个噬菌体粒子装配前的一段时间。 裂解期:指溶液中噬菌体粒子急剧增多的一 段时间。 稳定期:溶液中噬菌体总数达到最高点后的时期.,
17、定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线称作一步生长曲线。它可以反映噬菌体的3个最重要的特征参数潜伏期、裂解期和裂解量。,潜伏期:释放子代病毒粒子所需的最短时间,(噬菌体以分钟计,动物病毒、植物病毒以小时或天计),大肠杆菌约25min 裂解量:每个受染细胞所释放产生的子代病毒数 目,几十到万个。 裂解量= 平稳期的平均噬菌斑数 / 潜伏期的平均噬菌斑数,八、 病毒的繁殖 (二)、温和噬菌体和溶源菌,当噬菌体DNA进入细胞后,在宿主与病毒的相互作用下,病毒DNA整合到宿主的DNA上,同宿主DNA 同步复制,这种噬菌体为温和性噬菌体。,八、 病毒的繁殖 (二)、温和噬菌体和溶源菌,整合的DNA 为前噬
18、菌体,或原噬菌体,原噬菌体一旦脱离宿主DNA就开始复制,引起宿主裂解(10-5)。含有原噬菌体的宿主细胞称为溶源菌,溶源菌所特有的性质为溶源性。,裂解性循环与溶源性循环的转变,1、溶源性表现如下(溶源菌的基本特性):,可稳定遗传:子代细菌细胞都含有前噬菌体,且都具有溶源性。溶源性是溶源菌极其稳定的遗传特性. 可自发裂解:温和噬菌体的核酸也可从宿主DNA上脱落下来,恢复原来的状态,进行大量的复制,变成烈性噬菌体,自发裂解几率10-210-5 。(产生烈性噬菌体的潜在能力:10-210-5) 可诱导裂解:用化学、物理方法可诱导进入裂解性循环,溶源菌在外界理化因子诱导下,可发生高频率的裂解. 具有“
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- 第三 病毒
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