1、,病毒和朊病毒,生物學導論I：分子、細胞與生物的發(fā)育,1,學習交流PPT,一、病毒的發(fā)現(xiàn)和研究歷史,1886年，A. Mayer 發(fā)現(xiàn)具有傳染性的煙草花葉??；,1892年，D. Ivanovsky:煙草花葉病病原體能通過細菌濾器： 一種能通過細菌濾器的”細菌毒素”或極小的細菌,1898年，M W Beijerinck對煙草花葉病病原體的研究結果：,能通過細菌濾器； 可被乙醇沉淀而不失去其感染性， 能在瓊脂凝膠中擴散； 用培養(yǎng)細菌的方法不能被培養(yǎng)出來，推測只能在植物活細胞中生活；,比細菌小的具有傳染性的活的流質（contagium vivum fluidum）,2,學習交流PPT,1900年前后

2、，包括口蹄疫（foot and mouth disease）在內的 多種動植物疾病病原體的濾過性特性被證明。,filterable viruses（濾過性病毒）,viruses（病毒）,1935年，W M Stanley首次提純并結晶了煙草花葉病毒； Bawden等證明煙草花葉病毒的本質為核蛋白； 1940年，Kausche首先用電鏡觀察到煙草花葉病毒顆粒；,3,學習交流PPT,禽流感病毒正在侵染細胞（2007年）,病毒學（Virology）：研究病毒（virus）的本質及其與宿主的相互作用的科學。,4,學習交流PPT,例如一些簡單的病毒僅由核酸和蛋白質外殼（coat）構成， 故可把它們視為核

3、蛋白分子。,二、病毒的特點和定義,特點,1）不具有細胞結構，具有一般化學大分子的特征。,2）一種病毒的毒粒內只含有一種核酸，DNA或者RNA。,3）沒有催化能量代謝的酶或酶系極不完全，不能進行獨立的代謝作用。,4）嚴格的活細胞內寄生，必須依賴宿主細胞進行自身的核酸復制，形成子代。,5）個體微小，在電子顯微鏡下才能看見。,6）對大多數(shù)抗生素不敏感，對干擾素敏感。,5,學習交流PPT,6,學習交流PPT,單細胞微生物與病毒性質的比較,a DNA病毒和RNA病毒中的一部分;b 利福平可抑制痘病毒復制,7,學習交流PPT,病毒的個體特點,形體極其微小，必須在電子顯微鏡下才能觀察，一般都可通過細菌濾器；

4、 無細胞構造； 主要成分僅為核酸和蛋白質； 每一種病毒只含一種核酸，DNA或RNA； 無產(chǎn)能酶系，也無蛋白質合成系統(tǒng)； 不存在個體的生長； 細胞內專性寄生； 在離體條件下，以無生命的大分子存在。,8,學習交流PPT,病毒的定義,迄今仍無一個科學而嚴謹?shù)亩x,病毒為具有獨立于其宿主進化史的絕對細胞內寄生物，它的DNA或RNA基因組被其所編碼的蛋白質殼體化（encapsidation）。 -（Fields等，1990年）,非細胞生物,（真）病毒：至少含核酸和蛋白質二種組分,亞病毒,類病毒：只含具侵染性的RNA組分 衛(wèi)星RNA：只含有不具侵染性的RNA組分,朊病毒（普列昂）：只含蛋白質,9,學習交流

5、PPT,三、病毒的宿主范圍及其多樣性,病毒幾乎可以感染所有的細胞生物，并具有宿主特異性,噬菌體（phage） 植物病毒（plant viruses） 動物病毒（animal viruses）,10,學習交流PPT,-形態(tài)： 最?。杭毿〔《荆?0nm） 最大：痘病毒（300nm） 最長：線狀病毒（800-900nm,最長：14000nm） 核酸類型： DNA/RNA；單鏈/雙鏈/部分單鏈；線狀/環(huán)狀。,病毒的多樣性,11,學習交流PPT,四、病毒的培養(yǎng)和純化,1、病毒的培養(yǎng),噬菌體,細菌培養(yǎng)物,培養(yǎng)液,營養(yǎng)瓊脂平板,細菌培養(yǎng)液變清亮,細菌平板成為殘跡平板,二元培養(yǎng)物法,12,學習交流PPT,噬菌

6、體經(jīng)過適當稀釋再接種細菌平板，培養(yǎng)后在菌苔上可形成圓形局部透明區(qū)域，即噬菌斑(plague) 如同對細菌計數(shù)一樣，形成的噬菌斑也可用于對噬菌體的數(shù)目進行估算。,13,學習交流PPT,14,學習交流PPT,動物病毒的培養(yǎng)：,1、實驗動物,2、雞胚,3、多種細胞培養(yǎng),15,學習交流PPT,免疫缺陷動物(SCID 小鼠） 對病毒感染無免疫排斥 可接入人的免疫細胞等，使之具有人的免疫功能，用于研究HIV、皰疹病毒等與免疫系統(tǒng)的相互關系,SCID：severe combined immunodeficient,16,學習交流PPT,雞胚的構造和病毒培養(yǎng),羊膜腔,尿囊腔,卵黃囊,尿囊絨膜,單純皰疹病毒,痘

7、病毒,勞氏肉瘤病毒,流感病毒,腮腺炎病毒,單純皰疹病毒,流感病毒,腮腺炎病毒,新城疫病毒,鳥類腺病毒,17,學習交流PPT,18,學習交流PPT,1、病毒的培養(yǎng),若標本經(jīng)過適當稀釋進行接種并輔以染色處理，病毒可在培養(yǎng)的細胞單層上形成肉眼可見的局部病損區(qū)域，即蝕斑（plaque）或稱空斑。,大多數(shù)動物病毒感染敏感細胞培養(yǎng)層能引起其顯微表現(xiàn)的改變，即致細胞病變效應（cytopathic effect,CPE），例如細胞聚集成團、腫大、圓縮、脫落，細胞融合形成多核細胞，細胞內出現(xiàn)包涵體（inclusion body），乃至細胞裂解等。,細胞培養(yǎng)層,19,學習交流PPT,植物病毒的培養(yǎng),植物病毒,敏感

8、植物葉片,產(chǎn)生壞死斑，或稱枯斑,20,學習交流PPT,蛋白質提純方法 （鹽析、等電點沉淀、有機溶劑沉淀、凝膠層析、離子交換等）,2、 病毒純化,標準,純化的病毒應保持感染性,病毒是有感染性的生物體,病毒具有化學大分子的屬性,純化的病毒應具有理化性質均一性,方法,主要化學組成為蛋白質,具有一定的大小、形狀和密度,差速離心,梯度離心 （超速離心）,21,學習交流PPT,四、 毒粒的性質,毒粒（病毒顆粒）：病毒的細胞外顆粒形式，也是病毒的感染性形式。,一團能夠自主復制的遺傳物質,蛋白質外殼,包膜,22,學習交流PPT,1、毒粒的形態(tài),病毒的大小和形狀,個體小，必需在電鏡下觀察；,不同病毒的毒粒大小差

9、別很大；,形狀：球形（或稱擬球形顆粒） 桿狀 等少數(shù)幾類。 復雜形狀（如蝌蚪狀，卵形）,23,學習交流PPT,采用各種電鏡技術觀察毒粒的形態(tài)結構,Orf virus：口瘡病毒(接觸性膿皰皮炎病毒) （負染技術）,Ebola virus ：埃博拉病毒（正染技術）,Vaccinia virus 痘病毒 （投影技術）,24,學習交流PPT,2、毒粒的殼體結構,殼體或衣殼（capsid）：,包圍著病毒核酸的蛋白質外殼,殼體結構類型,螺旋對稱 二十面體對稱 雙對稱,25,學習交流PPT,螺旋對稱殼體： 亞基有規(guī)律地沿著中心軸 （核酸）呈螺旋排列，進 而形成高度有序、對稱的 穩(wěn)定結構。,26,學習交流PP

10、T,例：煙草花葉病毒,27,學習交流PPT,二十面體對稱殼體： 蛋白質亞基圍繞具立方對稱的正多面體的角或邊排列，進而形成一個封閉的蛋白質的鞘。,28,學習交流PPT,若以一定數(shù)目的亞基排列成具有一定表面積的立方對稱實體，以二十面體容積為最大，能包裝更多的病毒核酸，所以病毒殼體多取二十面體對稱（icosahedral symmetry）結構。,29,學習交流PPT,具有雙對稱結構的典型例子是有尾噬菌體（tailed phage）,其殼體由頭部和尾部組成。包裝有病毒核酸的頭部通常呈二十面體對稱，尾部呈螺旋對稱。,雙對稱結構/復雜對稱：,30,學習交流PPT,3、 病毒的包膜結構,蛋白質殼體 + 核

11、酸（核心），又稱核衣殼。,核殼體（nucleocapsid）：,裸露毒粒（naked virion）：僅由核衣殼構成的病毒顆粒,包膜（envelope）：,核衣殼外的一層脂蛋白膜，由宿主細胞膜衍生而來 作用：保護病毒核殼； 啟動病毒感染；,31,學習交流PPT,32,學習交流PPT,病毒包膜的基本結構與生物膜相似，是脂雙層膜。 在包膜形成時，細胞膜蛋白被病毒的包膜糖蛋白取代。 刺突（spike）：包膜或核衣殼上的突起。,33,學習交流PPT,有包膜的二十面體毒粒；,裸露的二十面體毒粒,34,學習交流PPT,有包膜的螺旋毒粒,裸露的螺旋毒粒；,35,學習交流PPT,復雜對稱的病毒,Vaccini

12、a virus 痘病毒 在病毒中體積最大，在光學顯微鏡 下勉強可見。,有尾噬菌體,36,學習交流PPT,ii.,37,學習交流PPT,病毒粒子的基本形態(tài) 球狀、桿狀和復合狀的無包膜病毒,煙草花葉病毒,P2噬菌體,T2噬菌體,脊髓灰質炎病毒,38,學習交流PPT,病毒粒子的基本形態(tài) 包膜病毒,皰疹病毒,流感病毒,腺病毒,39,學習交流PPT,40,學習交流PPT,HIV病毒 人類免疫缺陷病毒（Human Immunodeficiency Virus），它會造成人類免疫系統(tǒng)的缺陷。 1981年，此病毒在美國首次發(fā)現(xiàn)。它是一種感染人類免疫系統(tǒng)細胞的慢病毒（Lentivirus），屬反轉錄病毒的一種。

13、至今無有效療法的致命性傳染病。該病毒破壞人體的免疫能力，導致免疫系統(tǒng)的失去抵抗力，從而導致各種疾病及癌癥得以在人體內生存，發(fā)展到最后，導致艾滋?。ǐ@得性免疫缺陷綜合征）。,41,學習交流PPT,2008年諾貝爾獎,德國科學家哈拉爾德楚爾豪森因發(fā)現(xiàn)人乳突淋瘤病毒引發(fā)子宮頸癌獲此殊榮； 兩名法國科學家弗朗索瓦絲巴爾西諾西和呂克蒙塔尼因發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒獲此殊榮。,42,學習交流PPT,SARS病毒為冠狀病毒,43,學習交流PPT,五、毒粒的化學組成,44,學習交流PPT,1、病毒的核酸,核酸是病毒的遺傳物質； 一種病毒的毒粒只含有一種核酸：DNA或是RNA；,病毒核酸,單鏈DNA（ss DNA）

14、； 雙鏈DNA（ds DNA）； 單鏈RNA（ss RNA）； 雙鏈RNA（ds RNA）；,45,學習交流PPT,2、病毒的蛋白質,病毒蛋白質,結構蛋白,非結構蛋白,病毒基因組編碼的，在病毒復制過程中產(chǎn)生 并具有一定功能，但并不結合于毒粒中的蛋 白質。,構成一個形態(tài)成熟的有感染性的病毒顆粒所必 需的蛋白質。,殼體蛋白； 包膜蛋白； 存在于毒粒中的酶；,參與病毒的入侵或復制 （如逆轉錄酶等）；,保護作用 啟動感染 （決定感染的特異性）,46,學習交流PPT,六、 病毒的復制,病毒感染敏感宿主細胞后，病毒核酸進入細胞，通過其復制與 表達產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質，然后由這些新合成的 病毒組分

15、裝配（assembly）成子代毒粒，并以一定方式釋放到 細胞外。病毒的這種特殊繁殖方式稱做復制（replication）。,47,學習交流PPT,1）感染宿主細胞； 2）病毒核酸復制與表達； 3）產(chǎn)生子代病毒基因組和新的蛋白質； 4）組分裝配（assembly）成子代毒粒； 5）釋放到細胞外； 6）重復上述過程；,病毒的復制過程（復制周期）,48,學習交流PPT,2、病毒感染的起始,1）吸附：,毒粒,敏感細胞,隨機碰撞而接觸（靜電引力或氫鍵）,可逆吸附，無特異性（非細胞顆粒也可吸附）,病毒表面蛋白與細胞受體的結合,特異性，不可逆吸附，啟動病毒感染的第一階段,49,學習交流PPT,吸附于大腸桿菌

16、上的噬菌體,50,學習交流PPT,2）侵入：,侵入又稱病毒內化，一個病毒吸附后幾乎立即發(fā)生， 是一個依賴于能量的感染步驟。 不同的病毒-宿主系統(tǒng)的病毒侵入機制不同,51,學習交流PPT,有尾噬菌體的侵入方式：注射方式將噬菌體核酸注入細胞,52,學習交流PPT,動物病毒的侵入方式：,53,學習交流PPT,54,學習交流PPT,植物病毒的侵入方式：,通過機械損傷所形成的微傷口進入細胞；或者靠攜帶有病毒的媒介，主要靠是有吮吸式口器的昆蟲取食將病毒帶入細胞。,植物病毒一旦進入細胞后，增殖產(chǎn)生的子代病毒或病毒核酸可通過病毒編碼的運動蛋白（movement protein）與胞間連絲的相互作用從受染細胞進

17、入鄰近細胞。,55,學習交流PPT,3）脫殼：,脫殼是病毒侵入后，病毒的包膜和/或殼體除去而放出病毒核酸的過程。,T-偶數(shù)噬菌體脫殼與侵入是一起發(fā)生的,動物病毒存在不同的結構類型和不同的侵入方式， 其脫殼過程也較復雜。,病毒的毒粒消失，失去原有的感染性，進入潛隱期。,56,學習交流PPT,3、病毒大分子的合成,病毒基因組進入胞內,病毒利用宿主的生物合成能力，使病毒核酸表達和復制，產(chǎn)生大量的病毒蛋白質和核酸。,57,學習交流PPT,病毒生物合成的第一步是病毒mRNA的合成,dsDNA virus (class I): 與寄主基因組相同的方式產(chǎn)生mRNA和復制DNA。,ssDNA virus (c

18、lass II): 先合成一條雙鏈DNA，這條雙鏈DNA指導DNA復制與mRNA合成。,ssRNA(+) virus (class IV): 可直接作為mRNA使用。,ssRNA(-) virus (class V) : 以此為模板合成mRNA,反轉錄病毒 (class VI): 屬RNA病毒，通過反轉錄產(chǎn)生雙鏈DNA中間媒介，再以此指導mRNA與病毒基因組的合成,dsRNA virus (class III): 以其中一條鏈為模板合成mRNA,Viruses in Class VII (ds DNA) 通過一條RNA中間體來合成DNA，需要反轉錄酶。但與I類病毒以相同方式產(chǎn)生mRNA.,58

19、,學習交流PPT,病毒生物合成的第一步 是病毒mRNA的合成,特異性酶蛋白及蛋白質 外殼的合成,59,學習交流PPT,4、病毒的裝配與釋放,新合成的毒粒結構組分組裝成完整的病毒顆粒，稱做病毒的裝配，亦稱成熟（maturation）或形態(tài)發(fā)生（morphogenesis）。,成熟的子代病毒顆粒依一定途徑釋放到細胞外,病毒的釋放標志病毒復制周期結束,60,學習交流PPT,七、朊病毒 Prions,蛋白質感染性因子，其胞外形式只含有蛋白質而無核酸（可以引起同種或異種蛋白質構象改變而致病或功能改變）。 可引起動物腦部疾病 bovine spongiform encephalopathy (mad co

20、w desease)牛海綿狀腦病(瘋牛病) Human Kuru Human Cretzfeldt-Jakob Disease (CJD),61,學習交流PPT,人的庫魯病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等,羊搔癢癥(scrapie),牛海綿狀腦病(spongiform encephalopathy),62,學習交流PPT,瘋牛病,最先在澳大利亞的殖民國新幾內亞發(fā)現(xiàn)的，開始是人有此癥狀，后來發(fā)現(xiàn)此病與牛有關，經(jīng)研究病因是牛海綿狀腦病的發(fā)作，病程一般為14天至6個月，其神經(jīng)癥狀可分為三個類型。： 1. 最常見的是精神狀態(tài)的改變，如恐懼、暴怒和

21、神經(jīng)質。 2. 3的病例出現(xiàn)姿勢和運動異常，通常為后肢共濟失調、顫抖和倒下。 3. 90的病例有感覺異常，表現(xiàn)多樣，但最明顯的是觸覺和聽覺減退。 大部分患牛（87）出現(xiàn)的臨診癥狀可分為以上三種。這與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的彌漫性病變相一致。,63,學習交流PPT,朊病毒致病機理,Neuronal cells produce normal prion protein (PrPc) in cell. Abnormally folded prion protein (PrPsc) can catalyze refolding of PrPc to PrPsc. PrPsc is protease resist

22、ant, insoluble, and forms aggregates in neural cells. This eventually leads to destruction of neural tissues and neurological symptoms.,其致病作用是由于動物體內正常的蛋白質PrP c改變折疊狀態(tài)為 PrP sc所致，而這二種蛋白質的一級結構并沒有改變。,64,學習交流PPT,65,學習交流PPT,Prusiner (1982)提出羊搔癢病因子是一種蛋白質侵染顆粒 （proteinaceous infectious particle），并將之稱做Prion或Virino。 朊病毒,1997年，Stanley B. Prusiner榮獲諾貝爾獎,66,學習交流PPT,朊病毒不僅與人類健康、家畜飼養(yǎng)關系密切，而且可為研究與癡呆有關的其他疾病提供重要信息。 就生物理論而言，朊病毒