《兽医微生物学教学课件》12.病毒总论2014.ppt
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1、一种反转录病毒,主要侵犯CD4 T细胞、CD4单核细胞 和B淋巴细胞,在世界范围内导致了近1200万人的死亡, 超过3000万人受到感染。在感染后会整合 入宿主细胞的基因组中,而目前的抗病毒 治疗并不能将病毒根除。,该病毒破坏人体的免 疫能力,导致免疫系 统的失去抵抗力, 而导致各种疾病及癌症 得以在人体内生存, 发展到最后,导致 “获得性免疫缺陷综合症”。,于2002年11月出现在广东佛山,并迅速形 成流行态势。2002年11月2003年8月5 日,29个国家报告临床诊断病例病例8422 例,死亡916例。报告病例的平均死亡率为9.3%,主要通过近距离空气飞沫传播,以发热, 头痛,肌肉酸痛,
2、乏力,干咳少痰等为主 要临床表现,严重者可出现呼吸窘迫。,一种新型单股正链RNA病毒,引起严重急性呼吸综合征 (Severe Acute Respiratory Syndromes), 又称传染性非典型肺炎,属正黏病毒科成员,感染患者会出现发烧、咳嗽、疲劳、食 欲不振等症状。,墨西哥2009年4月发现第一例患者,病毒 变异严重,目前该病呈世界分布。,病毒基因组片段分 别来自于猪、禽、人。,第4篇 病毒学,第一节 病毒的定义、大小、形态结构 和化学组成 第二节 病毒的分类,1892.2.12 study on tobacco mosaic disease ,Ivanowski,Early Dev
3、elopment of Virology,1898 Beijerinck: virus,(Beijerinck)18511931,1932,Ruska (Siemens Company ) transmission electron microscope, TEM,Resolution is 50nm。,tobacco mosaic virus (TMV),ERuska(19061988),什么是病毒?,主要特点: 形体极其微小,一般都能通过细菌滤器; 没有细胞构造,其主要成分仅为核酸和蛋白质两种; 每一种病毒只含一种核酸,不是DNA就是RNA; 严格胞内寄生,既无产能酶系,也无蛋白质和核酸合
4、成酶系,只能利用宿主活细胞内现成代谢系统合成自身的核酸和蛋白质成分;, 不能进行有丝分裂,以核酸(复制)和蛋白质等“元件”的装配实现其大量繁殖; 在离体条件下,能以无生命的生物大分子状态存在,并长期保持其侵染活力; 对一般抗生素不敏感,但对干扰素敏感; 有些病毒的核酸还能整合到宿主的基因组中,并诱发潜伏性感染。,病毒特点:,病毒定义:,病毒是一群体积微小、结构简单、只有一种核酸(DNA或RNA),易感活细胞内寄生、以复制方式增殖的非细胞型微生物 。,第一节 病毒的大小、形态结构 和化学组成,一、大小与形态 病毒子(virion):一个形态和结构上完整的病毒颗粒。 大小:测量病毒的单位为纳米(n
5、m) ,一般20-200 nm. 形态:多数呈球状或近似球状,少数为杆状、丝状或子弹状,细菌病毒(噬菌体)大多数呈蝌蚪状。,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,DNA病毒颗粒大小,痘病毒,疱疹病毒,腺病毒,乳头瘤病毒,乙肝病毒,细小病毒,正链RNA病毒的大小与形态,Calicivirid
6、ae(NS+),冠状病毒,砂粒病毒,小RNA病毒,杯状病毒,负链RNA病毒的大小与形态,副黏病毒,弹状病毒,呼肠孤病毒,正黏病毒,布尼雅病毒,埃博拉病毒,二、病毒的结构,裸露病毒,囊膜病毒,1、螺旋对称的病毒壳体,病毒壳体由蛋白亚基沿着 轴心进行螺旋排列,而形 成高度有序的结构。 动物病毒中螺旋对称的 病毒均属有囊膜的单股 RNA病毒。,2、二十面体对称的病毒壳体,病毒壳体由蛋白亚基有规则地排列成一个正二十面体对称结构。 除痘病毒外,所有脊椎动物DNA病毒均为20面体。,3、复合对称的病毒壳体,壳粒排列既有螺旋对称又有二十面体对称,如噬菌体。,病毒体结构模式图,病毒的结构,HIV,流感病毒,S
7、ars,核酸 蛋白质 脂质 碳水化合物 其他组成,三、病毒的化学组成,(一)核酸:决定病毒的遗传和变异。,1.特点:,(1)病毒只含一种核酸,构成病毒体的芯髓。,(2)核酸类型多样化,mRNA的碱基序列作为标准,凡与此相同的核酸称为正股(positive sense),与其互补的则为负股(negative sense)。 核酸可分单股(single stranded)或双股(double stranded)、线状(linear)或环状(circular)、分节段(segmented)或不分节段,(3)分子量小,基因组结构简单,所含基因组数目少。,(4)病毒基因组核酸复制和转录多样化,病毒核酸能
8、作为mRNA或者能利用宿主细胞的 RNA聚合酶转录病毒的mRNA 病毒核酸不分节段,(6)有些病毒去除囊膜和衣壳,裸露的DNA或RNA也能感染细胞,这样的核酸称为传染性核酸。,具备条件:,(5) 病毒核酸更易受宿主细胞的影响而发生基 因突变和重组,2. 规律:,(1)DNA病毒核酸多为双股,个别为单股; (2)RNA病毒核酸多为单股,个别为双股; (3)多数DNA和RNA病毒核酸为完整的分子,连续不间断,个别RNA病毒核酸为不连续、间断的链; (4)多数病毒核酸呈线状,个别呈环状。,(二)蛋白质,2. 结构蛋白:系指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。是构成病毒衣壳 的全部成
9、分和囊膜的主要成分。,1.非结构蛋白:指由病毒基因组编码的,在病毒 复制或基因表达调控过程中具有一定功能, 但不结合于病毒颗粒中的蛋白质。,蛋白质功能:,保护病毒核酸,使其免受核酸酶或其它理化因 素的破坏。 参与病毒感染细胞的过程,决定病毒对宿主细 胞的亲嗜性。 抗原性:诱导特异性抗体、致敏淋巴细胞。,(三)脂类、糖类,主要存在于囊膜中,脂溶剂可去除囊膜,使病毒 丧失活性(有些病毒可能仍具感染活性)。 来自宿主细胞,与囊膜病毒的吸附和穿入宿主细 胞的作用有关。,第二节 病毒的分类,国际病毒分类委员会(International Committee on Taxonmy of Viruses,I
10、CTV)是国际公认的病毒分类与命名的权威机构。,分类系统:目、科(亚科)、属和种分类阶元构成。科和属是病毒分类系统的最主要单位。,一、病毒分类系统,目前,已知病毒分为73 (87)个科 289(349)个属。,已分的目包括:疱疹病毒目、单负链病毒目、套式病毒目、微RNA病毒目、尾病毒目.,巴尔的摩分类法,第一类是双链DNA病毒(如腺病毒、疱疹病毒、痘病毒) 第二类是单链DNA病毒(+)DNA(如细小病毒) 第三类是双链RNA病毒(如呼肠孤病毒) 第四类是(+)单链RNA病毒(如小RNA病毒、披膜病毒) 第五类是()单链RNA病毒(如正黏液病毒、弹状病毒) 第六类是单链RNA反转录病毒(如反转录
11、病毒) 第七类是双链DNA反转录病毒(如嗜肝病毒),种(species) 病毒种的命名不是单纯由某一个分类特征、而是由多原则分类特征决定的,包括病毒的基因组组成、病毒颗粒形态结构、生理生化特性和血清学性质等。 属(genus) 病毒属是一群具有某些共同特征的种组成。其属名的词尾为“-virus”,但在设立一个新的病毒属时必需有一个同时被承认的代表种(type species)。,二、分类阶元,科(family) 病毒科是一群具有某些共同特征的属组成。科名的词尾为 “-viridae”,“科”下面可以设立或不设立亚科。亚科名的词尾为“-virinae”。 目(order) 病毒目是一群具有某些共
12、同特征的科组成,目名的词尾为 “-virales”。,三、病毒的命名与书写规则,病毒的命名要由公认的国际专家小组负责 不采用拉丁文双名法而是英文或英语化的拉丁文,只用单名 目、科、属分别用拉丁文后缀“-virales”、“-viridae”及“-virus” 如Circoviridae 圆环病毒科 Circovirus 圆环病毒属,比病毒更为简单。 1.类病毒(viroid):由环状RNA分子组成,不含蛋白衣壳。在植物中发现。 2.朊病毒(prion):只含传染性蛋白,无核酸。,四、亚病毒(subvirus),第二章 病毒的复制,病毒在活细胞内,以其基因为模板,在酶的作用下,分别合成病毒基因及
13、蛋白质,再组装成完整的病毒颗粒,这种方式称为复制(replication)。 从病毒进入宿主细胞开始,经过基因组复制和病毒蛋白合成,至释放出子代病毒的全过程,称为一个复制周期。 病毒的复制周期主要包括吸附和穿入、脱壳、生物合成、组装和释放四个连续步骤。,复制周期,病毒的一步生长曲线,病毒的一步生长曲线:以感染时间为横坐标,病毒效价为 纵坐标,绘制出的病毒特征曲线。,感染比(multiplicity of infection,MOI):指一个系统中感染病毒的细胞数与细胞总数之比。,隐蔽期:在病毒感染细胞之后的一个短时间内,病毒完全消失,甚至在细胞内也找不到传染性的病毒颗粒,直至感染数小时后子代病
14、毒出现为止,这阶段称为隐蔽期 ,一般持续212h。 病毒只有在侵入细胞以后才表现出生命现象。病毒的生活周期可分为两个阶段: 细胞外阶段:以成熟的病毒粒子形式存在; 细胞内阶段:即感染阶段,在此阶段中进行复制和繁殖。,一、吸附和穿入,(一)吸附(adsorption) 分两个阶段: 静电吸附:病毒体与细胞接触,进行静电结合。非特异性、可逆。 真正的吸附:病毒体表面位点(蛋白质结构)与宿主细胞膜上相应的受体结合。是决定病毒感染的真正开始。,裸露病毒的吸附,囊膜病毒的吸附,(二)穿入(penetration) 病毒体吸附在宿主细胞膜上后,可通过数种穿入方式进入细胞:,1.无囊膜的病毒 一般经过细胞膜
15、吞入,称为病毒胞饮,如腺病毒、小RNA病毒等,病毒胞饮,胞饮,2. 有囊膜的病毒 囊膜与宿主细胞膜融合,病毒的核衣壳直接 进入细胞浆内 病毒胞饮: 细胞膜吞入,(1) 膜融合后进入,融合,(2) 病毒胞饮,3. 直接穿入,二、脱壳(uncoating) 不同病毒脱壳方式不一,多数在宿主细胞溶酶体酶作用下脱壳,释放出基因组核酸。,三、生物合成(biosynthesis),病毒基因组一旦从衣壳中释放后,就利用宿主细胞提供的低分子物质合成大量的病毒核酸和结构蛋白。 早期,病毒复制合成所必需的复制酶和一些功能蛋白 生物合成阶段,病毒处于隐蔽期 根据病毒基因组如何转录成mRNA、如何指令合成蛋白质,病毒
16、的生物合成过程可基本归为6大类:双股DNA病毒、单股DNA病毒、单正股RNA病毒、单负股RNA病毒、逆转录病毒和双股RNA病毒。,病毒DNA,早期mRNA,早期蛋白(酶等),子代病毒DNA,晚期mRNA,病毒结构蛋白,子代病毒子,双股DNA病毒,复制,宿主细胞转录酶,单链正股RNA病毒,(-)ssRNA,亲代病毒(+)ssRNA,早期蛋白,(+)ssRNA,dsRNA复制中间型,(-)ssRNA,(+)ssRNA,大量子代(+)ssRNA,晚期蛋白,装配子代病毒,单负股RNA病毒,病毒自身携带依赖RNA的RNA聚合酶。,亲代(-ssRNA),(+)mRNA,蛋白质,(+)ssRNA,子代(-)
17、sRNA,子代病毒,聚合酶,逆转录病毒,四、组装,病毒核酸与衣壳装配在一起,形成病毒子。绝大多数DNA病毒均在细胞核内组装,RNA病毒和痘病毒在细胞浆内组装。,绝大多数无囊膜病毒释放,一次同步,破坏宿主细胞膜,细胞迅速死亡。 绝大多数有囊膜病毒以出芽方式释出时包上细胞核膜或细胞膜而成为成熟病毒。逐个释出,非一次同步,细胞死亡缓慢。,五、释放,Virus Obtaining Its Envelope from Host Cell Membrane by Budding,复制周期 replication cycle,第三章 病毒的培养及与细胞相互作用,动物培养 胚胎培养 组织培养 器官培养 组织块
18、培养 细胞培养: 原代细胞、传代细胞、二倍体细胞等,病毒结构简单,缺乏完整的酶系统,不能在无生命的人工培养基中生长,必须在活的组织细胞中才能增殖,动物培养,动物接种(Animal inoculation)是最早应用的病毒培养法,在病毒学研究中主要有三方面用途:分离鉴定病毒、通过传代增殖或减弱病毒毒力、制备免疫血清。在分离病毒时由于动物自身可能带有病毒,而且许多病毒没有敏感动物,因而目前多被组织培养所代替。 常用的动物有小鼠、大鼠、地鼠、豚鼠、家兔、羊和猴等。接种的途径有鼻内、皮内、脑内、腹腔内和静脉注射等。,鸡胚接种,接种途径 可根据病毒种类选择适宜接种部位,如分离流感病毒常用羊膜腔和尿囊腔同
19、时接种法,而痘病毒常采用绒毛尿囊膜接种法,尿囊腔接种法 卵黄囊接种法 绒毛尿囊膜接种法 羊膜囊接种法,病毒的细胞培养,常用的细胞,我国常用的病毒疫苗,疫苗名称 类型 培养细胞 脊髓灰质炎疫苗 减毒活疫苗 Vero细胞 麻疹疫苗 减毒活疫苗 鸡胚细胞 流行性腮腺炎疫苗 减毒活疫苗 鸡胚细胞 风疹疫苗 减毒活疫苗 人二倍体细胞 甲型肝炎疫苗 减毒活疫苗 人二倍体细胞 狂犬病疫苗 灭活疫苗 地鼠肾细胞 乙型脑炎疫苗 灭活疫苗 地鼠肾细胞 森林脑炎疫苗 灭活疫苗 地鼠肾细胞 乙型肝炎疫苗 基因工程疫苗 酵母菌,细胞培养,细胞培养瓶的准备,营养液的配制,细胞的观察。 培养方式:静止培养,悬浮培养,转瓶培
20、养,微载体培养。 细胞培养液中支原体及细菌的的消除: 抗菌素如卡那霉素,泰乐霉素,庆大霉素等。抗支原体高免血清。,细胞的保存,常温保存:20-22避光,血清达 5%-10%,15天以上。 低温保存:缓慢冷冻和迅速融解,液氮中保存(加DMSO)。,病毒的感染,细胞病理效应(cytopathic effect, CPE):病毒在细胞内增殖,可引起不同的结果,表现为细胞皱缩、变圆、出现空泡、死亡和脱落,或形成合胞体。有的只有轻微的病变,或无可见的变化 包涵体(inclusion bodies): 某些病毒感染的细胞内,光镜下可见在胞浆或核内出现嗜酸性或嗜碱性染色,大小、数量不等,圆形或不规则形的团块
21、结构。,1、蚀斑试验,病毒感染单层细胞后,产生的局限性病灶,称蚀斑(plaque),蚀斑是由一个感染性病毒体复制形成的,称蚀斑形成单位,病毒悬液中的感染性病毒量以每毫升的蚀斑形成单位( plaque forming unit ,PFU)来表示。,病毒的数量与感染性测定,2、ID50 或 TCID50,病毒感染鸡胚、动物或细胞后,引起 50% 发生死亡或病变的最小量。,ID50 : median infectious dose TCID50: 50% tissue culture infective dose,病毒的灭活:病毒受理化因素作用后失去感染性,称为病毒的灭活。灭活的病毒仍保留抗原性、红
22、细胞吸附等活性。,第四章 理化因素对病毒的作用,温度:主要使病毒的蛋白质变性。钙、镁等二价离子可提高病毒对热的抵抗力。(病毒耐冷不耐热:56 30分钟可使其灭活。贮藏在70以下保存数月或数年) 电离辐射:次级电子直接作用于核酸分子,造成核酸分子电离、共价键断裂。间接作用是使水分子形成自由基和自由电子,作用于核酸和蛋白。 (单链病毒比双链敏感10倍) 紫外线:265nm具最大的杀伤力。主要使胸腺嘧啶碱基之间形成二聚体。使RNA的相邻尿嘧啶形成二聚体。,物理因素,化学因素,二、化学因子 酶类: pH 5-9 脂溶剂 (乙醚试验可鉴别病毒有无包膜) 甲醛:与腺嘌呤、鸟嘌呤和胞嘧啶等含有胺基的碱基结合
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